"İyi Tasarım Kağıdı" FC Fiber Kanal Teknolojisi Araştırmasına Genel Bakış
Özet: Fiber Kanal, yüksek performanslı veri iletiminin gereksinimlerini karşılamak için tasarlanmış bir iletişim protokolüdür.Sistem yapısının standardizasyonunu karşılar ve yüksek hızlı, büyük ölçekli, güvenilir ve etkili bilgi iletişim ve işleme gereksinimlerini karşılar.Yeni nesil aviyonik sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. . Aviyonik ağlar için aviyonik sistemlerin ihtiyaçlarına göre, FC protokolünün kaynağı ve gelişimi, FC protokolünün katmanlı modeli, FC iletim çerçevesi biçimi ve FC ağ iletimi tarafından desteklenen hata işleme yöntemleri ve artıklık yönetimi tanıtılmaktadır. FC protokolü tarafından oluşturulan ağ topolojisi ve özellikleri, FC ağının gelecekteki gelişme eğilimini daha da göstermektedir ve fiber kanal teknolojisine dayalı ağ yapımı ve ağ iletişimi için teorik bir temel sağlar.
Çince alıntı biçimi: Tian Ze, Xu Wenlong, Xu Heng ve diğerleri FC fiber kanal teknolojisi araştırmalarına genel bakış. Elektronik teknoloji uygulaması, 2016, 42 (9): 143 - 146 .
İngilizce alıntı biçimi: Tian Ze, Xu Wenlong, Xu Heng, ve diğerleri.Fiber kanal teknolojisi araştırması.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2016, 42 (9): 143 - 146 .
0 Önsöz
Bilgisayar teknolojisinin, iletişim teknolojisinin ve ağ yapım teknolojisinin gelişmesiyle birlikte aviyonik sistemler, tekdüzelik, esneklik ve entegrasyon kolaylığı yönünde daha da gelişmiştir ve veri yolu ağının veri aktarım gereksinimleri gittikçe artmıştır. Fiber Kanal (FC), yüksek bant genişliği, düşük gecikme süresi, uzun mesafeli iletim, esnek topoloji ve birden çok üst katman protokolü desteği gibi avantajlara sahiptir.Yüksek performanslı veri iletiminin gereksinimlerini karşılamak için tasarlanmış bir iletişim protokolüdür.
Şu anda, Fiber Kanal ticari alanda geniş çapta benimsenmiştir ve aviyonik sistem altında yeni nesil birleşik aviyonik ağ inşaatı desteği sağlayabilir. Amerikan Ulusal Standartlar Komitesi ayrıca, aviyonik sistemlerde fiber kanal kullanımını incelemek için özel bir alt komite (ANSI FC-AE) kurdu. Alt komite, aviyoniklere adanmış bir grup geliştirmek için Boeing ve Lockheed Martin ile birlikte çalıştı. FC protokolünün bir alt kümesi olan Fiber Kanal Aviyonik Ortamı (FC-AE), burada FC yüksek seviye protokolü, FC-AE altında Anonim İmzalı İleti Aktarım Protokolünü (FC-AE-ASM) kullanır. Fiber Kanal, mevcut aviyonik ana ağ MIL-STD'nin yerini alıyor- 155 3. Aviyonik sistemlerin geliştirilmesinde kaçınılmaz bir trend haline geldi ve fiber kanal da yeni nesil birleşik aviyonik ağlar inşa etmek için ilk tercih olacak.
Fiber Kanal, yüksek kanal iletimi hızını ağ iletiminin esnekliğiyle birleştirir, hiyerarşik bir yapı benimser ve 5 katmana ayrılır: FC-0, FC-1, FC-2, FC-3 ve FC-4; Üç topolojik yapı tanımlanmıştır: sadece yüksek hızlı ve verimli iletimi kolaylaştırmakla kalmayan, aynı zamanda büyük esneklik sağlayan noktadan noktaya, anahtarlamalı ve hakemli halka ağlar, özellikle karmaşık cihazların ara bağlantısı olan anahtarlamalı ağ topolojisi İyi bir çözüm sağlar.
1 Fiber Kanalın Anahtar Teknolojileri
Fiber Kanal, COTS tabanlıdır.Bilgisayar kanalı ve veri ağı kavramlarını entegre eder ve geleneksel kanal ve ağ yapısından farklı bir ara bağlantı şeması önerir.Yüksek gerçek zamanlı, yüksek güvenilirlik, yüksek bant genişliği, yüksek Uygun maliyetli açık ağ teknolojisi. Kanal teknolojisi, sinyal iletimini kontrol etmek için kullanılır, tahkim veya değişim, paylaşım çatışmalarını ele almak için kullanılır ve kredi bazlı bir akış kontrol stratejisi benimsenir.
1.1 FC protokolü katmanlı model
Genel OSI7 katmanlı ağ modeline benzer şekilde, FC protokolü ayrıca Şekil 1'de gösterildiği gibi FC-0, FC-1, FC-2, FC-3 ve FC-4 katmanları olan katmanlı bir protokol modeli kullanır. Bunlar arasında FC-0 katmanı, arayüzün ve ortamın fiziksel özelliklerini tanımlar; FC-1 kodlayıcı ve iletim protokolünü tanımlar; FC-2 katmanı, veri iletimi için kuralları belirtir; FC-3 katmanı, bazı gelişmiş özellikler için gerekli genel amacı sağlar Hizmet; FC-4 katmanı, üst katman protokolünden FC protokolüne eşlemeyi belirtir.
T11 grubu, her bir anlaşma katmanının belirli işlevlerini aşağıdaki gibi kısıtlamak için bir dizi standart formüle etmiştir:
FC-PH (Fiber Kanal Fiziksel ve Sinyalleme Arabirimi): FC-0, FC-1 ve FC-2 katmanlarının uyması gereken düzenlemeleri kısıtlar ve bir bilgisayara doğrudan bağlandığında mekanik, optik ve sinyal protokolleri için ayrıntılı teknik özellikleri tanımlar.
FC-FS (Fiber Kanal Çerçeveleme ve Eşleştirme): FC-1, FC-2 ve FC-3 katmanlarının uyması gereken düzenlemeleri sınırlar ve FC aktarımının temel kontrol özelliklerini ve genel hizmetleri tanımlar.
FC-4 katmanında kanalla ilgili IPI, SCSI, HIPPI ve SBCCS gibi standartlar ile ağ ile ilgili FC-AE, FC-AV, FC-SW gibi standartlar oluşturulmuştur.
FC-AE'nin ana uygulama alanları aviyonik komuta, kontrol, izleme, simülasyon, sinyal işleme ve sensör / video veri dağıtımıdır. FC-AE temel olarak 5 kısımdan oluşur: imzasız anonim mesaj iletimi FC-AE-ASM (Anonim Abone Mesajlaşma), MIL-STD- 155 3 Yüksek seviye protokol FC-AE- 155 3. Sanal arabirim FC-AE-VI (Sanal Arabirim), FC hafif protokolü FC-AE-LP (Hafif Protokol), uzaktan doğrudan bellek erişim protokolü FC-AE-RDMA (Uzaktan Doğrudan Bellek Erişimi). Her bölüm bir veya daha fazla yüksek seviye protokolü ve topolojik yapıyı destekler, gerçek zamanlı fiber kanal ağ özelliklerini gerçekleştirir ve farklı aviyonik sistem gereksinimlerini destekleyecek ağ özelliğine sahiptir.
FC-AV, fiber kanal anahtarlama, sıralama ve çerçevelerin organizasyonunu kullanarak ses, video, yardımcı veri ve kontrol akışını iletmek için standart bir yöntemi tanımlar ve video cihazları arasındaki ara bağlantı için bir arayüz standardı sağlar. FC-AV iletişim arayüzü, FC-AV'de basit kontrol protokolü FHCP'yi uygular ve video kaynağı ile görüntüleme cihazı arasında yüksek hızlı bir iletişim arayüzü sağlar ve çeşitli topolojik yapıları destekler.
1.2 FC ağ topolojisi
FC topolojisi, FC düğüm türü ile yakından ilgilidir, yani farklı düğüm türleri farklı ağ topolojilerine sahiptir. FC topolojisini tanıtmadan önce, ilgili kavramlara aşağıdaki açıklamalar verilir:
(1) N_Port: Fiber kanal iletişiminin terminali olan Düğüm Bağlantı Noktası düğüm bağlantı noktası, bir bağlantı kontrol cihazı (LCF) dahil olmak üzere yanıtlayanın veya göndericinin donanım öğesi olarak hareket edebilir, ancak kararlaştırılmış halka topolojisinde kullanılamaz.
(2) L_Port: Yanıtlayanın veya gönderenin donanım öğesi olarak hareket edebilen, bir bağlantı kontrol cihazı (LCF) içeren ve kararlaştırılmış halka topolojisini destekleyen Fiber Kanal iletişim terminali.
(3) NL_Port: Düğüm Döngü Bağlantı Noktası düğüm döngü bağlantı noktası, hem N bağlantı noktası hem de L bağlantı noktası işlevlerine sahip FC bağlantı noktası aygıtı.
(4) F_Port: Yapı Bağlantı Noktası fiber bağlantı noktası, anahtar bağlantı bağlantı noktası, anahtarın içinde bulunan ve anahtar yapısındaki N bağlantı noktasına bağlanmak için kullanılan FC bağlantı kontrol ekipmanı.
(5) FL_Port: Yapı Döngü Bağlantı Noktası fiber döngü bağlantı noktası, anahtarın içinde bulunan ve anahtar yapısındaki N bağlantı noktasına bağlanmak için kullanılan FC bağlantı kontrol cihazı ve tahkim halkasında bir düğüm olarak kullanılabilir.
FC standardı üç temel topolojik yapıyı tanımlar: noktadan noktaya, tahkim halkası ve anahtarlama yapısı.
(1) Noktadan noktaya ağ topolojisi. Noktadan noktaya ağ topolojisi yapısı, bir anahtarlama ağı olmadan doğrudan bağlı iki N-Bağlantı Noktasında iletişim kurar Ağ topolojisi Şekil 2'de gösterilmiştir. Ağ topolojisi, yüksek bant genişliği, sıralı veri iletimi ve uygulamalarda düşük gecikme avantajlarına sahiptir, ancak ağ topolojisi zayıf ölçeklenebilirliğe ve esnekliğe sahiptir.
(2) Zhongzahuan ağ topolojisi. Zhongzahuan ağ topolojisi, iki veya daha fazla L-Bağlantı noktasının bir anahtarlama ağı kullanmadan birbirleriyle iletişim kurmasına izin verir ve Zhongzai halkası aynı anda en fazla bir noktadan noktaya döngüyü destekler. İki L-Portu birbiriyle iletişim kurduğunda, Zhong tesis halkasının ağ topolojisi eşzamanlı, simetrik iki yönlü akışı destekler. Ağ topolojisi Şekil 3'te gösterilmektedir. Ağ topolojisinin maliyeti düşüktür ancak hata toleransı zayıftır ve bant genişliği düşüktür.
(3) Anahtarlı ağ topolojisi. Anahtarlamalı ağ topolojisi, iletişim kurması gereken N_Port'ları bağlamak için anahtarları kullanan bir iletişim ağıdır. Teorik olarak, yapıdaki bağlı cihaz sayısı 15 milyonu aşabilir ve birden fazla cihazın aynı anda yüksek hızda iletişim kurmasına izin verilir. Ağ topolojisi Şekil 4'te gösterilmektedir. Ağ topolojisi iyi bir ölçeklenebilirliğe, yüksek bant genişliğine ve güçlü yalıtıma sahiptir, ancak ağ inşaat maliyeti yüksektir ve tasarım zordur.
(4) Yakınsanmış ağ topolojisi. Pratik uygulamalarda, tek bir ağ topolojisi farklı uygulama gereksinimlerini karşılayamaz Yukarıdaki temel ağ topolojilerinin, uygulama ortamı için daha uygun olan birleşik bir ağ oluşturmak için birleştirilmesi gerekir. Bu ağ, yukarıdaki ağların avantajlarını birleştirir ve karmaşık uygulama ortamlarında FC ağlarının inşası için bir çözüm sağlar.
1.3 FC teknik özellikleri
1.3.1 FC çerçeve biçimi
FC ağındaki temel veri aktarım birimi FC çerçevesidir. Çerçevenin formatı FC-2'de belirtilmiştir: Bir FC çerçevesi üç bölümden oluşur: SOF, çerçeve içeriği ve EOF ve çerçeve içeriği şu şekilde bölünebilir: Çerçeve başlığı, veri alanı ve CRC 3 parçaları. FC çerçeve formatı Şekil 5'te gösterilmektedir.
Çerçevedeki çeşitli parçalar aşağıda açıklanmıştır:
(1) SOF ve EOF: Bu iki sıralı set, bir çerçevenin başlangıcını ve sonunu tanımlamak için kullanılır ve farklı çerçevelerdeki ve farklı kullanım ortamlarındaki belirli SOF ve EOF değerleri farklıdır.
(2) Çerçeve başlığı: Çerçeve formatında, çerçeve başlığı kelime sınırlarına göre iletilen bir 24 B alanıdır. Bağlantı işlemini, cihaz protokol iletimini ve çerçeve kaybı veya sıra dışı algılamayı kontrol etmek için kullanılır. FC'deki çerçeve başlığına birleşik bir format tanımı verilir, bkz. Şekil 6.
(3) CRC alanı: Bu alan, çerçeve başlığının ve FC çerçevesindeki veri alanının bütünlüğünü doğrulamak için kullanılan bir 4 B CRC kontrol kodunu içerir, ancak SOF ve EOF, CRC kontrolüne dahil değildir.
1.3.2 FC hata işleme yöntemi
Veri iletişimi alanında, dış müdahale, saat kayması, çevresel stres ve diğer faktörler nedeniyle iletişim sürecinde çeşitli hatalar meydana gelebilir. FC protokol standardında, bu hatalar iki türe ayrılır: çerçeve hataları ve bağlantı hataları: çerçeve hataları, çerçevelerin kaybından veya hasar görmesinden kaynaklanan hatalara atıfta bulunur ve bu da sıra bütünlüğü hatalarına neden olabilir; bağlantı hataları, Kayıp sinyal hataları, kayıp senkronizasyon hataları ve diğer bağlantı zaman aşımı hataları dahil olmak üzere çerçeve hatalarından daha düşük temel karakteristik sinyallerdeki hatalar tespit edilir.
FC-2, farklı hata türleri için bağlantı ve veri iletişiminin güvenilirliğini sağlamak için ilgili hata algılama ve kurtarma yöntemlerini sağlar.
Bağlantı hatası işleme, bağlantı hatası tespiti, kod hasarı tespiti ve ilkel sekans protokol hatası tespitini içerir.Aynı zamanda, bağlantı hatası kurtarma, üç temel sekans protokolü dahil olmak üzere ilkel sekans protokolü kullanılarak tamamlanır: bağlantı hatası protokolü, bağlantı başlatma Protokol ve bağlantı sıfırlama protokolü.
Çerçeve hataları, dizi hatalarına ve değişim hatalarına bölünebilir. Değişim hatası işleme stratejileri, birden çok diziyi atmayı, tek bir diziyi atmayı, birden çok diziyi atmayı ve atılan diziyi yeniden iletmeyi ve sonsuz arabelleğe almayı içerir.
1.3.3 Yedeklilik arayüzü
Aviyonik sistemde iletim ağının güvenilirliğini artırmak için, çift yedeklilik arayüzü FC MAC katmanlı çift kanallı kontrol ile gerçekleştirilir ve çift kanallı hataya dayanıklı iletişim desteklenir.Aviyonik sistemde bulunan farklı mesaj türleri ve uygulama ortamları için kullanabilirsiniz. Kanal seçimi ve iletim ve alım kontrolü, fazlalık ve hata toleransı sağlar.
2 FC ağ özellikleri ve geliştirme eğilimleri
2.1 FC ağ özellikleri
(1) Yüksek bant genişliği, multimedya, uzun mesafeli iletim. Seri iletim hızı 1.062 Gb / s 32 Gb / s, büyük veri çıkışı, farklı modüller arasında büyük ölçekli uygulama verileri (ses, video veri akışı gibi) alışverişi; optik fiber, bakır kablo veya korumalı bükümlü çift ile iletim Orta, düşük maliyetli bakır tel 1 Gb / s iletim hızını ve 25 m'den fazla iletim mesafesini destekler, çok modlu fiberin iletim mesafesi 0,5 km ve tek modlu fiberin iletim mesafesi 10 km'dir.
(2) Yüksek güvenilirlik ve güçlü gerçek zamanlı performans. Çoklu hata işleme stratejileri, 32 bit CRC; farklı mesaj gereksinimlerine uyum sağlamak ve ortam erişim kontrolündeki çakışmaları çözmek için önceliği kullanın, iletim bit hata oranı 10-12'den düşük; uçtan uca iletim gecikme büyüklüğü 10 µs'den az , Hızlı teslimatın performans düzeyi gereksinimlerini karşılamak için yanıtsız modu ve sensör veri iletimini destekleyin.
(3) Birlik ve ölçeklenebilirlik. Farklı uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak için düğümler kolayca eklenebilir ve azaltılabilir.Topoloji esnektir ve çok seviyeli sistem ara bağlantısını destekler; yüksek seviyeli protokol eşlemesinin kullanımı, fiziksel cihazların ve ek ekipman türlerini etkili bir şekilde azaltabilen güçlü uyumluluk ve uyarlanabilirlik sağlar ve Ekonomik maliyetleri azaltın.
(4) Ara bağlantı açın. Birleştirilmiş uluslararası standartları takip etmek, farklı üreticilerin ürünlerinin birbirleriyle işbirliği içinde kullanılmasını sağlayabilir.
2.2 FC ağ geliştirme eğilimi
(1) Havacılık teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte, havacılık sistemlerinin sistem bileşimi sürekli olarak değişmektedir. Aviyonik sistemler, her bir alt sistemin karşılıklı olarak bağımsız olduğu "ayrı" sistemden "birleşik" e, kullanımda olan üçüncü nesil "kapsamlı" ve dördüncü nesil "gelişmiş kapsamlı" sisteme doğru evrilmiştir.Sistem yapısı açıkça entegre edilmiştir. akım. Yeni nesil birleşik fiber optik ağ aviyonik sistemi, işlevsel bölümler için bilgi iletişiminin genelleştirilmesini gerçekleştirecek, sistem iletim bant genişliğini artıracak ve iletişim formatını ve sistem bilgisi standardını birleştirecektir.
(2) Birleşik fiber optik hava kaynaklı ağ, görevleri görev değişikliklerine göre hızla değiştirebilir, iyi bir ölçeklenebilirliğe sahiptir ve daha karmaşık görevleri tamamlayabilir. Aynı zamanda, havadaki sistem bileşenlerinin veri işleme yetenekleri ve havadaki sistemin veri füzyon yetenekleri de sürekli artmaktadır. Veri toplama, işleme ve görüntüleme, yüksek hızlı bir havadan veri yolu aracılığıyla bağlanmalıdır.
(3) Birleşik bir fiber optik ağ sistemi yalnızca gerçek zamanlı ve sürdürülebilirliğe sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda güçlü hata toleransı ve zorlu ortamlara uyarlanabilirliğe sahiptir; daha az yer ve sistem kaynağı kullanır; aviyoniklerin genel sistem performansını artırır ve sistemi iyileştirir Uygulama yazılımı tasarımının esnekliği.
(4) Birleşik fiber optik ağ, minyatürleştirme, düşük güç tüketimi, yüksek güvenlik, yüksek entegrasyon ve karmaşık ve zorlu ortamlar gibi uygulama gereksinimleri altında daha küçük çözümler sağlar.Aynı zamanda, FC protokolünün kendisi de gelişmeye devam ederken, aynı zamanda Aynı zamanda, FC ağının iletim hızı ve güvenliği iyileştirilir. Bu nedenle, FC tabanlı ağ sistemleri, havacılık sistemlerinde giderek daha yaygın olarak kullanılacak ve havacılık ağları için ilk tercih haline gelecektir.
3 özet
FC ağı şu anda en umut verici havacılık ağı teknolojisidir.Yüksek iletim hızı, yüksek güvenlik ve yüksek uyumluluk için havacılığın gereksinimlerini karşılamakla kalmaz, aynı zamanda yeni nesil aviyonik sistemlerinin minyatürleştirme ve düşük güç tüketimi standartlarını da karşılar. . Bu makale, FC protokolünün kökenini ve gelişimini, FC protokolünün katmanlı modelini, FC aktarım çerçevesi biçimini ve ayrıca FC ağ iletimi tarafından desteklenen hata işleme yöntemlerini ve marj yönetimini ve ağ topolojisinin derinlemesine bir analizini ve FC protokolüne dayalı özelliklerini tanıtır. , Sonraki tasarım ve geliştirme çalışmalarına rehberlik etmek ve FC teknolojisinin havacılık, havacılık ve denizcilik alanlarında derinlemesine tanıtımı için temel oluşturmak.
Referanslar
INCITS.T11 / 08-013v1.Fiber kanal aviyonik ortamı anonim abone mesajlaşması (ASM) / Değişiklik 1. Washington: Uluslararası Bilgi Teknolojisi Standartları Komitesi, 2008.
Li Xiaoyu, Tian Ze. FC analizör yazılım tasarımı ve uygulaması Bilgisayar Teknolojisi ve Geliştirme, 2013 (8).
ANSI Fiber Kanal Fiziksel ve Sinyalleme Arabirimi (FCPH), X3. ABD: ANSI, 199 4.
ANSI Fiber Kanal Aviyonik Ortamı-Anonim Abone Mesajlaşma (FC-AE-ASM), Rev1.2. ABD: ANSI, 2006.
Wang Lei, Pei Li. Fiber optik iletişimin gelişme durumu ve geleceği, China Science and Technology Information, 2006 (4).
Zhou Yaorong. Havacılık sistemi yapısının gelişme trendi.2006, 5.
Liu Juan, Tian Ze. Fiber kanalın çekirdek teknolojisi ve gerçekleştirilmesi Xi'an: Xi'an Shiyou Üniversitesi, 2010 (5).
Liu Xin, Lu Wenjuan, Aviyonik Ortamda Fiber Kanal Uygulaması ve Anahtar Teknolojiler Üzerine Araştırma, Optik İletişim Teknolojisi, 2006 (6).
Lin Qiang Fiber Kanala Genel Bakış Bilgisayar Uygulama Araştırması, 2006 (2).
Wang Haiqing, Wang Yan.Aviyonik ortamda fiber kanal uygulaması Uçak tasarımı, 2014 (2).
yazar bilgileri
Tian Ze 1, 2, Xu Wenlong 3, Xu Heng 3, Li Xiaoyu 1, 2
1. Xi'an Havacılık Hesaplama Teknolojisi Enstitüsü, AVIC, Xi'an 710068, Shaanxi, Çin;
2. Havacılık Teknolojisi Tümleşik Devre ve Mikrosistem Tasarımı Anahtar Laboratuvarı, Xi'an 710068, Shaanxi;
3. Xi'an Xiangteng Microelectronics Technology Co., Ltd., Xi'an 710068, Shaanxi, Çin;
