支持多业务接入和冗余通道的FC节点卡软件研究与设计

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FC-AE(Fibre Channel-Avionics Environment)网络是光纤通道协议应用到航空电子环境中而产生的,因其能够满足高带宽、高可靠性、低延迟的数据传输要求,在航空电子网络、工业控制网络中逐渐得到越来越多的应用,国内外的研究者和厂商已经开始着眼于FC-AE网络的应用需求,开发出了符合应用场景的节点卡设备和交换机设备。然而,目前FC-AE网络在实际应用中存在各个厂商之间的节点卡网络编程接口不统一、传输数据业务单一、网络利用率低等现状,对实现将以太网IP业务等其他应用业务接入存在需求缺口。本文正是在充分考虑了这些网络场景应用需求的基础上,研究并设计了一种多业务接入FC-AE网络的软件技术方案,目的在于对上层提供多业务接入的网络接口,包括支持以太网IP(Internet Protocol)业务的socket接口、支持CAN(Controller Area Network)业务的网络接口等,对下驱动FC节点卡设备根据FC-AE传输协议进行数据传输并且保证传输的可靠性。本文首先分析了多业务接入软件技术方案的技术实现路径以及所需要涉及到的关键协议规范和技术,包括FC(Fibre Channel)协议栈、TCP/IP协议栈等。在结合了这些协议规范以及操作系统网络栈的基础上,本文创新性的对TCP/IP协议栈、CAN网络栈进行了扩展,提出了Ethernet/IP over FC、CAN over FC等技术解决方案。接着,根据方案需要实现的技术指标跟功能,本文详细介绍了软件程序的设计与实现,包括整体软件层次结构的规划、内核驱动模块的设计与实现、应用层配置软件的设计与实现、CAN和ASM(Anonymous Subscriber Message)仿真测试软件的设计与实现等。为了保证多业务在FC-AE网络中数据传输的可靠性,特别是解决UDP(User Datagram Protocol)业务的丢包的问题,本文在技术方案中创新性的提出了帧调度缓冲机制、多通道优先级发送机制;另外,本文讨论了保证网络健壮性的冗余通道方案,并且在软件层面上提供了支持。最后,本文对支持多业务接入的技术方案进行了软件测试和系统测试,测试结果表明,本方案实现了以太网IP业务、CAN业务和普通ASM业务在FC-AE网络上的透明传输,同时,在系统传输带宽、包延时、抖动、丢包率等性能上达到了商用千兆网卡的传输指标,特别是在丢包率上实现了对UDP业务的零丢包。本文提出的技术方案充分利用了广泛使用的网络编程接口,使得FC-AE网络能够传输更多类型的数据业务,满足了网络应用方更多的应用需求,同时也为异构网络间的接入提供了借鉴,继而节省网络布局的成本。
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