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摘要： 随着航空电子技术的发展及软硬件技术的进步，飞机对航空电子系统的要求随之不断提高。而航空电子系统的架构也由联合式航空电子系统发展为综合化模块化的航空电子系统及分布式综合化模块化的航空电子系统。而通信系统是航空电子系统中不可缺少的一部分，各计算资源之间的数据传递和数据共享都是由通信系统来完成。因此通信系统的性能直接影响到了航空电子系统的性能。FC网络具备传输速率高、传输距离远、误码率低、实时性强、可扩展性好等优点，满足航空电子系统对网络的需求。为了提升系统的诊断能力与容错能力，提出了一种FC网络的健康管理方法，对整个FC网络中的终端节点和交换机的健康状态进行维护管理。
关键词：FC（光纤通道）；容错；故障诊断
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）09-0033-02
1 引言
目前的航空电子系统架构，正在朝着称作为综合化航空电子系统和分布式综合化航空电子系统发展。在这种航空电子系统架构中，多使用高性能的计算平台。该平台以模块化的设备搭建，以网络为通信基础实现全互联结构。该平台具有灵活性高及交互操作性强的特点。交互性允许计算资源的共享，计算数据的交互则是通过网络来传递。
随着航空电子系统复杂性不断提高，适用于传统联合式航空电子系统的网络已经不能适应新的需求。高性能计算平台需要一个灵活、容错和高速的通信系统来支持模块间通信，而FC网络满足其需求。航空电子系统的发展及提供功能的增加，必然会加重网络的负担。网络的规模会越来越大，网络配置也会越发复杂，所以管理整个网络的运行状态和健康状态就显得尤为重要。
2 研制背景
在综合化模块化的航空电子系统和分布式综合化模块化的航空电子系统中，FC网络的拓扑结构多以交换网络拓扑结构为主。网络结构是以FC网络交换机为核心，各个FC节点连接至FC网络交换机。在整个网络通信过程中，FC网络交换机对于FC节点来说是透明的。在FC网络的使用过程中，目前缺乏一个快速获取且集中处理故障的健康管理机制，导致有时在事后分析FC网络出现的问题时缺乏支撑数据，给排故带来较大困难。
3 系统设计
上图所示的是一个双余度、交换机式网络拓扑的FC网络系统。该系统中包含两块FC网络交换机，多个FC网络终端，一个故障管理模块和一个FC网络监控设备。其中FC网络终端的个数一般根据系统应用功能需求分配而决定，也受FC网络交换机端口数目的限制。该FC网络为一个双余度的FC网络，每个FC网络终端都有两个FC通道，分别连接至两个交换机的同一个普通端口（例如两个FC端口分别连接至交换机1和交换机2的12端口）。FC网络监控设备同样具备两个FC端口，分别连接至两个交换机的同一个监控端口上。
交换机1和交换机2有一个端口连接在一起，用来进行信息交互。
3.1 FC网络交换机
该系统中有2个FC网络交换机，主要负责FC网络中数据的转发功能。FC网络交换机支持单播，组播和广播功能。其中故障管理模块作为一个普通的FC网络终端连接至交换机的普通端口上。FC网络交换机具备FC监控端口，用来监控FC网络上的通信数据。
其中FC网络交换机的组播功能和监控功能需要预先配置。配置完成后如果有组播消息，则交换机会通过查询预先配置组播表而确定组播消息的成员后，给各个成员一起转发消息。当FC网络中有数据通信时，FC网络交换机会通过查询预先配置的监控表来确认哪些消息是需要监控的，然后会将需要监控的FC消息通过监控端口转发出去。
3.2 FC网络终端
在FC网络中，FC网络终端作为网络的普通节点。承载了整个系统分配的应用功能任务。FC网络终端包含了计算、控制和网络接口功能。FC网络终端的计算和控制（应用功能的运行）功能由CPU单元来执行。FC网络接口功能由FC接口单元来执行。
其中FC网络接口由CPU单元进行控制，包括FC网络接口的初始化，状态管理，数据收发控制等。
3.3 故障管理模块
在FC网络中故障管理模块主要功能为故障的记录功能，记录故障后为后续的故障排查和分析提供依据。故障管理模块包含了CPU单元和FC网络接口单元。FC网络接口由CPU单元进行控制，包括FC网络接口的初始化，状态管理，数据收发控制等。
3.4 FC网络监控设备
在FC网络中，FC网络监控设备连接至FC网络交换机的监控端口，负责FC网络通信数据的记录功能，即将交换机监控端口转发过来的数据保存到本地，为后续数据分析提供支撑。
FC网络监控设备包含CPU单元及FC网络监控单元，其中CPU单元功能与FC网络终端中的CPU功能一致。FC网络监控单元主要完成FC网络监控数据的记录功能。
3.5 健康管理
整个FC网络的健康管理以FC网络交换机为核心，交换机进行统一收集FC网络健康状态并进行处理，处理完成后会将故障整合并发给故障管理模块进行记录保存或显示。其中重要的故障也会保存在本地的NVRAM中。其中具体的管理方法如下：
（1）FC网络交换机可以实时检测到各个端口的状态机变化（上/下线状态变化），交换机会将整个网络的上下线信息及变化的时间保存在本地；如果判断到交换机逻辑异常或者故障管理模块异常则将保存的状态存储到NVRAM中。每个交换机获取到FC网络的上/下状态后，两个交换机进行信息交互，综合判断某个节点单通道故障还是整个链路故障，并保存故障类型；
（2）交换机的逻辑会产生心跳信息由CPU进行判断处理，如果心跳异常则CPU会将该故障及发生时间保存到本地的NVRAM中。两个交换机会通过连接的端口互相发送心跳信息，如果某个交换机故障，则另外一个交换机会采到故障状态并保存故障类型；
（3）交换机会周期广播各网络终端（包含FC监控设备）的状态获取命令，各网络终端收到后会提交给CPU，然后由CPU处理完成后给交换机返回状态。交换机会判断各FC网络终端健康状态，以及接收到的网络终端的状态信息，经过两个交换机信息综合后保存故障类型；
（4）FC網络终端会周期判断FC接口的心跳信息，如果FC接口心跳异常则将该故障的发生时间和故障类型保存在本地的NVRAM中；
（5）FC网络交换机及FC网络终端上电后会读取本地模块上光收发器的发送光功率的数值，并汇总至交换机进行综合处理；
（6）FC网络交换机在进行FC网络健康信息综合时，当有状态变化或系统进入维护模式时，都会将所有的健康信息发送给故障管理模块进行保存。同时故障管理模块会监控交换机的心跳信息，如果异常则会将该故障的发生时间和故障类型记录在本地的NVRAM中。
4 总结评价
本文介绍了一种基于交换式FC网络拓扑结构的FC网络的健康管理方法。对FC网络系统中的各设备在健康管理中所起的作用、涉及管理的内容和方法做了介绍，其中包括FC网络交换机作为健康管理的核心部件进行管理的具体方法和FC网络终端、故障管理模块及FC网络监控设备需要实现的内容。这套健康管理方法能够极大的提高FC网络系统的故障诊断能力，并为FC网络状态监控及故障排查提供有力的数据支撑。
参考文献：
[1] Fibre Channel Framing and Signaling – 3 （FC-FS-3） Rev 0.60， American National Standard for Information Technology 2008-08-15
[2] 黄浩益.光纤通道技术在航电系统中的应用[J].航空电子技术，2005（3）.
[3] 周耀荣.航空系统结构发展趋势[Z].2006.
【通联编辑：梁书】
关键词：FC（光纤通道）；容错；故障诊断
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）09-0033-02
1 引言
目前的航空电子系统架构，正在朝着称作为综合化航空电子系统和分布式综合化航空电子系统发展。在这种航空电子系统架构中，多使用高性能的计算平台。该平台以模块化的设备搭建，以网络为通信基础实现全互联结构。该平台具有灵活性高及交互操作性强的特点。交互性允许计算资源的共享，计算数据的交互则是通过网络来传递。
随着航空电子系统复杂性不断提高，适用于传统联合式航空电子系统的网络已经不能适应新的需求。高性能计算平台需要一个灵活、容错和高速的通信系统来支持模块间通信，而FC网络满足其需求。航空电子系统的发展及提供功能的增加，必然会加重网络的负担。网络的规模会越来越大，网络配置也会越发复杂，所以管理整个网络的运行状态和健康状态就显得尤为重要。
2 研制背景
在综合化模块化的航空电子系统和分布式综合化模块化的航空电子系统中，FC网络的拓扑结构多以交换网络拓扑结构为主。网络结构是以FC网络交换机为核心，各个FC节点连接至FC网络交换机。在整个网络通信过程中，FC网络交换机对于FC节点来说是透明的。在FC网络的使用过程中，目前缺乏一个快速获取且集中处理故障的健康管理机制，导致有时在事后分析FC网络出现的问题时缺乏支撑数据，给排故带来较大困难。
3 系统设计
上图所示的是一个双余度、交换机式网络拓扑的FC网络系统。该系统中包含两块FC网络交换机，多个FC网络终端，一个故障管理模块和一个FC网络监控设备。其中FC网络终端的个数一般根据系统应用功能需求分配而决定，也受FC网络交换机端口数目的限制。该FC网络为一个双余度的FC网络，每个FC网络终端都有两个FC通道，分别连接至两个交换机的同一个普通端口（例如两个FC端口分别连接至交换机1和交换机2的12端口）。FC网络监控设备同样具备两个FC端口，分别连接至两个交换机的同一个监控端口上。
交换机1和交换机2有一个端口连接在一起，用来进行信息交互。
3.1 FC网络交换机
该系统中有2个FC网络交换机，主要负责FC网络中数据的转发功能。FC网络交换机支持单播，组播和广播功能。其中故障管理模块作为一个普通的FC网络终端连接至交换机的普通端口上。FC网络交换机具备FC监控端口，用来监控FC网络上的通信数据。
其中FC网络交换机的组播功能和监控功能需要预先配置。配置完成后如果有组播消息，则交换机会通过查询预先配置组播表而确定组播消息的成员后，给各个成员一起转发消息。当FC网络中有数据通信时，FC网络交换机会通过查询预先配置的监控表来确认哪些消息是需要监控的，然后会将需要监控的FC消息通过监控端口转发出去。
3.2 FC网络终端
在FC网络中，FC网络终端作为网络的普通节点。承载了整个系统分配的应用功能任务。FC网络终端包含了计算、控制和网络接口功能。FC网络终端的计算和控制（应用功能的运行）功能由CPU单元来执行。FC网络接口功能由FC接口单元来执行。
其中FC网络接口由CPU单元进行控制，包括FC网络接口的初始化，状态管理，数据收发控制等。
3.3 故障管理模块
在FC网络中故障管理模块主要功能为故障的记录功能，记录故障后为后续的故障排查和分析提供依据。故障管理模块包含了CPU单元和FC网络接口单元。FC网络接口由CPU单元进行控制，包括FC网络接口的初始化，状态管理，数据收发控制等。
3.4 FC网络监控设备
在FC网络中，FC网络监控设备连接至FC网络交换机的监控端口，负责FC网络通信数据的记录功能，即将交换机监控端口转发过来的数据保存到本地，为后续数据分析提供支撑。
FC网络监控设备包含CPU单元及FC网络监控单元，其中CPU单元功能与FC网络终端中的CPU功能一致。FC网络监控单元主要完成FC网络监控数据的记录功能。
3.5 健康管理
整个FC网络的健康管理以FC网络交换机为核心，交换机进行统一收集FC网络健康状态并进行处理，处理完成后会将故障整合并发给故障管理模块进行记录保存或显示。其中重要的故障也会保存在本地的NVRAM中。其中具体的管理方法如下：
（1）FC网络交换机可以实时检测到各个端口的状态机变化（上/下线状态变化），交换机会将整个网络的上下线信息及变化的时间保存在本地；如果判断到交换机逻辑异常或者故障管理模块异常则将保存的状态存储到NVRAM中。每个交换机获取到FC网络的上/下状态后，两个交换机进行信息交互，综合判断某个节点单通道故障还是整个链路故障，并保存故障类型；
（2）交换机的逻辑会产生心跳信息由CPU进行判断处理，如果心跳异常则CPU会将该故障及发生时间保存到本地的NVRAM中。两个交换机会通过连接的端口互相发送心跳信息，如果某个交换机故障，则另外一个交换机会采到故障状态并保存故障类型；
（3）交换机会周期广播各网络终端（包含FC监控设备）的状态获取命令，各网络终端收到后会提交给CPU，然后由CPU处理完成后给交换机返回状态。交换机会判断各FC网络终端健康状态，以及接收到的网络终端的状态信息，经过两个交换机信息综合后保存故障类型；
（4）FC網络终端会周期判断FC接口的心跳信息，如果FC接口心跳异常则将该故障的发生时间和故障类型保存在本地的NVRAM中；
（5）FC网络交换机及FC网络终端上电后会读取本地模块上光收发器的发送光功率的数值，并汇总至交换机进行综合处理；
（6）FC网络交换机在进行FC网络健康信息综合时，当有状态变化或系统进入维护模式时，都会将所有的健康信息发送给故障管理模块进行保存。同时故障管理模块会监控交换机的心跳信息，如果异常则会将该故障的发生时间和故障类型记录在本地的NVRAM中。
4 总结评价
本文介绍了一种基于交换式FC网络拓扑结构的FC网络的健康管理方法。对FC网络系统中的各设备在健康管理中所起的作用、涉及管理的内容和方法做了介绍，其中包括FC网络交换机作为健康管理的核心部件进行管理的具体方法和FC网络终端、故障管理模块及FC网络监控设备需要实现的内容。这套健康管理方法能够极大的提高FC网络系统的故障诊断能力，并为FC网络状态监控及故障排查提供有力的数据支撑。
参考文献：
[1] Fibre Channel Framing and Signaling – 3 （FC-FS-3） Rev 0.60， American National Standard for Information Technology 2008-08-15
[2] 黄浩益.光纤通道技术在航电系统中的应用[J].航空电子技术，2005（3）.
[3] 周耀荣.航空系统结构发展趋势[Z].2006.
【通联编辑：梁书】