一种航电系统FC网络管理系统研究与设计

赵琳+李健

摘要：随着综合模块化航电系统的发展，FC网络已成为新一代战机航电系统的首选通信网络，面对规模庞大的航电系统网络，网络管理就显得尤为重要，也是航电系统功能正常运行的基础。该文基于一种双余度FC交换网络体系结构航电系统模型，结合FC网络的特点，针对网络中的不同角色，对FC网络管理需求进行了详细的分析，就网络系统运行管理及控制过程中的关键需求点进行了深入的研究，最后完成了软件的测试与验证工作，该文设计的FC网络管理系统，提高了网络的可靠性和可扩展性，为新一代战机航电系统的网络管理提供一定的理论基础。

关键词：FC（光纤通道）；网络管理；航电系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）32-0056-02

光纤通道（FC）以其高带宽、低延时、强可靠性、拓扑结构灵活等特点成为新一代航空电子系统的主干网络。针对规模庞大的航电系统网络，构建功能完备，运行状态可控的通信网络系统，为系统应用提供可靠稳定的网络通信平台，是航电系统正常工作的基本保证。因此，航电系统一般采用具有容错功能的网络拓扑结构来保证系统的高可靠性。本文介绍了一种适用于新一代战机的航电系统综合任务处理机双余度FC交换网络体系结构，并对此架构下网络管理功能进行了需求分析和软件设计，所实现的网络管理软件直接为航电系统应用软件管理和控制过程提供平台支持。

1 航电系统模型

综合模块化航电系统（IMA）在新一代作战飞机中逐渐得到全面应用。IMA将预先定制的任务单元作为多样化任务的处理平台，并集成为综合任务处理机，实现数据的高速集中处理与融合。目前，FC网络已成为新一代战机航电系统的首选通信网络。本文以FC作为主干网络，综合任务处理机为网络管理平台，通过FC网络可以扩展连接航电系统、电子战系统、相控阵雷达系统、显示系统等。网络系统模型如图1所示。该系统模型以综合任务处理机为平台，FC网络系统的主体结构为两个互为余度交换网络，每个模块有两个FC通信接口，通过通信接口分别与两个交换机相连接，图中M1、M2、M3、M4、M5的FC网络接口分别与交换机1、交换机2相连，模块可通过交换机1或交换机2两个端口进行通信，平台提供了两条独立的通信路径，用于系统容错。

2 FC网络管理系统分析

2.1 网络管理系统角色划分

本文设计的FC通信平台网络管理系统由网络管理器、网络远程终端、网络交换机共同构成。网络管理器、网络远程终端物理上都是节点机，具有数据通信功能；网络交换机即FC交换机，具有数据交换的功能。网络管理器是网络管理系统的核心角色，采用主从备份方式运行，并与网络远程终端、网络交换机协同工作。

网络管理器（NC），其作为网络管理系统的核心角色，在整个网络中唯一存在，负责整个网络的运行管理控制。

备份网络管理器（BNC），同样作为网络中唯一存在，在网络管理器故障时接管网络控制权，执行与网络管理器完全相同的功能。

网络远程终端（NT），除网络管理器、备份网络管理器、FC网络交换机，网络中其他的节点都被定义为网络远程终端（NT），其受控于网络管理器，响应并执行网络管理器的各种管理与运行命令。

2.2 网络管理系统功能分析

依据网络系统的运行状态，网络系统运行管理及控制过程主要包括三部分内容，网络系统启动过程控制、网络系统正常运行过程控制，和故障模式下网络系统重构控制。

网络系统启动过程主要包括：网络系统控制权争夺和网络节点上/下网管理；网络系统正常运行过程主要包括：网络系统上/下线管理、网络系统上/下网管理和网络系统健康监控管理；故障模式下，网络系统重构控制管理。

3 网络管理系统设计

依据网络系统的运行状态，下面对网络系统运行管理及控制过程三部分内容的设计进行描述。

3.1 网络系统启动过程控制

3.1.1 网络系统控制权争夺控制设计

正常状态下，系统默认的主网络管理器首先完成软硬件初始化，获取网络控制权并通知网络各节点其状态就绪，开始执行网络管理器管理功能。当系统默认的主网络管理器失效时，备份网络管理器争夺网络系统的主控权，系统进行网络管理器切换。网络管理器失效有两种情况，分别是主机功能故障和通信功能故障。网络管理器主机模块发生故障时，通过硬线通知备份网络管理器，使其夺取网络控制权；网络管理器通信功能故障时，备份网络管理器通过看门狗监控获知，夺取网络系统控制权。

3.1.2 网络节点上/下网控制设计

网络管理器就绪之后，网络远程终端依据各自状态申请上下网，其过程管理如图2所示。

3.2 网络系统正常运行过程控制

3.2.1 网络系统上/下线过程控制

在网络运行过程中，网络管理器所维护的上/下线表信息由交换机周期性地向网络管理器模块主动汇报，网络管理器周期性地更新所有节点的上/下线表信息，某节点由于某种原因退出网络（网络故障链路断开、设备下电或者设备故障等），则网络管理器需感知到其由上网状态变为下线状态，需要更新所有网络节点上下网状态表，并通知所有终端更新本地上下网状态表。此处设计需要考虑网络为双余度的情况，网络终端某一路下線和两路均下线时，对在网状态的更新需分别判断处理。

3.2.2 网络系统上/下网过程控制

网络正常运行过程中与初始化过程中网络节点上下网络处理过程相同。

3.2.3 网络系统健康监控过程控制

网络系统健康监控由上层应用通知网络管理器负责收集各个网络终端设备的BIT状态以及统计信息，并将BIT状态和统计信息提交应用处理，由上层应用的监控模块和故障处理模块接管。

3.3 故障模式下，网络系统重构控制endprint

FC通信平台网络系统正常运行时，处于一个稳定的状态。当运行过程中出现故障，或者根据应用管理要求进行模式切换时，网络管理程序则在上层软件的控制下，根据网络配置数据，从当前的状态向另一个状态转换，即进行网络系统重构。

网络重构过程首先要求网络中所有节点停止通信，并依据事先规划的重构方案，完成网络交换机和所有终端的配置方案切换，待网络管理器确认各节点重构过程完成后，各网络终端重新申请上网，完成重构过程。

4 网络管理系统软件设计

FC通信平台网络管理功能的设计实现借鉴SNMP网络管理协议的基本操作，通过对自扩展的网络管理信息库（MIB）进行操作和维护，进而实现网络状态以及运行过程管理的控制。

网络管理消息的载体采用FC光纤通道标准规定使用的扩展链路服务（ELS）方式来实现，ELS帧分为请求和应答两类，定义4种操作，分别映射為标准SNMP协议中的4种操作。通过该系列操作，实现各个功能组件之间的管理消息的交互。

1） get-request操作：网络管理器从被管理FC设备（包括网络远程终端与网络交换机）获取一个参数值；

2） set-request操作：网络管理器设置被管理FC设备的一个参数值；

3） get-response操作：作为前2种操作的响应，由被管理FC设备向网络管理器返回一个参数值；

4） trap-request操作：被管理FC设备主动向网络管理器发起的请求。

5 测试与验证

按照本文的设计方法完成基于综合任务处理机的FC网络管理设计，同时结合综合任务处理机地面测试环境，完成了FC网络管理控制的测试与验证，测试验证结果满足航电系统对网络管理的功能和性能要求。

测试和验证过程为：将任务机内M1设置为网络管理器，M2设置为备份网络管理器。M3、M4、M5等均设置为网络远程终端。加载测试程序，逐一对FC网络管理中的上下线管理，上下网管理，抢权，重构等功能和性能进行测试和验证。

6 结束语

本文介绍了一种采用双余度FC交换网络体系结构的航电系统模型，在此模型的基础上，进行了FC网络管理需求分析，对网络管理角色进行了规划，并对网络系统运行管理及控制过程中的关键需求点进行了设计。所设计的网络管理系统软件为飞机航电系统的网络管理设计提供了参考意义，并且该FC网络管理系统稳定可靠并且已成功应用于飞机航电系统。

参考文献：

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