[发明专利]航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天通信领域，时间触发以太网领域，具体讲,涉及航太以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法。

背景技术

随着航天科技的不断发展进步，航天技术已在民用领域广泛造福于全人类，尤其在空间探测、卫星导航、气象观测以及地外生命探索等领域达到了前所未有的高度。但同时也造成了航天器整体系统的日益复杂，虽经历了电子技术的多次更新换代，每一个单机设备的处理能力得到了巨大提升，但设备间的互联传输系统略显落后。

航空电子系统体系结构的发展，促进了时间触发通信机制的引入。在分布式嵌入式实时系统领域提出的TT体系架构，在时间同步的基础上按照精确的资源使用计划来引导整个系统的活动，对资源进行充分使用。在此基础上发展而来的时间触发以太网 (Time-triggeredEthernet,TTE)，即以TT代替事件触发，在全局时钟精确同步的条件下，使网络任务通信具有完全的实时性，有望成为分布式综合模块化航空电子系统的互连基础设施。

在很多工业应用中，要求网络具有零故障恢复时间，现在普遍使用网络冗余来增加网络的可靠性。然而，以太网协议和TCP/IP协议本身未定义冗余通信方式，因此冗余以太网通信得到广泛研究。

以太网高可用性自动化网络标准IEC CDV 62439提出了“冗余至网络”和“冗余至节点”两类以太网冗余方案。前一类方案只提供线路和交换机冗余，节点本身没有冗余通道。比较典型的应用有STP、RSTP和MSTP。它们采用物理环网连接交换机和网桥。正常工作时阻断一个方向的通道防止“广播风暴”。故障发生后，通过启用阻断通道实现冗余通信。这类方案实现成本低，但是存在一定的故障恢复时间，且无法解决因节点网卡故障引起的通信中断。后一类方案中的节点和两个独立的冗余以太网连接，节点同时在两个网络上收发数据，因此能消除网络的故障恢复时间。其典型代表为PRP。PRP节点上连接冗余以太网的两个通道具有相同的MAC地址和IP地址。所有报文同时在两个网络上发送，接收节点通过报文时间标签筛选冗余报文。这种方案不可避免地增加了网络上报文的数量，且不能实现精确的时间同步。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种新的冗余至节点的航天以太网冗余方案，既消除故障恢复时间实现无缝冗余，又不增加网络通信负荷保证精确时间同步，提高以太网的稳定性和可靠性。本发明采用的技术方案是，航天以太网时间触发自适应双以太网冗余通信方法，步骤是：

(1)节点采用冗余至节点的双以太网结构，每个节点配备两个完全独立的网络接口，构成了A、B两个独立以太网物理通道，报文同时在A、B两个网络上发送，对TT流量，RC流量，BE流量进行流的分类；

TT流，速率限制RC(Rate-Constrained)流和“尽力传”BE(Best-Effort)流是三种类别，TT流用于具有严格时延、时延抖动和确定性需求的应用，具有最高优先级；

(2)对步骤(1)中的流进行冗余处理，在以太网报文数据区设计报文时间标签，利用时间标签，采用时间优先处理冗余报文，对TT流进行双备份；

(3)TT流同时从A,B两个端口同时发出，经过主要通道交换机以及冗余备份交换机发送到相同的目的节点，以保障一条链路出现故障时，重要的TT流不丢失；

(4)对于RC流与BE流，则经过冗余处理后，不进行双备份发送，而是分散到A,B两个端口发送，不再占用冗余通道，同时利用双通道提高信息流的发送速率；

(5)接收节点对于接收到的相同TT流根据报文标签不同进行处理，将由冗余标签的相同TT流进行舍弃，保留原始TT流。

时间标签设计在数据报文区域的前半部分，占用一个时隙的长度。

本发明的特点及有益效果是：

本发明根据报文实时性、可靠性和响应性的不同，将网络中的报文分成重要报文和次要报文，对不同报文采用不同的冗余传输机制，保证重要报文的可靠通信，又充分利用带宽，保证精确时间同步。

附图说明：

图1冗余结构图。

图2TTE基本周期与矩阵周期示意图。

图3自适应双以太网冗余拓扑结构。

图4本发明流程示意图。

具体实施方式

一、实现结构

本发明的实现结构如图1所示。

采用冗余至节点的双以太网结构，每个节点配备了两个完全独立的网络接口，构成了A、 B两个独立以太网物理通道。