[发明专利]一种基于交换和环网冗余的高速总线网络

说明书

本发明涉及一种基于交换和环网冗余的高速总线网络，其网络拓扑结构中包括N个交换节点和M*N个终端节点；每一个交换节点与M个终端节点首尾相连组成环网，N个交换节点之间按星型结构互联，构成一个交换+环网的复合网络结构；在所述复合网络结构中，交换节点作为网络的核心节点，对全网的数据交互和通信互联进行通信调度，使整个网络在一个全局统一时间内，达到同步稳定状态，避免传输冲突的发生；终端节点作为网络的数据终端，用于通信数据流的产生和接收处理。本发明实现了大数据块高带宽和小数据块高实时的并行调度，既能满足航电系统对高通信速率的要求，又可以保证实时消息的确定性，并有效提升总线网络的可靠性，满足航电系统的复杂需求。

技术领域

本发明涉及总线技术领域，尤其是一种基于交换和环网冗余的高速总线网络。

背景技术

随着信息技术革命浪潮的深入发展，航电系统数据总线技术也在快速更新，以满足各级系统设备的数据传输和信息互联要求。

MIL-STD-1553B作为第一代航电系统数据总线技术，具有良好的冗余容错能力和实时性(响应时间为毫秒级)，但传输速率只有1Mbps，无法满足大容量数据传输的要求；FC-AE-1553B总线基于MIL-STD-1553B与光纤通信技术，在兼容MIL-STD-1553B总线的基础上，又具有光纤通信的高传输速率、低误码率等特性，得到了快速发展和广泛应用，但FC-AE-1553B总线无时间同步功能和冗余管理功能，同时和MIL-STD-1553B一样，需要专有硬件支持，大大提高了设计成本以及设计周期；AFDX(Avionics Full Duplex SwitchedEthernet，航空电子全双工交换式以太网)总线最大的优势是可以使用通用以太网硬件实现，同时采用虚拟链路技术和冗余管理技术，提高了数据传输的可靠性，但传输速率一般为100Mbps，且实时性无法保证；TTE(Time Trigged Ethernet，时间触发以太网)在传统以太网协议IEEE802.3的基础上，引入时钟同步技术，增加时间触发服务，既能全面兼容传统以太网通信，又能实现高实时性时间触发通信，但TTE目前能实现的最高速率为1Gbps，且需要采用专有硬件；在普通的以太网硬件上，TTE只能通过软件实现，速率最高为100Mbps。以上各种总线的特性对比如下表所示。

未来，随着航电设备复杂度的提升，数据吞吐量越来越大，对数据传输的可靠性和实时性要求也越来越高，因此迫切需要发展新的总线技术，来满足航电系统的复杂需求。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于交换和环网冗余的高速总线网络；解决未来航电系统对数据量、实时性和可靠性的要求问题。

本发明公开了一种基于交换和环网冗余的高速总线网络，包括N个交换节点和M*N个终端节点；

每一个交换节点与M个终端节点首尾相连组成环网，N个交换节点之间按星型结构互联，构成一个交换+环网的复合网络结构；

在所述复合网络结构中，交换节点作为网络的核心节点，对全网的数据交互和通信互联进行通信调度，使整个网络在一个全局统一时间内，达到同步稳定状态，避免传输冲突的发生；

终端节点作为网络的数据终端，用于通信数据流的产生和接收处理。

进一步地，所述交换节点和交换节点之间，交换节点和终端节点之间，终端节点和终端节点之间均采用光纤和以太网双绞线进行连接，光纤和以太网互为冗余。

进一步地，所述高速总线网络的通信调度中，采用有序调度和自由调度相结合的网络通信调度方法，将每个总线网络调度周期分成有序调度周期和自由调度周期；

在有序调度周期，作为总线控制器的交换节点向其他交换节点和终端节点有序发送包括控制命令在内的高实时、小数据流、低带宽的周期数据；