[发明专利]一种双冗余以太网MAC状态健康管理方法

摘要

本发明公开一种双冗余以太网MAC状态健康管理系统，包括两个MAC单元、MAC寄存器、错误状态检测模块、MAC端口切换模块和总线接口模块；每个MAC单元包括数据发送模块、数据接收模块、发送缓冲器、接收缓冲器、中断状态队列和MII/GMII管理单元；MAC端口切换模块和MAC寄存器连接总线接口模块，MAC端口切换模块连接错误状态检测模块和两个MAC单元的中断状态队列、MII/GMII管理单元；每个MAC单元中，发送缓冲器连接中断状态队列和数据发送模块，接收缓冲器连接中断状态队列和数据接收模块；MII/GMII管理单元连接MII/GMII管理层数据；MAC寄存器连接错误状态检测模块和两个MAC单元的数据发送模块、数据接收模块。 1

主权项

1.一种双冗余以太网MAC状态健康管理系统，其特征在于，包括两个MAC单元、MAC寄存器、错误状态检测模块、MAC端口切换模块和总线接口模块；每个MAC单元包括数据发送模块、数据接收模块、发送缓冲器、接收缓冲器、中断状态队列和MII/GMII管理单元；MAC端口切换模块和MAC寄存器连接总线接口模块，MAC端口切换模块连接错误状态检测模块和两个MAC单元的中断状态队列、MII/GMII管理单元；每个MAC单元中，发送缓冲器连接中断状态队列和数据发送模块，通过数据发送模块发送数据，接收缓冲器连接中断状态队列和数据接收模块，由数据接收模块接收数据并传送至接收缓冲器；MII/GMII管理单元连接MII/GMII管理层数据，用于控制MAC与外部PHY之间的接口，用于对PHY进行配置并读取其状态信息；MAC寄存器连接错误状态检测模块和两个MAC单元的数据发送模块、数据接收模块，用于存储MAC单元的各个状态属性，随着系统的工作状态进行改变。

2.如权利要求1所述的双冗余以太网MAC状态健康管理系统，其特征在于，所述数据发送模块对待发送的数据添加发送帧头和帧起始定界符，并确定是否在数据之后加填充位；同时，数据发送模块响应发送过程中的各种异常情况，并且在发送结束后将此帧的发送状态报告给上层。

3.如权利要求2所述的双冗余以太网MAC状态健康管理系统，其特征在于，所述数据接收模块在接收数据时，进行拆帧、目的地址过滤、数据长度检查、CRC校验、接收过滤。

4.如权利要求3所述的双冗余以太网MAC状态健康管理系统，其特征在于，所述发送缓冲器包括接收SRAM和异步FIFO，接收缓冲器包括接收SRAM和异步FIFO；发送、接收缓冲器用来存放待发送和待接收的数据，使得上位机向MAC写入或读出数据帧的速率与MAC同PHY之间传输数据帧的速率相匹配。

5.如权利要求4所述的双冗余以太网MAC状态健康管理系统，其特征在于，所述中断状态队列通过总线接口为上位机提供中断及中断信息报告，包括MII管理层读中断、MII管理层写中断、接收中断、发送中断和缓冲中断；当中断触发时，中断类型及状态被存储到中断状态队列中，同时使中断信号变为有效。

6.如权利要求5所述的双冗余以太网MAC状态健康管理系统，其特征在于，所述错误状态检测模块用于对系统的错误状态进行实时检测，若检测到某路通道出现错误，立即将数据传输通道切换至另一路，实现两个MAC单元的切换。

7.一种双冗余以太网MAC状态健康管理方法，其特征在于，该方法基于权利要求6所述的管理系统进行，其包括以下步骤：

数据采集和传输：处理器通过PCIE总线实时读取MAC寄存器数据，当错误状态检测模块检测到链路出现故障或问题时，立即读取MAC寄存器，为下一步故障分析提供原始数据；

数据处理：对处理器读取到的二进制数据进行数据还原与处理；

状态监测：处理器根据采集的MAC寄存器数据，同预定的失效判据进行比较来监测系统当前的状态并且根据预定的参数指标阈值来提供故障报警能力，对故障进行初步判定，故障定位；

健康评估：根据初步定位的故障，对其进行故障检测，通过计算故障检测率、单点故障检测率、平均故障检测时间、最大故障检测时间及虚警率对系统进行健康评估；

故障诊断：根据状态检测的故障定位及健康评估结果，确定系统是否降级；如果系统的监控状态降级，则产生诊断信息，提示可能发生的故障，产生故障诊断记录并确定故障的可能性；

故障预测：综合前面各级的数据信息，评估和预测管理系统未来的健康状态，如果检测到任何部件有性能降级的情况，处理器隔离该故障，根据初步设定的模块更换时间来预计失效时间，并计划需要完成的必要的管理工作；

提出建议：接收来自状态监测、健康评估和故障预测的数据，产生更换、维修对应的实施建议并显示告警。

8.如权利要求7所述的双冗余以太网MAC状态健康管理系统，其特征在于，所述健康评估步骤中，

故障检测率为规定的方法正确检测到的故障数与被测单元发送的故障总数之比，用百分比表示，其数学模型为：

其中N_T为故障总数，N_D为正确检测到的故障数；

单点故障检测率为规定的方法正确检测到的次数与该故障发送次数之比，用百分比表示，其数学模型为：

其中为第i种故障被正确检测到的次数；N_i为第i种故障的发生次数；

平均故障检测时间是指当故障发生后，检测并指示该故障所需时间的平均值，其数学模型为：

其中t_Di为检测并指示第i个故障所需时间，N_D为正确检测到的故障数；

虚警率指发送的虚警数与同一时间内的故障指示总数之比，用百分比表示，其数学模型为：

其中N_FA为虚警次数，N_F为真实故障指示次数，N为报警总次数。

9.如权利要求8所述的双冗余以太网MAC状态健康管理系统，其特征在于，所述故障预测步骤中，基于综合评判模型进行预测，首先列出所有可能发生故障的影响因素集，记为U＝{u₁,u₂,…,u_n}，所有故障点的集合记为V＝{v₁,v₂,…,v_m}，U和V之间对应着模糊隶属度矩阵：

式中，R是U到V的模糊关系，r

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