[发明专利]机载冗余网络数据传输方法

说明书

本发明公开的一种机载冗余网络数据传输方法，解决了机载统一网络中强实时突发数据传输与普通业务数据传输的矛盾。本发明通过下述技术方案实现：根据航空电子系统配置冗余网络传输模式，将冗余网络配置为分流传输、数据备份传输或网络备份传输模式，在分流传输模式下，发送节点的处理器及其应用单元通过处理器接口，将不同特性类型的数据包分流到不同的冗余传输网络进行传输；当配置为数据备份传输模式时，通过冗余传输网络传输相同数据包，发送节点的传输管理单元将数据复制为多份，通过多个冗余网络进行传输；在网络备份模式下，冗余传输网络中仅部分网络处于传输状态，当工作的网络出现故障时，通过网络备份启用备用网络。

技术领域

本发明涉及一种机载冗余网络数据传输方法，特别是支持异构传输方式、可兼顾强实时突发数据和普通业务数据传输的方法。

背景技术

航空电子系统经历了分离式、联合式、综合化的发展历程，正朝着高度综合化的方向发展，总线网络是决定机载电子系统性能的一个关键因素，随着综合化程度的提高，机载电子系统对总线网络的传输速率、实时性、可靠性等都提出了较高要求。采用统一机载高速网络不但可以满足高速互连传输的要求，还可以简化系统设计，便于系统集成、维护和管理，进一步提升航空电子系统的综合化程度，采用统一的机载网络实现整个航空电子系统的高速互连是当前的一个发展趋势。然而机载网络中需传输的数据类型各异，且对传输时延的要求也不相同，这就要求机载统一网络能支持混合型的数据传输，并能兼顾不同传输时延的要求。此外，在工程应用环境中，网络中传输的数据可能会丢失或者产生错误，为了防止因接收溢出、或者网络故障而出现数据丢失或者错误，并提高数据传输的效率，数据包的传输需要得到合理的管理和控制，在必要的时候可以采用重传机制，或者通过网络上层协议来确保网络数据传输的可靠性。

常用的机载网络传输方式包括：时间触发和事件触发两种，两种方法各有特点，适用于不同的应用场景。事件触发传输是指节点根据需求随机在网络上传输数据的机制，采用事件触发传输可能存在链路冲突或者网络拥塞的问题(特别是当网络负荷较重时，问题更为突出)，导致数据传输时延不可控。所以，事件触发传输具有传输时延不确定、不可预知的特点，存在确定性差的问题。事件触发传输方式常用于对传输时延要求不高的场景，而对于时延要求较苛刻的场景，常使用点对点的事件触发传输方式，以复杂度的增加来换取性能指标的提升。

时间触发传输的本质是时分复用，其特点是独占时隙，而信道资源共享，通过全局时钟精确同步，使节点按预先分配时隙进行通信，周期性的数据传输构成一个时分多址周期。该方法将信道传输的时间划分成若干时隙，并将这些时隙分配给各个节点使用，各节点在分配的时隙内独占信道进行数据传输，从而避免争用物理链路，保证通信延迟的确定性。但时间触发传输方式也存在着一定的局限性：各节点仅在分配的时隙内传输数据，其它时间则不能通过网络传输数据，待发送的数据包若错过当前传输时隙，则必须等待下一个总线周期的传输时隙(总线周期可根据应用场景进行配置，通常为毫秒级)，这种传输方法的最大传输延迟是可以预计的，可以满足对最大传输时延要求不高、或周期性的业务数据传输场景，但却无法满足某些对于实时性要求较苛刻的机载传感器控制类信息的传输场景，这类控制信息的数据量通常较低，但对数据传输时延的要求非常高。

冗余设计是提高系统可靠性最常用的方法，利用冗余设计，可以在单个组件或设备发生失效时不影响系统的整体可靠性，确保系统的正常运行。冗余设计虽然会增加系统设计的难度，但换来了系统可用性和可靠性的提升，提高了系统的平均无故障时间，缩短了平均故障修复时间。冗余设计可以分为多种类型，按冗余架构原理可分为：同构冗余、异构冗余、暂时冗余；按照冗余架构运行方式可以分为：主动冗余、被动冗余、热被动冗余、冷被动冗余。机载统一网络多采用同构冗余设计方式，系统使用多个相同设计的网络(常用的有双冗余和三冗余网络)，冗余网络采用相同的总线类型和协议，当一个网络出现故障时，可以用另一个网络进行代替，提高了数据传输的可靠性及系统任务的可靠度。例如：节点A向节点B传输消息，节点A对数据进行组包封装后，可将消息复制为多份，并分别通过不同冗余网络路径向节点B传输，其中一个冗余网络故障后不会影响系统的正常运行。常用的FC、AFDX等机载网络都采用了冗余网络设计。