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1、网络互联设备与 1553B 设备互联方法学生姓名：指导教师：专业年级：完稿时间：河北大学函授站网络互联设备与 1553B 设备互联方法摘摘 要要通过 1553B 网关和 EPON 中的 ONU 相连，总线控制器通过 1553B 网关和 EPON中的 OLT 相连。本文还给出了一种基于 BU-61580 和 MPC860 的 1553B 网关的设计方案，这种网关可以实现 1553B 总线协议与 EPON 协议的转换摘要内容。关键词：以太网无源光网络 EPON 1553B 总线 ONU 总线控制器目 录一、网络总体设计与 1553B 总线协议简介11二、EPON 简介11三、基于 EPON 的 1
2、553B 设备的互联22四、发现时隙和传输带宽的分配444.1 EPON 中发现时隙分配444.2 EPON 中静态带宽分配55五、功能设计555.1 BC 功能设计555.2 RT 功能设计55六、设计在实践中的应用66七、结论66参考文献 66附录77引 言MIL-STD-1553B（简称 1553B）总线是美国军用航空电子系统的标准总线，用于实现航空电子系统设备之间的数据和信息交换，以其优异的性能在美军航空、航天和航海等武器装备上得到广泛应用，并逐渐被民用航空系统采用作为民用航空电子设备的标准总线1。但是 1553B 总线存在明显的缺点：数据传输速率较低，最大速率只有 1 Mb/s；总线
3、工作模式为半双工模式；最大传输距离短,仅为 6 m。现代航空电子的综合数据链系统需要实时处理包括雷达、光电探测、导航、座舱显示等在内的综合信息，1553B 的 1 Mb/s 数据传输速率和半双工工作模式严重制约了综合数据链系统信息传输和处理的效率，因此需要采用新的数据传输模式实现航空电子系统综合数据链的信息传输.一 网络总体设计与 1553B 总线协议简介在网络规划阶段，并不要求明确的网路具体指标和实现方法，而是在网络总体设计时，根据网络规划中提出的各项技术规范设备选型、性能要求、以及经费做进一步的分析，制定一个明确的网络总体实施方案，同时却低估网络实际的物理结构和逻辑结构关系，在网络总体设计
4、中包括：网络采用的拓扑结构；网络采用的系统体系结构；网络设备的选型和技术参数；服务器的类型及容量；网络操作系统采用的通信协议；网络传输通道及详细的技术指标；网络的安全，可靠措施；网络管理；应用系统的配置及开发等发面。1553B 总线的拓扑结构是多冗余的总线结构,支持半双工的传输模式，最大传输速率为 1 Mb/s，采用曼彻斯特二型码，总线具有直接耦合和变压器耦合两种耦合方式，通常情况下采用变压器耦合方式。1553B 总线支持总线控制器BC(Bus Controller)、总线监视器 BM(Bus Monitor)和远程终端 RT(Remote Terminal)三种设备，总线上的所有消息都由总线
5、控制器发出指令进行控制，非常适合集中控制的分布式处理系统。而总线监视器只接收而不发送消息，总线监视器对 1553B 总线的工作状态进行监视。1553B 总线有 10 种消息格式，每个消息最少包含 2 个字，最大为 32 个字，每字为 16 bit 信息位、3 bit 同步头和 1 bit 校验位。1553B 总线采用指令/响应的异步方式进行工作，在强调整个系统数据传输的实时性的同时，采用反馈重传机制来保证数据传输的可靠性和完整性。二 EPON 简介1EPON 是基于以太网的无源光纤接入网。Intranet 是基于 Intranet 的 TCP/IP协议，使用 WWW 工具采用防止外界侵入的安全
6、措施，为企业内部服务，并有连接 Intranet 功能的企业内部网络，一旦企业建立了 Intranet，就可以用它来发布信息，增强企业的通信能力，建立合作的化境，Intranet 应用包括：电子邮件、目录服务、组织图、备忘录、个人手册、信息发布、快报和出版、系统手册、培训、新闻组、销售报告、财务报告、客户信息、市场信息、产品信息、网络管理和资产管理等；要实现网络互联必须遵守一个共同的协议，在这个协议的管理之下进行网络及各种网络间的互联，这个协议就是网络互联。协议很多，但是目前广泛使用的通信协议是 TCP/IP 协议，并在网络里得到广泛应用。通过计算机网络与计算机检索获取科技文献资料是当今科研的
7、重要手段。自1991 年夏天开始，国际上引发的邮寄自然科学论文的数量急剧下降，而改为通过计算机网络提供服务，这个服务是双向的，即每位学者可以将自己的论文用电子邮件方式寄到相应服务中心，同时从服务中心订阅论文摘要或索取指定的文章。国际上有大量可以从计算机网络上读取的科学数据库，可以从中获得数据和资料；在 EPON 中，其设备通过一根单模光纤相连，下行光信号传输波长为1550 nm，上行光信号传输波长为 1 310 nm。OLT 通过 1:N 的光分离/复用器与多个 ONU 相连，每个 ONU 通过以太网接口与用户终端 UE(User Equipment)相连，通常 N32,N 的具体值与 OLT
8、 的发射的光信号功率有关。EPON 的下行传输采用广播发送选择接收方式，OLT 将封装的以太网数据帧以广播的方式向每个 ONU发送，每个 ONU 利用设备地址对下行的广播数据进行选择性接收，下行传输模式和以太网非常相似，EPON 的最大传输速率可达 1 Gb/s。三 基于 EPON 的 1553B 设备的互联1553B 是典型的集中控制的分布式处理系统，而 EPON 也是基于 OLT 集中控制的分布式接入系统，多个 ONU 与一个 OLT 构成一个 EPON 系统，OLT 和 ONU 由无源光纤连接。OLT 通过 1553B 网关与 1553B 总线控制器相连，ONU 通过 1553B 网关和
9、各种远程终端相连，1553B 网关采用 10M/100M 以太网和 OLT、ONU 相连，通过 1553B 总线和总线控制器、远程终端互联。计算机的基本功能是存储和处理外界世界的信息，并将处理的结果向外界输出，为了完成这些基本功能，要求计算机能够自动地输入信息输出信息和存储信息以及处理信息。计算机的基本部件就是根据这些要求设置的，数字计算机的硬件由运算器存储器和控制器和输入单元和输出单元这几部分组成，通过输入单元输入的数据和程序记过运算器存放在存储器中，在运算时将存储程序传给控制器，计算机的组成部分可以有不同的链接方法。21553B 远程终端(包括嵌入远程终端的子系统和总线监视器)通过 155
10、3B 网关和 EPON 中的 ONU 相连，总线控制器通过 1553B 网关和 EPON 中的 OLT 相连。1553B 总线控制器向远程终端发送的消息通过 OLT 到 ONU 的下行广播实现，远程终端和总线控制器之间的通信通过 ONU 到 OLT 的时分复用方式接入，而远程终端之间的消息由位于 OLT 第二层的逻辑仿真功能进行转发。HN:以太无缘光网络（EPON）是一种新兴的接入网技术，它是在无源光网络(PON)的基础上，用以太网取代异步转移模式（ATM）作为数据链接协议。将以太网技术与 PON 技术结合，这样就拥有了以太网的诸多优势，如技术简单成熟，良好的兼容性以及可对 IP 业务经行有效
11、承载等，从而构成一个可以提供更大带宽，更低成本和更宽业务能力范围的新一代光接入网络。EPON 网络系统可以分为无缘设备和活动网元两部分。无缘设备主要是光分配网络中的单模光纤，无缘光分路器、耦合器、连接器和接头；活动网元主要是 OLT、ONU 和 EMS。从网络的组成来看，光信号分成多路给每一个 ONU，或另一个分路器。每个 ONU 上行的信号分成多路给每一个 ONU，从拓扑上看，EPON 可以灵活地组成树形，星形、环、和总线型以及混合型网络。在 EPON 网络中，OLT 既是一个交换机路由器，又是一个多业务提供平台，还是个控制中心，提供网络控制和网络管理功能。它向下提供面向无源光纤网络的光纤接
12、口，向上提供面向服务提供商的光纤接口。上行方向，OLT 还支持 ATM、FR、以及不同速度的 SONKT 链接。OLT 既负责向每一个 ONU 传输的各种数据信息，同时还要接收各个 ONU 发来的数据信息，并根据各 ONU 携带的信息动态地为各个 ONU 分配带宽。在一个 EPON 中，从 OLT道多个 ONU 的下行数据与从多个 ONU 到 OLT 的上行数据的传输机制不同。3四 发现时隙和传输带宽的分配在 EPON 接入网中，发现时隙和传输带宽的分配将影响接入网的性能。同样，在 1553B 设备通过 EPON 互联的系统中，EPON 的发现时隙和带宽分配对系统性能也具有影响。考虑到通常情况
13、下 1553B 设备和 OLT 的距离远小于接入网的覆盖范围，而且 1553B 设备的 1 MB/S 信息传输速率远小于 EPON 的数据吞吐量，可以认为 1553B 设备数据吞吐量为 1 MB/S。本方案中采用静态带宽分配策略。 4.1 EPON 中发现时隙分配 EPON 中的发现时隙用于实现 ONU 的注册，发现时隙的分配方法和 EPON的性能密切相关。发现时隙的窗口大小与 ONU 的数量、传播时延密切相关。下面的方法分析发现时隙窗口大小与 ONU 数量的关系。 假设 N 个 ONU 需要向 OLT 注册,每个 ONU 成功注册的概率为: 假设 ONU 和 OLT 的最大距离为 500 M
14、，EPON 中光传输速率为 2108 M/S，OLT至 ONU 最大往返时延为 5 S,即 E=5 S，M 的值取为 2.528 S,这是 EPON 中的典型值4。式(5)计算的结果如其中所示。从这个可以看出，最佳发现时隙的宽度随着 ONU 的数量增加的变化规律,当 N 较大时，这种关系几乎为线性关系。为了实现注册成功概率和线路利用率的折衷，应根据式(5)的结果分配发现时隙的窗口大小。对于上行传输，采用 TDMA 技术给其 ONU 传输上行流量。44.2 EPON 中静态带宽分配由于 EPON 的数据传输速率为 1 GB/S，该速率远大于 1553B 总线的 1 MB/S 传输速率，同时考虑到
15、 1553B 设备的距离远小于 EPON 支持的最大 20 KM 的传输距离，不同 ONU 到 OLT 之间的距离差异可以忽略不计，因此在基于 EPON 的 1553B设备互联系统中采用静态带宽分配方案，为每个 1553B 设备分配 1 MB/S 的传输带宽，使得每个设备全速率传输。采用静态带宽分配方案不但可以降低时隙分配调度算法的复杂性，而且可以减小附加的传输开销。五 功能设计在网络上设置两台总线控制器,其软硬件配置完全相同,其工作流程如下: 两台总线控制器先后开机,首先都初始化为 RT,并接收工作 BC 发送的周期消息,如果没有收到周期消息,并等待一定时间后认为工作 BC 已下线或总线上没有 BC,重新初始化为工作 BC,并开始向特定的 RT 发送周期消
