УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРВОЙ ЕДИНИЦЫ ОБОРУДОВАНИЯ С НЕСКОЛЬКИМИ ВТОРЫМИ ЕДИНИЦАМИ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО
DEVICE FOR SELECTIVELY CONNECTING FIRST ITEM OF EQUIPMENT TO PLURALITY OF SECOND ITEMS OF EQUIPMENT AND DATA PROCESSING SYSTEM COMPRISING SUCH DEVICE

Настоящее изобретение относится к устройству для избирательного соединения первой единицы компьютерного оборудования с несколькими вторыми единицами компьютерного оборудования. Изобретение предлагает также систему обработки данных, содержащую по меньшей мере одно такое устройство.
Такие соединительные устройства могут применяться в самых многочисленных и разнообразных областях и, более конкретно, в области авиации.
Таким образом, в самолете есть необходимость соединения модуля для загрузки и скачивания данных (обычно именуемого «загрузчик данных») с компьютерами самолета с целью загрузки программ или обновлений в компьютеры или с целью скачивания данных. Стандарт ARINC 615A предлагает использовать протокол Ethernet с целью соединения модуля для загрузки и скачивания данных с компьютерами.
Между модулем загрузки и скачивания данных и компьютерами необходимо поместить соединительное устройство с целью избирательного соединения этого модуля загрузки и скачивания с каждым из компьютеров. Такое соединительное устройство может представлять собой Ethernet-маршрутизатор (известный также под названием «коммутатор»), служащий для маршрутизации пакетов данных между модулем загрузки и скачивания с одной стороны и компьютерами с другой стороны. В таком маршрутизаторе порты этого маршрутизатора постоянно соединены один с другим, и именно маршрутизатор определяет порты, в которые следует передать кадры данных, поступившие в маршрутизатор, в зависимости адресов, содержащихся в этих кадрах. Такой маршрутизатор не может предотвратить передачу данных между компьютерами, например, в результате выполнения вредоносной программы. В частности, важно предотвратить загрузку любой программы в какой-либо из компьютеров, когда самолет находится в воздухе.
Более совершенное соединительное устройство, которое можно использовать, содержит защищенный интерфейс связи, имеющий специализированный компьютер, запрограммированный для предотвращения такой загрузки программ в полете. Тем не менее, такой интерфейс является довольно дорогим.
Целью настоящего изобретения является создание средства для соединения первой единицы компьютерного оборудования с несколькими вторыми единицами компьютерного оборудования простым, надежным и защищенным способом.
С этой целью настоящее изобретение предлагает устройство для избирательного соединения по меньшей мере одной первой единицы компьютерного оборудования с множеством вторых единиц компьютерного оборудования, такое устройство содержит первый Ethernet-порт для соединения с первой единицей оборудования, множество вторых Ethernet-портов для соединения с каждой из вторых единиц оборудования, селектор для избирательного физического соединения первого Ethernet-порта со вторыми Ethernet-портами и модуль управления селектором.
Таким образом, соединительное устройство осуществляет физическое переключение первого Ethernet-порта для соединения его с каждым из вторых Ethernet-портов при этом сохраняет изоляцию вторых Ethernet-портов одного от другого. Такая конфигурация соединительного устройства позволяет изолировать компьютеры один от другого и в результате гарантирует безопасность компьютеров в информационной системе. Таким образом, осуществляется не просто маршрутизация данных между единицами оборудования, а соединение первой единицы оборудования с каждой из вторых единиц оборудования.
Предпочтительно, селектор должен иметь разъединенную позицию, в которой отсоединены все вторые Ethernet-порты.
В такой позиции селектор предотвращает какие-либо передачи данных между единицами компьютерного оборудования.
Следовательно, предпочтительно запрограммировать модуль управления таким образом, чтобы разъединить все вторые Ethernet-порты, когда модуль управления выключен и не получает питания.
В приложениях на борту самолета может быть предусмотрено, чтобы модуль управления получал питание только тогда, когда самолет находится на земле, так что невозможно будет загрузить программу во вторую единицу оборудования, когда самолет находится в полете.
Согласно другой предпочтительной характеристике устройство содержит входной порт для дискретного сигнала, причем предпочтительно:
- устройство содержит по меньшей мере столько же выходных портов для дискретного сигнала, сколько имеется вторых Ethernet-портов, а селектор избирательно и физически соединяет дискретный входной порт с дискретными выходными портами; и/или
- модуль управления запрограммирован таким образом, чтобы селектор находился в позиции для разъединения всех дискретных выходных портов, когда во входном порте нет дискретного сигнала.
Присутствие этого дискретного сигнала может, таким образом, представлять собой авторизацию для передачи данных.
Также предпочтительно устройство содержит цепочечный порт для присоединения по меньшей мере к одному соединительному устройству такого же типа, а модуль управления выполнен с возможностью передачи в этот цепочечный порт любого кадра, не адресованного вторым единицам оборудования, с которыми соединено рассматриваемое соединительное устройство.
Это позволяет увеличить число вторых единиц оборудования, которые могут быть соединены с первой единицей оборудования.
Настоящее изобретение охватывает также систему обработки данных, содержащую по меньшей мере одно такое соединительное устройство для соединения с единицами компьютерного оборудования.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны после прочтения следующего описания конкретного неограничивающего варианта этого изобретения.
Описание будет ссылаться на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг. 1 представляет общее схематичное изображение системы, содержащей оборудование для обработки данных, соединенное посредством соединительных устройств согласно настоящему изобретению; и
- фиг. 2 представляет схематичное изображение предлагаемого соединительного устройства и его связей с модулем загрузки и скачивания.
В соответствии с этими чертежами соединительное устройство согласно настоящему изобретению, обозначенное в целом поз. 1, описано здесь в варианте для применения в авиации с целью соединения модуля 100 загрузки и скачивания с компьютерами 200 на борту самолета (в рассматриваемом примере шесть компьютеров, различаемых индексами с 1 по 6, присоединяемыми к числовому позиционному обозначению 200 на фиг. 1). Модуль 100 загрузки и скачивания (или «загрузчик данных»), используемый в качестве интерфейса оператора и образующий «первое» компьютерное оборудование, и компьютеры 200, образующие единицы «второго» компьютерного оборудования, сами по себе известны и потому здесь не будут рассмотрены более подробно.
Соединительное устройство 1 имеет первый Ethernet-порт 10 для соединения с модулем 100 загрузки и скачивания и вторые Ethernet-порты 20 (в этом примере четыре таких порта) для соединения с компьютерами 200.
В этом примере Ethernet-порт 10 соединен с модулем загрузки и скачивания 100 посредством двунаправленной Ethernet-линии связи (соответствующей требованиям стандарта ARINC 615A), содержащей обычным образом восходящую линию и нисходящую линию, так что эти линии электрически изолированы одна от другой.
В этом примере каждый Ethernet-порт 20 соединен с одним из компьютеров 200 посредством двунаправленной Ethernet-линии связи (соответствующей требованиям стандарта ARINC 615A), содержащей обычным образом восходящую линию и нисходящую линию, так что эти линии электрически изолированы одна от другой.
Каждое соединительное устройство 1 содержит цепочечный Ethernet-порт 30, позволяющий соединить рассматриваемое соединительное устройство с Ethernet-портом 10 другого соединительного устройства 1 посредством двунаправленной Ethernet-линии связи описанного выше типа.
Каждое соединительное устройство 1 содержит также входной порт 41 для дискретного сигнала и столько же выходных портов 42 для дискретного сигнала, сколько имеется Ethernet-портов 20, а также выходной порт 43 для дискретного сигнала с целью цепочечного соединения с другим соединительным устройством 1. Указанные дискретные порты 41, 42 и 43 предназначены для соединения соответственно с модулем загрузки и скачивания 100, с компьютерами 200 и с другим соединительным устройством 1. Соединительное устройство 1 имеет селектор, обозначенный в целом поз. 50 и содержащий первый селектор 51, присоединенный между, во-первых, Ethernet-портом 10 и, во-вторых, одним из Ethernet-портов 20 и цепочечным Ethernet-портом 30 с целью соединения Ethernet-порта 10 избирательно и физически с каким-либо одним из Ethernet-портов 20 или с цепочечным Ethernet-портом 30. Селектор 51 имеет, таким образом, столько же соединительных позиций, сколько есть Ethernet-портов 20 плюс позиция для цепочечного Ethernet-порта 30, чтобы можно было избирательно соединить Ethernet-порт 10 с каким-либо одним из Ethernet-портов 20 или с цепочечным Ethernet-портом 30. Селектор 51 имеет также разъединенную позицию, в которой отсоединены все Ethernet-порты 20 и цепочечный Ethernet-порт 30, так что Ethernet-порт 10, Ethernet-порты 20 и цепочечный Ethernet-порт 30 изолированы один от другого.
Селектор 50 содержит также второй селектор 52, присоединенный последовательно между, во-первых, входным портом 41 и, во-вторых, дискретными выходными портами 42 и дискретным выходным портом 43, с целью соединения дискретного входного порта 41 избирательно и физически с каким-либо одним из дискретных выходных портов 42 или дискретным выходным портом 43. Селектор 52 имеет, таким образом, столько соединительных позиций, сколько есть дискретных выходных портов 42, плюс еще одну соединительную позицию для дискретного выходного порта 43, а также имеет разъединенную позицию, в которой отсоединены все дискретные выходные порты 42 и цепочечный дискретный выходной порт 43, так что дискретный входной порт 41, дискретные выходные порты 42 и цепочечный дискретный выходной порт 43 изолированы один от другого.
Селектор 50 имеет модуль 60 управления с целью управления работой селекторов 51 и 52 в составе селектора 50. В рассматриваемом примере модуль 60 управления представляет собой программируемую логическую схему, запрограммированную таким образом, чтобы селекторы 51 и 52 в составе селектора 50 находились в разъединенной позиции, когда модуль 60 управления выключен и не получает питания и когда в дискретном входном порте 41 отсутствует дискретный сигнал.
Источник питания предпочтительно присоединен через модуль 100 загрузки и скачивания для подачи питания по Ethernet-линии, присоединенной к Ethernet-порту 10. Такой способ питания оборудования, соединенного с сетью Ethernet, сам по себе известен. Вследствие этого модуль 60 управления может получать питание, только если модуль 100 загрузки и скачивания сам по себе присоединен к соединительному устройству 1 и получает питание.
В рассматриваемом примере число компьютеров 200 (шесть) больше числа Ethernet-портов 20 (четыре) соединительного устройства 1. Поэтому предложено использовать второе соединительное устройство 1 (эти соединительные устройства 1 идентичны одно другому по структуре, а на чертежах они различаются посредством букв "a" и "b", присоединенных к цифровому позиционному обозначению 1).
Таким образом, соединительное устройство 1a имеет четыре своих Ethernet-порта 20 и четыре дискретных выходных порта 42, присоединенных к компьютерам 200.1, 200.2, 200.3 и 200.4, его цепочечный Ethernet-порт 30 соединен с Ethernet-портом 10 второго соединительного устройства 1b, а его дискретный выходной порт 43 присоединен к дискретному входному порту 41 второго соединительного устройства 1b. Соединительное устройство 1b имеет два своих Ethernet-порта 20, соединенных соответственно с компьютерами 200.5 и 200.6, и два дискретных выходных порта 42 присоединены соответственно к компьютерам 200.5 и 200.6. Другие два Ethernet-порта 20 и другие два дискретных выходных порта 42 соединительного устройства 1b, а также его цепочечный Ethernet-порт 30 и дискретный выходной порт 43 никуда не присоединены.
Во время работы оператор, который хочет загрузить или скачать данные в или из одного из компьютеров должен присоединить модуль 100 загрузки и скачивания к соединительному устройству 1a, к источнику питания и датчику 110 воздух/земля, указывающему, где находится самолет - в воздухе или на земле. После этого подают электрическое питание соединительному устройству 1a.
Для передачи данных компьютеру сначала передают кадр управления коммутацией, несущий идентификатор M (имеющий величину 1, 2, 3, 4…), соответствующий рассматриваемому компьютеру.
Когда в соединительное устройство 1a приходит кадр данных, предназначенный для передачи компьютеру 200.M:
- если индекс M меньше числа N (представляющего число Ethernet-портов 20 в соединительном устройстве 1a), тогда модуль 60 управления дает команду селектору 50 соединить Ethernet-порт 10 с Ethernet-портом 20 #М, к которому присоединен компьютер 200.M, с целью передачи указанного кадра данных этому компьютеру;
- если индекс M больше числа N, тогда модуль 60 управления соединительного устройства 1a передает кадр данных со скорректированным идентификатором M-N соединительному устройству 1b с целью управления селектором 50 для соединения Ethernet-порта 10 с цепочечным Ethernet-портом 30 и дискретного входного порта 41 с дискретным выходным портом 43. Затем модуль 60 управления соединительного устройства 1b получает питание и управляет селектором 50 для соединения Ethernet-порта 10 с Ethernet-портом 20 #M-N, к которому присоединен компьютер 200.M, с целью передачи указанного кадра данных этому компьютеру.
Таким образом, более подробно, в предположении, что нужно загрузить данные в компьютер 200.2, оператор использует устройство 100 загрузки и скачивания для передачи коммутационного кадра протокола дейтаграмм пользователя (user datagram protocol (UDP)), содержащего номер Ethernet-порта 20, с которым нужно соединиться, т.е. в рассматриваемом примере - Ethernet-порта 20 #2. При получении этого кадра модуль 60 управления соединительного устройства 1a проверяет, что этот номер порта меньше числа Ethernet-портов 20, которыми обладает это устройство. Если это так, модуль 60 управления дает селекторам 51 и 52 команды перейти в соответствующие позиции. Теперь компьютер 200.2 готов к загрузке данных.
Устройство 100 загрузки и скачивания генерирует новый UDP-кадр, содержащий запрос состояния, и передает его модулю 60 управления, который отвечает на этот запрос, возвращая номер Ethernet-порта 20, присоединенного через селектор 51.
Если ответ от модуля 60 управления совпадает с ожидаемым ответом, тогда устройство 100 загрузки и скачивания данных передает кадр данных, который нужно загрузить.
Эту процедуру повторяют для каждого компьютера, в который нужно загрузить данные. То же самое применимо к компьютерам, из которых нужно скачать данные.
В предположении, что данные нужно загрузить в компьютер 200.5, оператор использует устройство 100 загрузки и скачивания для передачи UDP-кадра, содержащего номер Ethernet-порта 20, с которым нужно установить соединение, т.е. в рассматриваемом примере это Ethernet-порт 20 #5 в общей конфигурации системы соединений. При получении этого кадра модуль 60 управления соединительного устройства 1a проверяет, что этот номер порта меньше числа Ethernet-портов 20, которыми обладает это устройство. Если это не так, модуль 60 управления вычитает общее число Ethernet-портов 20 устройства 1a из номера, содержащегося в указанном кадре, и генерирует UDP-кадр управления коммутацией, в который он вставляет результат такого вычитания, так что в рассматриваемом примере этот результат равен 1. Затем модуль 60 управления дает селекторам 51 и 52 команды установить соединения с цепочечным Ethernet-портом 30 и с дискретным выходным портом 43 и передает UDP-кадр соединительному устройству 1b.
Модуль 60 управления соединительного устройства 1b работает так же, как в соединительном устройстве 1a.
Далее проверяют состояние, как описано выше. Кадр состояния, возвращаемый модулем 60 управления соединительным устройством 1b, содержит номер Ethernet-порта 20, присоединенного через селектор 50, и передается соединительному устройству 1a. Затем модуль 60 управления соединительного устройства 1a генерирует кадр состояния, в который он вставляет сумму номера, переданного соединительным устройством 1b, с числом Ethernet-портов 20 в соединительном устройстве 1a в качестве номера Ethernet-порта 20, с которым установлено соединение. Если кадр состояния соответствует ожидаемому, тогда устройство 100 загрузки и скачивания передает кадр данных, который нужно загрузить.
Естественно, изобретение не ограничивается описанным выше вариантом, а охватывает любые варианты, попадающие в пределы объема изобретения, как он определен Формулой изобретения.
В частности, хотя в рассматриваемом варианте соединительное устройство 1, описанное выше, может быть соединено только с четырьмя компьютерами, должно быть, естественно, понятно, что такое соединительное устройство 1 может быть построено для соединения с каким-либо другим числом компьютеров 200.
Можно использовать единственное соединительное устройство или несколько таких соединительных устройств, соединенных каскадно, число таких соединительных устройств может быть равно одному, двум или более.
Входной и выходные порты для дискретного сигнала являются опциями, в частности, в неавиационных приложениях.
Программируемая логическая схема модуля 60 управления может быть заменена какими-либо эквивалентными компонентами и, в частности, дискретными компонентами, микроконтроллером или другим подобным компонентом.
Факт авторизации или запрета загрузки и скачивания данных может быть ассоциирован с активизацией детектора какого-либо другого типа или с ручной активизацией кнопки, специально предназначенной для этой цели. Выше авторизация или запрет загрузки и скачивания данных связаны с активизацией или отключением датчика 110: можно также предусмотреть компоненты, позволяющие принудительную авторизацию, например, в случае каких-либо конкретных операций технического обслуживания.
Для всех или для некоторых соединительных устройств можно подавать питание постоянно, либо непосредственно, либо через модуль 100 загрузки и скачивания. Постоянная подача питания к соединительным устройствам является предпочтительной, поскольку делает возможным проведение периодической диагностики правильной работы устройства помимо выбора и/или загрузки и скачивания данных в будущем.
В соединительных устройствах можно предусмотреть по два входа для дискретных сигналов. Один из этих входов получает дискретный сигнал непосредственно от модуля 100 загрузки и скачивания, а другой из этих входов принимает дискретный сигнал, приходящий от предшествующего соединительного устройства. Порт соединительного устройства может быть выбран, только если дискретный сигнал присутствует на обоих входах такого соединительного устройства (для предшествующего (по маршруту передачи сигнала) соединительного устройства эти два входа соединяют непосредственно с модулем загрузки и скачивания).
Настоящее изобретение применимо к цифровым шинам любого типа и, в частности, к шинам типа AFDX или каким-либо другим шинам из всего разнообразия шин Ethernet.
Настоящее изобретение в равной степени хорошо применимо к любым скоростям передачи данных (например, Гигабит/с) и к любым линиям Ethernet (например, оптоволоконным линиям).