基于共享內存的AFDX航空網絡交換機設計.pdf

1、AFDX已經成為新一代航空網絡通信的標準,被應用在諸如A380等大型客機上。AFDX網絡相比上一代航空網絡來說,有極其明顯的優(yōu)勢,例如全雙工、高帶寬、低時延、低丟包率和低成本等。作為新型的航空數據總線,AFDX為了滿足航空數據傳輸的實時性和可靠性的需求,采用了傳統以太網技術,并對傳統以太網技術進行改造。在AFDX航空網絡中,交換機相互連接組成的AFDX互連系統構成了AFDX網絡數據通信的主體,交換機的性能對AFDX整體性能起著舉足輕重的

2、作用。在眾多已有的交換機架構中,共享內存架構技術提出的時間非常早,發(fā)展至今已經非常成熟。然而共享內存架構本身固有的缺點,導致其可靠性差,不易擴展,究其原因主要是交換機所有輸入和輸出端口共享一塊內存和一個調度器,從而導致嚴重的資源競爭、調度時延和抖動。
　　本文基于共享內存架構,對交換機所有輸入和輸出端口共享的內存采用空間分離技術,同時對調度器采用異步調度技術,針對AFDX網絡提出一種新型架構的交換機——空分共享內存交換機(Spac

3、e Partitioned Shared Memory Switch,SPSMS)。
　　論文的主要工作和研究成果如下:
　　(1)研究AFDX協議的內容以及AFDX航空網絡的組成、特性及其有別于其它網絡的屬性,包括航空電子子系統、AFDX終端、AFDX互連系統以及虛擬鏈路等。充分掌握了AFDX網絡的靜態(tài)特性,包括帶寬靜態(tài)性和路由靜態(tài)性等,并意識到AFDX交換機在整個AFDX網絡中起著不可或缺的作用。
　　(2)研究傳

4、統計算機網絡中各種架構類型的交換機,并著重于共享內存架構,緣于其結構簡單、硬件成本低和硬件利用率高的特點。總結出共享內存交換機的優(yōu)點和缺點,并指出這些優(yōu)缺點適合與不適合AFDX網絡的原因。
　　(3)結合AFDX網絡的靜態(tài)性與共享內存架構的簡單高效,設計出一種新型的空分共享內存交換機,即SPSMS交換機。SPSMS交換機每一個輸出端口都擁有一塊內存和一個子調度器,去往某個輸出端口的包由對應于該輸出端口的子調度器進行調度,然后存放于

5、對應于該輸出端口的內存中,最后從該輸出端口發(fā)送出去。不同輸出端口的內存之間沒有任何交集,這大大減小了內存資源的競爭和沖突,從而降低了數據包經過交換機的時延。同時由于流經一個輸出端口的總的網絡帶寬是確定的,所以設置該輸出端口對應的內存大小不少于總的帶寬乘以一個調度單元,從而在內存資源不浪費的情況下基本不會出現包溢出的情況,丟包率大大降低。
　　(4)通過OPNET Modeler對本文提出的SPSMS交換機和傳統共享內存交換機進行網