基于共享內(nèi)存的AFDX航空網(wǎng)絡(luò)交換機設(shè)計.pdf

1、AFDX已經(jīng)成為新一代航空網(wǎng)絡(luò)通信的標準,被應用在諸如A380等大型客機上。AFDX網(wǎng)絡(luò)相比上一代航空網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)總線,AFDX為了滿足航空數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性的需求,采用了傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù),并對傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)進行改造。在AFDX航空網(wǎng)絡(luò)中,交換機相互連接組成的AFDX互連系統(tǒng)構(gòu)成了AFDX網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)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(gòu)中,共享內(nèi)存架構(gòu)技術(shù)提出的時間非常早,發(fā)展至今已經(jīng)非常成熟。然而共享內(nèi)存架構(gòu)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(nèi)存和一個調(diào)度器,從而導致嚴重的資源競爭、調(diào)度時延和抖動。
　　本文基于共享內(nèi)存架構(gòu),對交換機所有輸入和輸出端口共享的內(nèi)存采用空間分離技術(shù),同時對調(diào)度器采用異步調(diào)度技術(shù),針對AFDX網(wǎng)絡(luò)提出一種新型架構(gòu)的交換機——空分共享內(nèi)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(xié)議的內(nèi)容以及AFDX航空網(wǎng)絡(luò)的組成、特性及其有別于其它網(wǎng)絡(luò)的屬性,包括航空電子子系統(tǒng)、AFDX終端、AFDX互連系統(tǒng)以及虛擬鏈路等。充分掌握了AFDX網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中起著不可或缺的作用。
　　(2)研究傳

4、統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)中各種架構(gòu)類型的交換機,并著重于共享內(nèi)存架構(gòu),緣于其結(jié)構(gòu)簡單、硬件成本低和硬件利用率高的特點。總結(jié)出共享內(nèi)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(wǎng)絡(luò)的原因。
　　(3)結(jié)合AFDX網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)性與共享內(nèi)存架構(gòu)的簡單高效,設(shè)計出一種新型的空分共享內(nèi)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(nèi)存和一個子調(diào)度器,去往某個輸出端口的包由對應于該輸出端口的子調(diào)度器進行調(diào)度,然后存放于

5、對應于該輸出端口的內(nèi)存中,最后從該輸出端口發(fā)送出去。不同輸出端口的內(nèi)存之間沒有任何交集,這大大減小了內(nèi)存資源的競爭和沖突,從而降低了數(shù)據(jù)包經(jīng)過交換機的時延。同時由于流經(jīng)一個輸出端口的總的網(wǎng)絡(luò)帶寬是確定的,所以設(shè)置該輸出端口對應的內(nèi)存大小不少于總的帶寬乘以一個調(diào)度單元,從而在內(nèi)存資源不浪費的情況下基本不會出現(xiàn)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(tǒng)共享內(nèi)存交換機進行網(wǎng)