FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)的“并發(fā)交換式”動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)度機(jī)制

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1、2016年12月第42卷第12期北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsDecember2016V01．42No．12http：ffbhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．cnDO／：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0856FC-AE·1553網(wǎng)絡(luò)的“并發(fā)交換式"動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)度機(jī)制吳少俊1’2一，趙光恒1，王立芊3，展月英1，王進(jìn)3，王洪祥3(1．中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，北京100094；

2、2．中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049；3．北京郵電大學(xué)信息光子學(xué)與光通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100876)摘要：為提高航天航空網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，針對(duì)低軌空間艙內(nèi)有效載荷系統(tǒng)的特點(diǎn)及有效載荷系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅瑢⒖臻g有效載荷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為周期性業(yè)務(wù)、突發(fā)性業(yè)務(wù)及強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)3種業(yè)務(wù)類(lèi)型，并綜合分析3種業(yè)務(wù)特征，提出了一種可應(yīng)用于FC．AE．1553網(wǎng)絡(luò)的“并發(fā)交換式”動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)度(DBA)機(jī)制，即突發(fā)性業(yè)務(wù)傳輸采用“并發(fā)交換式”的動(dòng)態(tài)帶寬分配，周期性業(yè)務(wù)采用靜態(tài)固定帶寬分配，強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)采用搶占式帶寬分配的方案。采用理論分析和仿真驗(yàn)證的

3、方式分析了該調(diào)度機(jī)制的可行性，并通過(guò)OPNET仿真軟件建立了FC．AE一1553網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)。結(jié)果表明，相比FC-AE．1553網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的“總線(xiàn)式”調(diào)度機(jī)制，所提機(jī)制可將FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)的吞吐量提高10倍以上，且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32時(shí)，F(xiàn)C．AE．1553網(wǎng)絡(luò)的吞吐量可從2．8Gb／s提高到46Gb／s，突發(fā)性業(yè)務(wù)的平均時(shí)延可降低1個(gè)數(shù)量級(jí)。關(guān)鍵詞：交換式FC—AE一1553網(wǎng)絡(luò)；周期性可并發(fā)；動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制；吞吐量；時(shí)延中圖分類(lèi)號(hào)：V243．1；V443+．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001．5965(2016)12．257

4、9-08隨著空間應(yīng)用任務(wù)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，特別是大型航天器的有效載荷的種類(lèi)越來(lái)越多、控制越來(lái)越復(fù)雜、傳輸?shù)男畔⒘吭絹?lái)越大、傳輸速率越來(lái)越高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)傳輸帶寬、數(shù)據(jù)處理能力及可靠性等方面都提出了更高的要求¨。J。FC—AE一1553作為FC—AE協(xié)議的一種，由于其高實(shí)時(shí)、高帶寬、高可靠、低損耗及與MIL．STD．1553兼容等優(yōu)勢(shì)¨·]，被認(rèn)為是滿(mǎn)足未來(lái)航空航天任務(wù)需求的協(xié)議之一，成為未來(lái)航天器的優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)¨1。交換式FC．AE．1553網(wǎng)絡(luò)作為FC．AE-1553拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種，相比于傳統(tǒng)的MIL．STD．1553總線(xiàn)只能

5、通過(guò)時(shí)分復(fù)用共享帶寬機(jī)制的優(yōu)勢(shì)在于能夠利用交換機(jī)進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)的并發(fā)操作一。0

6、。傳統(tǒng)總線(xiàn)式FC—AE一1553網(wǎng)絡(luò)采用大周期小周期的調(diào)度機(jī)制，即采用時(shí)分復(fù)用的方式共享網(wǎng)絡(luò)帶寬，但是該方式不能充分利用交換式網(wǎng)絡(luò)并發(fā)的優(yōu)勢(shì)，無(wú)法提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低了網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率?4“。文獻(xiàn)[15]介紹了一種基于大周期小周期的數(shù)據(jù)傳輸控制方法，相比于傳統(tǒng)大周期小周期方案在一定程度上提高了帶寬利用率，但仍然是通過(guò)時(shí)分復(fù)用的方式共享網(wǎng)絡(luò)帶寬，同樣沒(méi)有利用到交換式網(wǎng)絡(luò)多節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)進(jìn)行并發(fā)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[14，16]介紹了一種采用確定隨機(jī)PETRI

7、網(wǎng)(DSPN)為工具對(duì)FC—AE一1553的消息傳輸機(jī)制進(jìn)行了建模仿真，討論了FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)的傳輸情況，但是文獻(xiàn)[16]僅針對(duì)周期收稿日期：2015．12-28；錄用日期：2016旬1-28；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-04-0117：07網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160401．1707．002．html基金項(xiàng)目：中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心前瞻性課題(Y3140651QN)}通訊作者：Tel．：010-82178226E-mail：wushaojun@csn

8、．a(chǎn)c．cn引用格式：吳少傻，趙光恒，王立芊，等．FC·AE一1553網(wǎng)絡(luò)的“并發(fā)交換式”動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)度機(jī)制“J．北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，42(12)：2579．2586．WUSJ，ZHA0GH，WANGLQ，etal，Dynamicbandwidthallocationmechanismwithparallelandswltc。hingforFC．AE．1553networkfJJ．JournalofBeijingUnjVersityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(12)：2579

9、·2586(inChinese)．2580北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)2016燕性業(yè)務(wù)進(jìn)行了討論，并沒(méi)有討論突發(fā)性業(yè)務(wù)和強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)的傳輸性能。文獻(xiàn)[14]雖然考慮了數(shù)據(jù)的周期性和時(shí)延性，但是該方法僅對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，并沒(méi)有考慮多個(gè)NT情況下的并發(fā)操