專利名稱：同時支持afdx與普通以太網(wǎng)交換的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及同時支持航空全雙工以太網(wǎng)(Avionics Full Duplex Switched Ethernet,AFDX)和普通以太網(wǎng)交換的方法及裝置。本發(fā)明可用于網(wǎng)絡(luò)交換方面，通過協(xié)調(diào)AFDX分組和以太網(wǎng)分組，使得交換機能夠同時支持航空全雙工以太網(wǎng)AFDX和普通以太網(wǎng)交換。
背景技術(shù)：
隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，飛機、航天器等飛行器中會使用數(shù)據(jù)交換機來逐步取代目前使用的專線連接，其典型代表為航空全雙工以太網(wǎng)AFDX，目前航空全雙工以太網(wǎng) AFDX數(shù)據(jù)交換機可靠性高，帶寬較大，實時性較強，但它需要初始配置，并且不能和普通的以太網(wǎng)兼容，這會導(dǎo)致載人航天器中人無法通過普通的個人電腦接入航空全雙工以太網(wǎng) AFDX網(wǎng)絡(luò)的問題，同時，普通以太網(wǎng)交換機支持即插即用，組網(wǎng)靈活，若航空全雙工以太網(wǎng) AFDX交換機能夠同時支持航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組和普通以太網(wǎng)分組，則該問題將得到解決，并且目前的航空全雙工以太網(wǎng)AFDX交換機的帶寬利用率將得到提高，組網(wǎng)方式將更加靈活。西北工業(yè)大學(xué)在提出的專利申請“一種航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)交換機調(diào)度方法”(申請日:2011. 05. 12，申請?zhí)?201110123250. 0，公告號:CN102201988A)中公開了一種航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)交換機調(diào)度方法，用于解決高優(yōu)先級消息的延遲時間。該方法的實施步驟是第一，源端系統(tǒng)將要發(fā)送的消息封裝成標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀格式，發(fā)送到虛鏈路上等待傳輸；第二，將步驟一得到的消息傳輸?shù)胶娇杖p工以太網(wǎng)AFDX的交換網(wǎng)絡(luò)后，航空全雙工以太網(wǎng)AFDX交換機對到來的消息進行過濾，若不滿足航空全雙工以太網(wǎng)AFDX幀要求則丟棄，滿足要求繼續(xù)下一步；第三，根據(jù)路由配置表，將接受的消息發(fā)送到航空全雙工以太網(wǎng)AFDX交換機的輸出緩存區(qū)；第四，為將要發(fā)送的消息建立一個虛擬的輸出隊列，排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)；第五，計算每一條虛擬輸出隊列中的消息的緊迫程度，并根據(jù)消息進入隊列時的截止時間對消息設(shè)置初始優(yōu)先級，具體包括以下步驟a)在每一個虛擬輸出鏈路中，設(shè)置一個技術(shù)其，計算每一個進入虛擬輸出隊列的消息的截止時間di(t)-t，其中 di(t)為該消息的任務(wù)時限，由發(fā)送消息的源端系統(tǒng)決定，t為當(dāng)前時間；b)比較當(dāng)前隊列中個消息的截止時間大小，對新消息設(shè)置初始優(yōu)先級，截止時間越小的消息初始優(yōu)先級越高；第六，若當(dāng)前進入虛擬輸出隊列的消息的截止時間最短，則初始優(yōu)先級最高，則轉(zhuǎn)發(fā)此消息到物理端口，完成對消息的轉(zhuǎn)發(fā)了，若當(dāng)前進入虛擬輸出鏈路的消息截止時間不是最短，即初始優(yōu)先級較低，則進入下一步；第七，消息在虛擬輸出鏈路中繼續(xù)等待，并每隔一個指定的時間段后，對虛擬輸出鏈路中的所有的消息優(yōu)先級加一，每次選擇優(yōu)先級最高的消息發(fā)送；第八，每當(dāng)虛擬輸出隊列有新消息到來時，進入步驟五。該方法能夠有效地減少高優(yōu)先級分組的時延。該方法的不足之處在于，它提出的調(diào)度方法不支持普通以太網(wǎng)分組，使得航空全雙工以太網(wǎng)AFDX交換機帶寬利用率較低，組網(wǎng)靈活性較低；它提到的調(diào)度方法中沒有協(xié)調(diào)高、低優(yōu)先級分組的輸出調(diào)度，只是盡可能的減少高優(yōu)先級分組的轉(zhuǎn)發(fā)時延，這無法滿足航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組發(fā)送到達時間確定性的要求。杭州華三通信技術(shù)有限公司提出的專利申請“融合了電路交換和分組交換的以太網(wǎng)交換方法與設(shè)備”(申請日2006. 12. 28，申請?zhí)?00610156713. 2，公告號 CN101212424A)中公開了一種融合了電路交換和分組交換的以太網(wǎng)交換方法與設(shè)備，用于解決交換機同時支持混合交換虛電路和分組的問題。該方法的實施步驟是第一，以太網(wǎng)端口輸出部分按定長以太網(wǎng)幀的單位傳輸時間劃分輸出時隙，且各輸出時隙被靈活制定參加分組交換或時分交換；第二，以太網(wǎng)端口輸入部分接收定長以太網(wǎng)幀后，交換單元對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表項將參與十分交換定長以太網(wǎng)幀交換至指定以太網(wǎng)端口的制定輸出時隙，或?qū)⑴c分組交換定長以太網(wǎng)幀交換至指定的以太網(wǎng)端口 ；第三，以太網(wǎng)端口輸出部分在同步信息協(xié)調(diào)下，按輸出時隙編號發(fā)送定長以太網(wǎng)幀。該方法既能夠進行時分業(yè)務(wù)的電路交換，又能夠進行突發(fā)業(yè)務(wù)的分組交換，同時能夠提高線路帶寬利用率。該方法的不足之處在于，它提出的方法不支持交換機轉(zhuǎn)發(fā)航空全雙工以太網(wǎng)AFDX 分組，所以不能應(yīng)用到航空全雙工以太網(wǎng)AFDX交換機中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供了同時支持AFDX和普通以太網(wǎng)交換的方法及裝置，在航空全雙工以太網(wǎng)AFDX交換機中實現(xiàn)航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組和普通以太網(wǎng)分組的混合交換，提高組網(wǎng)方式的靈活性和網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明方法的思路是為航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組和普通以太網(wǎng)分組提供兩條邏輯上并行處理的路徑，并且通過將普通以太網(wǎng)分組設(shè)為低優(yōu)先級分組，從而在航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組和普通以太網(wǎng)分組同時作輸出調(diào)度時，能夠優(yōu)先調(diào)度航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組，保證航空全雙工以太網(wǎng)AFDX的高優(yōu)先級分組優(yōu)先調(diào)度。本發(fā)明的裝置包括八個模塊輸入緩存模塊，接收調(diào)度模塊，端口查找表模塊，共享查找表模塊，過濾警管模塊，輸出隊列模塊，發(fā)送調(diào)度模塊，輸出緩存模塊；其中輸入緩存模塊，用于接收并緩存數(shù)據(jù)分組，為接收調(diào)度提供分組特征信息；接收調(diào)度模塊，用于輪詢輸入端口分組，根據(jù)分組的特征信息作接收調(diào)度；端口查找表模塊，用于為航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組查找目的端口 ；共享查找表模塊，用于為普通以太網(wǎng)分組查找目的端口 ；過濾警管模塊，用于對航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組按照合法性要求作過濾，并對其進行流量控制；輸出隊列模塊，用于緩存即將被發(fā)送調(diào)度的分組；發(fā)送調(diào)度模塊，用于對高優(yōu)先級和低優(yōu)先級分組采用非搶占式優(yōu)先級排隊策略作發(fā)送調(diào)度；輸出緩存模塊，用于緩存發(fā)送調(diào)度模塊發(fā)送的分組，向輸出端口順序發(fā)送該分組。本發(fā)明方法的實現(xiàn)步驟如下(1)輸入緩存模塊接收數(shù)據(jù)分組，并提取分組特征信息；(2)接收調(diào)度分組接收調(diào)度模塊按照令牌輪詢算法的公平輪詢策略，輪詢輸入緩存模塊，若輸入緩存模塊中存在數(shù)據(jù)分組等待發(fā)送，則按照步驟(1)中的分組特征信息判斷分組是否為航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組，若是，則將航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組送入端口查找表模塊，否則，將普通以太網(wǎng)分組送入共享查找表模塊；
(3)查找轉(zhuǎn)發(fā)表3a)在端口查找表模塊的第一級隨機存取存儲器中接收航空全雙工以太網(wǎng)AFDX 分組，根據(jù)步驟(1)中的分組特征信息，查找找與之匹配的第二級隨機存取存儲器的地址， 若查到，則執(zhí)行步驟北)；若未查到，則丟棄；在共享查找表模塊中接收普通以太網(wǎng)分組，根據(jù)步驟(1)中的分組特征信息，查找與之匹配的源地址，若查到，則執(zhí)行步驟3C)，否則，向輸出隊列廣播該普通以太網(wǎng)分組，執(zhí)行步驟；3b)在端口查找表模塊的第二級隨機存取存儲器中接收航空全雙工以太網(wǎng)AFDX 分組，根據(jù)步驟3a)查到的第二級隨機存取存儲器地址，讀取該地址對應(yīng)的查找表項，從中提取該航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組的分組調(diào)度信息，執(zhí)行步驟；3c)從匹配的共享查找表模塊表項中，提取普通以太網(wǎng)分組的目的端口號，執(zhí)行步驟⑷；(4)過濾和警管4a)接收端口查找表模塊發(fā)送的航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組，對該分組的合法性作過濾，符合過濾條件的，執(zhí)行步驟4b)，否則丟棄；接收共享查找表模發(fā)送的普通以太網(wǎng)分組，執(zhí)行步驟(5)；4b)對符合過濾條件的分組作警管處理，調(diào)整分組間隔，使得經(jīng)過警管的分組能夠均勻的發(fā)送到輸出隊列模塊，執(zhí)行步驟(5)；(5)分組入隊輸出隊列模塊接收數(shù)據(jù)分組，根據(jù)步驟北)中的分組調(diào)度信息和步驟3c)中的普通以太網(wǎng)分組的目的端口號，將航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組送入對應(yīng)的高優(yōu)先級隊列或低優(yōu)先級隊列；將普通以太網(wǎng)分組送入低優(yōu)先級隊列，執(zhí)行步驟(6)；(6)發(fā)送調(diào)度分組根據(jù)步驟3b)中提供的分組調(diào)度信息，采取相應(yīng)的發(fā)送調(diào)度策略，將步驟( 中的高、低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分組發(fā)送調(diào)度到相應(yīng)的輸出緩存模塊；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點第一，由于本發(fā)明采用并行處理航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組和普通以太網(wǎng)分組方式，并將以太網(wǎng)分組的優(yōu)先級統(tǒng)一設(shè)為低優(yōu)先級，在輸出調(diào)度時，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的航空全雙工以太網(wǎng)AFDX交換機不支持普通以太網(wǎng)交換分組問題，并能夠保證航空全雙工以太網(wǎng)AFDX高優(yōu)先級分組不受普通以太網(wǎng)的影響而準(zhǔn)時發(fā)送，提高了航空全雙工以太網(wǎng) AFDX組網(wǎng)方式的靈活性和載人航天領(lǐng)域器中以太網(wǎng)信息終端接入航空全雙工以太網(wǎng)AFDX 的可行性。第二，由于本發(fā)明采用普通以太網(wǎng)分組作為低優(yōu)先級分組和航空全雙工以太網(wǎng) AFDX分組同時作查表轉(zhuǎn)發(fā)的方式，使得本發(fā)明能夠克服航空全雙工以太網(wǎng)AFDX的帶寬利用率通常較低的問題，能夠充分地利用航空全雙工以太網(wǎng)AFDX中的剩余帶寬，有效地提高航空全雙工以太網(wǎng)AFDX的帶寬利用率。


圖1為本發(fā)明裝置的方框圖；圖2為本發(fā)明方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1，附圖2，對本發(fā)明作進一步描述參考附圖1，本發(fā)明的裝置包括八個模塊輸入緩存模塊，接收調(diào)度模塊，端口查找表模塊，共享查找表模塊，過濾警管模塊，輸出隊列模塊，發(fā)送調(diào)度模塊，輸出緩存模塊。輸入緩存模塊，用于接收并緩存數(shù)據(jù)分組，為接收調(diào)度提供分組特征信息；數(shù)據(jù)分組的幀格式，如下表(單位Byte)
權(quán)利要求
1.同時支持AFDX和普通以太網(wǎng)交換的裝置，包括八個模塊輸入緩存模塊，接收調(diào)度模塊，端口查找表模塊，共享查找表模塊，過濾警管模塊，輸出隊列模塊，發(fā)送調(diào)度模塊，輸出緩存模塊；其中所述輸入緩存模塊，用于接收并緩存數(shù)據(jù)分組，為接收調(diào)度提供分組特征信息； 所述接收調(diào)度模塊，用于輪詢輸入端口分組，根據(jù)分組的特征信息作接收調(diào)度； 所述端口查找表模塊，用于為航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組查找目的端口 ； 所述共享查找表模塊，用于為普通以太網(wǎng)分組查找目的端口 ； 所述過濾警管模塊，用于對航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組按照合法性要求作過濾，并對其進行流量控制；所述輸出隊列模塊，用于緩存即將被發(fā)送調(diào)度的分組；所述發(fā)送調(diào)度模塊，用于對高優(yōu)先級和低優(yōu)先級分組采用非搶占式優(yōu)先級排隊策略作發(fā)送調(diào)度；所述輸出緩存模塊，用于緩存發(fā)送調(diào)度模塊發(fā)送的分組，向輸出端口順序發(fā)送該分組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時支持AFDX和普通以太網(wǎng)交換的裝置，其特征在于，所述端口查找表模塊包括第一級隨機存取存儲器和第二級隨機存取存儲器，端口查找表模塊在每個輸入端口各設(shè)置一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時支持AFDX和普通以太網(wǎng)交換的裝置，其特征在于，所述輸出隊列模塊包括高優(yōu)先級隊列和低優(yōu)先級隊列。
4.同時支持AFDX和普通以太網(wǎng)交換的方法，包括如下步驟(1)輸入緩存模塊接收數(shù)據(jù)分組，并提取分組特征信息；(2)接收調(diào)度分組接收調(diào)度模塊按照令牌輪詢算法的公平輪詢策略，輪詢輸入緩存模塊，若輸入緩存模塊中存在數(shù)據(jù)分組等待發(fā)送，則按照步驟(1)中的分組特征信息判斷分組是否為航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組，若是，則將航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組送入端口查找表模塊，否則，將普通以太網(wǎng)分組送入共享查找表模塊；(3)查找轉(zhuǎn)發(fā)表3a)在端口查找表模塊的第一級隨機存取存儲器中接收航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組， 根據(jù)步驟(1)中的分組特征信息，查找與之匹配的第二級隨機存取存儲器的地址，若查到， 則執(zhí)行步驟北)；若未查到，則丟棄；在共享查找表模塊中接收普通以太網(wǎng)分組，根據(jù)步驟 (1)中的分組特征信息，查找與之匹配的源地址，若查到，則執(zhí)行步驟3c)，否則，向輸出隊列廣播該普通以太網(wǎng)分組，執(zhí)行步驟；3b)在端口查找表模塊的第二級隨機存取存儲器中接收航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組， 根據(jù)步驟3a)查到的第二級隨機存取存儲器地址，讀取該地址對應(yīng)的查找表項，從中提取該航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組的分組調(diào)度信息，執(zhí)行步驟(4)；3c)從匹配的共享查找表模塊表項中，提取普通以太網(wǎng)分組的目的端口號，執(zhí)行步驟⑷；(4)過濾和警管4a)接收端口查找表模塊發(fā)送的航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組，對該分組的合法性作過濾，符合過濾條件的，執(zhí)行步驟4b)，否則丟棄；接收共享查找表模發(fā)送的普通以太網(wǎng)分組，執(zhí)行步驟(5)；4b)對符合過濾條件的分組作警管處理，對分組作流量控制，將分組間隔較系統(tǒng)預(yù)設(shè)值小的分組，延時發(fā)送，將分組間隔較系統(tǒng)預(yù)設(shè)值大的分組優(yōu)先發(fā)送調(diào)整分組間隔，使得經(jīng)過警管的分組能夠均勻的發(fā)送到輸出隊列模塊，執(zhí)行步驟(5)；(5)分組入隊輸出隊列模塊接收數(shù)據(jù)分組，根據(jù)步驟北)中的分組調(diào)度信息和步驟3c)中的普通以太網(wǎng)分組的目的端口號，將航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組送入對應(yīng)的高優(yōu)先級隊列或低優(yōu)先級隊列；將普通以太網(wǎng)分組送入低優(yōu)先級隊列，執(zhí)行步驟(6)；(6)發(fā)送調(diào)度分組根據(jù)步驟北)中提供的分組調(diào)度信息，采取相應(yīng)的發(fā)送調(diào)度策略，將步驟(5)中的高、 低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分組發(fā)送調(diào)度到相應(yīng)的輸出緩存模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的AFDX交換機級聯(lián)端口的業(yè)務(wù)流整形方法，其特征在于，步驟 (1)所述分組特征信息包括分組的目的地址和源地址，其中航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組的目的地址的前32位用于區(qū)分該分組是否為航空全雙工以太網(wǎng)AFDX分組，后16位用于記錄目的虛鏈路號；普通以太網(wǎng)分組的目的地址為其目的MAC地址。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的AFDX交換機級聯(lián)端口的業(yè)務(wù)流整形方法，其特征在于，步驟 3b)所述分組調(diào)度信息包括目的端口、優(yōu)先級、多播/單播以及長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同時支持AFDX和普通以太網(wǎng)交換的方法，其特征在于，步驟 4a)所述分組的合法性指，分組能夠通過檢錯校驗和分組長度在系統(tǒng)設(shè)置的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同時支持AFDX和普通以太網(wǎng)交換的方法，其特征在于，步驟 (6)所述發(fā)送調(diào)度策略為發(fā)送調(diào)度模塊優(yōu)先調(diào)度高優(yōu)先級分組，再對低優(yōu)先級分組作調(diào)度， 當(dāng)?shù)蛢?yōu)先級分組正在被調(diào)度時，高優(yōu)先級分組不打斷低優(yōu)先級分組的調(diào)度過程。
全文摘要
本發(fā)明公開一種同時支持AFDX和普通以太網(wǎng)交換的方法及裝置，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中AFDX交換機不能夠同時支持AFDX和普通以太網(wǎng)交換的問題，其方法步驟包括(1)提取分組特征信息；(2)接收調(diào)度分組；(3)查找轉(zhuǎn)發(fā)表；(4)過濾和警管；(5)分組入隊；(6)發(fā)送調(diào)度分組。其設(shè)備包括輸入緩存模塊，接收調(diào)度模塊，端口查找表模塊，共享查找表模塊，過濾警管模塊，輸出隊列模塊，發(fā)送調(diào)度模塊，輸出緩存模塊。本發(fā)明具有能夠提高了AFDX組網(wǎng)方式的靈活性和載人航天領(lǐng)域器中以太網(wǎng)信息終端接入AFDX的可行性，并且能夠充分地利用AFDX中的剩余帶寬，有效地提高AFDX的帶寬利用率，適用于網(wǎng)絡(luò)與交換方面。
文檔編號H04L12/56GK102427426SQ20111039938
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者史琰, 姚明旿, 寇驍, 張冰, 張奭, 潘偉濤, 王寶亮, 賀亮, 邱智亮, 鮑民權(quán) 申請人:西安電子科技大學(xué)