高速航电网络交换机与研究设计

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1、尖兵之翼一２００６中国无人机大会论文集高速航电网络交换机的研究与设计计辉张小林（沣惠南路３４号，陕西西安７１００６５）摘要：针对未来航电系统需求，研究一种高速光纤传输交换网络。本文设计了以“信令寻径式”交换网络通信协议，并在此基础上详细论述基于ＦＰＧＡ技术的高速光纤网络交换机设计方案。目前，１６端口的信令寻径式高速光纤传输交换机已初步调试成功，性能稳定，运行状况良好。它将为改变现有的航电系统的体系结构和建立我国未来航空电子统一网络莫定了基础。关键词：信令寻径ＦＰＧＡ通信协议航电系统的体系结构１引言光纤通道（ＦＣ）是一个高性能的双向点对点串行数

2、据通道。光纤通道的标准是由Ｔｌｌ标准委员会（美国国家信息技术标准化委员会下属的技术委员会）制定的，它朝着通信速率千兆化、互连网络交换化和传输介质光纤化三大方向发展，是一个为适应日益增长的高性能信息传输要求而设计的计算机通讯协议。目前，我国航电系统子系统间多数仍采用１５５３Ｂ总线进行互连，其通信速率仅为１Ｍｂｐｓ，且为总线式结构，传输介质为双绞线，远不能满足新一代飞行器中信息传输、处理和综合的要求。ＦＣ己被作为未来航空电子统一网络的一种主要联网标准。鉴于此，笔者根据新一代航电系统需求，充分参考和借鉴先进的光纤通道技术，研究一种新型的以“信令寻径式交

3、换技术”『专利公开号：ＣＮｌ２９９２０４Ａ］为核心的高速光纤传输交换网络。本文设计了信令寻径式交换网络通信协议，并在此基础上详细论述１Ｇｂｐｓ光纤传输交换机实现方案。２信令寻径工作原理互联网的寻径技术是指：当消息从网络的一个结点传递到另一个结点时，互联网络为它选择的路由的技术。也即是指信道分配和缓存技术。信令寻径技术的思想来源蚯蚓爬行这一普遍现象。蚯蚓爬行时头部向前蠕动，虫体尾随其后，前进过程中不断占据前进路径，放弃身后路径。因此也有人将信令寻径技术翻译成虫动寻径技术。信令寻径技术将传统以太网中的信包进一步细分成微片（ｆｌｉｔ）串，如图ｌ示：・５

4、９６・尖兵之翼一２００６中国无人机大会论文集微片串包括：（１）头微片（Ｈｅａｄｅｒｆｌｉｔ）：表示一个信包的开始，其包含信息有目的地址和序号组成；（２）尾微片（Ｔａｉｌｆｌｉｔ）：微片串的最后一个片表示该串结束；（３）数据微片（Ｄａｔａｆｌｉｔ）：夹在头微片和尾微片之间，数据的有效部分。信令寻径技术是通过微片头直接从输入结点到输出结点开辟一条链路：当一个信包的头微片到达某个路由器后，路由器根据头微片的寻径信息立即作出路由选择：Ｉ．如果所选择的链路空闲而且所选择的结点的通信缓冲区可用。则头微片不必等待直接转发，其它微片依次向前移动，这时尾微片放弃

5、所占用的结点；ＩＩ．如果所选择的链路非空闲或者所选择的结点缓冲区已满，那么头节点必须在此结点等待，其它节点在原位置不动，此时微片占据各结点缓冲区，而不从网络中移去，当结点满足Ｉ中两个条件时微片再向前“蠕动”。在信令寻径技术中，微片是通信队列和信道所支持的基本信息单位，对于一个微片串只要求所在结点能缓存一个微片，因此每个结点需要一个缓冲区。传送过程中微片不可分离地顺序前进，头微片控制路由，其它微片紧跟其后，在这个过程不能被其它微片打断，否则传输出错。３信令寻径式交换网络通信协议设计信令寻径式高速光纤传输交换网络中的帧分为三类（如表１）：信令帧、响应

6、帧和数据帧。其中，信令帧主要包括登陆、注销、申请信道、撤销信道、抢占和广播等。响应帧用于交换机向节点机发送响应信息。表１网络帧格式帧格式帧类型名称符号第一个字第二个字登陆注销申请信道ＬｏｇｉｎＬｏｇｏｕｔＳＨＱ０ｘｌＯｘ２０ｘ３ＬＩＤＬＩＤＤＩＤＥＯＦｎＥＯＦｎＥＯＦｎ信令帧ｌＱ８．１撤销信道ＮＤＱ０ｘ４ＤＩＤＥＯＦｎ抢占广播登陆应答批准申请ＰＨＱＢＣＡＣＣＡＣＫ０ｘ５０ｘ６０ｘｌｏｘ２ＤＩＤＥＯＦｎＥＯＦｎＥＯＦｎＥＯＦｎ响应帧拒绝申请暂停继续ＢＵＳＹＰａｕｓｅＣｏｎｔｉｎｕｅＫ２８．２０ｘ３０ｘ４

7、０ｘ５ＥＯＦｎＥＯＦｎＥＯＦｎ数据帧数据ＤＡＴＡＸ２８．５ＷｏｒｄＬｅｎｇｔｈＷＯＲＤ尖兵之翼一２００６中国无人机大会论文集３．１登陆与注销在航电系统中，为保证各个子系统地址不发生冲突。每个子系统都有各自的名称或编号来唯一地标识自己（ＬＩＤ）。各子系统（节点机）分别连接到交换机的某个端口上，上线时节点发送登陆请求帧（携带自身Ｌｍ信息）给交换机。交换机将ＬＩＤ和该物理端口号（ＤＩＤ）保存到映射表中，并向节点发送ＡＣＣ帧以确认其登陆成功。通信中，源节点只需指明目标节点的ＬＤ，交换机会查找映射表得到该ＬＩＤ对应的物理端口，从而将数据包转发

8、到该物理端口。当子系统离线时，它要执行注销操作，这时交换机会从映射表中删除相应表项以释放资源。３．２申请信道与撤销信道当一个节点要与其他