專利名稱：一種具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)及其在該機(jī)載網(wǎng)絡(luò)下的信息通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于先進(jìn)航空電子綜合技術(shù)方面的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，更特別地說，是 指一種能夠?qū)崿F(xiàn)分布交換方式的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
在飛機(jī)有限的空間中航空電子系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，需要解決兩個(gè)問題第一是信息 資源的共享；第二是設(shè)備資源的共享。各個(gè)設(shè)備、模塊和部件只有連成網(wǎng)絡(luò)才能共享信息 和資源設(shè)備，才能充分發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的效能。機(jī)載網(wǎng)絡(luò)是將飛機(jī)平臺(tái)內(nèi)的設(shè)備、模塊和部件 連接起來的手段，它是實(shí)現(xiàn)航空電子綜合的一頂核心支撐技術(shù)，也被認(rèn)為是飛機(jī)的“中樞神經(jīng)”。飛機(jī)上被連接的設(shè)備、模塊和部件通常嵌入有處理器，連接區(qū)域限定在飛機(jī)平臺(tái) 內(nèi)部，因此，機(jī)載網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上是一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。然而這種網(wǎng)絡(luò)的特殊性在于不但包 括獨(dú)立的計(jì)算機(jī)以及設(shè)備之間的較為松散耦合的連接，還包括多處理器以及模塊之間的緊 密耦合的連接。目前機(jī)載網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)包括有總線、環(huán)和星形，請(qǐng)參考《先進(jìn)航空電子綜合技 術(shù)》第128頁圖4-4中公開的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星形機(jī)載網(wǎng)絡(luò)的一種常用的組網(wǎng)方式是以一個(gè)或多個(gè)集中交換機(jī)來完成整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)的通信，而現(xiàn)有交換機(jī)中的核心部件是其內(nèi)部的交換網(wǎng)絡(luò)(Switch Fabric)?，F(xiàn)有交換網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)重要交換方式是時(shí)分和空分復(fù)用?；跁r(shí)分結(jié)構(gòu)的交換單元 主要通過時(shí)隙互換來實(shí)現(xiàn)輸入線與輸出線上的復(fù)用信號(hào)交換，其基本思想是改變信號(hào)的時(shí) 隙位置。這種交換單元主要由信號(hào)緩存或延時(shí)器件及控制信號(hào)器件組成?；诳辗纸Y(jié)構(gòu) 的交換單元主要用來實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入線與多個(gè)輸出線之間信號(hào)的空間交換，而不改變?cè)盘?hào) 的時(shí)隙位置，其主要由交叉點(diǎn)陣列及控制信號(hào)器件組成。交換機(jī)可以是純時(shí)分(T)、純空分或時(shí)空分組合(τ-s)，并且有多個(gè)通信接入服務(wù)端口供通信終端接入，這構(gòu)將成星形最 底層物理連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，該機(jī)載網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)控制 單條縱總線、單條橫總線，以及縱橫總線之間的數(shù)據(jù)包的全雙工通信，并負(fù)責(zé)將通信終端的 通信任務(wù)數(shù)據(jù)接入到其所屬適當(dāng)?shù)目偩€；節(jié)點(diǎn)之間通過傳遞令牌包協(xié)調(diào)總線的控制權(quán)。該 機(jī)載網(wǎng)絡(luò)是基于分布式的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有交換功能，且節(jié)點(diǎn)只關(guān)心其所在橫、縱總線上的其 他節(jié)點(diǎn)，但是不需要統(tǒng)管全局的交換單元(如控制信號(hào)器等)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)分擔(dān)了所有調(diào)度功 能。本發(fā)明的分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)能夠解決機(jī)載網(wǎng)絡(luò)的交換單元的過于集中而存在的抗 毀性差的缺陷。本發(fā)明的一種具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，其是采用多條相互平行的橫總線與多 條相互平行的縱總線按照空間交叉方式布局，并將多個(gè)機(jī)載設(shè)備接入分布在所述空間交叉
4點(diǎn)上，從而構(gòu)成了分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)；縱、橫總線構(gòu)成的局域網(wǎng)中，將縱總線與橫總線 在空間上交點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)；該節(jié)點(diǎn)用于為通信終端提供收發(fā)、兩跳中繼服務(wù)；各個(gè)節(jié)點(diǎn)按照 分時(shí)策略獲得其所在總線的發(fā)言權(quán)，并按照選路策略中繼轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信息。在本發(fā)明中的橫總線的分時(shí)策略為從一個(gè)令牌周期開始，頭節(jié)點(diǎn)擁有令牌(10)，于是查看其行緩存(102)，若行緩存 非空時(shí)，則在該橫總線上發(fā)送行緩存的數(shù)據(jù)包(103)；往復(fù)執(zhí)行查看行緩存(102)，直至行緩存為空截止；當(dāng)行緩存(102)為空時(shí)，在該橫總線上發(fā)送傳輸給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的令牌包(104)；同 時(shí)放棄對(duì)該橫總線的發(fā)言權(quán)，此時(shí)，頭節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為返回接收狀態(tài)100 ；正在接收的節(jié)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)聽該橫總線上正在發(fā)言節(jié)點(diǎn)的發(fā)言內(nèi)容(111)，如果發(fā)言 內(nèi)容為數(shù)據(jù)包(112)，則判斷該數(shù)據(jù)包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同縱總線(113)上； 若不在同縱總線(113)上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包不作任何處理(114)，所述正在接收節(jié)點(diǎn)返回接收 狀態(tài)(100)；若在同縱總線(115)上，則判斷此數(shù)據(jù)包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同橫總 線(115)上；若不是在同一橫總線上，則把該數(shù)據(jù)包拷貝入該節(jié)點(diǎn)的列緩存(116)，然后返 回接收狀態(tài)(100)；若在同一橫總線上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包處理(117)，并發(fā)送至終端，然后返回 接收狀態(tài)(100)；如果發(fā)言內(nèi)容為令牌包(121)，則判斷該令牌包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在 同一縱總線并且是同一橫總線(122)上；如果否，則對(duì)該令牌包不作任何處理(123)，所述 正在接收節(jié)點(diǎn)返回接收狀態(tài)(100)；如果是，則取得該總線令牌及發(fā)言權(quán)(101)。在本發(fā)明中的縱總線的分時(shí)策略為從一個(gè)令牌周期開始，頭節(jié)點(diǎn)擁有令牌(20)，于是查看其列緩存(202)，若列緩存 非空時(shí)，則在該縱總線上發(fā)送列緩存的數(shù)據(jù)包(203)；往復(fù)執(zhí)行查看列緩存(202)，直至列緩存為空截止；當(dāng)列緩存(202)為空時(shí)，在該縱總線上發(fā)送傳輸給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的令牌包(204)；同 時(shí)放棄對(duì)該縱總線的發(fā)言權(quán)，此時(shí)，頭節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為返回接收狀態(tài)(200)；正在接收的節(jié)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)聽該縱總線上正在發(fā)言節(jié)點(diǎn)的發(fā)言內(nèi)容(211)，如果發(fā)言 內(nèi)容為數(shù)據(jù)包(212)，則判斷該數(shù)據(jù)包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同橫總線(213)上； 若不在同橫總線(213)上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包不作任何處理(214)，所述正在接收節(jié)點(diǎn)返回接收 狀態(tài)(200)；若在同一橫總線上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包處理(217)，并發(fā)送至終端，然后返回接收狀態(tài) (200)；如果發(fā)言內(nèi)容為令牌包(221)，則判斷該令牌包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在 同一縱總線并且是同一橫總線(222)上；如果否，則對(duì)該令牌包不作任何處理(223)，所述 正在接收節(jié)點(diǎn)返回接收狀態(tài)(200)；如果是，則取得該總線令牌及發(fā)言權(quán)(201)。當(dāng)有少量節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)能夠?qū)嵭锌箵p毀策略而使得網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)以較高 的可靠性通信；即當(dāng)損毀節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)發(fā)言完畢，傳出令牌包給損毀節(jié)點(diǎn)時(shí)，這根 總線上面的其他節(jié)點(diǎn)也在監(jiān)聽，包括損毀節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)，于是這個(gè)節(jié)點(diǎn)收到該報(bào) 文后開始計(jì)時(shí)，并監(jiān)聽總線上信號(hào)，如果沒有收到損毀節(jié)點(diǎn)的任何報(bào)文，那么計(jì)時(shí)器到時(shí)后
5自動(dòng)占有此總線令牌，并保持其傳遞；同時(shí)，損毀節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)修改其將來令牌的 目的地址為損毀節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)；如果損毀節(jié)點(diǎn)為頭節(jié)點(diǎn)，那么下一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)自 動(dòng)擔(dān)當(dāng)新頭節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)在于①本發(fā)明采用分布式、交換形式構(gòu)建得到的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，能夠不需要統(tǒng)管全局的集 中式交換設(shè)備，而是把交換功能分布在橫、縱空間交叉的各個(gè)節(jié)點(diǎn)中，從而降低了用于復(fù)雜 交換的硬件與軟件的開銷。②具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)中每條縱、橫總線為獨(dú)立傳輸，其信息吞吐量遠(yuǎn)大 于總線型、環(huán)形、集線器型等機(jī)載網(wǎng)絡(luò)。③在分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)中，若有少量節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，則采用抗損毀策略繼續(xù) 進(jìn)行較可靠的通信，故本故障只會(huì)小范圍影響其他節(jié)點(diǎn)的通信，不會(huì)引起整個(gè)的機(jī)載網(wǎng)絡(luò) 癱瘓。


圖1是構(gòu)成局域網(wǎng)的平行總線傳輸與中繼結(jié)構(gòu)示意圖。圖IA是圖1的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖IB是單個(gè)節(jié)點(diǎn)的縮微圖。圖2是本發(fā)明終端數(shù)據(jù)分配流程圖。圖2A是本發(fā)明節(jié)點(diǎn)對(duì)于其所在橫總線的操作時(shí)序流程圖。圖2B是本發(fā)明節(jié)點(diǎn)對(duì)于其所在縱總線的操作時(shí)序流程圖。圖2C是本發(fā)明節(jié)點(diǎn)的抗損毀策略的時(shí)序流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明的一種具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，是由M條相互平行的縱總線和N條相 互平行的橫總線在三維空間中采用交叉布局方式構(gòu)成的最底層物理連接網(wǎng)絡(luò)(在一個(gè)機(jī) 載網(wǎng)絡(luò)中縱橫總線的條數(shù)必須相同，即M = N)，并將多個(gè)機(jī)載設(shè)備接入分布在所述空間交 叉點(diǎn)上。參見圖1所示，由多條縱、橫總線構(gòu)成的局域網(wǎng)中，將縱總線與橫總線在三維空間 上的交點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)；并將機(jī)載設(shè)備接入到該節(jié)點(diǎn)上，該節(jié)點(diǎn)用于為通信終端提供收發(fā)、兩跳 中繼服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)上述服務(wù)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)按照分時(shí)策略獲得其所在總線的發(fā)言權(quán)，并按照選 路策略中繼轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信息。參見圖IA所示，將圖1映射到平面坐標(biāo)系XOY下時(shí)，所有橫總線平行于X軸，所有 縱總線平行于Y軸。則有Atl橫總線、A1橫總線、A2橫總線、……、AN_i橫總線；Btl縱總線、Bi 縱總線、B2縱總線、……、Bsh縱總線；A0橫總線與Btl縱總線在空間上的節(jié)點(diǎn)記為Vthtl ；A0橫總線與B1縱總線在空間上的節(jié)點(diǎn)記為Vcm ；A0橫總線與B2縱總線在空間上的節(jié)點(diǎn)記為Vtl,2 ；......；A0橫總線與Bsh縱總線在空間上的節(jié)點(diǎn)記為V^1 ；
......；Ah橫總線與Btl縱總線在空間上的節(jié)點(diǎn)記為VH,。；An^1橫總線與B1縱總線在空間上的節(jié)點(diǎn)記為Vn^ ；Ah橫總線與B2縱總線在空間上的節(jié)點(diǎn)記為VN_1>2 ；......；AH橫總線與Bsh縱總線在空間上的節(jié)點(diǎn)記為Vhi1，N表示橫總線的條數(shù)，M表示 縱總線的條數(shù)，在本發(fā)明中，橫總線與縱總線的條數(shù)是相等的，即N = M。Ai橫總線與B」縱總線在空間上的節(jié)點(diǎn)記為Vi, ρ在本發(fā)明中該節(jié)點(diǎn)也稱為任意節(jié)
點(diǎn)ο參見圖IB所示，單個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)于其所在橫總線、縱總線分別有一套發(fā)送和接收設(shè) 備，每個(gè)發(fā)送設(shè)備都有各自的緩存，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的集中控制設(shè)備統(tǒng)管來自終端的數(shù)據(jù)包的分 配，來自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包的地址分析，對(duì)需要中繼的數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)控制，對(duì)達(dá)到目的地的 數(shù)據(jù)包發(fā)往終端的上行處理，以及維護(hù)其所在總線的分時(shí)策略，并且在其他節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障 時(shí)實(shí)行抗損毀策略進(jìn)行故障(損毀)節(jié)點(diǎn)剔除，從而不會(huì)因單個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障(損毀)影響 到整個(gè)機(jī)載網(wǎng)絡(luò)。參見圖2所示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在等待來自終端的發(fā)送報(bào)文，如果接收到該報(bào)文，則分 析其目的地址是否與其所在縱總線相同，如果相同，則把該報(bào)文拷貝入列緩存，并返回等待 接收終端報(bào)文狀態(tài)；如果不相同，則把該報(bào)文拷貝入行緩存，并返回等待接收終端報(bào)文狀 態(tài)。在本發(fā)明中，列緩存或者行緩存中采用分時(shí)策略進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的通信(收發(fā)、中繼)，所述 分時(shí)策略包括有縱總線分時(shí)策略和橫總線分時(shí)策略。參見圖2A所示，橫總線的分時(shí)策略為從一個(gè)令牌周期開始，頭節(jié)點(diǎn)擁有令牌10，于是查看其行緩存102，若行緩存非空 時(shí)，則在該橫總線上發(fā)送行緩存的數(shù)據(jù)包103 ；往復(fù)執(zhí)行查看行緩存102，直至行緩存為空截止；當(dāng)行緩存102為空時(shí)，在該橫總線上發(fā)送傳輸給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的令牌包104 ；同時(shí)放 棄對(duì)該橫總線的發(fā)言權(quán)，此時(shí)，頭節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為返回接收(監(jiān)聽)狀態(tài)100;正在接收的 節(jié)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)聽該橫總線上正在發(fā)言節(jié)點(diǎn)的發(fā)言內(nèi)容111，如果發(fā)言內(nèi)容為數(shù)據(jù)包112，則判 斷該數(shù)據(jù)包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同縱總線113上；若不在同縱總線113上，則對(duì) 該數(shù)據(jù)包不作任何處理114，所述正在接收節(jié)點(diǎn)返回接收(監(jiān)聽)狀態(tài)100 ；若在同縱總線115上，則判斷此數(shù)據(jù)包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同橫總線 115上；若不是在同一橫總線上，則把該數(shù)據(jù)包拷貝入該節(jié)點(diǎn)的列緩存116，然后返回接收 (監(jiān)聽)狀態(tài)100 ；若在同一橫總線上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包處理117，并發(fā)送至終端，然后返回接 收(監(jiān)聽)狀態(tài)100 ；如果發(fā)言內(nèi)容為令牌包121，則判斷該令牌包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同 一縱總線并且是同一橫總線122上；如果否，則對(duì)該令牌包不作任何處理123，所述正在接 收節(jié)點(diǎn)返回接收(監(jiān)聽)狀態(tài)100 ；如果是，則取得該總線令牌及發(fā)言權(quán)101。參見圖2B所示，縱總線分時(shí)策略為從一個(gè)令牌周期開始，頭節(jié)點(diǎn)擁有令牌20，于是查看其列緩存202，若列緩存非空 時(shí)，則在該縱總線上發(fā)送列緩存的數(shù)據(jù)包203 ；
往復(fù)執(zhí)行查看列緩存202，直至列緩存為空截止；當(dāng)列緩存202為空時(shí)，在該縱總線上發(fā)送傳輸給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的令牌包204 ；同時(shí)放 棄對(duì)該縱總線的發(fā)言權(quán)，此時(shí)，頭節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為返回接收(監(jiān)聽)狀態(tài)200 ；正在接收的節(jié)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)聽該縱總線上正在發(fā)言節(jié)點(diǎn)的發(fā)言內(nèi)容211，如果發(fā)言內(nèi) 容為數(shù)據(jù)包212，則判斷該數(shù)據(jù)包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同橫總線213上；若不在 同橫總線213上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包不作任何處理214，所述正在接收節(jié)點(diǎn)返回接收(監(jiān)聽)狀 態(tài) 200 ；若在同一橫總線上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包處理217，并發(fā)送至終端，然后返回接收(監(jiān)聽) 狀態(tài)200 ；如果發(fā)言內(nèi)容為令牌包221，則判斷該令牌包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同 一縱總線并且是同一橫總線222上；如果否，則對(duì)該令牌包不作任何處理223，所述正在接 收節(jié)點(diǎn)返回接收(監(jiān)聽)狀態(tài)200 ；如果是，則取得該總線令牌及發(fā)言權(quán)201。在本發(fā)明中，每一條橫、縱總線上的通信為時(shí)分復(fù)用，橫、縱總線上的節(jié)點(diǎn)對(duì)于該 橫、縱總線的占用遵循令牌傳遞規(guī)則一條總線只有一個(gè)令牌被各個(gè)該總線上節(jié)點(diǎn)輪流占 有，節(jié)點(diǎn)只有得到該令牌時(shí)才能在該總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，不占有令牌的節(jié)點(diǎn)對(duì)于該總線的操 作只能監(jiān)聽或接收數(shù)據(jù)。參見圖2C所示，當(dāng)橫、縱總線上面有少量節(jié)點(diǎn)損毀時(shí)，令牌傳遞服從抗損毀策略 繼續(xù)進(jìn)行通信傳遞。即當(dāng)損毀節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)發(fā)言完畢，傳出令牌包給損毀節(jié)點(diǎn)時(shí)， 這根總線上面的其他節(jié)點(diǎn)也在監(jiān)聽，包括損毀節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)，于是這個(gè)節(jié)點(diǎn)收到 該報(bào)文后開始計(jì)時(shí)，并監(jiān)聽總線上信號(hào)，如果沒有收到損毀節(jié)點(diǎn)的任何報(bào)文，那么計(jì)時(shí)器到 時(shí)后自動(dòng)占有此總線令牌，并保持其傳遞；同時(shí)，損毀節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)修改其將來令 牌的目的地址為損毀節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)；如果損毀節(jié)點(diǎn)為頭節(jié)點(diǎn)，那么下一個(gè)發(fā)言節(jié) 點(diǎn)自動(dòng)擔(dān)當(dāng)新頭節(jié)點(diǎn)；在整個(gè)機(jī)載網(wǎng)絡(luò)中，故障(損毀)節(jié)點(diǎn)被剔除了。在本發(fā)明中，根據(jù)互相通信的節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置設(shè)置有三種選路策略，其中每個(gè)選路 策略的具體處理步驟為選路策略一如果橫坐標(biāo)相同，即共用一根縱總線，那么只使用該縱總線即可；參見圖IA所示，例如節(jié)點(diǎn)Vtl,ρ節(jié)點(diǎn)V1^ci是在同一橫坐標(biāo)下，即共用Btl縱總線，那 么節(jié)點(diǎn)\’0和節(jié)點(diǎn)I"使用所述Btl縱總線進(jìn)行信息傳輸；選路策略二 如果縱坐標(biāo)相同，即共用一根橫總線，那么只使用該橫總線即可；參見圖IA所示，例如節(jié)點(diǎn)Vtl,『節(jié)點(diǎn)Vcm是在同一縱坐標(biāo)下，即共用Atl橫總線，那 么節(jié)點(diǎn)\’0和節(jié)點(diǎn)Vcm使用所述A0橫總線進(jìn)行信息傳輸；選路策略三如果橫、縱坐標(biāo)均不相同，就需要中繼；因?yàn)闄M總線、縱總線的對(duì)偶 性，在本發(fā)明中的轉(zhuǎn)發(fā)方式分為兩類，即先橫后縱與先縱后橫；在具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng) 絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)只能配置為同一類方式。先橫后縱發(fā)送節(jié)點(diǎn)先在橫總線上面發(fā)送，此時(shí)與接收節(jié)點(diǎn)共用一根縱總線的節(jié) 點(diǎn)(中繼節(jié)點(diǎn))必須完全緩存這個(gè)數(shù)據(jù)流，并在下一個(gè)令牌周期通過其所在的縱總線發(fā)送 至目的地，因?yàn)橹欣^節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)共用一根縱總線。所以這種數(shù)據(jù)包的傳遞時(shí)序如下源節(jié)點(diǎn)取得其橫總線令牌(101)—源節(jié)點(diǎn)在橫總線上發(fā)送(103)—中繼節(jié)點(diǎn)接 收和緩存(116、202)—中繼節(jié)點(diǎn)等待下一個(gè)令牌周期(211)—中繼節(jié)點(diǎn)取得縱總線令牌(201)—中繼節(jié)點(diǎn)在縱總線上發(fā)送所緩存數(shù)據(jù)(203)—目的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)(217)。參見圖IA所示，例如節(jié)點(diǎn)V·、節(jié)點(diǎn)Vh1即不在同一縱坐標(biāo)下，也不在同一橫坐標(biāo) 下，于是節(jié)點(diǎn)V。,。在其所在A0橫總線上發(fā)送數(shù)據(jù)包，而節(jié)點(diǎn)\Λ監(jiān)聽到該數(shù)據(jù)包，并分析其 目的地址為同一縱總線上的節(jié)點(diǎn)V1^1，于是將該數(shù)據(jù)包拷貝入其列緩存中，等待節(jié)點(diǎn)Vtl,工取 得其所在的B1縱總線上的令牌后，在該縱總線上發(fā)送此包，之后目的節(jié)點(diǎn)V1^1成功收到節(jié) 點(diǎn)Vthtl發(fā)來的數(shù)據(jù)包；Atl橫總線上的其他節(jié)點(diǎn)同樣也分析該數(shù)據(jù)包的目的地址，因?yàn)榕c其所 在縱總線不同，所以不進(jìn)行處理。先縱后橫發(fā)送節(jié)點(diǎn)先在縱總線上面發(fā)送，此時(shí)與接收節(jié)點(diǎn)共用一根橫總線的節(jié) 點(diǎn)(中繼節(jié)點(diǎn))必須完全緩存這個(gè)數(shù)據(jù)流，并在下一個(gè)令牌周期通過其所在的橫總線發(fā)送 至目的地，因?yàn)橹欣^節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)共用一根橫總線。所以這種數(shù)據(jù)包的傳遞時(shí)序如下源節(jié)點(diǎn)取得其橫總線令牌一源節(jié)點(diǎn)在縱總線上發(fā)送一中繼節(jié)點(diǎn)接收和緩存一中 繼節(jié)點(diǎn)等待下一個(gè)令牌周期一中繼節(jié)點(diǎn)取得橫總線令牌一中繼節(jié)點(diǎn)在橫總線上發(fā)送所緩 存數(shù)據(jù)一目的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。參見圖IA所示，例如節(jié)點(diǎn)Vc^fAVm1即不在同一縱坐標(biāo)下，也不在同一橫坐標(biāo) 下，于是節(jié)點(diǎn)\’0在其所在Btl縱總線上發(fā)送數(shù)據(jù)包，而節(jié)點(diǎn)V1^ci監(jiān)聽到該數(shù)據(jù)包，并分析其 目的地址為同一橫總線上的節(jié)點(diǎn)V1^1，于是將該數(shù)據(jù)包拷貝入其行緩存中，等待節(jié)點(diǎn)V1^q 取得其所在的Aim橫總線上的令牌后，在該橫總線上發(fā)送此包，之后目的節(jié)點(diǎn)V1^1成功收 到節(jié)點(diǎn)Vthtl發(fā)來的數(shù)據(jù)包；Btl縱總線上的其他節(jié)點(diǎn)同樣也分析該數(shù)據(jù)包的目的地址，因?yàn)榕c 其所在橫總線不同，所以不進(jìn)行處理。在本發(fā)明中，選路策略的路由協(xié)議保證了信息的兩跳可達(dá)。在本發(fā)明中，頭節(jié)點(diǎn)是指周期開始時(shí)刻令牌所在的節(jié)點(diǎn)定義為該總線的頭節(jié)點(diǎn)。 頭節(jié)點(diǎn)對(duì)于令牌的維護(hù)與周期的同步有重要作用，因?yàn)楸緟f(xié)議保證周期開始時(shí)刻令牌在頭 節(jié)點(diǎn)。頭節(jié)點(diǎn)的位置可以根據(jù)情況動(dòng)態(tài)地規(guī)定(如原來的頭節(jié)點(diǎn)損毀后，要自動(dòng)生成新頭 節(jié)點(diǎn))。在本發(fā)明中，令牌周期是指縱、橫總線上一次完整的令牌輪回過程稱為一個(gè)令牌 周期。因?yàn)榭煽康耐ㄐ艑?duì)于同步有很高的要求，所以在本發(fā)明中的策略要求并且保證所有 總線(2N根)的令牌周期是同步的，即所有總線的令牌周期是重合的。在本發(fā)明中，時(shí)間片是指令牌在節(jié)點(diǎn)處停留的時(shí)間單位定義為時(shí)間片。因?yàn)槊總€(gè) 總線都有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以規(guī)定一個(gè)周期有N個(gè)時(shí)間片。節(jié)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)言的時(shí)間一定 是時(shí)間片的倍數(shù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不重的時(shí)候，可能有空閑的時(shí)間片。然而，N個(gè)時(shí)間片總和比 有一個(gè)完整周期短，因?yàn)闆]有把令牌傳遞時(shí)間包含進(jìn)去。在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)包是指在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)一根總線上通信的全部內(nèi)容定義為一個(gè) 數(shù)據(jù)包，它是節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)通信的依據(jù)。數(shù)據(jù)包的大小如下大小等于時(shí)間片長度乘以傳輸速 率，這保證每個(gè)數(shù)據(jù)包大小與時(shí)間片長短匹配。在本發(fā)明中，令牌包是指在一根橫總線(縱總線)上面節(jié)點(diǎn)傳遞令牌時(shí)所用報(bào)文 定義為令牌包。令牌包很短小，所以其傳輸占用時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個(gè)時(shí)間片，而且一個(gè)令牌周 期內(nèi)一定有N個(gè)令牌傳遞時(shí)間。節(jié)點(diǎn)發(fā)出令牌包后立即停止對(duì)相應(yīng)總線的占用；令牌包目 的地址的節(jié)點(diǎn)收到該包后開始占有發(fā)言權(quán)。在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)包格式表達(dá)為集合形式為DP = {S，D，T1, L，E}，S表示同步頭，
9D表示目的地址，T1表示數(shù)據(jù)類型(類型為數(shù)據(jù)包)，L表示L字節(jié)長度的數(shù)據(jù)體，E表示包結(jié)尾。在本發(fā)明中，令牌包格式表達(dá)為集合形式為TP = {S，D，T2, E}，S表示同步頭，D表 示目的地址，T2表示數(shù)據(jù)類型(類型為數(shù)據(jù)包)，E表示包結(jié)尾。采用本發(fā)明的分布式機(jī)載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在組網(wǎng)時(shí)盡量將數(shù)據(jù)量大、通信頻繁、實(shí)時(shí) 性、誤碼率、重要性等要求高的節(jié)點(diǎn)之間不采用中繼方式，而是共用一根橫總線或縱總線， 有利于節(jié)點(diǎn)之間更好的滿足上述要求，而且網(wǎng)絡(luò)的抗毀性能也會(huì)提高。吞吐量論證無擁塞時(shí)，本交換機(jī)吞吐量能達(dá)到N2 (數(shù)據(jù)包/令牌周期)，數(shù)值上與節(jié)點(diǎn)數(shù)目相 同，即可以滿足一個(gè)周期中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，同時(shí)接收一個(gè)數(shù)據(jù)包(中繼接 收與發(fā)送不算在內(nèi))。一個(gè)周期內(nèi)一個(gè)總線信息量為N，有2N根總線，但是考慮轉(zhuǎn)發(fā)一次，一個(gè)信息流可 能需要占用2根總線，所以交換機(jī)容量為NX2N+2 = N2。擁塞論證如果本發(fā)明設(shè)計(jì)的具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)是無擁塞的，那么每一根總線都是 無擁塞的。另一方面，如果有一根或多根總線擁塞，那么網(wǎng)絡(luò)就是擁塞的，所以兩者是互為 充分必要條件。在具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)中，如果任意一根總線上面，在一個(gè)周期內(nèi)，其上面 所有節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間片數(shù)之和不大于N，且接受時(shí)間片數(shù)之和也不大于N，那么一定是無擁 塞狀態(tài)。所有總線都無擁塞，可推得網(wǎng)絡(luò)無擁塞。在一般的一對(duì)一傳輸系統(tǒng)中，一個(gè)周期中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多發(fā)送與接收一次。這樣即 使在最壞情況下面，每兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信都要用到橫總線一次，縱總線一次，仍保證所有總線無 擁塞，因?yàn)閷?duì)于任意一根橫總線，它在一個(gè)周期中共有N個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一次，所以恰好滿載無 擁塞。另一方面，任意一根縱總線在一個(gè)周期中共有N個(gè)節(jié)點(diǎn)接收一次，所以一定也是滿載 無擁塞的。綜上，一對(duì)一傳輸是無擁塞的。實(shí)時(shí)性論證在本發(fā)明中，因?yàn)檫x路策略規(guī)定了信息的兩跳可達(dá)，所以無擁塞時(shí)信息從發(fā)送端 到達(dá)接收端所需傳輸時(shí)間間隔最多為2倍周期長度。抗毀性論證如果具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)損毀，那么所影響的范圍是損毀節(jié)點(diǎn) 本身的通信及其所在橫總線上其他節(jié)點(diǎn)向其所在縱總線上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文的中繼過程。 根據(jù)本發(fā)明的分布組網(wǎng)建議，發(fā)明人認(rèn)為包含中繼過程的通信是重要性不是很高，所以單 個(gè)節(jié)點(diǎn)損毀對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)影響較小?？朔思惺浇粨Q機(jī)一旦損毀，整個(gè)其所屬網(wǎng)絡(luò)可能 癱瘓。
權(quán)利要求
一種具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，其特征在于是采用多條相互平行的橫總線與多條相互平行的縱總線按照空間交叉方式布局，并將多個(gè)機(jī)載設(shè)備接入分布在所述空間交叉點(diǎn)上，從而構(gòu)成了分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)；縱、橫總線構(gòu)成的局域網(wǎng)中，將縱總線與橫總線在空間上交點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)；該節(jié)點(diǎn)用于為通信終端提供收發(fā)、兩跳中繼服務(wù)；各個(gè)節(jié)點(diǎn)按照分時(shí)策略獲得其所在總線的發(fā)言權(quán)，并按照選路策略中繼轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信息。
2.一種為權(quán)利要求1所述的具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的方法，其特征在 于通信采用的分時(shí)策略包括有縱總線分時(shí)策略和橫總線分時(shí)策略。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種為具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的方法，其特征 在于橫總線的分時(shí)策略為從一個(gè)令牌周期開始，頭節(jié)點(diǎn)擁有令牌(10)，于是查看其行緩存(102)，若行緩存非空 時(shí)，則在該橫總線上發(fā)送行緩存的數(shù)據(jù)包(103)；往復(fù)執(zhí)行查看行緩存(102)，直至行緩存為空截止；當(dāng)行緩存(102)為空時(shí)，在該橫總線上發(fā)送傳輸給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的令牌包(104)；同時(shí)放 棄對(duì)該橫總線的發(fā)言權(quán)，此時(shí)，頭節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為返回接收狀態(tài)100 ；正在接收的節(jié)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)聽該橫總線上正在發(fā)言節(jié)點(diǎn)的發(fā)言內(nèi)容(111)，如果發(fā)言內(nèi)容 為數(shù)據(jù)包(112)，則判斷該數(shù)據(jù)包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同縱總線(113)上；若不 在同縱總線(113)上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包不作任何處理(114)，所述正在接收節(jié)點(diǎn)返回接收狀態(tài) (100)；若在同縱總線(115)上，則判斷此數(shù)據(jù)包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同橫總線 (115)上；若不是在同一橫總線上，則把該數(shù)據(jù)包拷貝入該節(jié)點(diǎn)的列緩存(116)，然后返回 接收狀態(tài)(100)；若在同一橫總線上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包處理(117)，并發(fā)送至終端，然后返回接 收狀態(tài)(100)；如果發(fā)言內(nèi)容為令牌包(121)，則判斷該令牌包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同一 縱總線并且是同一橫總線(122)上；如果否，則對(duì)該令牌包不作任何處理(123)，所述正在 接收節(jié)點(diǎn)返回接收狀態(tài)(100)；如果是，則取得該總線令牌及發(fā)言權(quán)(101)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種為具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的方法，其特征 在于縱總線的分時(shí)策略為從一個(gè)令牌周期開始，頭節(jié)點(diǎn)擁有令牌(20)，于是查看其列緩存(202)，若列緩存非空 時(shí)，則在該縱總線上發(fā)送列緩存的數(shù)據(jù)包(203)；往復(fù)執(zhí)行查看列緩存(202)，直至列緩存為空截止；當(dāng)列緩存(202)為空時(shí)，在該縱總線上發(fā)送傳輸給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的令牌包(204)；同時(shí)放 棄對(duì)該縱總線的發(fā)言權(quán)，此時(shí)，頭節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為返回接收狀態(tài)(200)；正在接收的節(jié)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)聽該縱總線上正在發(fā)言節(jié)點(diǎn)的發(fā)言內(nèi)容(211)，如果發(fā)言內(nèi)容 為數(shù)據(jù)包(212)，則判斷該數(shù)據(jù)包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同橫總線(213)上；若不 在同橫總線(213)上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包不作任何處理(214)，所述正在接收節(jié)點(diǎn)返回接收狀態(tài) (200)；若在同一橫總線上，則對(duì)該數(shù)據(jù)包處理(217)，并發(fā)送至終端，然后返回接收狀態(tài) (200)；如果發(fā)言內(nèi)容為令牌包(221)，則判斷該令牌包的目的地址是否與該接收節(jié)點(diǎn)在同一縱總線并且是同一橫總線(222)上；如果否，則對(duì)該令牌包不作任何處理(223)，所述正在 接收節(jié)點(diǎn)返回接收狀態(tài)(200)；如果是，則取得該總線令牌及發(fā)言權(quán)(201)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，其特征在于根據(jù)互相通信的 節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置設(shè)置三種選路策略，即如果橫坐標(biāo)相同，即共用一根縱總線，那么只使用該縱 總線即可的選路策略一；如果縱坐標(biāo)相同，即共用一根橫總線，那么只使用該橫總線即可的 選路策略二 ；如果橫、縱坐標(biāo)均不相同，就需要中繼的選路策略三。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，其特征在于選路策略三中因 為橫總線、縱總線的對(duì)偶性，故有先橫后縱與先縱后橫的選路方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，其特征在于在機(jī)載網(wǎng)絡(luò)中所 有節(jié)點(diǎn)只能配置為同一類方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，其特征在于當(dāng)有少量節(jié)點(diǎn)發(fā) 生故障時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)能夠?qū)嵭锌箵p毀策略而使得網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)以較高的可靠性通信；即當(dāng)損毀 節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)發(fā)言完畢，傳出令牌包給損毀節(jié)點(diǎn)時(shí)，這根總線上面的其他節(jié)點(diǎn)也 在監(jiān)聽，包括損毀節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)，于是這個(gè)節(jié)點(diǎn)收到該報(bào)文后開始計(jì)時(shí)，并監(jiān)聽總 線上信號(hào)，如果沒有收到損毀節(jié)點(diǎn)的任何報(bào)文，那么計(jì)時(shí)器到時(shí)后自動(dòng)占有此總線令牌，并 保持其傳遞；同時(shí)，損毀節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)修改其將來令牌的目的地址為損毀節(jié)點(diǎn)的 下一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)；如果損毀節(jié)點(diǎn)為頭節(jié)點(diǎn)，那么下一個(gè)發(fā)言節(jié)點(diǎn)自動(dòng)擔(dān)當(dāng)新頭節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有分布式交換的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)及其在該機(jī)載網(wǎng)絡(luò)下的信息通信方法。該機(jī)載網(wǎng)絡(luò)是以相互平行的橫總線與相互平行的縱總線交叉而構(gòu)成的物理連接，在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上接入擁有收發(fā)與中繼功能的通信服務(wù)節(jié)點(diǎn)而構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)。隨后給出通信服務(wù)節(jié)點(diǎn)在該結(jié)構(gòu)下的分時(shí)策略與選路策略，以及少量節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)的損毀處理方式。采用本發(fā)明通訊服務(wù)方式能夠?qū)哂蟹植际浇粨Q的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)提供大的吞吐量、高的實(shí)時(shí)性、較強(qiáng)的抗毀性。
文檔編號(hào)H04L12/417GK101895465SQ20101021652
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者尚文軒, 李峭, 熊華鋼 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)