專利名稱：基于字節(jié)的afdx交換機的過濾警管系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及航空電子網(wǎng)絡交換領域，特別是涉及一種基于字節(jié)的航空全雙工交換式以太網(wǎng)AFDX交換機的過濾警管系統(tǒng)及方法，可用于對交換網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)幀進行過濾及流量控制。
背景技術：
航空全雙工交換式以太網(wǎng)AFDX最早是由空中客車公司基于802. 3以太網(wǎng)技術設計的用于A380型大型客機的新一代管理數(shù)據(jù)網(wǎng)絡ADN。盡管802. 3以太網(wǎng)可以提供很高的傳輸速度和低成本以及良好的商用性，但是802. 3以太網(wǎng)缺乏對于帶寬和服務質(zhì)量的保障，這恰恰是航空通信網(wǎng)所必須的。因此AFDX引入異步傳輸模式ATM中的虛鏈接VL概念， 以實現(xiàn)任務的帶寬和服務質(zhì)量QoS保障。根據(jù)航空總線標準ARINC 664協(xié)議第七部分，一個AFDX交換機有16個端口，每個端口可為256條VL提供服務，數(shù)據(jù)幀用不同的VL進行標識，一條VL代表著一條傳輸相同特性數(shù)據(jù)幀的鏈路，即相同的目的地址、最小幀間隔、和幀長。具有相同VL的相鄰兩個幀之間的最小時間間隔稱為BAG，允許幀有抖動Jitter，每條VL分配的帶寬是通過設置幀間隔 BAG實現(xiàn)的，所有VL的總帶寬不能超過網(wǎng)絡的限制，同時，VL上的數(shù)據(jù)流在傳輸過程中必須保證正確的相關的特性。在交換網(wǎng)絡的前端對不同VL的數(shù)據(jù)幀進行過濾和流量控制，確保正確的幀能迅速的通過交換網(wǎng)絡，并能及時的阻止錯誤幀占用網(wǎng)絡資源。在AFDX中，數(shù)據(jù)幀的過濾和流量控制功能是由過濾警管方法實現(xiàn)的，現(xiàn)有的AFDX 的過濾警管方法，均是基于幀的過濾警管。如利用令牌桶算法，當一幀到達時，不管到達幀的幀長是多少，令牌數(shù)ACi減少的量是協(xié)議允許范圍內(nèi)設定的最大幀長Simax，從而達到過濾和流量控制的目的?；谏鲜龅睦碚摶A，人們還提出一種基于幀的過濾警管改進方法，即利用同一個VL的相鄰到達幀的時間差值T作為過濾警管的依據(jù)，即滿足BAG-Jitter < T < BAG+Jitter,表示該幀滿足過濾警管要求，否則，丟棄該幀，可以通過該方法實現(xiàn)過濾和流量控制功能。上述兩種基于幀的過濾警管方法有利于保證時間間隔穩(wěn)定的數(shù)據(jù)幀通過，但在抖動較大、不同幀長的數(shù)據(jù)交替到達的情況下，一個幀到達后，易造成短時間間隔內(nèi)到達的幀丟棄，如圖1所示，每個長幀后面出現(xiàn)一個短幀，即短幀1，短幀2和短幀3，當一個幀到達時，計數(shù)值ACi要減去一個定義的最大幀長Simax，并保證結果大于0。但在短幀1和長幀 2到達的時刻，由于計數(shù)值ACi < Simax，該兩個短幀會被丟棄，從而造成正確的數(shù)據(jù)丟失。由此可見，基于幀的過濾警管方法需要占用較大的時間資源，且對不同特征的數(shù)據(jù)幀的適應能力有限，特別是對抖動較大、幀長不同的數(shù)據(jù)幀的處理能力較差，限制了鏈路帶寬，影響了交換網(wǎng)絡的容量提升
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于字節(jié)的AFDX 交換機的過濾警管系統(tǒng)及方法，以解決在抖動較大、幀長不同的情況下的幀丟失問題，從而滿足不同鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸要求，擴大數(shù)據(jù)傳輸帶寬，提升AFDX交換網(wǎng)絡的容量。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一、術語說明VL:代表AFDX交換機內(nèi)部的一條交換鏈路，用數(shù)據(jù)幀中的16位比特表示。過濾參數(shù)表由256個VL和過濾參數(shù)組成的一組表項，其中，1個VL對應1個過
濾參數(shù)。警管參數(shù)表由256個VL和警管參數(shù)組成的一組表項，其中，1個VL對應1個警
管參數(shù)。Constant域值表示數(shù)據(jù)幀的傳輸時延，用數(shù)據(jù)幀中的32位比特表示。二、本發(fā)明提出一種基于字節(jié)的AFDX交換機的過濾警管系統(tǒng)，包括緩存器，用于存儲從網(wǎng)絡中接收到的數(shù)據(jù)幀，提取數(shù)據(jù)幀的虛鏈路VL和幀信息， 并分別發(fā)送到查找表、過濾模塊和警管模塊，同時接收判決模塊的控制信息，清除或輸出數(shù)據(jù)幀；查找表，用于存儲與VL相對應的過濾參數(shù)，并將過濾參數(shù)發(fā)送到過濾模塊，該過濾參數(shù)包括輸出端口號、Constant域值、設定的最大幀長Si、設定的最小幀長S2、設定的幀長范圍S3 ；過濾模塊，用于接收從緩存器發(fā)送的幀信息和從查找表發(fā)送的過濾參數(shù)，進行幀信息和過濾參數(shù)的比較操作，并向判決模塊輸出數(shù)據(jù)幀的過濾結果信息；警管模塊，用于接收從緩存器發(fā)送的VL和幀信息，通過對幀到達時可用字節(jié)數(shù)C 和幀長S的比較運算，進行數(shù)據(jù)幀流量控制操作，獲得數(shù)據(jù)幀的警管結果信息，并發(fā)送到判決模塊；判決模塊，用于接收過濾模塊和警管模塊的結果信息，并對該兩個結果信息進行 “與”操作，若兩個結果信息均為1，即高電平，則向緩存器發(fā)送輸出數(shù)據(jù)的控制信息，否則， 向緩存器發(fā)送清空數(shù)據(jù)的控制信息。所述的過濾模塊包括端口匹配子模塊，用于對幀信息中的輸出端口號和過濾參數(shù)中的輸出端口號進行比較，輸出比較結果信息；域值匹配子模塊，用于對幀信息中的Constant域值和過濾參數(shù)中的Constant域值進行比較，輸出比較結果信息；最大幀長比較子模塊，用于對幀信息中的幀長S和過濾參數(shù)中的最大幀長Sl進行比較，輸出比較結果信息；最小幀長比較子模塊，用于對幀信息中的幀長S和過濾參數(shù)中的最小幀長S2進行比較，輸出比較結果信息；合理幀長比較子模塊，用于對幀信息中的幀長S和過濾參數(shù)中的合理幀長范圍S3 進行比較，輸出比較結果信息，S3的設定范圍是64 1518字節(jié)；“與”子模塊，用于對上述五個子模塊的結果信息進行“與”操作，當上述五個子模塊的結果信息均為1時，即高電平，表示過濾成功，輸出過濾成功信息，否則，表示過濾失敗，輸出過濾失敗信息。所述的警管模塊包括CPU接口，用于向寄存器RAM傳送初始警管參數(shù)，該警管參數(shù)包括前一幀到達時間 Tl、可用計數(shù)值C、最大計數(shù)值Cl和最小計數(shù)值C2 ；計時器，用于向運算比較子模塊提供準確的數(shù)據(jù)幀到達時間，幀到達的時間間隔用字節(jié)的增加量表示；寄存器RAM，用于存儲與VL對應的警管參數(shù)，利用VL索引寄存器RAM中的警管參數(shù)，發(fā)送到運算比較子模塊，并根據(jù)運算比較子模塊中的比較結果信息更新寄存器RAM中的警管參數(shù)；運算比較子模塊，用于對幀信息中的幀長S和寄存器RAM中的警管參數(shù)進行運算， 得出警管的結果信息，并向寄存器RAM發(fā)送更新信息，該更新信息包括前一幀到達時間Tl 的更新值和可用計數(shù)值C的更新值。三、本發(fā)明基于字節(jié)的AFDX交換機的過濾警管方法，包括如下步驟(1)設定過濾參數(shù)和警管參數(shù)，該過濾參數(shù)包括輸出端口號、Constant域值、最大幀長Si、最小幀長S2和合理幀長范圍S3 ；該警管參數(shù)包括前一幀的到達時間Tl、可用計數(shù)值C、最大計數(shù)值Cl和最小計數(shù)值C2，使能信號EN為低電平，當有數(shù)據(jù)幀到達時，置EN為高電平；(2)對使能信號EN進行檢測，若EN為1，即高電平，執(zhí)行步驟(3)，否則，繼續(xù)對使能信號EN進行檢測；(3)記錄數(shù)據(jù)幀的到達時間T2，提取數(shù)據(jù)幀的虛鏈路VL和幀信息，并利用虛鏈路 VL獲得該數(shù)據(jù)幀的過濾參數(shù)和警管參數(shù)，該幀信息包括Constant域值、幀長S和輸出端口號；(4)將步驟(3)中的幀信息和過濾參數(shù)進行比較若幀信息中的輸出端口號和過濾參數(shù)中的輸出端口號相同，置輸出信號OUT為1， 否則，置輸出信號OUT為0 ；若幀信息中的Constant域值和過濾參數(shù)中的Constant域值相同，置輸出信號CON 為1，否則，置輸出信號CONSO;若幀長S小于等于最大幀長Si，置輸出信號MAX為1，否則，置輸出信號MAX為0 ；若幀長S大于等于最小幀長S2，置輸出信號MIN為1，否則，置輸出信號MIN為0 ；若幀長S在合理幀長S3的范圍內(nèi)，置輸出信號LEN為1，否則，置輸出信號LEN為 0，該S3的范圍是64 1518字節(jié)；(5)根據(jù)比較結果的輸出信號，得到數(shù)據(jù)幀的過濾結果信息若上述輸出信號 OUT、CON、MAX、MIN和LEN均為1，表示該幀過濾成功，置過濾結果信號F為1，否則，該幀過濾失敗，置過濾結果信號F為0;(6)將警管參數(shù)中的前一幀的到達時間Tl、可用計數(shù)值C、最大計數(shù)值Cl和最小計數(shù)值C2分別與數(shù)據(jù)幀到達時間T2和幀長S進行比較若T2-T1+C 彡 Cl, Cl-S 彡 C2，執(zhí)行步驟(7)，若T2-T1+C 彡 Cl, Cl-S < C2，執(zhí)行步驟(8)，若T2-T1+C < Cl, T2-T1+C-S 彡 C2，執(zhí)行步驟(7)，
若T2-T1+C < Cl, T2-T1+C-S < C2，執(zhí)行步驟(8)，(7)置輸出的警管結果信號P為1，更新前一幀到達時間Tl和可用計數(shù)值C，令Tl =T2, C = A-S ；(8)置輸出的警管結果信號P為0，更新前一幀到達時間Tl，令Tl =T2；(9)根據(jù)步驟(5)中的過濾結果信號F和步驟(7)-(8)中警管結果信號P，確定控制信號J，若過濾結果信號F和警管結果信號P均為1，置控制信號J為1，輸出數(shù)據(jù)幀，否則，置控制信號J為0，清除數(shù)據(jù)幀，返回步驟O)。本發(fā)明由于利用數(shù)據(jù)幀的幀信息和過濾參數(shù)完成幀過濾功能，并利用基于字節(jié)的漏桶算法對數(shù)據(jù)幀的流量進行控制，解決了在抖動較大、幀長不同的情況下的幀丟失問題， 從而滿足不同鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸要求，擴大數(shù)據(jù)傳輸帶寬，提升AFDX交換網(wǎng)絡的容量。


圖1為現(xiàn)有基于幀的過濾警管的幀丟失模型圖；圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖3為本發(fā)明系統(tǒng)中的過濾模塊框圖；圖4為本發(fā)明系統(tǒng)中的的警管模塊框圖；圖5為本發(fā)明的過濾警管方法總流程具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方法更加清楚易懂，以下參照附圖對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。如圖2所示，本發(fā)明的系統(tǒng)包括查找表10、緩存器20、過濾模塊30、警管模塊40 和判決模塊50 ；其中，緩存器20與查找表10、過濾模塊30和警管模塊40單向連接，查找表 10與過濾模塊30單向連接，過濾模塊30與判決模塊50單向連接，警管模塊40和與判決模塊50單向連接，判決模塊50與緩存器20單向連接。其中所述緩存器20，存儲到達的數(shù)據(jù)幀，提取數(shù)據(jù)幀的VL和幀信息，將VL發(fā)送到查找表10和警管模塊40，將幀信息發(fā)送到過濾模塊30和警管模塊40，同時接收判決模塊50的控制信息，清除或輸出數(shù)據(jù)幀；所述查找表10，存儲256個與VL相對應的過濾參數(shù)，通過VL將相應的一個過濾參數(shù)發(fā)送到過濾模塊30，其中，該過濾參數(shù)包括輸出端口號、Constant域值、最大幀長Sl、最小幀長S2、合理幀長范圍S3，如表1所示表1查找表中的過濾參數(shù)表
權利要求
1.一種基于字節(jié)的AFDX交換機的過濾警管系統(tǒng)，包括緩存器，用于存儲從網(wǎng)絡中接收到的數(shù)據(jù)幀，提取數(shù)據(jù)幀的虛鏈路VL和幀信息，并分別發(fā)送到查找表、過濾模塊和警管模塊，同時接收判決模塊的控制信息，清除或輸出數(shù)據(jù)幀；查找表，用于存儲與VL相對應的過濾參數(shù)，并將過濾參數(shù)發(fā)送到過濾模塊，該過濾參數(shù)包括輸出端口號、Constant域值、設定的最大幀長Si、設定的最小幀長S2、設定的幀長范圍S3;過濾模塊，用于接收從緩存器發(fā)送的幀信息和從查找表發(fā)送的過濾參數(shù)，進行幀信息和過濾參數(shù)的比較操作，并向判決模塊輸出數(shù)據(jù)幀的過濾結果信息；警管模塊，用于接收從緩存器發(fā)送的VL和幀信息，通過對幀到達時可用字節(jié)數(shù)C和幀長S的比較運算，進行數(shù)據(jù)幀流量控制操作，獲得數(shù)據(jù)幀的警管結果信息，并發(fā)送到判決模塊；判決模塊，用于接收過濾模塊和警管模塊的結果信息，并對該兩個結果信息進行“與” 操作，若兩個結果信息均為1，即高電平，則向緩存器發(fā)送輸出數(shù)據(jù)的控制信息，否則，向緩存器發(fā)送清空數(shù)據(jù)的控制信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的AFDX交換機過濾警管系統(tǒng)，其中，過濾模塊包括 端口匹配子模塊，用于對幀信息中的輸出端口號和過濾參數(shù)中的輸出端口號進行比較，輸出比較結果信息；域值匹配子模塊，用于對幀信息中的Constant域值和過濾參數(shù)中的Constant域值進行比較，輸出比較結果信息；最大幀長比較子模塊，用于對幀信息中的幀長S和過濾參數(shù)中的最大幀長Sl進行比較，輸出比較結果信息；最小幀長比較子模塊，用于對幀信息中的幀長S和過濾參數(shù)中的最小幀長S2進行比較，輸出比較結果信息；合理幀長比較子模塊，用于對幀信息中的幀長S和過濾參數(shù)中的合理幀長范圍S3進行比較，輸出比較結果信息，S3的設定范圍是64 1518字節(jié)；“與，，子模塊，用于對上述五個子模塊的結果信息進行“與，，操作，當上述五個子模塊的結果信息均為1時，即高電平，表示過濾成功，輸出過濾成功信息，否則，表示過濾失敗，輸出過濾失敗信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的AFDX交換機過濾警管系統(tǒng)，其中，警管模塊包括 CPU接口，用于向寄存器RAM傳送初始警管參數(shù)；計時器，用于向運算比較子模塊提供準確的數(shù)據(jù)幀到達時間，幀到達的時間間隔用字節(jié)的增加量表示；寄存器RAM，用于存儲與VL對應的警管參數(shù)，利用VL索引寄存器RAM中的警管參數(shù)，發(fā)送到運算比較子模塊，并根據(jù)運算比較子模塊中的比較結果信息更新寄存器RAM中的警管參數(shù)；運算比較子模塊，用于對幀信息中的幀長S和寄存器RAM中的警管參數(shù)進行運算，得出警管結果信息，并向寄存器RAM發(fā)送更新信息，該更新信息包括前一幀到達時間Tl的更新值和可用計數(shù)值C的更新值。
4.根據(jù)權利要求3所述AFDX交換機過濾警管系統(tǒng)，其中所述的寄存器RAM子模塊中的初始警管參數(shù)由CPU接口獲得，并通過運算比較子模塊的比較結果信息進行更新，該警管參數(shù)包括前一幀到達時間Tl、可用計數(shù)值C、最大計數(shù)值Cl和最小計數(shù)值C2。
5.一種基于字節(jié)的AFDX交換機的過濾警管方法，包括如下步驟(1)設置過濾參數(shù)和警管參數(shù)，該過濾參數(shù)包括輸出端口號、Constant域值、最大幀長 Si、最小幀長S2和合理幀長范圍S3 ；該警管參數(shù)包括前一幀的到達時間Tl、可用計數(shù)值C、 最大計數(shù)值Cl和最小計數(shù)值C2，使能信號EN為低電平，當有數(shù)據(jù)幀到達時，置EN為高電平；(2)對使能信號EN進行檢測，若EN為1，即高電平，執(zhí)行步驟(3)，否則，繼續(xù)對使能信號EN進行檢測；(3)記錄數(shù)據(jù)幀的到達時間T2，提取數(shù)據(jù)幀的虛鏈路VL和幀信息，并利用虛鏈路VL獲得該數(shù)據(jù)幀的過濾參數(shù)和警管參數(shù)，該幀信息包括Constant域值、幀長S和輸出端口號；(4)將步驟(3)中的幀信息和過濾參數(shù)進行比較若幀信息中的輸出端口號和過濾參數(shù)中的輸出端口號相同，置輸出信號OUT為1，否則，置輸出信號OUT為0;若幀信息中的Constant域值和過濾參數(shù)中的Constant域值相同，置輸出信號CON為 1，否則，置輸出信號CON為0 ；若幀長S小于等于最大幀長Si，置輸出信號MAX為1，否則，置輸出信號MAX為0 ；若幀長S大于等于最小幀長S2，置輸出信號MIN為1，否則，置輸出信號MIN為0 ；若幀長S在合理幀長S3的范圍內(nèi)，置輸出信號LEN為1，否則，置輸出信號LEN為0，該 S3的范圍是64 1518字節(jié)；(5)根據(jù)比較結果的輸出信號，得到數(shù)據(jù)幀的過濾結果信息若上述輸出信號OUT、 CON、MAX、MIN和LEN均為1，表示該幀過濾成功，置過濾結果信號F為1，否則，該幀過濾失敗，置過濾結果信號F為0;(6)將警管參數(shù)中的前一幀的到達時間Tl、可用計數(shù)值C、最大計數(shù)值Cl和最小計數(shù)值 C2分別與數(shù)據(jù)幀到達時間T2和幀長S進行比較若T2-T1+C彡Cl，Cl-S彡C2，執(zhí)行步驟(7)，若 T2-T1+C 彡 Cl, Cl-S < C2，執(zhí)行步驟(8)，若 T2-T1+C < Cl, T2-T1+C-S 彡 C2，執(zhí)行步驟(7)，若 T2-T1+C < Cl, T2-T1+C-S < C2，執(zhí)行步驟(8)，(7)置輸出的警管結果信號P為1，更新前一幀到達時間Tl和可用計數(shù)值C，令Tl= T2, C = A-S5(8)置輸出的警管結果信號P為0，更新前一幀到達時間Tl，令Tl= T2 ；(9)根據(jù)步驟(5)中的過濾結果信號F和步驟(7)-(8)中警管結果信號P，確定控制信號J，若過濾結果信號F和警管結果信號P均為1，置控制信號J為1，輸出數(shù)據(jù)幀，否則，置控制信號J為0，清除數(shù)據(jù)幀，返回步驟(2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于字節(jié)的AFDX交換機的過濾警管系統(tǒng)及方法，主要解決在抖動較大、幀長不同的情況下的幀丟失問題。該系統(tǒng)包括緩存器、查找表、過濾模塊、警管模塊和判決模塊；緩存器儲存數(shù)據(jù)幀，并提取數(shù)據(jù)幀的VL和幀信息，利用VL在查找表中查找數(shù)據(jù)幀的過濾參數(shù)，進而與幀信息在過濾模塊中進行比較，確定數(shù)據(jù)幀是否滿足過濾要求，同時，在警管模塊中利用字節(jié)漏桶算法對數(shù)據(jù)幀的流量進行控制，最后，通過判決模塊決定是否允許該數(shù)據(jù)幀進入交換網(wǎng)絡。本發(fā)明實現(xiàn)方法簡單，節(jié)省系統(tǒng)資源，數(shù)據(jù)幀的通過率高，有利于提升網(wǎng)絡交換的性能，可用于航空交換網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)幀的過濾及流量控制。
文檔編號H04L12/56GK102497285SQ20111040201
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權日2011年12月7日
發(fā)明者劉煥峰, 姚明旿, 孫文廣, 寇驍, 張冰, 張奭, 潘偉濤, 王寶亮, 邱智亮, 鮑民權 申請人:西安電子科技大學