姜國義，孫 蕾，張海全，馬 超，張治國

（1.國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司，呼和浩特010020；2.北京郵電大學(xué)信息光子學(xué)與光通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100876）

0 引言

航空航天是一個(gè)重要且富有挑戰(zhàn)性的科學(xué)與應(yīng)用領(lǐng)域，已成為人類社會(huì)發(fā)展不可或缺的重要構(gòu)成部分，各國都將新型空天技術(shù)的研究與應(yīng)用作為空天事業(yè)發(fā)展的重中之重。航空航天領(lǐng)域各類應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定、良好的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開各載荷之間高效、準(zhǔn)確的配合。傳統(tǒng)連接載荷的總線協(xié)議MIL-STD-1553是一種雙余度的雙向總線，采用雙向的Manchester編碼方式，最多支持31個(gè)遠(yuǎn)程終端連接，最高支持1Mbps的傳輸速率［1］。但是隨著空天電子系統(tǒng)綜合化程度的提高，對(duì)總線的傳輸速率提出了更高要求，MIL-STD-1553總線在傳輸速率、帶寬、允許終端數(shù)、實(shí)時(shí)性等方面難以滿足實(shí)際需求［2］。FC-AE-1553總線標(biāo)準(zhǔn)是一種支持平滑升級(jí)、可有效滿足新一代航電網(wǎng)絡(luò)需求的新型空天電子網(wǎng)絡(luò)總線協(xié)議，是一種有效的解決方案。

光纖通道（Fiber Channel，F(xiàn)C）是美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ANSI）制定的一種高速串行通信協(xié)議，它基于光纖連接并借助通道技術(shù)傳輸，不僅具備較高的傳輸速率，且兼具低誤碼率的特點(diǎn)，尤其適用于可靠性和傳輸速率要求嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境［3］。FC具有高速率、低延時(shí)、低誤碼率等特性，并且能夠適應(yīng)航空航天等較為惡劣的電磁環(huán)境。此外，F(xiàn)C也支持多種上層協(xié)議、多種服務(wù)類型、多種傳輸介質(zhì)和更加靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)［4］，因此更加受到航電系統(tǒng)用戶的青睞。FC-AE-1553協(xié)議是在光纖通道的FC-4層實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)MIL-STD-1553B總線協(xié)議的映射，并支持交換、仲裁等結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)在實(shí)時(shí)的航空應(yīng)用中，以命令／響應(yīng)的模式進(jìn)行保證確定性的通信［5-6］。MIL-STD-1553B總線協(xié)議與FC-AE-1553總線協(xié)議性能對(duì)比如表1所示，F(xiàn)CAE-1553相比MIL-STD-1553，提供了更高的帶寬，更多的終端數(shù)，更大的信息量，還可以兼容原有協(xié)議。

近年來，美國已經(jīng)對(duì)大部分航空航天電子設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)換代，如在AH-64D長(zhǎng)弓阿帕奇直升機(jī)中啟用FC-AE-1553總線協(xié)議，應(yīng)用于數(shù)字視頻接口與飛行試驗(yàn)任務(wù)處理器之間的互聯(lián)；在B1-B中，應(yīng)用FC-AE-1553總線，作為航天電子計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)／傳輸設(shè)備間的連接通道等。美英聯(lián)合攻擊機(jī)JSF電子系統(tǒng)間的告訴互聯(lián)，也采用了FCAE標(biāo)準(zhǔn)作為統(tǒng)一的航空通信網(wǎng)絡(luò)［7］。根據(jù)目前國外的發(fā)展趨勢(shì)，我國也必然逐漸使用FC-AE-1553總線替代MIL-STD-1553B總線。

基于無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）結(jié)構(gòu)下的FC-AE-1553總線是一種新型的總線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展尚不成熟，特別是多終端、多業(yè)務(wù)、大容量條件下如何保證其資源利用率及傳輸時(shí)延等是一個(gè)待解決的難題。本文在FC-AE-1553總線協(xié)議的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)帶寬分配機(jī)制，該機(jī)制在滿足網(wǎng)絡(luò)中多業(yè)務(wù)QoS要求的同時(shí)，很好地解決了多終端網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中存在的信道共享沖突，實(shí)現(xiàn)了較高的帶寬利用率和低傳輸時(shí)延。

1 PON結(jié)構(gòu)下FC-AE-1553總線網(wǎng)絡(luò)

1.1 FC-AE-1553層次模型

光纖通道協(xié)議具有很好的通用性，是一種通用傳輸機(jī)制。FC協(xié)議的層次模型具有5層模型結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中，F(xiàn)C-0、FC-1、FC-2層屬于物理層和信號(hào)層，F(xiàn)C-3、FC-4層屬于上層協(xié)議。FC-AE-1553協(xié)議是在光纖通道的FC-4層實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)MIL-STD-1553B總線協(xié)議的映射，以實(shí)現(xiàn)在實(shí)時(shí)的航空應(yīng)用中，以命令／響應(yīng)的模式進(jìn)行保證確定性的通信［6］。該協(xié)議在保留原總線協(xié)議通信方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的功能擴(kuò)展，同時(shí)該網(wǎng)絡(luò)兼容原總線協(xié)議的同時(shí)又具有FC的高數(shù)據(jù)傳輸帶寬、低傳輸延時(shí)和高可靠性。

1.2 PON結(jié)構(gòu)下FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PON是一種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的高速光接入網(wǎng)技術(shù)，以EPON與GPON為主的PON技術(shù)目前已在電信、電力等公網(wǎng)與專網(wǎng)中獲得廣泛應(yīng)用，PON網(wǎng)絡(luò)具有傳輸速率高、支持動(dòng)態(tài)帶寬分配、可靠性高等特點(diǎn)?；赑ON結(jié)構(gòu)的FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

PON結(jié)構(gòu)下的FC-AE-1553協(xié)議網(wǎng)絡(luò)是下行“一點(diǎn)到多點(diǎn)”、上行 “多點(diǎn)到一點(diǎn)”的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中有3類節(jié)點(diǎn)：PON網(wǎng)絡(luò)控制器（PON Network Controller， PNC）、 PON 網(wǎng) 絡(luò) 終 端 （PON Network Terminal， PNT）和PON 網(wǎng)絡(luò)光分路器（PON Optical Distribution Network， PODN）［8-11］。 本方案下的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒ǎ?個(gè)PNC、31個(gè)PNT、1個(gè)PODN和光纖鏈路。PNC是網(wǎng)絡(luò)中發(fā)出命令的節(jié)點(diǎn)，主要功能是調(diào)度整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源，控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)中的每一次數(shù)據(jù)交換都是由PNC發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸命令開始，數(shù)據(jù)傳輸完成后，PNT返回帶有帶寬請(qǐng)求的狀態(tài)幀結(jié)束。PNT是網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行PNC命令的節(jié)點(diǎn)，主要功能是根據(jù)PNC發(fā)起的命令進(jìn)行與PNC或其他PNT的數(shù)據(jù)交換，PNT與PNT之間的數(shù)據(jù)交換不能直接進(jìn)行，需要經(jīng)過PNC的中轉(zhuǎn)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的是FC-AE-1553協(xié)議，物理鏈路為FC鏈路，傳輸速率為4.25Gbps。

1.3 PON結(jié)構(gòu)下FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)的信令機(jī)制

整個(gè)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程大致可分為3個(gè)階段：登錄階段、數(shù)據(jù)傳輸階段和注銷階段［12］。由于FC-AE-1553是命令／響應(yīng)式協(xié)議，因此節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸不需要嚴(yán)格的時(shí)間同步和精確的測(cè)距，所以FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方案必須能容忍不測(cè)距帶來的傳輸誤差。

PON結(jié)構(gòu)下的FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)上電后，登錄過程為隱式登錄，PNC、PNT之間和PNT、PNT之間均通過隱式登錄完成相互之間的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境的建立。在整個(gè)登錄過程完成后，即所有的操作環(huán)境建立成功后，各節(jié)點(diǎn)間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，每一次數(shù)據(jù)傳輸都是由PNC發(fā)起命令幀開始，PNT返回?cái)y帶帶寬請(qǐng)求的狀態(tài)幀結(jié)束。

FC-AE-1553協(xié)議采用的是PNC集中控制的命令／響應(yīng)模式下的確定性的通信，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行需要PNC發(fā)送命令幀來控制。FC-AE-1553協(xié)議定義了命令序列、數(shù)據(jù)序列、狀態(tài)序列來保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。其中，命令序列和狀態(tài)序列是單幀序列，幀是網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的基本單位，多個(gè)幀可組成一個(gè)序列，多個(gè)序列可組成一個(gè)交換，這3種序列在網(wǎng)絡(luò)的正常傳遞保證了網(wǎng)絡(luò)的正確運(yùn)行。PON結(jié)構(gòu)中存在 3種交換，分別是 PNC-PNT、PNT-PNC、PNT-PNT。其中，PON結(jié)構(gòu)下的PNT與PNT之間不能進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)傳輸，PNT與PNT之間的數(shù)據(jù)傳輸必須通過PNC的中轉(zhuǎn)。

FC-AE-1553協(xié)議規(guī)定，PNT與PNT交換的狀態(tài)幀的返回過程是：接收PNT接收數(shù)據(jù)完成后發(fā)送狀態(tài)幀給發(fā)送PNT，發(fā)送PNT接收到接收PNT的狀態(tài)幀后，返回狀態(tài)幀給PNC。在PON結(jié)構(gòu)中將變?yōu)椋喊l(fā)送PNT發(fā)送完最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，發(fā)送攜帶自身請(qǐng)求的狀態(tài)幀給PNC，接收PNT接收完最后一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，也發(fā)送攜帶自身請(qǐng)求的狀態(tài)幀給PNC。由于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定是為了將發(fā)送PNT和接收PNT的自身狀態(tài)返回給PNC，所以本方案的做法達(dá)到了同樣的效果，也是合理的。本方案PON結(jié)構(gòu)中的PNT-PNT的交換如圖3所示。

1.4 PON結(jié)構(gòu)下FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)類型

綜合歸納航空、航天領(lǐng)域的應(yīng)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類型，主要可提煉為以下3類：強(qiáng)時(shí)效性突發(fā)業(yè)務(wù)（Time Constraint Burst Message， TCBM）、 一般突發(fā)業(yè)務(wù)（Common Burst Message， CBM）、 周期性業(yè)務(wù)（Periodic Message，PM）。其中，強(qiáng)時(shí)效性突發(fā)業(yè)務(wù)是指具有強(qiáng)時(shí)效性需求的程控指令，要求PNT節(jié)點(diǎn)在設(shè)定的時(shí)間門限值內(nèi)完成指令的接收并執(zhí)行相應(yīng)的操作，具有較強(qiáng)的時(shí)效性需求，一般是由PNC發(fā)往PNT；一般突發(fā)性業(yè)務(wù)是指業(yè)務(wù)具備時(shí)間維度的偶發(fā)性，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行臨時(shí)占用，但是對(duì)延時(shí)沒有苛刻需求，但需要保證業(yè)務(wù)傳輸?shù)拇_定性，一般是在PNC與PNT之間、PNT與PNT之間進(jìn)行；周期性業(yè)務(wù)是指網(wǎng)絡(luò)上周期性產(chǎn)生的循環(huán)業(yè)務(wù)，要求PNT節(jié)點(diǎn)在固定的時(shí)間門限內(nèi)完成相應(yīng)的操作，該類業(yè)務(wù)會(huì)固定占用系統(tǒng)的帶寬，通過帶寬預(yù)留可以保證業(yè)務(wù)的零時(shí)延抖動(dòng)，一般是在PNC與PNT之間進(jìn)行。

2 PON結(jié)構(gòu)下FC-AE-1553總線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)帶寬分配方案設(shè)計(jì)

資源調(diào)度機(jī)制采用周期性動(dòng)態(tài)帶寬分配（Dynamic Bandwidth Allocation， DBA）調(diào)度， 針對(duì)強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)和周期性業(yè)務(wù)采用靜態(tài)的固定帶寬資源調(diào)度方式，即在一個(gè)DBA周期內(nèi)給強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)和周期性業(yè)務(wù)周期性的分配固定帶寬，來保證業(yè)務(wù)的QoS要求；針對(duì)一般突發(fā)性業(yè)務(wù)采用 “大流量?jī)?yōu)先”的調(diào)度方式來解決網(wǎng)絡(luò)中共享信道的沖突。網(wǎng)絡(luò)中調(diào)度的最小單位為一個(gè)最大FC幀的大?。ㄒ粋€(gè) FC幀最大為 2148Byte，且為固定最大幀長(zhǎng)）。

在基于PON結(jié)構(gòu)的FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)帶寬分配機(jī)制中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源抽象為單時(shí)間軸，該軸是指PNC節(jié)點(diǎn)的時(shí)間軸，包含PNC的上行和下行兩個(gè)方向，且PNC的上行和下行在一定程度上是相關(guān)聯(lián)的。在PON結(jié)構(gòu)下，由于沒有測(cè)距機(jī)制的原因，PNC能控制的是一個(gè)數(shù)據(jù)交換的發(fā)起時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻（以最大RTT預(yù)估），但并不能控制交換中每個(gè)數(shù)據(jù)幀的準(zhǔn)確時(shí)刻，因此為保證狀態(tài)幀不與其他的數(shù)據(jù)交換發(fā)生沖突，PNC的上下行在一定程度上是相互關(guān)聯(lián)的；但并不是所有時(shí)間的上下行都相互關(guān)聯(lián)，在一個(gè)下行的數(shù)據(jù)交換中仍然存在一段完全安全的時(shí)間可以進(jìn)行上行交換，可利用這部分時(shí)間實(shí)現(xiàn)上下行的并發(fā)，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。

調(diào)度方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)如圖4所示，調(diào)度機(jī)制采用時(shí)長(zhǎng)來等效帶寬資源，一個(gè)DBA周期內(nèi)的時(shí)隙主要包括4部分：強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)時(shí)間段（TCBM）、周期性業(yè)務(wù)時(shí)間段（PM）、一般突發(fā)性業(yè)務(wù)時(shí)間段（CBM）和DBA計(jì)算時(shí)間段（DBA Calculate Time）。在節(jié)點(diǎn)包含的3種業(yè)務(wù)中，強(qiáng)時(shí)效性突發(fā)業(yè)務(wù)的時(shí)延要求最高且固定帶寬分配，在DBA周期中每隔40μs固定分配一個(gè)時(shí)間段調(diào)度該業(yè)務(wù)；周期性業(yè)務(wù)的周期與DBA周期大小一致；對(duì)于突發(fā)性業(yè)務(wù)，采用大流量?jī)?yōu)先的帶寬分配算法，可在一定程度上提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。

周期性業(yè)務(wù)的調(diào)度：周期性業(yè)務(wù)時(shí)間段在整個(gè)DBA周期內(nèi)固定預(yù)留。在周期性業(yè)務(wù)時(shí)間段內(nèi)，由于周期性業(yè)務(wù)的周期是與DBA周期相同且業(yè)務(wù)已知，不需要PNC輪詢PNT來獲取該業(yè)務(wù)的帶寬請(qǐng)求，每個(gè)DBA周期給周期性業(yè)務(wù)分配固定帶寬。通常將周期性業(yè)務(wù)的時(shí)間段放在DBA周期的開始部分，來保證該業(yè)務(wù)嚴(yán)格的周期性。在一個(gè)周期性業(yè)務(wù)的時(shí)間段內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)先執(zhí)行PNC下行的周期性業(yè)務(wù)，后執(zhí)行PNC上行的周期性業(yè)務(wù)。

強(qiáng)時(shí)效性突發(fā)業(yè)務(wù)的調(diào)度：強(qiáng)時(shí)效性突發(fā)業(yè)務(wù)一般由PNC產(chǎn)生去往PNT。在網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的時(shí)間軸上，每隔40μs為強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)預(yù)留一個(gè)時(shí)隙，該時(shí)隙的長(zhǎng)度由40μs內(nèi)最多產(chǎn)生的該類業(yè)務(wù)的請(qǐng)求數(shù)決定。本方案規(guī)定每個(gè)DBA周期每個(gè)40μs的間隔內(nèi)，最多產(chǎn)生一個(gè)該類業(yè)務(wù)。

一般突發(fā)性業(yè)務(wù)的調(diào)度：一般突發(fā)性業(yè)務(wù)的調(diào)度采用大流量?jī)?yōu)先的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的傳輸。PNC通過每次數(shù)據(jù)交換完成后返回的攜帶帶寬請(qǐng)求的狀態(tài)幀獲取PNT的帶寬請(qǐng)求，由于業(yè)務(wù)的時(shí)效性較高，所有突發(fā)性業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)交換需要控制在40μs以內(nèi)。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大的情況下，一個(gè)大的突發(fā)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)交換可能需要拆分成多個(gè)40μs的交換。帶寬分配算法如下：

（1）將收集到的所有節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求從大到小進(jìn)行排序

③采用大流量?jī)?yōu)先的原則可盡量減少一個(gè)40μs內(nèi)數(shù)據(jù)交換的帶寬碎片及RTT的個(gè)數(shù)。

（2）交換數(shù)據(jù)的執(zhí)行

完成突發(fā)性業(yè)務(wù)的帶寬分配后，通過判斷下行的突發(fā)數(shù)據(jù)交換是否可以并發(fā)來提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。下行突發(fā)性交換存在并發(fā)的條件是：PNC下行突發(fā)數(shù)據(jù)交換中PNC發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)長(zhǎng)大于最大RTT，即此時(shí)該P(yáng)NC下行突發(fā)數(shù)據(jù)交換時(shí)間段內(nèi)部可以并發(fā)執(zhí)行一個(gè)上行的突發(fā)性數(shù)據(jù)交換。這樣一定程度上實(shí)現(xiàn)了PNC上下行的并發(fā)，提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。另外，對(duì)于PNT到PNT的傳輸，機(jī)制采用PNC接收到發(fā)送PNT的第一幀后就轉(zhuǎn)發(fā)給接收PNT，直到數(shù)據(jù)交換傳輸結(jié)束，這相當(dāng)于PNC在接收的同時(shí)也在發(fā)送，一定程度上提高了帶寬利用率。

3 PON結(jié)構(gòu)下FC-AE-1553總線網(wǎng)絡(luò)帶寬動(dòng)態(tài)分配方案仿真驗(yàn)證

3.1 仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)

采用仿真工具OPNET搭建PON結(jié)構(gòu)的FC-AE-1553總線網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)，仿真平臺(tái)由1個(gè)PNC節(jié)點(diǎn)、31個(gè)PNT節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)間的3.4Gbps（4.25Gbps經(jīng)8B／10B編碼轉(zhuǎn)換后的速率）雙向鏈路組成。

仿真設(shè)置參數(shù)如下：

1）節(jié)點(diǎn)數(shù)和仿真時(shí)間：32節(jié)點(diǎn)，仿真時(shí)間為20s。

2）節(jié)點(diǎn)緩存：PNC、PNT節(jié)點(diǎn)的緩存設(shè)置為50Mbit。

對(duì)于處在成長(zhǎng)期的青少年，冬季運(yùn)動(dòng)更有促進(jìn)身體成長(zhǎng)的作用，不過相比其他季節(jié)，冬季運(yùn)動(dòng)也更應(yīng)做好“預(yù)備功課”。

3）強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)：數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間間隔服從指數(shù)分布，平均時(shí)間間隔1ms，數(shù)據(jù)量大小為100Byte。

4）周期性業(yè)務(wù)：周期大小始終和DBA周期相同，數(shù)據(jù)量大小為512Byte，占帶寬資源4%。

5）一般突發(fā)業(yè)務(wù)：網(wǎng)絡(luò)中突發(fā)業(yè)務(wù)為均勻連接均勻流量，數(shù)據(jù)源的峰值速率設(shè)置為500Mbps。

6）DBA周期： 4ms。

在節(jié)點(diǎn)緩存大小和DBA周期大小保持不變的條件下，影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量的因素包括：RTT開銷占比和時(shí)間碎片，而強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)的時(shí)延需求直接影響著RTT的開銷和時(shí)間碎片的大小。網(wǎng)絡(luò)極限吞吐量w約為：

A表示強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)的檢測(cè)間隔（A＝46μs），Ta表示給強(qiáng)時(shí)效業(yè)務(wù)預(yù)留的發(fā)送時(shí)隙（Ta＝6μs），N表示2次強(qiáng)時(shí)效業(yè)務(wù)預(yù)留發(fā)送時(shí)隙之間傳輸交換的個(gè)數(shù)（N＝1），Tb表示一次交換中無法并發(fā)的時(shí)間（Tb＝5.1μs）， 根據(jù)公式可知此時(shí)網(wǎng)絡(luò)極限吞吐量是4.96Gbps。

3.2 典型業(yè)務(wù)特征下網(wǎng)絡(luò)調(diào)度機(jī)制的性能仿真

在典型業(yè)務(wù)特征32節(jié)點(diǎn)和10節(jié)點(diǎn)場(chǎng)景中，仿真驗(yàn)證調(diào)度機(jī)制性能隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化。

（1）32節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度機(jī)制性能仿真

節(jié)點(diǎn)數(shù)和仿真時(shí)間分別為32節(jié)點(diǎn)和20s，其余參數(shù)與上述仿真參數(shù)相同，仿真結(jié)果如表2和圖5所示。由表2可知，強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)時(shí)延保持在50μs以內(nèi)，滿足該業(yè)務(wù)QoS要求；周期性業(yè)務(wù)滿足嚴(yán)格的周期性，無時(shí)延抖動(dòng)。由圖5（a）可知，網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加而增加，且增加趨勢(shì)基本為線性關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)最大吞吐量為3.76Gbps，超過線路速率3.4Gbps，這是由于采用并發(fā)的調(diào)度機(jī)制。由圖5（b）可知，突發(fā)業(yè)務(wù)的最大時(shí)延隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加而增加，平均時(shí)延基本保持不變。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小時(shí)，突發(fā)業(yè)務(wù)的最大時(shí)延增長(zhǎng)緩慢，隨著負(fù)載的增大，突發(fā)業(yè)務(wù)的最大時(shí)延增長(zhǎng)較快。

表2 32節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)不同負(fù)載下的網(wǎng)絡(luò)性能Table 2 Network performance under different load of 32 nodes network

（2）10節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度機(jī)制性能仿真

節(jié)點(diǎn)數(shù)和仿真時(shí)間分別為10節(jié)點(diǎn)和20s，其余參數(shù)與上述仿真參數(shù)相同，仿真結(jié)果如表3和圖6所示。由表3可知，強(qiáng)時(shí)效性業(yè)務(wù)時(shí)延保持不變，在50μs以內(nèi)，滿足要求。由圖6（a）可知，網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加而增加，且增加的趨勢(shì)基本為線性關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)最大吞吐量為3.64Gbps。由圖6（b）可知，突發(fā)業(yè)務(wù)的最大時(shí)延隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加而增加，平均時(shí)延基本保持不變。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小時(shí)，突發(fā)業(yè)務(wù)的最大時(shí)延增長(zhǎng)緩慢，隨著負(fù)載的增大，突發(fā)業(yè)務(wù)的最大時(shí)延增長(zhǎng)較快。在航空系統(tǒng)應(yīng)用中，若每秒傳輸?shù)母咔鍒D片大小為1M，則FC-AE-1553總線傳輸可比MIL-STD-1553每秒多傳輸454張高清圖片。

表3 10節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)不同負(fù)載下的網(wǎng)絡(luò)性能Table 3 Network performance under different load of 10 nodes network

4 結(jié)論

針對(duì)PON結(jié)構(gòu)下FC-AE-1553總線網(wǎng)絡(luò)中存在的下行 “一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的調(diào)度和上行 “多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)”的信道共享沖突，設(shè)計(jì)了一種支持多業(yè)務(wù)QoS要求的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)帶寬分配機(jī)制。該機(jī)制針對(duì)不同的業(yè)務(wù)類型采用不同的調(diào)度策略來滿足多業(yè)務(wù)的QoS要求，并采用并發(fā)的方式提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。仿真結(jié)果表明，該方案可有效支持高達(dá)3.76Gbps的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，TCBM最大時(shí)延是46μs，完全符合小于50μs的時(shí)延要求。此外，該機(jī)制PM的最大時(shí)延和平均時(shí)延相同，即PM時(shí)延抖動(dòng)為0，滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。基于該帶寬動(dòng)態(tài)分配機(jī)制的PON結(jié)構(gòu)下FC-AE-1553總線網(wǎng)絡(luò)，因具有低功耗、大吞吐量、低傳輸時(shí)延、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、高可靠性等優(yōu)勢(shì)，可有效滿足新一代航空航天電子系統(tǒng)對(duì)信息交互網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)性能要求，是未來航電網(wǎng)絡(luò)的有效解決方案。

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