专利名称：Afdx交换机的流量控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及航空电子网络通信领域，具体而言，涉及一种AFDX交换机的流量控制 方法及装置。
背景技术：
航空电子网络通信系统对于现代的飞机起着关键的系统综合作用，对于提高飞机 的作战能力非常重要。航电系统以综合显示和控制系统为核心，集成了大量的机载设备，如 任务计算机、大气数据系统、雷达系统、惯性导航系统、外挂管理系统、无线电通讯系统，敌 我识别系统等。然而传统的MIL-1553B或者ARINC429总线技术存在着数据交换速度慢、电 缆复杂等缺陷。航空领域中尽管802. 3局域网具有很高的传输速度、较低的成本以及良好的商用 性，但802. 3局域网常常缺乏对于带宽和服务质量的保障，而这恰恰是航空通信网所必须 的，航空电子全双工交换式以太网编址方案(Avionics Full Duplex Switched Ethernet, 简称为AFDX)就是针对这一问题给出的解决方案。图1是根据相关技术的航空电子网络通信系统的AFDX交换机结构的示意图。如图1所示的结构示意图，AFDX交换机主要由五部分组成。该交换机包括路由 配置单元1、终端系统2、交换功能单元3、过滤流量控制模块31和监控单元4。其中，路由 配置单元1读取并配置航电通信网络中交换机内部的链路信息数据参数，将配置好的链路 信息数据发送给终端系统2和交换功能单元3，实现虚拟链路数据的交换；交换功能单元3 中的过滤流量控制模块31对接收到的数据链路信息进行处理，应用算法实现双冗余帧过 滤以及虚拟链路流量的控制；终端系统2下载并加载相关服务功能；监控单元4与终端系 统2结合实现网络的监视管理功能；AFDX端口实现AFDX交换机和外部处理系统和外部航 电设备之间的连接。AFDX最早由空中客车公司用于大型客机A380的新一代航空电子网络，它与以 往的航空总线或者网络有着较好的兼容性。该系统使用可配置的数据，并引入虚链链路 (Visual Link，简称为VL)的概念，从而实现了一个具有确定性的网络。该网络采用星型拓 扑结构，一个交换机可连接数十个端系统，VL在两个端系统之间可建立一条单向的虚链路。 每个端系统可使用多条VL与其他端系统进行多个应用之间的通信，每一个交换机能支持 多达4096条VL。图2是根据相关技术的AFDX协议中的包间隔与抖动的关系的示意图。AFDX网络采用分时复用的技术保证多设备间共享带宽，称之为包间隔(Bandwidth Allocation Gap，简称为BAG)，这是一个非常重要的指标，每个VL必须遵循其对应的BAG设 置，占用自己专属的带宽，对于小于规定的间隔发送的数据，将被交换机抛弃而不转发，通 过这种流量控制方式有效地防止了网络风暴的产生。如图2所示，显示了包间隔和抖动(Jitter)之间的关系，简而言之，AFDX网络不 允许终端发出超过规定带宽的报文。
图3是根据相关技术的交换机的数据流量控制方法的示意图。如图3所示，目前在现有技术中采用“令牌桶”的方法实现流量控制的技术，分别 为基于字节的流量控制算法或者基于帧的流量控制算法。以基于字节的流量控制算法为 例，令牌桶的总容量称为AQ，该容量由第i条VL设定的包间隔BAG、最大帧长度smax、抖动 Jitter确定，计算公式为<formula>formula see original document page 5</formula>该容量值随着不同的VL而不同。如图3所示，当帧的数据量超过了 “令牌桶”的 容量时，将被抛弃，从而达到流量控制的目的。可以看出“令牌桶”的容量是动态变化的，随 着输入端口到来的帧的数据量与输出端口发出的帧的数据量而变。采用“令牌桶”技术实现流量控制的主要问题在于以下几方面实现复杂。由于AFDX网络是基于以太网技术发展并演进出来的，所使用的流量控 制技术并不能通过现有的专用交换芯片(ASIC)实现，只能通过网络CPU或者FPGA等可编 程的方式实现；协议中提到的“令牌桶”法要求系统对于每一个VL都保存一套动态变化的 双向计数系统，实时地根据输入和输出的数据变化对“桶”内的剩余空间进行计算，对于CPU 或者FPGA来说，实现起来太过复杂。容量小、速度慢。一台AFDX交换机需要同时保存至少4096个VL的路由、过滤以 及流量控制的配置信息，因此，同时进行大量的“桶”容量计算是CPU或者FPGA难以实现的， 只能通过性能和容量的妥协来解决。针对相关技术中AFDX网络交换机的流量控制方法过于复杂，导致航空电子通信 过程反应速度较慢、浪费存储空间的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种AFDX交换机的流量控制方法和装置，能够有效 利用存储空间，提高航空电子通信过程中的反应速度。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了 一种AFDX交换机的流量控制方法。根据本发明的AFDX交换机的流量控制方法包括交换机监控入口处的数据链路 信息，获取数据链路信息的到达时间；交换机根据数据链路信息的到达时间，判断数据链路 信息是否有效；交换机发送有效的数据链路信息。在判断数据链路信息是否有效的步骤中，可以进一步包括根据数据链路信息查 找数据链路信息的历史到达时间映射表；如果当前到达的数据链路信息为第一次到达，则 交换机确定数据链路信息为有效信息，并将该数据链路信息的当前到达时间记录到历史到 达时间映射表中；如果当前到达的数据链路信息不是第一次到达，则将该数据链路信息的 当前到达时间与历史到达时间映射表中记录的上次到达时间进行比较，并根据比较结果判 断数据链路信息是否有效。在通过比较来判断数据链路信息是否有效的步骤中，可以根据上次到达时间与当 前到达时间之间的时间间隔是否在预定范围内来判断数据链路信息是否有效。其中，可以根据以下公式确定上次到达时间与当前到达时间之间的时间间隔是否在预定范围内:BAG-Jitter ( tin-tin_! ( BAG+Jitter，其中，tin为当前到达时间，为上 次到达时间，tin-tiIri为时间间隔；BAG为数据链路信息的预定到达时间间隔，Jitter为数 据链路信息的到达时间抖动。其中，时间映射表的查询索引可以是数据链路信息的数据。在查询时间映射表的过程中，可以用计数器来对数据链路信息的当前到达时间进 行处理，当交换机上电后计数器自动清零。其中，在交换机监控入口处的数据链路信息，获取数据链路信息的到达时间的步 骤之前，方法还可以包括交换机读取数据链路信息的配置参数；交换机判断数据链路信 息是否符合预设的由配置参数设定的规则；交换机获取符合由配置参数设定的规则的数据 链路信息。为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种AFDX交换机的流量控制
直o根据本发明的AFDX交换机的流量控制装置包括监控模块，用于交换机监控入口 处的数据链路信息，获取数据链路信息的到达时间；计算模块，用于交换机根据数据链路信 息的到达时间，判断数据链路信息是否有效；发送模块，用于交换机发送有效的数据链路信 肩、o其中，计算模块还可以包括查找模块，用于根据数据链路信息查找数据链路信息 的历史到达时间映射表；判断模块，用于判断当前到达的数据链路信息是否为第一次到达。 在数据信息不是第一次到达的情况下，将数据链路信息的当前到达时间与历史到达时间映 射表中记录的上次到达时间进行比较。其中，判断装置还包括根据上次到达时间与当前到达时间之间的时间间隔是否 在预定范围内来判断数据链路信息是否有效。通过本发明，采用交换机监控入口处的数据链路信息，获取数据链路信息的到达 时间；交换机根据数据链路信息的到达时间，判断数据链路信息是否有效；交换机发送有 效的数据链路信息，这样，在流量监控的过程中不再需要使用令牌桶来存储交换数据，使得 AFDX网络交换机的流量控制过程更加简单，并且减少了存储空间的占用，提高了航空电子 通信过程反应速度，从而达到了提高AFDX网络交换机的性能和容量的效果。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据相关技术的航空电子网络通信系统的AFDX交换机结构的示意图；图2是根据相关技术的AFDX协议中的包间隔与抖动的关系的示意图；图3是根据相关技术的交换机的数据流量控制方法的示意图；图4是根据本发明实施例的AFDX交换机的流量控制方法流程的示意图；图5是根据本发明实施例的AFDX交换机的流量控制优选的方法流程的示意图；图6是根据本发明实施例的AFDX交换机的流量控制装置的示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。根据本发明的实施例，提供了一种AFDX交换机的流量控制方法。图4是根据本发明实施例的AFDX交换机的流量控制方法流程的示意图。如图4所示，该方法包括如下的步骤S402至步骤S406 步骤S402，交换机监控入口处的数据链路信息，获取数据链路信息的到达时间；步骤S404，交换机根据数据链路信息的到达时间，判断数据链路信息是否有效；步骤S406，交换机发送有效的数据链路信息。由于航空电子网络通信系统中的数据流量参数固定，并且是可以预设的，故在此 领域中本发明通过监控并处理交换机入口处的数据链路信息的到达时间，根据处理结果交 换机与外部系统交互有效的数据链路信息，由于不需要实现复杂的交互算法，也不需要保 存大量的虚拟路由链路及相关配置信息，故本发明提高了交换机进行流量控制的效率，同 时节省了存储空间。其中，在判断数据链路信息是否有效的步骤中，进一步可以包括根据数据链路信 息查找数据链路信息的历史到达时间映射表；如果当前到达的数据链路信息为第一次到 达，则交换机确定数据链路信息为有效信息，并将该数据链路信息的当前到达时间记录到 历史到达时间映射表中；如果当前到达的数据链路信息不是第一次到达，则将该数据链路 信息的当前到达时间与历史到达时间映射表中记录的上次到达时间进行比较，并根据比较 结果判断数据链路信息是否有效。采用时间映射表的方法计数数据链路信息的到达时间， 由于时间映射表本身是单一线性的方法，计算简单易行且即时更新，故节省了时间，时间映 射表为单一线性表，节省存储空间。在本实施例中，可以将该数据链路信息的当前到达时间与历史到达时间映射表中 记录的上次到达时间进行比较，并可以根据比较结果判断数据链路信息是否有效的步骤 中，根据上次到达时间与当前到达时间之间的时间间隔是否在预定范围内来判断数据链路 信息是否有效。到达时间由用户设定，且是固定不随机的到达，故预订的范围可固定，进一 步节省了计算时间。其中，根据以下公式确定上次到达时间与当前到达时间之间的时间间隔是否在预 定范围内:BAG-Jitter彡tin-tin_!彡BAG+Jitter，其中，tin为当前到达时间，为上次到 达时间，th-ty为时间间隔；BAG为数据链路信息的预定到达时间间隔，Jitter为数据链 路信息的到达时间抖动。预订时间范围的计算方法简单易行，提高了系统运行效率。本发明实施例中，时间映射表的查询索引为数据链路信息的数据。索引式的时间 映射表为单一线性时间表，由于单一线性表检索时间较短、占用的存储空间小易于维护，且 产生的冗余存储空间较少，从而提高了系统运行效率的同时也节省了存储空间。本发明实施例中，在交换机监控入口处的数据链路信息，获取数据链路信息的到 达时间的步骤之前，方法还可以包括交换机读取数据链路信息的配置参数；交换机判断 数据链路信息是否符合预设的由配置参数设定的规则；交换机获取符合所述由配置参数设 定的规则的数据链路信息。在交换模块启动之前，对交换机的数据链路信息在到达入口之 前进行进一步的筛选，减轻了系统的工作负担，提高了交换机的工作效率。
其中，计数器对数据链路信息的当前到达时间进行处理，当交换机上电后计数器 自动清零。计数器的使用保证了历史到达时间映射表的数据准确，自动清零减少了存储冗 余信息，节省存储空间。图5是根据本发明实施例的AFDX交换机的流量控制优选的方法流程的示意图。AFDX交换机用来进行流量控制的单元所需要的存储空间保存在交换机内部的存 储器中，这些内存集成在CPU或者FPGA中，其空间大小与同时处理能力都是一定的。本发 明实施例中，在进行流量控制的时候，采用维护和比较单一线性时间表的方法，即在CPU或 者现场可编程门列阵(Field Programmable Gate Array，简称为FPGA)中维护一张时间表， 每条虚拟链路(VL)对应其中的一个位置，每次收到的数据帧在通过了 AFDX协议规定的过 滤检查之后，通过VL信息查找其上次到达时间。将当前时间与上次到达时间进行比较，如 果两者之差在由规定的包间隔(BAG)时间及抖动(Jitter)这两个因素所确定的范围内，也 就是落入有效的流量控制窗口内，则该数据帧有效，并将此次时间写入时间表的对应VL的 位置中。下面结合附图对本发明按照时间表进行流量控制的处理方法进行说明，以下实施 例的具体实施方式
，不作为本发明的限定。如图5所示，该流量控制的处理过程包括如下步骤首先，启动交换机，交换机在数据链路层执行数据交换命令，终端系统将数据链路 信息的集合发送至路由配置单元(数据链路信息可以为VL的数据帧)。在步骤S501中，外部终端将某个VL的数据帧发送到交换机后，交换机的路由配置 单元将根据该数据帧中的VL信息查找本地保存的有关该类数据帧的配置信息，获得相关 的路由、包间隔、抖动等重要信息。本发明实施例中，交换机配置单元获得第i个虚拟链路VLi(l彡i彡n，n为自然 数)相应的配置信息。步骤S502，路由配置单元根据协议对步骤S501中获得的重要信息数据进行检查/ 过滤，判断是否符合规则，如数据帧长度、MAC地址、数据输入端口等是否符合协议规定。符 合规则的执行步骤S503，否则视为该数据帧不满足根据配置参数设定的规则进行过滤检查 的具体要求，该数据帧将被放弃，无需进入后续的流量控制单元进行检查。本发明实施例中，当数据帧到达交换机端口后，交换机路由配置单元根据乂！^的信 息会查找相应的配置信息，只有符合规则检查的数据帧才会进入到交换功能单元的流量控 制单元，否则该数据帧将直接被抛弃。步骤S503，在数据符合规则的情况下，交换机的流量控制单元获得上次数据到达 时间tiIri。本发明实施例中，交换机的数据链路信息通过路由配置单元的过滤检查后，流量 控制模块将根据VL信息查找时间表，得到该VL的数据帧上次到达交换机时间。在采用本发明流量控制算法的交换机中还存在一个分辨率为lus的高精度计时 单元，向流量控制模块提供相对时统信息。该计时单元在交换机上电后自动清零、启动。该 计时单元的数据表示采用32位宽，可以提供超过一小时的时间连续性检查范围。在采用本发明流量控制算法的交换机中维护的时间表使用线性连续结构，并且该 表的查询地址索引即等于数据中的VL信息，数据的保存和维护都非常简单易行，例如对于一个支持4096个VL处理容量的交换机，只需要提供16384字节的空间即可，对于现代CPU 或者FPGA来说不存在任何困难。步骤S504，交换机在得到上次的到达时间后，流量控制模块将对时间信息进 行检查，判断是否为零。当= 0时执行步骤S505，否则，转入步骤S506。本发明实施例中，流量控制单元将根据VLi信息查找时间表，获得对应的上次到达 时间信息，并对进行检查即判断tin_i是否为零。步骤S505，交换机获得此次数据到达时间tin。如果上次到达时间为零，则获 得此次数据到达时间tin，并使用这个时间信息直接修改时间表中对应该VLi的时间值。本发明实施例中，在上次的时间信息为零的情况下，表明这是该VL首次出现 在网络中，交换机对该次数据不进行流量控制处理，直接提交数据交换单元处理即可，并从 计时单元取得数据的该次到达时间tin。步骤S506，本发明实施例中，在上次到达时间的信息不为零时，计数器也获得 此次数据到达时间tin。步骤S507，基于公式BAG-Jitter彡t^-t^彡BAG+Jitter,判断是否符合本发 明的数据流量控制原则。如果不为零(表示该数据不是首次到达)，则获得此次数 据帧的到达时间tin，并将此tin值与上次到达时间tin_i的值进行比较，如果符合上述公式 BAG-Jitter彡t^-t^彡BAG+Jitter，则认为符合流量控制原则，并修改时间表中对应该 VLj的时间值。本发明实施例中，当上次到达时间不为零的情况下，从计时单元取得当前的 系统时间tin并与上次到达时间、㈣进行比较，如果该时间差大于包间隔BAG减去抖动 Jitter，且小于包间BAG隔加上抖动Jitter，则接受该数据帧并提交给数据交换单元进行 处理。并转入步骤S508。当上次到达时间tin_i不为零的情况下，从计时单元取得当前的系统时间tin并与 上次到达时间进行比较，如果该时间差小于包间隔BAG减去抖动Jitter，或者大于包 间隔BAG加上抖动Jitter，则该数据帧不满足流量控制的具体要求，该数据帧将被放弃，不 能进入数据交换单元进行处理，并且该次到达时间无效，不会保存在时间表中。步骤S508，交换机交换功能单元将tin更新到时间表中。步骤S505或者步骤507 中当上次到达时间tin_i不为零的情况下，将该数据到达时间tin写入到时间表中以备下次 使用，更新时间表。本发明实施例中，符合数据流量控制原则的情况下，交换机更新时间表中对应该 VLj的时间值。步骤S509，数据保存到交换机交换功能单元的缓存区内，等待交换机将其发送至 外部终端或其他交换机。本发明实施例中，符合流量控制条件的数据帧将被提交到数据交换单元的缓存区 等待交换处理。从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果在航电领域，本发明提 高了网络数据流量控制的效率，节省交换机内部的存储空间。由于该处理单元不需要同时 计算“令牌桶”的入口容量、出口容量以及“桶”内剩余空间，所以对于CPU或者FPGA的计 算和处理能力几乎没有影响。并且该方法不会因为个别字节的容量问题而将整帧数据抛弃拒绝。达到既能满足AFDX协议本身对于流量控制的要求、又能方便的集成于CPU或者FPGA 中的目的。本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本 领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应 属于本发明所附的权利要求的保护范围。需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的 计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不 同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。图6是根据本发明实施例的AFDX交换机的流量控制装置的示意图。如图6所示，该装置包括监控模块601、计算模块603和发送模块604。其中，监控模块601，用于交换机监控入口处的数据链路信息，获取数据链路信息 的到达时间；计算模块603，用于交换机根据数据链路信息的到达时间，判断数据链路信息 是否有效；发送模块604，用于交换机发送有效的数据链路信息。优选地，计算模块603还包括查找模块605和判断模块606。其中，查找模块605，用于根据数据链路信息查找数据链路信息的历史到达时间映 射表；判断模块606，用于判断当前到达的数据链路信息是否为第一次到达。在数据信息不 是第一次到达的情况下，将数据链路信息的当前到达时间与历史到达时间映射表中记录的 上次到达时间进行比较。优选地，判断模块606还包括根据上次到达时间与当前到达时间之间的时间间 隔是否在预定范围内来判断数据链路信息是否有效。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用 的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成 的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储 在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们 中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的 硬件和软件结合。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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权利要求
一种AFDX交换机的流量控制方法，其特征在于，包括交换机监控入口处的数据链路信息，获取所述数据链路信息的到达时间；所述交换机根据所述数据链路信息的到达时间，判断所述数据链路信息是否有效；所述交换机发送有效的数据链路信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断所述数据链路信息是否有效的步 骤中，进一步包括根据所述数据链路信息查找所述数据链路信息的历史到达时间映射表；如果当前到达的所述数据链路信息为第一次到达，则所述交换机确定所述数据链路信 息为有效信息，并将该数据链路信息的当前到达时间记录到所述历史到达时间映射表中；如果当前到达的所述数据链路信息不是第一次到达，则将该数据链路信息的当前到达 时间与所述历史到达时间映射表中记录的上次到达时间进行比较，并根据比较结果判断所 述数据链路信息是否有效。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将该数据链路信息的当前到达时间与 所述历史到达时间映射表中记录的上次到达时间进行比较，并根据比较结果判断所述数据 链路信息是否有效的步骤中，根据所述上次到达时间与当前到达时间之间的时间间隔是否在预定范围内来判断所 述数据链路信息是否有效。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据以下公式确定所述上次到达时间与 当前到达时间之间的时间间隔是否在预定范围内BAG-Jitter ( tin-tin_! ( BAG+Jitter，其中，tin为所述当前到达时间，为所述上次到达时间，tin-tin_l为所述时间间隔；BAG为 所述数据链路信息的预定到达时间间隔，Jitter为所述数据链路信息的到达时间抖动。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述时间映射表的查询索引为所述数据链路 信息的数据。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计数器对所述数据链路信息的当前到达 时间进行处理，当所述交换机上电后所述计数器自动清零。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在交换机监控入口处的数据链路信息，获 取所述数据链路信息的到达时间的步骤之前，所述方法还包括所述交换机读取所述数据链路信息的配置参数；所述交换机判断所述数据链路信息是否符合预设的由所述配置参数设定的规则；所述交换机获取符合所述由配置参数设定的规则的数据链路信息。
8.—种AFDX交换机的流量控制装置，其特征在于，包括监控模块，用于交换机监控入口处的数据链路信息，获取所述数据链路信息的到达时间；计算模块，用于所述交换机根据所述数据链路信息的到达时间，判断所述数据链路信 息是否有效；发送模块，用于所述交换机发送有效的数据链路信息。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算模块还包括查找模块，用于根据所述数据链路信息查找所述数据链路信息的历史到达时间映射表；判断模块，用于判断当前到达的所述数据链路信息是否为第一次到达。在所述数据信 息不是第一次到达的情况下，将所述数据链路信息的当前到达时间与所述历史到达时间映 射表中记录的上次到达时间进行比较。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述判断模块还包括 根据所述上次到达时间与当前到达时间之间的时间间隔是否在预定范围内来判断所 述数据链路信息是否有效。
全文摘要
本发明公开了一种AFDX交换机的流量控制方法及装置。其中，该方法包括交换机监控入口处的数据链路信息，获取数据链路信息的到达时间；交换机根据数据链路信息的到达时间，判断数据链路信息是否有效；交换机发送有效的数据链路信息。通过本发明，能够提高AFDX网络交换机的性能和容量。
文档编号H04L12/56GK101800703SQ20101012484
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者张博 申请人:北京经纬恒润科技有限公司