[发明专利]高速以太网确定性高带宽数据传输方法

说明书

本发明公开的一种高速以太网确定性高带宽数据传输方法，旨在提供一种能够避免数据阻塞、拥有更高网络带宽容量的高速以太网确定性高带宽数据传输方法。本发明通过下述技术方案予以实现：将连接到同一个交换机的所有节点组成一个交换域，各个交换域内的多个节点之间构成一个按照时隙规划同时进行时间触发数据传输的立体式交叉传输网络；将高速以太网的一个总线周期分为独占式时分复用时隙、交换式时分复用时隙两个部分；在交换式时分复用时隙内，各个交换域同时进行交换域内的数据传输，在该时隙内的任何时刻，同一交换域内的多个节点之间同时在进行时间触发数据传输，且同时进行传输的数据包目的地址均不相同，共享同一个交换域内的立体式交换网络带宽。

技术领域

本发明涉及一种以太网确定性传输方法，特别是航空机载全双工交换式高速以太网中高确定性高带宽的传输方法。

背景技术

以太网拥有通信速率高、成本低、实现简单等优点，有着广泛的商业支持，在科研、医疗、金融、工业等方面都有着广泛的应用。以太网技术经过了40多年的发展，10G以太网技术已在民用领域全面铺开，40G技术也开始走向研究和应用。传统以太网尽管有很多优势，但不能直接应用于机载航空电子系统中。普通以太网对数据传输确定性要求不高(确定性是指网络中任何节点，在任何负载情况下都能在规定时间内将数据发送到目的节点)，然而在航空机载应用中，不但要求总线网络传输速率高，而且还要求数据传输具有确定性，以支持高速实时数据传输的应用场景。

早期的以太网是一种共享型网络，核心技术是CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)介质访问机制，即带有冲突检测的载波侦听多路访问方法。CSMA/CD是一种争用协议，网络中的所有节点争用同一个信道，都能独立决定是否发送信息，如果有两个以上的节点同时发送信息就会产生冲突.一旦发生冲突，同时发送的所有信息都会出错，本次发送宣告失败。每个节点必须有能力判断冲突是否发生，如果发生冲突，则应等待随机时间间隔后重发，以免再次发生冲突。以太网数据传输不具有确定性，因此通常被视为“非确定性”的网络。

普通以太网的“不确定性”是应用于工业控制网络的主要障碍。工业控制是一种典型的实时应用场景，根据向网络上发送信息的特点，可以分为周期性信息和非周期性信息。周期性信息通常按照一定的时间间隔触发，实时性要求较高，并对执行时间有严格要求，同时信息的传送有一定的顺序性，信息流有明显的方向性；非周期信息随机触发，对实时性要求不高，但需保证可靠性。普通以太网由于具有时间不确定性，不能支持对实时性要求较高的信息传输，在工业控制领域的应用受到了一定的限制。

随着交换式局域网技术的兴起，网络拓扑结构采用星型代替总线型，通信过程中采用了全双工通信技术，为解决以太网传输的不确定性提供了技术支持。全双工交换技术的应用，将网络冲突域细化，每个端口都是一个冲突域，通过交换机可以对每个冲突域进行隔离，交换机每一个端口之间能同时产生多个数据通道，端口之间信息、报文的输入和输出不再受到CSMA/CD介质访问控制协议的约束。以太网交换机在数据链路层将其网络端口划分为许多物理上互相隔离，而逻辑上互相联系的全双工通道，每个节点都可以独享信道，独享带宽，提高了各个节点的数据吞吐量，网络的总带宽通常为各个交换机端口带宽之和，完全避免了传输冲突，交换式以太网(Switched Ethernet)的出现使得以太网数据传输获得了一定程度的确定性。

高速以太网(1G/10G+)采用了交换式全双工通信方式，消除了冲突，数据通信的确定性大大提高，但也存在着一定的局限性：以太网交换机的存储转发机制同样使通信延迟具有不确定性。通信延迟的不确定性主要来自于其排队延迟，无论采用哪种存储转发机制，当同时来自于多个端口的报文需要向同一个端口转发时，交换机就必须将这些报文进行排队缓冲，并依次转发。所以，以太网交换机的存储转发机制同样使通信延迟具有不确定性。