УСТРОЙСТВО КОММУТАЦИИ КАДРОВ
DEVICE OF FRAME SWITCHING

Область техники
Настоящее изобретение относится к области бортовых сетей и, в частности, касается устройства коммутации кадров для соединения множества приборов бортового оборудования между собой и/или с сетью AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet).
Предшествующий уровень техники
При проектировании летательного аппарата первостепенным критерием является обеспечение безопасности. В частности, необходимо обеспечить целостность некоторых типов данных измерения, которые расценивают как критические при пилотировании самолета. Среди этих данных можно указать данные, связанные с положением самолета или с остающимся количеством топлива. Как правило, эти данные передаются датчиками в одно или несколько вычислительных устройств через бортовую сеть. Одновременно вычислительное устройство может передавать через эту сеть полетные команды на исполнительные устройства.
На фиг.1 показана известная архитектура, позволяющая множеству приборов 110 оборудования передавать и/или принимать данные через сеть AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet). Этими приборами могут быть датчики, передающие данные измерения на бортовые вычислительные устройства 150, или приводы, получающие командные данные от этих вычислительных устройств.
Эти приборы 110 соединены с концентраторами 120 при помощи сети связи 140, которой может быть шина, называемая «полевой» (field bus), например шина CAN, хорошо известная в области автомобильной промышленности, или сеть Arinc 429. Сами концентраторы связаны с сетью AFDX для передачи и/или приема данных, поступающих от различных приборов или передаваемых в различные приборы. Они выполняют функцию конверсионных мостиков между сетью связи 140 и сетью AFDX 130.
Следует напомнить, что сеть AFDX, разработанная для нужд авиации, основана на коммутируемой сети Ethernet. В коммутируемой сети Ethernet каждый терминал, будь-то источник или адресат, индивидуально соединен с коммутатором кадров, и коммутаторы соединены между собой при помощи физических линий связи. Сеть AFDX связана с понятием виртуального канала связи, определяемого как направленный путь уровня 2 через сеть, начинающийся от терминала источника и обслуживающий один или множество адресатов. Терминал адресата виртуальной связи называют абонентом этого канала связи.
Сеть AFDX прошла стандартизацию по норме Arinc 664, часть 7. В частности, описание сети AFDX можно найти в документе под названием "AFDX protocol tutorial" no адресу URL http://sierrasales.com.pdfs/AFDXtutorial.pdf, а виртуальные каналы связи представлены в документе FR-A-2832011, поданном на имя заявителя. Остается лишь напомнить, что сеть AFDX является полнодукплексной, детерминированной и избыточной.
Под термином «полнодуплексный» следует понимать, что каждый терминал может одновременно передавать и принимать кадры через виртуальные каналы связи. Сеть AFDX является детерминированной в том смысле, что виртуальные каналы связи имеют гарантированные характеристики с точки зрения границы латентности, физического разделения потоков, полосы пропускания и пропускной способности. Для этого каждый виртуальный канал связи использует путь, резервированный от начала до конца по всей сети. Наконец, сеть AFDX является избыточной, так как подчиненная сеть Ethernet дублируется из соображений обеспечения незанятости. Данные передаются в виде IP-пакетов, упакованных в кадры Ethernet. В отличие от классической коммутации Ethernet (использующей адрес Ethernet адресата) коммутация кадров в сети AFDX использует идентификатор виртуального канала связи, включенный в заголовок кадра. Когда коммутатор получает кадр на одном из своих входных портов, он считывает идентификатор виртуального канала связи и определяет по своей таблице коммутации выходной порт или выходные порты, через которые этот кадр следует передать. Во время полета коммутаторы проверяют целостность переданных кадров, хотя и не требуют повторной передачи, если кадр оказался ошибочным: кадры, в которых обнаружена ошибка, исключаются. Проходящие через виртуальный канал связи кадры пронумерованы по порядку следования. При приеме терминал адресата проверяет целостность последовательности кадров.
Недостатком архитектуры соединения, показанной на фиг.1, является ее разнородность. Поэтому она требует наличия конверсионных мостиков между сетью AFDX и сетями/полевыми шинами, используемыми для соединения различных приборов.
Первое решение может состоять в прямом подключении различных приборов к коммутатору кадров сети AFDX. Однако, учитывая большое количество приборов оборудования на борту летательного аппарата, это потребовало бы большого числа таких коммутаторов. Кроме того, поскольку коммутаторы традиционно находятся в электронных стойках, то есть, как правило, далеко от датчиков/приводов, это решение привело бы к использованию многочисленных и длинных проводных соединений, что отрицательно скажется на массе летательного аппарата.
Следовательно, настоящее изобретение призвано предложить архитектуру, позволяющую соединять большое количество приборов бортового оборудования с сетью AFDX, избегая вышеупомянутых недостатков.
Настоящее изобретение призвано также предложить устройство коммутации кадров, позволяющее соединять между собой различные приборы бортового оборудования и, в случае необходимости, обеспечивать для них доступ в сеть AFDX.
Сущность изобретения
Объектом настоящего изобретения является устройство коммутации кадров для сети AFDX, содержащее первый порт, предназначенный для соединения с коммутатором указанной сети или с терминалом, и множество вторых портов, соответственно предназначенных для соединения с приборами бортового оборудования. Указанное устройство работает следующим образом:
- каждый кадр, поступающий на первый порт, копируется в каждый из указанных вторых портов;
- указанные вторые порты периодически по очереди опрашиваются, при этом каждый кадр, присутствующий на просмотренном втором порте, переносится на указанный первый порт.
Предпочтительно каждый кадр, поступающий на первый порт, копируют в каждый из вторых портов по мере его поступления на первый порт.
Предпочтительно каждый второй порт связан с входным буфером, в котором записываются кадры, поступающие на этот порт, при этом каждый порт опрашивают, чтобы проверить, содержит ли связанный с ним буфер кадр, при этом в случае положительного результата указанный кадр выгружают из указанного буфера и передают на указанный первый порт. Каждый второй порт обычно опрашивают с периодом опроса τ≤500 мкс.
Общее время для разгрузки входного буфера и для передачи на первый порт предпочтительно определяют меньшим τ/N, где τ и N соответственно являются периодом опроса и числом вторых портов.
Предпочтительно указанные входные буферы имеют размер на (τ/N)D бит, где D является пропускной способностью в битах на первом порте.
Объектом настоящего изобретения является также бортовая система, содержащая множество приборов бортового оборудования, соответственно соединенных со вторыми портами определенного выше устройства коммутации кадров, при этом каждый прибор конфигурирован таким образом, чтобы передавать не более одного кадра каждые 500 мкс. Кроме того, каждый прибор обычно конфигурируют с возможностью передачи указанного кадра за время менее 500 мкс.
Объектом настоящего изобретения является также устройство коммутации кадров для соединения множества приборов бортового оборудования между собой и/или с вычислительным устройством, содержащее множество (N) входных/выходных портов, предназначенных для соединения с указанными приборами или с указанным вычислительным устройством через линии связи Ethernet, при этом указанное устройство содержит средства копирования кадров, поочередно опрашивающие указанные входные порты, при этом каждый входной порт опрашивают с определенным периодом опроса, и копирующие каждый поступающий на входной порт кадр во все выходные порты.
Наконец, объектом настоящего изобретения является устройство коммутации кадров для соединения множества приборов бортового оборудования между собой и/или с вычислительным устройством, при этом указанное устройство содержит множество элементарных устройств коммутации кадров (Р), при этом каждое элементарное устройство содержит множество (N) входных/выходных портов, предназначенных для соединения с указанными приборами, с указанным вычислительным устройством или с другим элементарным устройством коммутации через линии связи Ethernet, при этом каждое элементарное устройство коммутации содержит средства копирования кадров, опрашивающие указанные входные порты, при этом каждый входной порт, напрямую соединенный с прибором или с вычислительным устройством и называемый первым входным портом, опрашивают с первым определенным периодом, каждый входной порт, соединенный с другим элементарным устройством коммутации и называемый вторым входным портом, опрашивают со вторым периодом, меньшим первого, при этом средства копирования копируют любой кадр, поступающий на первый входной порт, во все выходные порты и копируют любой кадр, поступающий на второй входной порт, во все выходные порты, за исключением выходного порта, связанного с этим вторым входным портом.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - известная архитектура соединения множества приборов с сетью AFDX.
Фиг.2А - архитектура соединения множества приборов с сетью AFDX согласно первому варианту выполнения изобретения.
Фиг.2В - архитектура соединения множества приборов с сетью AFDX согласно
второму варианту выполнения изобретения.
Фиг.3 - схема работы устройства коммутации кадров согласно первому варианту выполнения изобретения в случае исходящей связи.
Фиг.4 - схема работы устройства коммутации кадров согласно первому варианту выполнения изобретения в случае входящей связи.
Фиг.5 - временные условия, относящиеся к виртуальной линии связи, выходящей из бортового прибора и проходящей через устройство коммутации кадров в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.6А - архитектура соединения множества приборов бортового оборудования согласно третьему варианту выполнения изобретения.
Фиг.6В - архитектура соединения множества приборов бортового оборудования согласно четвертому варианту выполнения изобретения.
Фиг.7А - схема устройства коммутации кадров согласно второй версии выполнения изобретения.
Фиг.7В - схема устройства коммутации кадров согласно второй версии выполнения изобретения.
Подробное описание частных вариантов выполнения
Первая идея, лежащая в основе изобретения, состоит в соединении различных приборов бортового оборудования с сетью AFDX без конверсионного мостика при помощи устройства коммутации кадров, более простого, чем классический коммутатор кадров. Это устройство коммутации кадров может находиться вблизи датчиков/ исполнительных устройств, с которыми оно соединено.
1
N
На фиг.2А показана архитектура соединения согласно варианту выполнения изобретения. Бортовые приборы 210, например, датчики или исполнительные устройства, напрямую соединены с устройством 220 коммутации кадров. Это устройство может быть соединено либо с классическим коммутатором SW сети, либо напрямую с вычислительным устройством (главная ЭВМ) 250. В частности, устройство 220 содержит с одной стороны N входных/выходных портов A,…,A, соответственно соединенных с N бортовыми приборами 210 и с другой стороны входной/выходной порт В, соединенный с портом коммутатора SW или напрямую с вычислительным устройством 250. Очень важно отметить, что устройство 220 коммутации является такой же частью сети AFDX, как и классический коммутатор кадров SW. В рамках нормы Arinc 664 бортовые приборы 210 и вычислительное устройство 250 являются оконечными системами (End Systems). Во всех случаях данные передаются между приборами 210 и вычислительным устройством 250 при помощи одного или нескольких виртуальных каналов передачи данных связи, что будет более подробно описано ниже.
Согласно варианту выполнения, показанному на фиг.2В, сеть AFDX является избыточной, то есть состоит из первой сети 231, содержащей первое устройство 221 коммутации, и второй сети 232, содержащей второе устройство 222 коммутации. Первое и второе устройства коммутации идентичны устройству коммутации, обозначенному позицией 220 на фиг.2А. Внутри каждой сети устройство 221, 222 коммутации соединено либо с коммутатором кадров этой сети, либо напрямую с вычислительным устройством 250. Если вычислительное устройство 250 должно передать кадр данных, то в этом случае две идентичные копии этого кадра передаются параллельно в обе сети и поступают в прибор-адресат через первое и второе устройства соединения. Прибор-адресат сохраняет только первый полученный кадр. Соответственно, если бортовой прибор 210 должен передать кадр данных в вычислительное устройство 250, то две копии этого кадра передаются через первое и второе устройства коммутации соответственно в обе сети. Так же как и в предыдущем случае, сохраняется только первый полученный кадр.
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>500</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mi>к</mi><mi>с</mi></mrow>
Бортовые приборы 210 конфигурированы таким образом, чтобы передавать не более одного кадра за период времени
, где
является максимальным интервалом, допустимым для оконечной системы (End System) в сети AFDX. Согласно стандарту, действующему в настоящее время,
.
На фиг.3 показана работа устройства коммутации кадров в соответствии с настоящим изобретением в случае исходящей связи, то есть, когда приборы 210 передают кадры в бортовое вычислительное устройство 250.
1
N
Каждый из входных/выходных портов A,…,A связан с входным буфером и, факультативно, с выходным буфером (не показан). Факультативно входной/выходной порт В связан с входным буфером и/или с выходным буфером (не показаны). Входные буферы и, в случае необходимости, выходные буферы выполнены, например, в виде регистров или зон памяти оперативного запоминающего устройства ОЗУ.
n
Каждый входной/выходной порт A соединен с прибором 210, например, при помощи двойной витой пары проводов: одной пары для исходящей линии связи и одной пары для входящей линии связи. Точно так же, входной/выходной порт В соединен с коммутатором сети или напрямую с бортовым вычислительным устройством при помощи двойной витой пары проводов. Вместо витых пар проводов можно использовать оптические линии связи.
1
N
1
N
n
n
Кадры, полученные на N портах A,…,A, сохраняются соответственно в N входных буферах T,…,T заранее определенного размера L, который будет уточнен ниже. Если кадр принят на порте A, в то время как соответствующий буфер T уже содержит кадр, этот кадр просто перезаписывается (запись начинается по этому же адресу). Даже если входящий кадр имеет длину, превышающую L, во время записи в буфер этот кадр по сути урезается до длины L.
1
N
<mrow><mi>τ</mi><mo>≤</mo><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
Буферы T,…,T разгружаются один за другим на порт В с периодичностью
. Таким образом, для данного прибора, передающего кадры по виртуальному
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
0
0
0
0
каналу с соблюдением минимального временного промежутка BAG (Bandwidth Allocation Gap), кадры на выходе устройства коммутации будут иметь максимальный интервал
по отношению к возможным моментам передачи по виртуальному каналу t+BAG, t+2BAG, t+3BAG,…, где t является произвольной точкой отсчета времени. Действительно, кадр, сохраняемый во входном буфере устройства коммутации, будет ожидать не более
, прежде чем будет передан в сеть.
i
0
k
n
k
n
k+1
i
<mrow><msub><mi>τ</mi><mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>τ</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mi>k</mi><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
Эта ситуация показана на фиг.5, где на первой временной оси показаны возможные моменты передачи t=t+i. BAG для рассматриваемого виртуального канала передачи данных, а на второй временной оси - моменты разгрузки входного буфера на выходной порт,
. Если непосредственно перед моментом τ в буфере T присутствует кадр F, этот кадр переносится в момент τ на выходной порт В. Если же кадр F присутствует в буфере T сразу после этого момента, он будет передан только в момент τ. Задержка θ, вводимая устройством коммутации, всегда будет, таким образом, меньше максимального допустимого интервала
.
Для каждого входного буфера общее время выгрузки кадра и передачи этого кадра на порт В должно быть меньше τ/N. Таким образом, разгрузка буфера будет завершена до перехода к следующему буферу. Предпочтительно размер L выбирают равным (τ/N)D, где D является пропускной способностью в битах на выходе порта В.
Устройство коммутации не производит считывания заголовка кадра и тем более контроля циклической избыточности CRC. Кадр просто переносится путем копирования на порт В. Иначе говоря, поступивший ошибочный кадр будет передан в том же виде, без обработки или непринятия устройством коммутации. В частности, усеченный кадр, имеющий вследствие этого ошибочную CRC, будет передан в том же состоянии. Конечный адресат исключит ошибочный/усеченный кадр во время проверки CRC.
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
Если прибор не соблюдает условий передачи, например, если он передает кадры с периодичностью менее
, кадр, поступающий из прибора, может быть наложен на предыдущий кадр в буфере до его разгрузки. Однако это не влияет на прохождение кадров данных, передаваемых другими приборами.
На фиг.4 показана работа устройства коммутации в случае входящего канала передачи данных, то есть, когда приборы 210 получают кадры от бортового вычислительного устройства 250.
1
N
В отличие от исходящего канала устройство коммутации в данном случае играет роль простого повторителя. Иначе говоря, любой кадр, поступающий на порт В, автоматически копируется в порты A,…,A устройства коммутации. Предпочтительно это копирование осуществляют по мере получения входящего кадра без сохранения в буфере и без контроля его CRC. Таким образом, входящий кадр не проходит времени иммобилизации на уровне устройства коммутации, а только претерпевает задержку, связанную с операцией копирования.
Если адресатом виртуального канала передачи данных является один из приборов 210, маршрутизация виртуального канала передачи в сети не требует знания выходного порта устройства 220, с которым соединен этот прибор. Действительно, кадр данных, проходящий по этому виртуальному каналу передачи, будет передан устройством коммутации во все соединенные с ним приборы. Однако каждый прибор, который не является абонентом этого виртуального канала передачи, не примет кадр, установив, что идентификатор виртуального канала, указанный в этом кадре, ему не известен. В конечном счете, только адресат или адресаты рассматриваемого виртуального канала передачи сохранит(ят) рассматриваемый кадр.
Описанная выше архитектура устройства коммутации является исключительно простой и надежной. В частности, функция контроля ошибки на входящем и исходящем канале, а также функция коммутации на входящую связь вынесены в терминалы. Несмотря на эту простоту, устройство коммутации в соответствии с настоящим изобретением позволяет различным приборам быть источником или адресатом виртуальной связи и пользоваться услугами, предлагаемыми сетью AFDX, в частности, пользоваться инструментами тестирования, диагностики неисправностей, дистанционной загрузки программ, используемых в этой сети.
Далее рассмотрим пример реализации устройства 220 коммутации в цифровом выражении.
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>500</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mi>к</mi><mi>с</mi></mrow>
Предположим, что устройство коммутации соединено с 5 приборами бортового оборудования при помощи канала передачи данных 10 Мбит/с. Иначе говоря, каждый прибор может передавать только один 125-байтовый кадр каждые
. Эти имеющиеся 125 байт необходимо распределить следующим образом: 12 байт выделены для поля IFG для разделения между кадрами (Interframe Gap), 7 байт для вводной части, 1 байт для ограничения начала кадра или SFD (Start Frame Delimiter), 14 байт для заголовка Ethernet, 20 байт для заголовка IP, 8 байт для заголовка UDP, 1 байт для номера последовательности, 4 байта для контроля ошибки (FCS). В конечном счете кадр может содержать только 58 байт полезной нагрузки.
Таким образом, если прибор является источником виртуального канала передачи, соответствующего временному промежутку BAG в 1 мс (наименьший временной промежуток, в настоящее время предусмотренный стандартом AFDX), прибор может передавать 58 байт каждую миллисекунду, то есть в этом канале гарантирована полоса пропускания 464 кбит/с. Поскольку минимальный межкадровый промежуток составляет 500 мкс, прибор может поддерживать два виртуальных канала передачи по 464 кбит/с, то есть общую гарантированную ширину полосы пропускания 928 кбит/с. Последняя зарезервирована для рассматриваемого прибора и не связана с другими приборами, соединенными с устройством коммутации. Одновременно прибор может принимать кадры по входящему каналу передачи.
В этом случае можно также указать, что максимальное время латентности составляет порядка 1,5 мс на входящем канале и порядка 2 мс на исходящем канале.
На фиг.6А показана архитектура соединения множества приборов бортового оборудования согласно третьему варианту выполнения изобретения. Этот вариант позволяет соединять несколько бортовых приборов 610 между собой и, в случае необходимости, соединять их с главной бортовой ЭВМ (вычислительное устройство) либо напрямую, либо через сеть AFDX.
n
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>τ</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi><mi>t</mi><mi>t</mi><mi>e</mi><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
В отличие от предыдущих вариантов данные приборы соединены между собой через устройство 620 коммутации кадров. При этом тоже предполагается, что каждый прибор 610 может передавать кадры с соблюдением минимального временного промежутка (BAG). Каждый прибор 610 соединен с входным/выходным портом B, n=1,…,N, устройства 620 при помощи линии связи Ethernet 615. Один из входных/выходных портов устройства коммутации может быть соединен с вычислительным устройством или с коммутатором кадров сети AFDX. В этом последнем случае различные приборы имеют доступ к сети через устройство 620 коммутации. Следует отметить, что в данном случае линии связи Ethernet 615 не являются частью сети AFDX и что, следовательно, кадры Ethernet, передаваемые через эти линии связи, не обязательно должны соблюдать формат стандарта Arinc 664. В частности, кадры, передаваемые по этим линиям связи, не обязательно должны соблюдать условие максимального интервала
На фиг.7А схематично показана структура устройства 620 коммутации. Это устройство содержит N входных портов 761 и N выходных портов 762. Входные порты 761 содержат, каждый, входной буфер размером, достаточным для записи входящего кадра. Выходные порты 762 могут содержать выходной буфер или не содержать выходного буфера. В этом последнем случае кадр передается непосредственно на линию связи, соединенную с выходным портом.
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mi>k</mi><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mi>l</mi><mrow><mi>o</mi><mi>u</mi><mi>t</mi></mrow></msubsup></mrow>
Устройство коммутации содержит также средства 770 копирования, символически показанные в виде поворотного коммутатора на N позиций. Эти средства 770 копирования копируют любой кадр, поступающий на один из входных портов,
, во все выходные порты
, l=1,…,N. В частности, средства 770 опрашивают один за другим различные входные порты и передают любой кадр, присутствующий на входном порте, на каждый из выходных портов, включая выходной порт, связанный с входным портом, принявшим входящий кадр. Входной порт опрашивается, то есть его входной буфер считывается с периодичностью τ, иначе говоря, устройство 620 осуществляет цикл коммутации продолжительностью τ. Важно отметить, что работа устройства коммутации кадров соответствует работе повторителя со следующими отличиями:
- оно работает синхронно с периодическим опросом своих входных портов,
- в нем не происходит никакой коллизии кадров.
Период опроса т должен также соблюдать следующие условия:
<mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><msub><mi>T</mi><mi>i</mi></msub><mo><</mo><mi>τ</mi><mo><</mo><mi>B</mi><mi>A</mi><mi>G</mi></mrow></mstyle><mo>,</mo></mrow>
i
где BAG, как было указано выше, является минимальным временным промежутком между двумя кадрами, передаваемыми прибором, а Т является временем, необходимым для передачи самого длинного кадра прибором, соединенным с портом В; устройства коммутации.
Например, если число портов устройства коммутации равно N=8, пропускная способность в битах равна D=100 Мбит/с, длина полезной информации равна L=100 байт, длина заголовка MAC/IP/UDP+CRC равна I=46 байт, минимальный промежуток между двумя кадрами Ethernet (IFG+вводная часть) равен Е=20, T=N(L+I+E).8/D=106,24 мкс, и если BAG=500 мкс, можно выбрать период опроса τ=490 мкс.
На фиг.6В показана архитектура соединения множества приборов бортового оборудования согласно четвертому варианту выполнения изобретения.
21
Этот вариант отличается от предыдущего тем, что содержит множество Р элементарных устройств коммутации, в данном случае 631, 632, которые соединены в виде каскада, при этом каждое элементарное устройство содержит N входных/выходных портов, и общее устройство позволяет соединять между собой не более P(N-1) бортовых приборов. Устройство позволяет также соединять бортовые приборы с вычислительным устройством либо путем прямого соединения с входным/выходным портом (B), как показано на фигуре, либо через сеть AFDX.
Предпочтительно бортовые приборы и/или элементарные коммутаторы питаются от сети Ethernet, при этом витая пара служит одновременно для питания и для передачи данных. Эта технология известна под названием РоЕ (Power over Ethernet) и описана в стандарте IEEE 802.af. Таким образом, можно не предусматривать отдельных шин питания и получить выигрыш в массе летательного аппарата. Следует отметить, что эту технологию можно тем более применять для архитектуры, показанной на фиг.6А.
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>1</mn><mi>k</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>2</mn><mi>k</mi></mrow><mrow><mi>o</mi><mi>u</mi><mi>t</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>1</mn><mi>k</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>1</mn><mi>l</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msubsup><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>1</mn><mi>k</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>1</mn><mi>k</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msubsup><mo>,</mo></mrow>
P-1
На фиг.7В схематично показана структура элементарного устройства коммутации, используемого в архитектуре, показанной на фиг.6В. Такое устройство аналогично показанному на фиг.7А, при этом идентичные элементы обозначены одинаковыми позициями. Вместе с тем, оно отличается функцией средств копирования 771. Действительно, если рассматривать архитектуру с двумя элементарными устройствами 631 и 632, показанную на фиг.6 В, и если обозначить соответственно
и
входной и выходной порты первого устройства, соединяющие его со вторым, то входной порт
будет опрашиваться в N-1 раз чаще, чем другие. В частности, если период опроса входного порта
l≠k, равен τ, где τ является периодом опроса, определенным для не каскадного элементарного устройства, то период опроса
будет меньше или равен t/n-1, при этом поток кадров, поступающих на порт
будет в N-1 раз больше, чем на других портах. В целом, если Р является числом последовательно соединенных элементарных устройств, то период опроса входного порта или входных портов, обеспечивающих взаимосвязь с другим элементарным устройством, будет меньше или равен τ/(N-1).
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>1</mn><mi>k</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>2</mn><mi>k</mi></mrow><mrow><mi>o</mi><mi>u</mi><mi>t</mi></mrow></msubsup><mo>.</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>2</mn><mi>j</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mi>n</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>B</mi><mrow><mn>2</mn><mi>j</mi></mrow><mrow><mi>o</mi><mi>u</mi><mi>t</mi></mrow></msubsup></mrow>
Средства копирования 771 тоже отличаются от предыдущих средств 770 тем, что они не осуществляют копирования из входного порта
в выходной порт
Точно так же для устройства 632 коммутации не происходит копирования с
на
, и в целом локальное копирование заблокировано для любого порта, обеспечивающего взаимосвязь между двумя элементарными устройствами коммутации. Блокировка локального копирования для рассматриваемых портов позволяет избежать бесконечного зацикливания между элементарными устройствами коммутации.
Ниже представлен пример в цифровом выражении в случае двух каскадных элементарных устройств, показанных на фиг.6В, то есть Р=2. Предположим, как и в предыдущем случае, что N=8, D=100 Мбит/с, L=100 байт и I=46 байт, минимальный промежуток между двумя кадрами Ethernet (IFG + вводная часть) Е=20. Минимальное время Т для передачи всех входящих кадров равно 14 (100+46+20).8/100=185,92). Если BAG=500 мкс, то можно взять время опроса τ 490 мкс для входных портов, напрямую соединенных с приборами, и время опроса τ' 70 мкс для порта взаимосвязи с другим элементарным устройством коммутации.