房亮趙光恒

（1中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，北京 100094）

（2中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

光纖通道流量控制方法及其性能分析

房亮1，2趙光恒1

（1中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，北京 100094）

（2中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

針對(duì)航天應(yīng)用中光纖通道（Fibre Channel，F(xiàn)C）傳輸效率的優(yōu)化問(wèn)題，提出交換式拓?fù)湎碌耐ㄓ昧髁靠刂颇Ｐ?，設(shè)計(jì)了一種FC-2層的流量控制方法。研究了交換式拓?fù)湎滦庞弥翟O(shè)置和節(jié)點(diǎn)間距離、幀長(zhǎng)度、節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間等諸多因素之間的關(guān)系，推導(dǎo)出最優(yōu)信用值和最大傳輸效率的通用計(jì)算方法。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行仿真，建議數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度使用2048 byte，信用設(shè)置不大于10，同時(shí)盡量減少幀間隔時(shí)間。將文章提出的方法應(yīng)用到某航天任務(wù)中，實(shí)物測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果表明，推導(dǎo)出的計(jì)算方法合理可行，可以在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的同時(shí)有效提高網(wǎng)絡(luò)性能。

光纖通道；交換式拓?fù)洌涣髁靠刂?；最?yōu)信用值

1 引言

航天遙感等有效載荷技術(shù)的發(fā)展，對(duì)通信帶寬和控制實(shí)時(shí)性提出的要求越來(lái)越高，目前已有大量遙感有效載荷的像元分辨率達(dá)到優(yōu)于1 m的量級(jí)［1］，對(duì)通信帶寬的需求則達(dá)到數(shù)百兆比特每秒至數(shù)吉比特每秒。航天器常用的MIL-STD-1553B總線雖然具備良好的實(shí)時(shí)性，但其通信速率僅有1 Mbit/s，因此未來(lái)的航天器設(shè)計(jì)中急需更高性能的通信網(wǎng)絡(luò)。

光纖通道（Fibre Channel，F(xiàn)C）是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ANSI）提出的一種新型通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，具有傳輸速率高、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)［2］。其中的FC-AE-1553協(xié)議是位于FC標(biāo)準(zhǔn)中FC-4層的一種命令/響應(yīng)式的通信協(xié)議，由于其具備實(shí)時(shí)性強(qiáng)和傳輸帶寬大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又可以通過(guò)橋接的方式與航天器常用的MIL-STD-1553B協(xié)議設(shè)備通信［3-7］，因此在航天領(lǐng)域中的研究越來(lái)越多。目前，F(xiàn)C標(biāo)準(zhǔn)定義的常用速率為1 Gbit/s、2 Gbit/s、4 Gbit/s，比傳統(tǒng)的MIL-STD-1553B協(xié)議高出3個(gè)數(shù)量級(jí)，可以取代航天器中的低壓差分信號(hào)技術(shù)接口（LVDS），同時(shí)可實(shí)現(xiàn)減少網(wǎng)絡(luò)種類和數(shù)量的目的，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

目前，關(guān)于FC標(biāo)準(zhǔn)的流量控制研究主要集中在對(duì)原理的介紹和信用設(shè)置對(duì)通信鏈路的影響域分析方面，關(guān)于FC-AE-1553的研究主要集中在特性分析和橋接器設(shè)計(jì)方面。文獻(xiàn)［8-9］中分析了FC標(biāo)準(zhǔn)的流量控制工作原理，建立了基于網(wǎng)絡(luò)工程優(yōu)化工具（OPNET）的仿真模型。文獻(xiàn)［10］中針對(duì)FC的仲裁環(huán)拓?fù)溥M(jìn)行建模，依據(jù)訪問(wèn)公平機(jī)制研究并給出了確定信用設(shè)置的方法。文獻(xiàn)［11］中針對(duì)有差錯(cuò)和無(wú)差錯(cuò)兩種情況，研究了FC鏈路吞吐量計(jì)算方法。文獻(xiàn)［12］在存儲(chǔ)擴(kuò)展應(yīng)用的背景下，通過(guò)建模研究了根據(jù)接收端服務(wù)率調(diào)整隊(duì)列門限值的方法。文獻(xiàn)［13-15］中對(duì)FC-AE-1553的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫阅?、MIL-STD-1553橋接器設(shè)計(jì)以及基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的FC協(xié)議設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。

以上研究中建立的模型都是基于理想情況，而在實(shí)際航天應(yīng)用中還要考慮其他多種因素。此外，考慮到航天器中的資源受限，如何合理地設(shè)置信用值以及估算通信效率，是FC標(biāo)準(zhǔn)走向航天工程應(yīng)用的關(guān)鍵之一。同時(shí)，F(xiàn)C-2層的流量控制措施對(duì)FC-4層協(xié)議的效率有重要影響。因此，本文基于FC-AE-1553協(xié)議的航天應(yīng)用需求，對(duì)其FC-2層的流量控制方法進(jìn)行詳細(xì)分析，提出了交換式拓?fù)涞耐ㄓ肍C-2層的流量控制模型，設(shè)計(jì)了一種FC-2層的流量控制方法，推導(dǎo)出最優(yōu)信用值和最大傳輸效率的通用計(jì)算方法，給出了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的建議，并進(jìn)行了仿真分析。最后，以某航天飛行任務(wù)為背景搭建實(shí)物測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行了驗(yàn)證分析。

2 FC標(biāo)準(zhǔn)的流量控制模型

FC標(biāo)準(zhǔn)將協(xié)議定義為從FC-0至FC-4的5層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中:FC-0是物理層（Physical Layer），用于描述傳輸接口規(guī)范和傳輸速率；FC-1是鏈路層（Link Layer），用于描述8B10B編解碼規(guī)范；FC-2是傳輸層（Transport Layer），用于組幀、解幀和流量控制；FC-3是通用服務(wù)層（Common Service Layer）；FC-4是映射層（Mapping Layer），可映射多種不同的通信協(xié)議；FC-4層之上支持具體的應(yīng)用協(xié)議——上層協(xié)議（Upper Layer Protocols，ULP）。

FC標(biāo)準(zhǔn)使用基于信用的方法在FC-2層進(jìn)行流量控制，定義了兩種流量控制機(jī)制［6-7］:一是端到端的流量控制業(yè)務(wù)，適用于FC標(biāo)準(zhǔn)的一類、二類和六類業(yè)務(wù)；二是緩存到緩存的流量控制機(jī)制，適用于FC標(biāo)準(zhǔn)的二類、三類業(yè)務(wù)。FC-AE-1553主要使用FC標(biāo)準(zhǔn)的三類業(yè)務(wù)，使用緩存到緩存的流量控制機(jī)制。

圖1 光纖通道的協(xié)議分層結(jié)構(gòu)Fig.1 FC protocol structure

基于信用的緩存到緩存的流量控制模型如圖2所示，其中端口“T”表示發(fā)送（Transmit），端口“R”表示接收（Receive）。FC標(biāo)準(zhǔn)的3種類型端口（N_Port、F_Port、E_Port），都可以使用基于信用的緩存到緩存流量控制機(jī)制。各相鄰FC端口通過(guò)登錄獲取對(duì)方的信用值（BB_Credit），使用信用計(jì)數(shù)器查看是否允許繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，通過(guò)接收相鄰端口發(fā)送的R_RDY原語(yǔ)來(lái)獲取新的信用。圖2中，信用值的選取、數(shù)據(jù)幀的格式、節(jié)點(diǎn)間的距離等參數(shù)都是航天器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮的，各參數(shù)值設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響航天器網(wǎng)絡(luò)的性能。

圖2 基于信用的緩存至緩存流量控制模型Fig.2 Credit-based buffer-to-buffer flow control model

基于信用的緩存到緩存流量控制機(jī)制的處理流程如圖3所示，其規(guī)則如下。

圖3 FC端口間幀傳輸流程Fig.3 FC frame transmission flowchart between ports

（1）每個(gè)FC端口負(fù)責(zé)管理自己的緩存信用計(jì)數(shù)器（BB_Credit_CNT）；

（2）負(fù)責(zé)發(fā)送的FC端口在信用已經(jīng)用完的情況下不允許再發(fā)送數(shù)據(jù)；

（3）每個(gè)FC端口在登錄時(shí)要將BB_Credit_ CNT設(shè)置為0；

（4）每個(gè)FC端口在發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀后將BB_ Credit_CNT加1，在收到一個(gè)R_RDY信號(hào)后減1；

（5）在幀的接收方確認(rèn)收到了幀，同時(shí)接收到的幀占用的緩存已經(jīng)被釋放后，接收方須要發(fā)送一個(gè)R_RDY原語(yǔ)。

3 流量控制性能分析

基于信用的緩存到緩存流量控制機(jī)制的性能與多方面因素有關(guān)，其關(guān)鍵是如何設(shè)置合理的信用值。

FC-AE-1553允許使用點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)?、環(huán)形拓?fù)浜徒粨Q式拓?fù)?種方式，本文以應(yīng)用最廣泛的交換式拓?fù)錇槔M(jìn)行分析，其他兩種可同理參考。

交換式拓?fù)湎拢?個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備間的通信端口共有4個(gè)，分別是Nx_Port1、F_Port1、F_Port2和Nx_Port2。定義Nx端口和交換機(jī)之間的距離（節(jié)點(diǎn)間距離）都是L；光在光纖介質(zhì)中的傳輸速率是V（約2×108m/s）；FC-AE-1553協(xié)議的傳輸速率是Vt，常見(jiàn)值為1 Gbit/s、2 Gbit/s、4 Gbit/s；幀長(zhǎng)度是Lf；幀間隔長(zhǎng)度是Li，對(duì)應(yīng)協(xié)議中的空閑時(shí)間（IDLE）；R_RDY原語(yǔ)的長(zhǎng)度是Lps；交換機(jī)的接收數(shù)據(jù)處理時(shí)間是Tpf，節(jié)點(diǎn)設(shè)備的接收數(shù)據(jù)處理時(shí)間是Tpn，兩者均為節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間。

FC-2幀格式的定義如圖4所示［16］。其中:幀起始（SOF）和幀結(jié)束（EOF）長(zhǎng)度為4 byte；FC幀頭（Header）長(zhǎng)度為24 byte；數(shù)據(jù)區(qū)（Data_Field）長(zhǎng)度Ld為0～2112 byte可變，校驗(yàn)區(qū)（CRC）長(zhǎng)度為4 byte。因此，幀長(zhǎng)度Lf從36～2148 byte可變。由于協(xié)議要求兩幀傳輸?shù)拈g隔不小于24 byte，結(jié)合FC標(biāo)準(zhǔn)要求，定義Li的值是4的整數(shù)倍，且不小于24 byte。

圖4 FC-2幀格式定義Fig.4 FC-2 frame format definition

傳輸路徑的時(shí)延為

數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)臅r(shí)延（由于使用了8B10B編碼，傳輸時(shí)要增加25%的數(shù)據(jù)量）為

R_RDY原語(yǔ)的傳輸時(shí)延為

由于Nx_Port1與F_Port1、Nx_Port2與F_ Port2通信的過(guò)程類似，因此定義Nx_Port與F_ Port完成一次幀傳輸過(guò)程的總時(shí)間為T，一次完整幀傳輸?shù)臅r(shí)間就是2T。

將式（1）～（3）代入式（4），可得

由于Lps?Lf，因此式（5）中Lps可忽略不計(jì)，得

3.1 最優(yōu)信用值分析

實(shí)際應(yīng)用中，由于受到系統(tǒng)硬件資源的限制，不可能將信用值設(shè)計(jì)得過(guò)大，因此要合理地選取既能夠滿足網(wǎng)絡(luò)高性能傳輸，又能夠滿足系統(tǒng)資源分配的信用值。為了使FC交換式拓?fù)湎碌膸瑐鬏斝阅茏顑?yōu)化，理想狀態(tài)是發(fā)送端口在一次完整傳輸完成前可以一直發(fā)送數(shù)據(jù)幀，且使用的最優(yōu)信用值不超過(guò)BB_Credit設(shè)定值。定義此最優(yōu)信用值為Cmax，推導(dǎo)過(guò)程如下。

由于信用值必須是整數(shù)，因此要將得到的結(jié)果向上取整，可得

將式（6）代入式（8），得

從式（9）可以看出:最優(yōu)信用值Cmax的設(shè)置和幀長(zhǎng)度Lf、幀間隔長(zhǎng)度Li成反比，和Vt，Tps，Tpn成正比。因此，設(shè)計(jì)協(xié)議時(shí)Lf的設(shè)置應(yīng)盡量大，應(yīng)用中一般建議設(shè)為接近數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度Ld限制的最大值。同時(shí)，為了保證傳輸效率，Li應(yīng)盡量短，通過(guò)提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能，減小Li接近最小值24 byte。為了提高通信速率，協(xié)議的傳輸速率Vt的設(shè)置越大越好，目前的主流網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)支持1 Gbit/s的傳輸速率，在研的網(wǎng)絡(luò)正在向2 Gbit/s和4 Gbit/s，甚至更高的速率發(fā)展。

3.2 傳輸效率分析

假設(shè)端口的信用值初始化為N，且N的取值不大于最優(yōu)信用值Cmax，可得到FC-AE-1553的FC-2通信鏈路傳輸效率E的計(jì)算公式如下。

將式（6）代入式（10），可得

當(dāng)N取值為最優(yōu)信用值Cmax時(shí)，將式（7）代入式（10），定義通信鏈路的最大傳輸效率Emax，則

從式（12）得出，由于Ld＜Lf+Li，Emax只能逐漸接近卻無(wú)法達(dá)到100%。當(dāng)N取值超過(guò)時(shí)間T內(nèi)需要使用的最優(yōu)信用值Cmax時(shí)，多余的信用不會(huì)被使用。

從式（11）、（12）得出，E和N，Ld成正比，和L，Lf，Li，Vt，Tpf，Tpn成反比。在一般應(yīng)用中，建議將N設(shè)置成硬件允許條件下接近Cmax的最大值，將Ld設(shè)置為協(xié)議支持的最大值，這與第3.1節(jié)中最優(yōu)信用值的分析結(jié)果一致。同時(shí)，為了取得更高的傳輸效率，建議盡可能減小節(jié)點(diǎn)間的傳輸距離，提高節(jié)點(diǎn)的處理性能，減少處理時(shí)間Tpf和Tpn。在Vt的選取上，雖然選擇較快的傳輸速率會(huì)帶來(lái)傳輸效率的降低，但是提高Vt的同時(shí)會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)量的提升，總體上來(lái)說(shuō)，提高Vt帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)更大。在航天器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，一般節(jié)點(diǎn)間的傳輸距離足夠小，因此，如何減少軟硬件處理時(shí)間，選取更高速率的傳輸器件是提升網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵。

4 仿真結(jié)果與分析

根據(jù)以上模型和公式，通過(guò)仿真研究FC交換式拓?fù)涞淖顑?yōu)信用值設(shè)置方法，以及網(wǎng)絡(luò)中各參數(shù)選取對(duì)傳輸效率的影響，并根據(jù)仿真結(jié)果給出FC網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)計(jì)建議。

4.1 最優(yōu)信用值仿真

在幀長(zhǎng)度Lf為2148 byte，幀間隔長(zhǎng)度Li為24 byte，節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間Tpf和Tpn都是10μs，鏈路傳輸速率Vt分別為1 Gbit/s、2 Gbit/s、4 Gbit/s的情況下，最優(yōu)信用值Cmax和節(jié)點(diǎn)間距離L的關(guān)系見(jiàn)圖5。從圖5中可以看出:最優(yōu)信用值隨著節(jié)點(diǎn)間距離的增加逐漸變大，當(dāng)鏈路傳輸速率提高后，這種變化趨勢(shì)更加明顯。

圖6給出了幀長(zhǎng)度Lf為2148 byte，幀間隔長(zhǎng)度Li為24 byte，節(jié)點(diǎn)間距離L為500 m，鏈路傳輸速率Vt分別為1 Gbit/s、2 Gbit/s、4 Gbit/s的情況下，最優(yōu)信用值Cmax和節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間（Tpf，Tpn）的關(guān)系。從圖6中可以看出:在10μs的節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間里，最優(yōu)信用值都在6以內(nèi)，處理時(shí)間對(duì)最優(yōu)信用值的影響不大。為了提高節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間，通常使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）作為協(xié)處理器進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)。

圖5 最優(yōu)信用值和節(jié)點(diǎn)間距離的關(guān)系Fig.5 Relationship between optimal credit and distance between nodes

圖6 最優(yōu)信用值和節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間的關(guān)系Fig.6 Relationship between optimal credit and node processing time

圖7和圖8對(duì)數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度和幀間隔長(zhǎng)度進(jìn)行了分析。在節(jié)點(diǎn)間距離L為500 m，節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間Tpf和Tpn都是10μs，鏈路傳輸速率Vt分別為1 Gbit/s、2 Gbit/s、4 Gbit/s的情況下，分別給出了最優(yōu)信用值Cmax和幀長(zhǎng)度Lf、幀間隔長(zhǎng)度Li的關(guān)系。當(dāng)幀長(zhǎng)度增大時(shí)，需要用到的最優(yōu)信用值顯著減小。當(dāng)幀間隔長(zhǎng)度達(dá)到1000以上時(shí)，最優(yōu)信用值可以設(shè)置成不大于2。一般，使用軟件進(jìn)行協(xié)議?？刂茣r(shí)，會(huì)帶來(lái)較多的幀間隔數(shù)據(jù)（空閑數(shù)據(jù)）。

圖7 最優(yōu)信用值和幀長(zhǎng)度的關(guān)系Fig.7 Relationship between optimal credit and frame length

圖8 最優(yōu)信用值和幀間隔長(zhǎng)度的關(guān)系Fig.8 Relationship between optimal credit and frame interval length

4.2 傳輸效率仿真

圖9給出了節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間為10μs，幀長(zhǎng)度Lf為2148 byte，幀間隔長(zhǎng)度Li為24 byte，鏈路傳輸速率Vt為2 Gbit/s，信用值N分別為2、4、6、8、10的情況下，傳輸效率E和節(jié)點(diǎn)間距離L的關(guān)系?？梢钥闯?，傳輸效率隨著節(jié)點(diǎn)間距離的增加而顯著降低。

圖9 傳輸效率和節(jié)點(diǎn)間距離的關(guān)系Fig.9 Relationship between communication efficiency and distance between nodes

圖10給出了節(jié)點(diǎn)間距離L為500 m，幀間隔長(zhǎng)度Li為24 byte，節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間Tpf和Tpn都為10μs，鏈路傳輸速率Vt為2 Gbit/s，信用值N分別為2、4、6、8、10的情況下，傳輸效率E和幀長(zhǎng)度Lf的關(guān)系。隨著幀長(zhǎng)度的增大，傳輸效率有明顯的增長(zhǎng)。圖11給出了當(dāng)幀長(zhǎng)度為2112 byte，傳輸效率E和幀間隔長(zhǎng)度Li之間的關(guān)系，隨著幀間隔長(zhǎng)度的增大，傳輸效率下降非常明顯。幀間隔長(zhǎng)度的控制和系統(tǒng)處理能力息息相關(guān)，其值過(guò)高是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中傳輸效率很難提高的主要原因。

圖10 傳輸效率和幀長(zhǎng)度之間的關(guān)系Fig.10 Relationship between communication efficiency and frame length

圖11 傳輸效率和幀間隔長(zhǎng)度的關(guān)系Fig.11 Relationship between communication efficiency and frame interval length

4.3 試驗(yàn)測(cè)試

如圖12所示，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)的性能測(cè)試平臺(tái)以某航天飛行任務(wù)為背景，由FC-AE-1553的網(wǎng)絡(luò)控制器（NC）節(jié)點(diǎn)、2個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端（NT）節(jié)點(diǎn)、FC交換機(jī)和協(xié)議分析儀組成。其中:NC和NT1節(jié)點(diǎn)使用“ML507評(píng)估板+PC”的架構(gòu)；NT2節(jié)點(diǎn)使用自研的“PowerPC+FPGA”架構(gòu)的嵌入式板卡；FC交換機(jī)使用博科公司的Brocade300，協(xié)議分析儀使用JDSU公司的Xgig-B480FA，用于抓取并分析通信過(guò)程中的原始數(shù)據(jù)。

圖12 FC性能測(cè)試平臺(tái)Fig.12 FC performance test platform

測(cè)試平臺(tái)各節(jié)點(diǎn)間通信使用長(zhǎng)500 m的光纖介質(zhì)，2 Gbit/s的光模塊，數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度設(shè)置為2048 byte，信用值設(shè)為8。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)間約為10μs，有效傳輸帶寬為370 Mbit/s，傳輸效率約為18%。研究協(xié)議分析儀抓取的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致低效率的主要原因是幀間隔長(zhǎng)度達(dá)到了10 000 byte左右。通過(guò)減少幀間隔長(zhǎng)度，可以將傳輸效率提升至90%以上，進(jìn)一步驗(yàn)證了分析和仿真結(jié)果的正確性。

5 結(jié)論

使用FC-AE-1553協(xié)議可以有效提高航天器網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬和實(shí)時(shí)性，基于交換式拓?fù)涞腇CAE-1553協(xié)議在航天應(yīng)用中得到越來(lái)越廣泛關(guān)注，本文對(duì)其FC-2層的流量控制方法和傳輸效率開(kāi)展了研究，得出結(jié)論如下。

（1）在節(jié)點(diǎn)間距離（傳輸距離）小于500 m的航天應(yīng)用中，距離對(duì)信用值設(shè)置的影響很小，一般可以不用考慮傳輸距離對(duì)信用值和傳輸效率的影響。

（2）增大數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度和減少節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間，有助于減少信用值的設(shè)置和提高傳輸效率。在航天器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，考慮到資源約束限制，為了軟硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)幀中的有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度建議設(shè)置為2048 byte，信用值設(shè)置不超過(guò)10。

（3）幀間隔長(zhǎng)度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致傳輸效率低，在設(shè)計(jì)中應(yīng)針對(duì)軟件協(xié)議棧中相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。

本文提出的最優(yōu)信用值和最大傳輸效率的計(jì)算方法，可在有限的航天器資源條件下解決FC協(xié)議的FC-2層流量控制問(wèn)題，為優(yōu)化航天器FC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供參考。為了進(jìn)一步提升航天器中FC-AE-1553協(xié)議的性能，后續(xù)可以針對(duì)FC-4層的協(xié)議繼續(xù)開(kāi)展深入研究。

（

）

［1］郭金昌.商用高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星及平臺(tái)技術(shù)分析［J］.航天器工程，2009，18（2）:83-89 Guo Jinchang.Technical analysis of high resolution commercial optical remote sensing satellite［J］.Spacecraft Engineering，2009，18（2）:83-89（in Chinese）

［2］ANSI INCITS.Fibre Channel-Avionics Environment（FC-AE）［S］.Washington D.C.:ANSI，2003

［3］ANSI INCITS.Fibre Channel-AE-1553［S］.Washington D.C.:ANSI，2006

［4］曹素芝，張善從.FC-AE-1553高級(jí)特性介紹［J］.光通信技術(shù)，2010，34（2）:49-51 Cao Suzhi，Zhang Shancong.Analysis on advanced features of FC-AE-1553［J］.Optical Communication Technology，2010，34（2）:49-51（in Chinese）

［5］Xu Yajun，Zhang Xiaolin，Xiong Huagang.Study on the application of fibre channel in future spacecraft avionics system［C］//Proceedings of the 1st International Symposium on Systems and Control in Aerospace and Astronautics（ISSCAA）.New York:IEEE，2006:189-192

［6］Dong Wenjie，Zhou Chunmei，Zhang Jun，et al.Application of fibre channel technology to flying control system［C］//Proceedings of the 2012 Second International Conference on Instrumentation&Measurement，Computer，Communication and Control（IMCCC）.New York: IEEE，2012:1518-1521

［7］Leng Yue，Zong Zhulin，Liu Wei.Design and implementation of FC-AE-1553 point to point transmission hardware platform［C］//Proceedings of IEEE Circuits and Systems International Conference on Testing and Diagnosis（ICTD）.New York:IEEE，2009:1-4

［8］蔡昭權(quán)，秦磊華.光纖通道流量控制協(xié)議性能分析與應(yīng)用［J］.通信技術(shù)，2008，41（5）:111-115 Cai Zhaoquan，Qin Leihua.Flow control performance analysis and application of fibre channel［J］.Communications Technology，2008，41（5）:111-115（in Chinese）

［9］蔡昭權(quán)，秦磊華，羅偉，等.光纖通道流量控制的OPNET仿真模型設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)工程，2011，37（8）: 102-105 Cai Zhaoquan，Qin Leihua，Luo Wei，et al.Design of OPNET simulation model for fibre channel flow control［J］.Computer Engineering，2011，37（8）:102-105（in Chinese）

［10］林強(qiáng)，熊華剛，張其善.光纖通道仲裁環(huán)流量控制中信譽(yù)的確定方法［J］.航空學(xué)報(bào)，2004，25（6）:602-605 Lin Qiang，Xiong Huagang，Zhang Qishan.Credit determination for flow control in FC-AL［J］.Acta Aeronautica et Astronautica Sinica，2004，25（6）:602-605（in Chinese）

［11］曹素芝，張善從.光纖通道基于信用的流控機(jī)制與性能評(píng)價(jià)［J］.半導(dǎo)體光電，2009，30（6）:918-922 Cao Suzhi，Zhang Shancong.Flow-control mechanism based on credit and performance evaluation in fibre channel［J］.Semiconductor Optoelectronics，2009，30（6）:918-922（in Chinese）

［12］蔡昭權(quán)，胡輝，秦磊華，等.一種自適應(yīng)的光纖通道存儲(chǔ)擴(kuò)展流量控制方法［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（信息與管理工程版），2013，35（3）:324-327 Cai Zhaoquan，Hu Hui，Qin Leihua，et al.An adaptive flow control mechanism for FC-SAN storage extension［J］.Journal of WUT（Information&Management Engineering），2013，35（3）:324-327（in Chinese）

［13］彭力，呂從民，劉迎春，等.面向空間應(yīng)用的FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫阅苎芯浚跩］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013（9）:10-14 Peng Li，LüCongmin，Liu Yingchun，et al.Topology performance study of FC-AE-1553 network in space application［J］.Computer Technology and Development，2013（9）:10-14（in Chinese）

［14］查翔，南建國(guó)，羅海英.FC-AE-1553與MIL-STD-1553協(xié)議轉(zhuǎn)換方案的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2012，33（3）:895-900 Zha Xiang，Nan Jianguo，Luo Haiying.Design of protocol converting scheme between FC-AE-1553 and MIL-STD-1553［J］.Computer Engineering and Design，2012，33（3）:895-900（in Chinese）

［15］周鵬飛，宗竹林，肖龍.一種PON結(jié)構(gòu)航空總線協(xié)議芯片的內(nèi)存架構(gòu)［J］.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2013，30（9）:5-8 Zhou Pengfei，Zong Zhulin，Xiao Long.The memory architecture of PON structure avionic bus protocol chip［J］.Microelectronics&Computer，2013，30（9）:5-8（in Chinese）

［16］ANSI INCITS.Fibre channel framing and signaling-3（FC-FS-3）［S］.Washington D.C.:ANSI，2008

（編輯：夏光）

Flow Control Method and Performance Analysis of Fibre Channel

FANG Liang1，2ZHAO Guangheng1
（1 Technology and Engineering Center for Space Utilization，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100094，China）
（2 University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）

Focusing on the FC（fibre channel）optimization problem of transmission efficiency in space application，this paper proposes a generic flow control model in FC-SW（FC switch fabric）topology and designs a flow control method in FC-2.By researching the relationship between the credit value，transmission distance，frame length and node processing time in FC-SW topology，the paper derives a general method for calculating the optimal credit value and the maximum transmission efficiency.According to the actual application requirements and simulation results，this paper suggests using 2048 bytes as the data field length and the credit value no more than 10，while minimizing the frame interval.With an application in a space mission，the system test results show that the calculation method is reasonable and feasible，and it can improve network performance effectively and optimize resource at the same time.

fibre channel；switch fabric topology；flow control；optimal credit value

V443.1

A DOI：10.3969/j.issn.1673-8748.2015.02.009

2014-03-11；

2014-05-20

房亮，男，碩士，副研究員，從事光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和空間信息處理與傳輸技術(shù)研究工作。Email：fangliang@ csu.ac.cn。