COTS嵌入式網(wǎng)絡(luò)的趨勢

堅固耐用的軍事和航空航天系統(tǒng)的設(shè)計人員繼續(xù)將目光投向商業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——利用可用的以太網(wǎng)交換機芯片在處理模塊和 PHY 設(shè)備之間進行連接，通過光纖或銅纜鏈接系統(tǒng)。然而，在基于模塊化商用現(xiàn)貨 （COTS） 標準的已部署系統(tǒng)中使用最新的高性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并不總是實用的。雖然最新的商用設(shè)備支持基于25G和50G SerDes技術(shù)的100G以太網(wǎng)及更高標準的IEEE標準，但使用標準MultiGig-RT2連接器的OpenVPX系統(tǒng)迄今為止僅限于10G SerDes信號。

使用高性能和功能豐富的商用以太網(wǎng)技術(shù)連接嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計人員可以部署越來越多的技術(shù)來管理其網(wǎng)絡(luò)上的流量。更快的網(wǎng)絡(luò)可以在單個鏈路上承載來自更多傳感器和應(yīng)用程序的更多流量，但必須注意確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)不會延遲或丟棄。這些趨勢（性能和融合）是影響當今 COTS 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的兩個最重要的因素。

適用于最苛刻系統(tǒng)的性能

過去，為了滿足國防電子應(yīng)用的性能需求，通常需要使用定制硬件和FPGA。如今，許多設(shè)計人員面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)是如何在板和背板模塊化系統(tǒng)中實現(xiàn)高速接口。

基于 VPX 背板的模塊化系統(tǒng)已經(jīng)使用 10G 和 40G 以太網(wǎng)進行驗證和部署，但遷移到 100G 以太網(wǎng)及更高版本需要使用 25 Gbps 或更快的 SerDes 技術(shù)。10 Gbps及以上以太網(wǎng)的使用也推動了對光互連解決方案的需求不斷增長。廣泛的商業(yè)產(chǎn)品可用于實現(xiàn)光鏈路。然而，沒有一種方法成為堅固系統(tǒng)的事實標準。因此，很少有 COTS 產(chǎn)品集成光接口，使集成商在其系統(tǒng)中從電氣轉(zhuǎn)換為光學(xué)。

網(wǎng)絡(luò)融合

更快的以太網(wǎng)鏈路還意味著現(xiàn)在使用單個網(wǎng)絡(luò)通過單根電纜傳輸來自多個不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是可行的。航空航天和國防系統(tǒng)中的以太網(wǎng)現(xiàn)在可以混合傳輸來自各種傳感器和應(yīng)用的語音、視頻和數(shù)據(jù)。這種“融合”網(wǎng)絡(luò)可以取代多條單一用途電纜，在向平臺添加新功能時提供實質(zhì)性的SWaP優(yōu)勢并提高靈活性。

當網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員尋求通過同一數(shù)據(jù)管道傳輸多個源時，一個主要問題是延遲實時流量的干擾或爭用的可能性。對于時間敏感或安全關(guān)鍵型應(yīng)用，確定性性能可能至關(guān)重要。如果不太關(guān)鍵的流量導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，則更快的網(wǎng)絡(luò)不一定能為關(guān)鍵消息提供更低的延遲。

接近實時網(wǎng)絡(luò)的一種解決方案是實施策略，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)具有最高優(yōu)先級。另一種方法是將網(wǎng)絡(luò)劃分為固定的時間片，其中每個應(yīng)用程序或主機在其分配的片期間被授予對網(wǎng)絡(luò)的獨占訪問權(quán)限。這些方法有助于提供服務(wù)保證以及有限的端到端延遲，包括在使用基于標準的以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)上。

近年來，一系列IEEE標準已被批準，以實現(xiàn)“時間敏感網(wǎng)絡(luò)”（TSN）。新交換機中正在實施的TSN機制已經(jīng)出現(xiàn)，以滿足實時調(diào)度的需求，包括：

802.1Qbv：計劃流量的增強功能 – 啟用時間切片

802.1Qch：循環(huán)排隊和轉(zhuǎn)發(fā) – 減少抖動

802.1Qcc：流保留協(xié)議 – 分配容量以避免擁塞

無論是實施最新的TSN標準還是特定于供應(yīng)商的QoS機制，當今的嵌入式交換機都可以支持來自各種來源的流量，在融合平臺范圍內(nèi)將任務(wù)關(guān)鍵型和延遲敏感型實時數(shù)據(jù)相結(jié)合。

Curtiss-Wright 的 VPX3-687 10 Gb 以太網(wǎng)交換機（支持千兆、10 Gbps 和 40 Gbps 以太網(wǎng)）是高性能以太網(wǎng)交換機的一個例子，旨在連接下一代 3U OpenVPX 系統(tǒng)。它提供高達 320 Gbps 的交換吞吐量和高達 32 x 10 GbE 或 8 x 40 GbE 接口的全線速轉(zhuǎn)發(fā)。其無阻塞架構(gòu)適用于低延遲控制平面和高吞吐量數(shù)據(jù)平面應(yīng)用。

審核編輯：郭婷