高效的卫星SpaceWire即插即用网络拓扑构建方法

摘要

本发明提供了一种高效的卫星SpaceWire即插即用网络拓扑构建方法。本发明提出了SpaceWire网络拓扑的构建约束、SpaceWire网络中节点的约束及网络遍历最省时的网络构建方式等。该方法根据SpaceWire总线的组网与数据传输特点，减少了卫星SpaceWire即插即用网络初始化时的遍历耗时，提高了卫星应对突发故障的处理效率，为星上快速组建SpaceWire网络提供了设计参考和依据，具有一定的工程应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星SpaceWire网络的构建方法，用于保证构建的卫星SpaceWire 网络在初始化阶段通过即插即用进行网络遍历时的耗时最少。

背景技术

随着航天技术的快速发展，卫星用途及载荷数据设备的需求千变万化，对卫星 的新设备动态配置、快速组装、测试、发射等提出了越来越高的要求，即插即用技 术为该问题提供了一个良好的解决方案。为了实现卫星SpaceWire网络的即插即用， 主控节点首先需要通过网络遍历算法发现网络中的拓扑结构与连接的设备。若网络 中的节点数目给定、主控节点对于各个路由器的端口采用计时等待应答的方式确定 该端口是否连接有设备，则对于包含相同节点数目的网络，网络拓扑的不同直接导 致网络遍历耗时不相同。因此有必要根据本发明提供的高效的卫星SpaceWire即插 即用网络拓扑结构构建方法来保证最少的网络遍历耗时。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资 料。

发明内容

针对现有技术中的缺失，本发明的目的是提供一种高效的卫星SpaceWire即插 即用网络拓扑构建方法，该方法根据SpaceWire总线的组网与数据传输特点，减少 了网络初始化时轮询的遍历耗时，提高了卫星应对突发故障时的处理效率，为快速 动态组建星上SpaceWire网络提供了最优方法。

根据本发明提供的一种高效的卫星SpaceWire即插即用网络拓扑构建方法，包 括如下步骤：

在构建网络时采用如下任一种方式：

(1)将路由器的各个端口都挂接上路由器或节点设备；

(2)将路由器或节点设备优先连接在根路由器上；

(3)在采用最少的路由器的前提下，即插即用过程中遍历采用优先遍历路由器 的小号端口或优先遍历路由器的大号端口两种选择；若优先遍历路由器的小号端口， 则将路由器或节点设备优先挂接在路由器的小号端口上；若优先遍历路由器的大号 端口，则将路由器或节点设备优先挂接在路由器的大号端口上。

优选地，所述遍历，采用计时等待应答的方式用来确认SpaceWire路由器的某 个端口上是否挂接有路由器或者节点设备，如果在设定的时间片内未捕获到应答信 号，则主控节点就判断在该路由器上未配置设备、节点设备离线或者节点设备故障。

优选地，卫星SpaceWire网络中至少有一个用于完成网络初始化过程中对网络 中的路由器及节点设备的遍历主控节点。

优选地，卫星SpaceWire网络中的路由器的内部存储器中必须包含有对路由器 端口数目的说明。

优选地，在构建网络时，为了便于主控节点统一控制，任意两个节点设备之间 必须通过路由器连接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明根据SpaceWire总线的组网与数据传输特点，减少了卫星SpaceWire即 插即用网络初始化时的遍历耗时，提高了卫星应对突发故障的处理效率，为星上快 速组建SpaceWire网络提供了设计参考和依据，具有一定的工程应用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中优先遍历路由器的小号端口时的遍历最省时的网络拓扑结构。

图2为本发明中优先遍历路由器的小号端口时的遍历最耗时的网络拓扑结构。

图3为按照图1与图2的网络拓扑结构构建三跳SpaceWire即插即用网络的遍 历耗时对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

本发明公开了一种高效的卫星SpaceWire即插即用网络拓扑构建方法。提出了 SpaceWire网络拓扑的构建约束、SpaceWire网络中节点的约束及网络遍历最省时的网 络构建方式等。

本发明针对包含有主控节点的SpaceWire即插即用网络。即插即用初期网络遍历时 主控节点对一个节点进行查询所需时间为传输时间、传播延时和路由器处理延时的总 和。若t_n表示总数据包的传输时间，即数据包总长度L与数据传输速率R之比；t_tr为数 据包的传播延时，即电缆长度s与光速c之比；t_r为单个路由器的处理延时，k为设备 查询时数据包所经过的路由器的总数目。则对每个途径k个路由器的数据包的耗时t_k如 式(1)所示。

$t_k=t_n+t_{tr}+{\mathrm{kt}}_r=\frac{L}{R}+\frac{s}{c}+{\mathrm{kt}}_r---\left(1\right)$

由于t_tr＜＜t_n，可忽略不计，所以：

$t_k\approx t_n+{\mathrm{kt}}_r=\frac{L}{R}+{\mathrm{kt}}_r---\left(2\right)$

为了实现即插即用，主控节点需要了解网络的拓扑结构和网络中所有节点的情况， 若网络中节点数目给定且主控节点采用计时等待的方式确定网络中路由器的各个端口 上是否连接有设备，那么路由器的端口使用率越高则用于查询空端口的计时等待时间就 越少；根据式(2)可得，对于每个节点设备，其与待查询节点之间的路由器数目越少 则查询耗时越少。

若在网络遍历时，主控节点获得路由器的端口数目后，按照从小号端口到大号端口 依次发送节点查询数据包，根据上述分析可得，遍历最省时的拓扑结构如图1所示(设 备优先连接在小号端口上)，而最耗时的拓扑结构如图2所示(路由器的小号端口大都 空闲，设备优先连接在大号端口上)，其中圆表示网络中的节点，方块表示路由器，路 由器下端左侧表示小号端口，越往右端口号越大。

对于可以容纳14至50个普通节点的三跳SpaceWire网络(假设网络中的每个路由 器有八个端口)，若设备遍历所需的数据包比特数L＝4496bits，波特率R为200Mbps， 路由器总延时t_r＝0.002ms，则对于包含N个普通节点的网络，按照图1构建网络的遍 历耗时t₁与按照图2构建网络的遍历耗时t₂的对比如图3所示，其中带菱形图案的线条 为t₁，带叉形图案的线条为t₂。

从图3中的仿真结果可以看出，网络拓扑的构建方法对遍历耗时有非常大的影响， 图1给出的网络拓扑构建方法可以明显地减少SpaceWire网络即插即用初始化阶段的网 络遍历耗时。

因此，本发明采用以下拓扑构建方法构建星上SpaceWire即插即用网络：

(1)为减少设备查询时的经过的路由器数目，应将路由器或节点设备优先连接在 根路由器上。

(2)为减少对不存在设备的等待时间，应将各个路由器的端口都连接上路由器或 节点设备。

(3)为减少对不存在设备的等待时间，在采用最少的路由器的情况下，若优先遍 历路由器的小号端口则优先将路由器或节点设备连接在路由器的小号端口上；若优先遍 历路由器的大号端口则优先将路由器或节点设备连接在路由器的大号端口上。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改， 这并不影响本发明的实质内容。