[发明专利]一种高速时分复用通信总线时隙分配与控制方法

说明书

一种高速时分复用通信总线时隙分配与控制方法，通过总线控制器进行时隙分配及管理，实现总线控制器与远程终端间的数据传输，分配方法灵活，能够对总线上各种非正常情况能够做出及时有效的处理，避免数据丢失，实现了合理有效的时隙管理、控制，所有数据传输均在总线控制器的命令下进行传输，可靠性高，为不同的数据传输请求设置了优先级，确保对实时性要求高的数据请求能够及时发送，传输延迟小。

技术领域

本发明涉及一种高速时分复用通信总线时隙分配与控制方法，属于计算机通信领域。

背景技术

数据总线技术是航天设备电子综合化的核心技术，它解决了航天电子系统中各子系统设备的信息传输与信息共享问题。其中，命令/响应式通信总线主要由一个总线控制器和多个远程终端组成，总线控制器控制信息的传输模式，发布相应的命令，查看整个总线的工作情况并参与所有的信息传输。远程终端响应总线控制器发出的命令，完成相应的数据交换任务。同一时刻总线上只有一组传输数据，不同数据交换对总线资源分时复用，节点在自己的时隙中以相同的频率发送数据，其他节点通过对比数据流中的地址和自身地址是否一致判断是否接收数据，这种通信方法即时分多址接入技术(TDMA)。由此可见，时隙的分配方案很大程度上决定了整个数据总线中数据的传输延时、吞吐量、可靠性和传递率。上述命令/响应式通信总线中没有引入时隙管理的概念，用户通过总线控制器调度不同时刻的数据交换请求，资源消耗较大，数据传输顺序完全依赖于用户的控制，远程终端不能主动发起数据传输，整个总线的实时性较差，操作稍有失误就可能丢失数据。

随着光纤传输技术的发展，TDMA技术在小区宽带接入网中已广泛应用，数据上行方向各用户向网络中发送的数据就是通过时分复用实现的，主要包括静态时隙分配和动态时隙分配两种方式。静态时隙分配方法为网络中的所有用户分配了相同的时隙，这种方法易于实现且带宽分配公平，但是如果用户缓存的数据包不能恰好装满整个时隙，将导致一些用户的时延增大，一些用户带宽浪费，造成系统整体吞吐量减小。动态时隙分配方法在所有用户的轮询过程中为用户开辟合理大小的时隙，依次满足每个用户的数据传输需求，但也存在用户长时间占用通道、轮询周期变化大、用户不分级对待、传输请求不分级对待等诸多问题，一些动态时隙分配算法致力于对这些问题进行改进但面对复杂的应用场景常常顾此失彼。此外采用TDMA技术的首要条件是保持网络中所有节点的时钟同步，否则传输信息会发生冲突，并且接入网中所有数据交换都必须经过交换机，不同用户之间不能直接进行数据传输，数据传输效率低。

随着应用任务领域的不断扩展，航天电子系统日趋庞大，特别是有效载荷规模越来越大，工作模式越来越复杂，传输数据的速率越来越快，对数据网络的传输带宽、实时性和可靠性提出了更高要求。在大数据量高实时性的需求下，上述方案存在着以下几个问题：

(1)命令/响应式总线中节点之间的数据交换分时进行传输，但没有引入有效的时隙管理方法，依赖终端用户对不同数据传输需求进行处理，占用资源多，增加了用户工作量和数据传输延时，实用性差；

(2)现有的固定时隙分配方法灵活性较差，每个时隙的时间长度和间隔时间不可以单独设置，不便于不同数据量大小的交换需求，当通信总线数据传输过程中出现的数据传输延迟或信号传输质量差的情况，时隙分配流程滞后于预定的分配时间，分配超时进而导致丢失数据；

(3)现有的动态时隙分配方法轮询周期长度差异性较大，没有对不同用户和数据传输请求分级，带宽分配公平性不足，无法保证服务质量和系统延时；

(4)对于周期性的时隙分配，通信总线的时钟和外部周期信号的时钟由于跨时钟域的原因不能同步，出现时隙分配起点随机的情况。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，时隙分配方法灵活性差、传输可靠性低的问题，提出了一种面向命令/响应式的高速时分复用通信总线时隙分配与控制方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种高速时分复用通信总线时隙分配与控制方法，步骤如下：