CN110971545A - 一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法 - Google Patents

一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法 Download PDF

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张春晖
李辉
张梦瑶
杭玉婷
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Abstract

本发明公开了一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法，主要涉及通信领域的高速交换传输技术。本发明将超大容量数据交换分布到多个独立交换模块，突破了硬件资源限制，极大提高数据交换容量；同时在某些交换模块出现损坏时，仍能保证系统部分交换功能正常工作；此外可通过部分备份方式，在资源开销增长不大的前提下，有效提高整个系统的可靠性及顽存性，特别适用于数字化通信系统中多通道超大容量信号的高速交换传输，以及对可靠性要求较高的星载应用等场景。

Description

一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法
技术领域
本发明涉及通信领域中一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法，适用于数字化通信系统中多通道超大容量数据的高速交换传输，以及对可靠性要求较高的星载应用等场景。
背景技术
在数字化通信系统中需要对信号进行交换传输，随着系统通道数量和单通道数据量的不断攀升，对交换容量的要求也愈加苛刻；同时随着卫星通信技术的发展，某些对可靠性和资源开销要求更高的场景，如星载交换应用愈加频繁。但目前大部分交换方式采用一体化架构，由于硬件资源限制，交换容量存在上限，无法进一步提升，且当交换模块出现问题时，整个系统将完全瘫痪，为提高系统可靠性需对整个交换模块进行完全备份，资源开销较大，对于某些多通道超大容量数据通信或对可靠性要求较高的场景适应性较差。
发明内容
本发明所要解决的问题在于避免上述背景技术中提到的目前交换架构存在的不足之处而提供一种多通道超大容量高速数据交换的设计架构。本发明具有交换容量大、扩展能力强等优点，此外可采用部分备份方式，在资源开销增长不大的前提下有效提高系统可靠性。
本发明采用的技术方案为：
一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法，包括以下步骤：
①将多个通道的交换数据分别送入各自对应的数据拆分模块；其中每个交换数据位宽为W，W为自然数；
②每个数据拆分模块分别将W位交换数据拆分为M组，每组拆分数据位宽为N，并分别将M组拆分数据送入M个交换模块；其中M和N均为自然数，且M*N≥W；交换数据位宽W不足M*N的部分补0处理；
③每个交换模块分别按照增强型大容量高速数据交换的设计方法进行数据交换，并分别将经过交换后的M组拆分数据送入各自对应的数据合并模块；
④每个数据合并模块分别将M组N位数据重新合并为一个M*N位数据，并取出其中的W位作为输出结果；
完成多通道超大容量数据交换架构的设计。
其中，所述的步骤②中通过增加数据拆分组数M，令M*N≥W+N，进行交换模块的冗余备份。
其中，所述的步骤②分别将M组拆分数据送入M个交换模块，具体为：当所有交换模块正常工作时，分别将M组拆分数据一一对应送入M个交换模块；当某些交换模块出现损坏时，将送入损坏交换模块的数据送入其它交换模块；当存在备份的交换模块时，将送入损坏交换模块的数据送入备份的交换模块。
本发明相比背景技术具有如下优点：
本架构将超大容量数据交换分布到多个独立交换模块，数据拆分组数和位宽可根据需求灵活调整，突破了硬件资源限制，极大提高数据交换容量；同时在某些交换模块出现损坏时，仍能保证系统部分交换功能正常工作；此外可通过部分备份方式，在资源开销增长不大的前提下，有效提高整个系统的可靠性及顽存性，对于多通道超大容量通信或可靠性要求高的场景有很强的适应性。
附图说明
图1是本发明实施例的多通道超大容量数据交换架构的电原理框图。
图2是本发明数据拆分操作示意图。
图3是本发明分组交换架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的多通道超大容量数据交换架构的电原理框图，它包括多个数据拆分模块、多个数据合并模块和多个增强型大容量高速的交换模块三部分。
每个数据拆分模块分别用于将W位交换数据拆分为M组，每组拆分数据位宽为N，并分别将M组拆分数据送入M个交换模块；其中W、M和N均为自然数，且M*N≥W；交换数据位宽W不足M*N的部分补0处理，当某些交换模块出现损坏时，可将送入损坏交换模块的重要数据送入其它交换模块保证系统部分交换功能正常工作。还可以通过增加数据拆分组数M，令M*N≥W+N，进行交换容量冗余备份，此时如果出现损坏的交换模块，可将送入损坏交换模块的数据送入备份交换模块，保证系统全部交换功能正常工作。
每个交换模块分别用于按照增强型大容量高速数据交换的设计方法进行数据交换，并分别将经过交换后的M组拆分数据送入各自对应的数据合并模块；
每个合并模块分别用于将M组N位数据重新合并为一个M*N位数据，并取出其中的W位作为输出结果。
增强型大容量高速数据交换的设计方法具体为：
1)分别将从外部R个端口接收到的位宽为N的拆分数据一一对应送入R个复用模块；每个拆分数据作为一个时隙样值，每L个时隙样值组成一帧，其中R和L均为自然数；
2)将所有时隙样值分别以帧为单位按列存储在R个复用存储器，同一行的R个时隙样值作为一个复用帧；
3)当R个复用存储器均写入R帧数据后，根据地址存储器内存储的地址信息，同时按行读出R个复用存储器的复用帧；所述地址存储器内的地址信息通过外部参数进行实时配置；
4)将R个复用存储器读出的R个复用帧按时隙对应关系进行合并后送入解复用模块；
5)将合并后的复用帧根据端口对应关系按行存储到R个解复用存储器；
6)当所有复用帧均存储完毕后，R个解复用存储器同时以时隙为单位按列读取得到交换后的位宽为N的拆分数据。
本发明具体实施例一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法，包括以下步骤：
①3个通道需要交换的数据分别送入各自对应的数据拆分模块；每个交换数据位宽为8；
②每个数据拆分模块分别将8位交换数据拆分为3组，每组拆分数据位宽为4，将3组拆分数据送入3个交换模块；由于3×4＝12≥8+4，因此第3组拆分数据全为0，如图2所示；
当交换模块1出现损坏时，将送入损坏交换模块的数据送入备份的交换模块3。
③当3个交换模块都正常工作时，3个交换模块分别按照增强型大容量高速数据交换的设计方法进行数据交换，并分别将经过交换后的3组拆分数据送入各自对应的数据合并模块，如图3所示；当交换模块1损坏时，交换模块2和3分别将经过交换后的2组拆分数据送入各自对应的数据合并模块；
④当3个交换模块都正常工作时，每个数据合并模块分别将交换模块1和2输出的拆分数据重新合并为一个8位数据作为输出结果；当交换模块1损坏时，分别将交换模块2和3输出的拆分数据重新合并为一个8位数据作为输出结果；
完成多通道超大容量数据交换架构设计。

Claims (3)

1.一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法，其特征在于,包括以下步骤：
①将多个通道的交换数据分别送入各自对应的数据拆分模块；其中每个交换数据位宽为W，W为自然数；
②每个数据拆分模块分别将W位交换数据拆分为M组，每组拆分数据位宽为N，并分别将M组拆分数据送入M个交换模块；其中M和N均为自然数，且M*N≥W；交换数据位宽W不足M*N的部分补0处理；
③每个交换模块分别按照增强型大容量高速数据交换的设计方法进行数据交换，并分别将经过交换后的M组拆分数据送入各自对应的数据合并模块；
④每个数据合并模块分别将M组N位数据重新合并为一个M*N位数据，并取出其中的W位作为输出结果；
完成多通道超大容量数据交换架构的设计。
2.根据权利要求1所述的一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法，其特征在于：所述的步骤②中通过增加数据拆分组数M，令M*N≥W+N，进行交换模块的冗余备份。
3.根据权利要求2所述的一种多通道超大容量数据交换架构的设计方法，其特征在于：所述的步骤②分别将M组拆分数据送入M个交换模块，具体为：当所有交换模块正常工作时，分别将M组拆分数据一一对应送入M个交换模块；当某些交换模块出现损坏时，将送入损坏交换模块的数据送入其它交换模块；当存在备份的交换模块时，将送入损坏交换模块的数据送入备份的交换模块。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090228628A1 (en) * 2008-03-06 2009-09-10 L3 Communications Integrated Systems, L.P. Multi-fpga pci express x16 architecture
CN105955901A (zh) * 2016-04-15 2016-09-21 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种增强型大容量高速数据交换的设计方法
CN110351509A (zh) * 2018-04-03 2019-10-18 北京小鸟科技股份有限公司 一种基于fpga堆叠的多通道高带宽数据交换方法

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