COTS嵌入式网络的趋势

　　坚固耐用的军事和航空航天系统的设计人员继续将目光投向商业领域的网络技术——利用可用的以太网交换机芯片在处理模块和 PHY 设备之间进行连接，通过光纤或铜缆链接系统。然而，在基于模块化商用现货 （COTS） 标准的已部署系统中使用最新的高性能网络技术并不总是实用的。虽然最新的商用设备支持基于25G和50G SerDes技术的100G以太网及更高标准的IEEE标准，但使用标准MultiGig-RT2连接器的OpenVPX系统迄今为止仅限于10G SerDes信号。

　　使用高性能和功能丰富的商用以太网技术连接嵌入式系统的设计人员可以部署越来越多的技术来管理其网络上的流量。更快的网络可以在单个链路上承载来自更多传感器和应用程序的更多流量，但必须注意确保关键数据不会延迟或丢弃。这些趋势（性能和融合）是影响当今 COTS 网络设计的两个最重要的因素。

　　适用于最苛刻系统的性能

　　过去，为了满足国防电子应用的性能需求，通常需要使用定制硬件和FPGA。如今，许多设计人员面临的技术挑战是如何在板和背板模块化系统中实现高速接口。

　　基于 VPX 背板的模块化系统已经使用 10G 和 40G 以太网进行验证和部署，但迁移到 100G 以太网及更高版本需要使用 25 Gbps 或更快的 SerDes 技术。10 Gbps及以上以太网的使用也推动了对光互连解决方案的需求不断增长。广泛的商业产品可用于实现光链路。然而，没有一种方法成为坚固系统的事实标准。因此，很少有 COTS 产品集成光接口，使集成商在其系统中从电气转换为光学。

　　网络融合

　　更快的以太网链路还意味着现在使用单个网络通过单根电缆传输来自多个不同系统的数据是可行的。航空航天和国防系统中的以太网现在可以混合传输来自各种传感器和应用的语音、视频和数据。这种“融合”网络可以取代多条单一用途电缆，在向平台添加新功能时提供实质性的SWaP优势并提高灵活性。

　　当网络设计人员寻求通过同一数据管道传输多个源时，一个主要问题是延迟实时流量的干扰或争用的可能性。对于时间敏感或安全关键型应用，确定性性能可能至关重要。如果不太关键的流量导致网络拥塞，则更快的网络不一定能为关键消息提供更低的延迟。

　　接近实时网络的一种解决方案是实施策略，确保关键数据具有最高优先级。另一种方法是将网络划分为固定的时间片，其中每个应用程序或主机在其分配的片期间被授予对网络的独占访问权限。这些方法有助于提供服务保证以及有限的端到端延迟，包括在使用基于标准的以太网的网络上。

　　近年来，一系列IEEE标准已被批准，以实现“时间敏感网络”（TSN）。新交换机中正在实施的TSN机制已经出现，以满足实时调度的需求，包括：

　　802.1Qbv：计划流量的增强功能 – 启用时间切片

　　802.1Qch：循环排队和转发 – 减少抖动

　　802.1Qcc：流保留协议 – 分配容量以避免拥塞

　　无论是实施最新的TSN标准还是特定于供应商的QoS机制，当今的嵌入式交换机都可以支持来自各种来源的流量，在融合平台范围内将任务关键型和延迟敏感型实时数据相结合。

　　Curtiss-Wright 的 VPX3-687 10 Gb 以太网交换机（支持千兆、10 Gbps 和 40 Gbps 以太网）是高性能以太网交换机的一个例子，旨在连接下一代 3U OpenVPX 系统。它提供高达 320 Gbps 的交换吞吐量和高达 32 x 10 GbE 或 8 x 40 GbE 接口的全线速转发。其无阻塞架构适用于低延迟控制平面和高吞吐量数据平面应用。

　　审核编辑：郭婷