星上Clos交换网络的分治调度算法

张茂森 邱智亮 高 雅 黎 军

①(西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室 西安 710071)

②(空间微波技术国家重点实验室 西安 710100)

1 引言

弯管式卫星在支持交互式通信和多方通信时存在两个方面的限制：(1)在一个时间点只能从一个源接收信息；(2)为避免某源端向不同接收端发送多个相同的分组，需要在地面对数据进行复制和发送。这两个限制使得弯管式卫星不可能用于交互式通信和多方通信[1]。具有星上处理(On-Board Processing,OBP)和星上交换(On-Board Switching, OBS)功能的再生式卫星可以在任意两个或多个地面终端间建立全互联网络，因此会替代弯管式卫星，成为未来卫星通信的发展方向。

星上交换网络决定了再生式卫星的容量、吞吐率、时延等关键属性，是卫星通信中的核心组件。由于卫星信道容量有限，星上交换网络应在任何业务模型下都能提供比较高的吞吐率，以减少因重传而造成的带宽浪费；其次由于卫星通信时延较大，应尽可能减少分组在卫星内部的排队等待的时延[2]；最后，受限于宇航级芯片的容量，星上交换网络无法像地面网络设备一样，通过使用大容量缓存和提高内部速率等方法解决丢包、时延等问题。

交换网络的实现有多种方案。单级输入排队的Crossbar结构交换网络能支持较高的接口速率，因此被广泛用于Internet核心路由器。随着卫星容量的增加，单级Crossbar结构由于受到器件工艺、调度算法等的限制，已逐渐接近性能极限，因此不适于卫星通信。……