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清华大学学报(自然科学版)  2015, Vol. 55 Issue (8): 838-843    
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星载互连并行Clos网络
刘凯1,3, 晏坚2, 陆建华1
1. 清华大学 电子工程系, 北京 100084;
2. 清华大学 宇航中心, 北京 100084;
3. 清华大学 深圳研究生院, 北京 100084
Onboard interconnected parallel Clos-network
LIU Kai1,3, YAN Jian2, LU Jianhua1
1. Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2. Tsinghua Space Center, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
3. Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Beijing 100084, China
全文: PDF(1142 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 针对空间辐射环境造成的星载交换可靠性下降的问题, 提出了一种互连并行Clos(interconnected parallel Clos, IP-Clos)网络以抵抗空间辐射造成的交叉点故障和交换单元故障。IP-Clos包含多个Clos平面, 相邻Clos平面通过平面间连接进行互连。通过采用平面间连接, 每一级都存在多条路径到达下一级。理论计算表明, 相比并行Clos网络, IP-Clos网络增加了交换单元间的连接数量, 在交叉点故障和交换单元故障下具有更高的可靠性。数值分析表明, 对于同步轨道(GEO)卫星, 采用宇航级FPGAs实现的IP-Clos网络在交叉点故障下的平均失效时间大于 2.1×105 d, 在交换单元故障下的平均失效时间是6.86×103 d。
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刘凯
晏坚
陆建华
关键词 星载交换可靠性Clos网络互连多平面    
Abstract:Onboard switches in harsh space radiation environments can suffer serious reliability degradation. An interconnected parallel Clos (IP-Clos) network was developed to resist crosspoint faults and switch element faults. The IP-Clos consists of multiple Clos-network planes. Adjacent Clos-network planes are connected by inter-plane links to create multiple paths in each stage connecting to the next stage. Theoretical analyses demonstrate that the IP-Clos network has better reliability than parallel Clos networks for both crosspoint faults and switch element faults at the expense of the link overhead between switching elements. Numerical results indicate that the mean time to failure (MTTF) of an IP-Clos network in a geosynchronous orbit (GEO) satellite with space-grade field programmable gate arrays (FPGA) for crosspoint faults is more than 2.1×105 d. The MTTF for switch element faults is 6.86×103 d.
Key wordsonboard switching    reliability    Clos-network    interconnected multiple planes
收稿日期: 2015-02-05      出版日期: 2015-08-15
ZTFLH:  TN929.53  
通讯作者: 晏坚,副研究员,E-mail:yanjian_ee@tsinghua.edu.cn     E-mail: yanjian_ee@tsinghua.edu.cn
引用本文:   
刘凯, 晏坚, 陆建华. 星载互连并行Clos网络[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2015, 55(8): 838-843.
LIU Kai, YAN Jian, LU Jianhua. Onboard interconnected parallel Clos-network. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2015, 55(8): 838-843.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2015/V55/I8/838
  表1 符号表示
  图1 互连并行Clos网络
  图2 IP-Clos网络的通路图
  图3 IP-Clos网络在CPF下的可靠性
  图4 IP-Clos网络在SEF下的可靠性
  图5 IP-Clos网络的实现复杂度
[1] Farserotu J, Prasad R. A survey of future broadband multimedia satellite systems, issues and trends [J]. IEEE Communications Magazine, 2000, 38(6): 128-133.
[2] Courville N, Bischi H, Zeng J. Critical issues of onboard switching in DVB-S/RCS broadband satellite networks [J]. IEEE Wireless Communications, 2005, 12(5): 28-36.
[3] Koishi Y, Suzuki Y, Takahashi T, et al. Research and development of 40Gbps optical free space communication from satellite/airplane [C]// 2011 International Conference on Space Optical Systems and Applications (ICSOS). Santa Monica, CA, USA: IEEE Press, 2011: 88-92.
[4] Maurer R H, Fraeman M E, Martin M N, et al. Harsh environments space radiation environment effects and mitigation [J]. Johns Hopkins APL Technical Digest, 2008, 28(1): 17-29.
[5] Allen G, Swift G, Carmichael C. Virtex-4 VQ static SEU characterization summary [R/OL].[2005-01-15]. http:// ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20080018455.
[6] Wirthlin M J. FPGAs operating in a radiation environment: Lessons learned from FPGAs in space [J]. Journal of Instrumentation, 2013, 8(2), C02020.
[7] Gilderson J, Cherkaoui J. Onboard switching for ATM via satellite [J]. IEEE Communications Magazine, 1997, 35(7): 66-70.
[8] Yang Y, Wang J. A fault-tolerant rearrangeable permutation network [J]. IEEE Transactions on Computers, 2004, 53(4): 414-426.
[9] Du D, Hung Q. Switching Networks: Recent Advances [M]. Berlin, Germany: Springer, 2001.
[10] Chao H J, Park J, Artan S, et al. Trueway: a highly scalable multi-plane multi-stage buffered packet switch [C]// 2005 Workshop on High Performance Switching and Routing. Hongkong, China: IEEE Press, 2005: 246-253.
[11] Benes V E. On rearrangeable three-stage connecting networks [J]. The Bell System Technical Journal, 1962, 41(5): 1481-1492.
[1] 陈璞, 童节娟, 刘涛, 张勤昭, 王宏. 高温气冷堆主氦风机预防性维修策略研究[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(8): 1219-1225.
[2] 王伟明, 李冰, 李路明. 有源植入式医疗器械可靠性研究的特点和进展[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(5): 792-801.
[3] 张明, 王恩志, 刘耀儒, 齐文彪, 王德辉. 利用多项式混沌展开的结构可靠性分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(8): 1314-1320.
[4] 朱斌, 王立平, 吴军, 赖寒松. 面向不完全维修数控机床的可靠性建模与评估[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(5): 965-970.
[5] 米峻男, 王通, 蔡智凯, 连小珉. 双余度线控转向机系统的电流均衡余度控制[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(9): 898-905.
[6] 周长聪, 常琦, 周春苹, 赵浩东, 史壮科. 基于非概率模型的飞机襟翼故障树分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(6): 636-642.
[7] 郑宏伟, 孟广伟, 李锋, 黄涛, 郭亚明, 宣默涵. 基于最大熵方法分析轮旋压设备旋轮座可靠性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(11): 1289-1294.
[8] 张云, 于广, 王立平, 姜楠. 基于性能退化数据的数控转台单子样可靠性分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2020, 60(4): 299-305.
[9] 马智亮, 向星磊, 任远. 基于RCM方法的建筑设备维护策略定量化决策模型[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2020, 60(4): 348-356.
[10] 张云, 姜楠, 王立平. 基于Wiener过程的数控转台极小子样可靠性分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(2): 91-95.
[11] 汤莹莹, 朱志明, 杨中宇, 符平坡. TIG电弧辅助MIG焊非接触引弧的参数适应性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(5): 477-481.
[12] 白冰, 王伟明, 李青峰, 李路明. PEM老炼过程中的温度闭环控制系统[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(3): 294-298.
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