1. 研究背景与目的

• 背景：航空电子网络对数据交换调度算法提出了高带宽和低延迟的要求。时间触发光纤通道（TTFC）网络结合了时间触发以太网（TTE）与光纤通道（FC）的优势，成为航空电子网络的首选。

• 目的：解决现有光纤通道交换机调度算法无法同时满足高吞吐率和低延时性能的问题。

2. 提出的算法

• 算法名称：基于时间触发光纤通道的队列比例抽样（lp-QPS）算法。

• 核心机制：

• 长队列优先：对长度超过门限阈值ML的VOQ队列进行优先匹配。

• 队列比例抽样：对其余队列采用队列比例抽样的方法进行循环匹配调度，优先服务队列比例抽样值最大的队列；若最大值不唯一，则选择最长队列对应的输入端口。

3. 算法原理与执行过程

• 原理：

• 获取每个VOQ的队列长度L及其占所在输入端口所有VOQ总长度之比R。

• 设置门限阈值ML，对超过ML的队列优先匹配。

• 对剩余队列采用队列比例抽样进行调度。

• 执行过程：

1. 请求：未匹配的输入端口向非空VOQ对应的输出端口发送请求信号。

2. 判断：输出端口对达到ML的队列优先响应。

3. 授权：输出端口对最大队列比例抽样的输入端口授权。

4. 接受：输入端口选择最长VOQ对应的输出端口进行接受。

4. 仿真平台与流量模型

• 仿真平台：采用模块化设计，包括流量模块、统计模块、IQ模块、交换结构模块、调度算法模块、数据收集及分析模块。

• 流量模型：使用Bernoulli到达过程和突发到达过程，以及均匀流量分布、强对角流量分布、弱对角流量分布、热点流量分布四种模型，共构建8种流量模型进行仿真测试。

5. 实验结果与性能分析

• 吞吐率：在8种业务流下，lp-QPS算法均能获得100%的吞吐率。

• 延时性能：

• Bernoulli到达过程：在高负载条件下，lp-QPS算法的平均延时最低，性能优于其他算法。

• 突发到达过程：在强对角流量和弱对角流量下，lp-QPS算法的延时性能明显优于其他算法。

• 公平性：通过公平性指数（FI）评价，lp-QPS算法在多种流量模型下均表现出较高的公平性。

6. 结论

• lp-QPS算法在非均匀业务流量下能够有效提升光纤通道交换机的吞吐率和延时性能，并提供更优的公平性。

• 该算法为实际光纤通道交换机的性能提升提供了重要参考价值。