實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò )解決方案
實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò )是用于需要較高實(shí)時(shí)性要求的應用領(lǐng)域的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)，一般采用基于高速網(wǎng)絡(luò )的共享存儲器技術(shù)實(shí)現。它除了具有嚴格的傳輸確定性和可預測性外，還具有速度高、通信協(xié)議簡(jiǎn)單、宿主機負載輕、軟硬件平臺適應性強、可靠的傳輸糾錯能力、支持中斷信號的傳輸等特點(diǎn)。
本方案選用 GE FANUC 公司的反射內存卡構建實(shí)時(shí)反射內存網(wǎng)絡(luò )。該實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )除具有一般共享內存網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)外，還具有網(wǎng)絡(luò )延遲小、技術(shù)成熟、可靠性高、集成簡(jiǎn)單、擴展方便等優(yōu)勢。
反射內存卡連接方式分為單向環(huán)形連接和星形連接兩種，單向環(huán)形網(wǎng)絡(luò )結構具有先天的“無(wú)沖突”、“全負載”、自然排序和嚴格確定傳輸延遲功能。這種網(wǎng)絡(luò )結構下，所有的節點(diǎn)無(wú)論以何種方式，同時(shí)以最大的速率突發(fā)或持續傳送數據，環(huán)形網(wǎng)絡(luò )都可以借助物理結構自然的實(shí)現無(wú)沖突的排序和傳播，不會(huì )對網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性能和傳輸性能構成任何不利影響。網(wǎng)絡(luò )一旦構成，任意兩點(diǎn)間的傳輸延遲都是嚴格確定的。不僅如此，數據發(fā)送方還能利用環(huán)形回路，實(shí)時(shí)可靠的計算傳輸延遲和接收確認，具有極高的容錯性和可靠性。但是單向環(huán)形連接方法存在一個(gè)弊病，就是傳輸時(shí)所有的板卡必須加電才可以連通工作。解決此弊病的方法是采用星形連接，通過(guò)反射內存 HUB 來(lái)旁路損壞或者掉電的板卡，構成更穩定的網(wǎng)路結構。
反射內存是一種強實(shí)時(shí)高帶寬局域網(wǎng)技術(shù)，在互連的計算機間提供高效的數據傳輸。強實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )應用領(lǐng)域已經(jīng)越來(lái)越廣泛的采用這種技術(shù)。
反射內存網(wǎng)絡(luò )在所有互連的節點(diǎn)中虛擬出一段全局共享的網(wǎng)絡(luò )內存，在分布系統中實(shí)現內存至內存的通信，因此應用程序沒(méi)有軟件開(kāi)銷(xiāo)。每臺結點(diǎn)機上插一塊反射內存卡，卡上帶有雙端口內存。每個(gè)節點(diǎn)機的各層應用軟件可以直接讀寫(xiě)反射內存卡上的內存。當數據被寫(xiě)入一臺機器的反射內存卡的內存中后，反射內存卡自動(dòng)通過(guò)光纖傳輸到所有其他連在網(wǎng)絡(luò )上的反射內存卡的內存里相應的位置，傳輸延遲只有幾百納秒。即，所有反射內存卡上的內存總是同步更新為完全相同的內容，就像虛擬出一段全局共享內存一樣。而各節點(diǎn)機在訪(fǎng)問(wèn)數據時(shí)，只要訪(fǎng)問(wèn)本地的反射內存卡內存即可，無(wú)需設備驅動(dòng)程序和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。
反射內存網(wǎng)絡(luò )具有以下主要特點(diǎn)
高速度和高性能
由于反射內存網(wǎng)絡(luò )可以大幅度的提高集群系統之間的通訊速度，因此特別適合替代傳統的 LANs 、總線(xiàn)轉發(fā)器和 DMA 不能滿(mǎn)足需求的應用。 GE FUNAC 最新推出的 5565 系列反射內存卡，其傳輸速度已達到 174M 字節 / 秒。使用光纖，不僅可以連接更多的節點(diǎn)（最大到 256 個(gè)節點(diǎn)），而且具有很高的抗沖擊、抗干擾性能。反射內存卡是完全的物理通訊，不需要任何軟件協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，這是其他局域網(wǎng)傳輸無(wú)法相比的。測試結果表明，從數據寫(xiě)入 RAM 到傳到另一個(gè)結點(diǎn)的反射內存卡上，只有不到 400 納秒的時(shí)延。
使用方便
在使用全局共享內存時(shí)，由于對內存的訪(fǎng)問(wèn)是獨占型的，所以存在仲裁問(wèn)題。而反射內存通過(guò)向每個(gè)節點(diǎn)機提供一套相同的數據備份來(lái)避免這一問(wèn)題，這使得各節點(diǎn)可以并發(fā)的訪(fǎng)問(wèn)相同的內容，不再需要考慮仲裁的問(wèn)題，訪(fǎng)問(wèn)反射內存卡的內存與訪(fǎng)問(wèn)自身的內存沒(méi)有差別。各節點(diǎn)間的數據一致性是由反射內存保證的，對應用軟件是透明的。另外，反射內存卡的安裝也十分簡(jiǎn)單，只需將反射內存卡插在機器主板的一個(gè)可用槽口上，再將各臺計算機通過(guò)光纖網(wǎng)或扁平數據線(xiàn)連接在一起就可以了。不需要額外的驅動(dòng)程序。
獨立于操作系統和處理機
反射內存卡最初是在 VME 總線(xiàn)上使用的，現在已經(jīng)可以在 PCI 、 PMC 、 Compact PCI 、等多種總線(xiàn)上使用了，這就可以將 ALPHA 、 Power PC 、 Macintosh 、奔騰等計算機通過(guò)反射內存實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )連接在一起，組成一個(gè)集群系統，而不需考慮操作系統和處理機的問(wèn)題。
這樣做的唯一問(wèn)題是 不同計算機的字節排序可能會(huì )不同，不同的機器間通訊時(shí)，需要作字節排序的轉換工作，在 GE FUNAC 的反射內存中，這一轉換由反射內存板自動(dòng)完成，不需要軟件開(kāi)銷(xiāo)。
確定的數據傳輸時(shí)間
當數據被寫(xiě)入本地的反射內存卡的內存中時(shí)，就被同時(shí)傳輸到其他相連的計算機上，沒(méi)有軟件延遲，硬件延遲固定且極小。 5565 系列反射內存卡在節點(diǎn)間傳輸數據時(shí)只需 400 納秒。這種確定的時(shí)間延遲為設計實(shí)時(shí)應用提供了有效的保證。
經(jīng)濟、高效
許多系統設計人員往往希望在較短的時(shí)間內，花費盡量少的開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現一個(gè)集群系統，而大部分時(shí)間和開(kāi)銷(xiāo)有花費在系統互連的軟件和硬件上。在這種情況下，反射內存卡是一種非常好的選擇。首先，反射內存卡的數據傳輸速率是非常吸引人的，而且不需要象以太網(wǎng)樣需要多層協(xié)議。其次，反射內存卡使用簡(jiǎn)單，不需要開(kāi)發(fā)額外的通訊軟件，這有利于提高系統的可靠性，另外，也節省了軟件的開(kāi)發(fā)費用。
