张 乐，武 杰

（中国科学技术大学 近代物理系 核探测与核电子学国家重点实验室，安徽 合肥 230026）

0 引言

在一些工业应用领域，如大规模数据采集系统，由于数据采集节点分布范围广、数据率高，从而需要在不同数据信道间进行数据交换[1]，在数据传输过程中不可避免地需要数据交换节点进行数据的接收、发送和管理。

传统传输协议（如 TCP/IP、TFTP、SCTP等）的实现方法为在底层传输介质基础上依靠复杂的CPU运算来保证数据的可靠性，在不同的CPU主频下TCP性能测试如表1所示。

表1 不同CPU千兆[2-3]及百兆[4]以太网TCP数据率

可见传统的TCP实现方案对CPU主频依赖性强，随之带来的高功耗无法满足系统低功耗的设计要求。本文在可靠数据传输协议基础上，设计了一种高速数据交换节点，在100 Mb/s和1 000 Mb/s信道之间进行数据交换和管理，在更低CPU主频（168 MHz）情况下具有信道利用率高（百兆97%以上，千兆 98%以上）、可靠、可控、低功耗等特点。

1 节点所处网络的拓扑结构

在大规模数据采集系统中数据采集节点数量大、分布范围广，在有线数字传感网络中将采集节点采集到的数据通过百兆以太网链路回传，并通过数据交换节点进行汇总通过千兆以太网链路向更高级进行传输[5]，此方向为数据通道（上行通道）。

另一方面需要对各采集节点进行控制和管理，在大规模采集系统中，为减轻中心节点的运算压力，采用分布式管理对采集节点进行控制。接收千兆以太网链路命令利用本地低功耗MCU进行分析处理，通过百兆以太网链路向下级发送，此方向为命令通道（下行通道）。……