本發(fā)明涉及航空電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)演算評(píng)估，是基于信用量的整形方式(cbs)網(wǎng)絡(luò)演算系統(tǒng)評(píng)估技術(shù)，更特別地說(shuō)，是指一種適用于航電網(wǎng)絡(luò)的克服流量自鎖的cbs網(wǎng)絡(luò)演算評(píng)估方法。該方法用于克服航電網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)演算及cbs過(guò)程中流量路徑重疊導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)自鎖問(wèn)題。

背景技術(shù)：

1、航空電子系統(tǒng)的范疇包括支持飛機(jī)完成其任務(wù)使命的所有與電子學(xué)相關(guān)的系統(tǒng)和設(shè)備。早期的航空電子主要涉及支持飛機(jī)起飛、著陸、引導(dǎo)與導(dǎo)航的系統(tǒng)，以及飛機(jī)成員與地面聯(lián)系的通信系統(tǒng)。隨著航空技術(shù)的發(fā)展和成熟，飛機(jī)逐步承擔(dān)了運(yùn)輸、偵察、預(yù)警、空戰(zhàn)、打擊等諸多任務(wù)。為了提高這些任務(wù)能力，通信、導(dǎo)航系統(tǒng)不斷增強(qiáng)和完善，機(jī)載目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別也得到發(fā)展。電子計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的應(yīng)用使得傳統(tǒng)的機(jī)械連桿操縱過(guò)渡到電傳操縱飛行，機(jī)載火力控制及外掛武器的管理也經(jīng)歷了機(jī)械向電控的過(guò)渡，使得飛行控制系統(tǒng)、火力控制及外掛管理系統(tǒng)等也成為航空電子一個(gè)重要的組成部分。作為航空電子系統(tǒng)主要支撐技術(shù)之一的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在伴隨著體系架構(gòu)發(fā)展的同時(shí)，自身也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并成為航空電子系統(tǒng)架構(gòu)代際演化的重要標(biāo)志。在現(xiàn)代的航空電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，航空電子綜合技術(shù)是飛機(jī)電子系統(tǒng)有效綜合的手段它以信息理論與先進(jìn)電子技術(shù)為基礎(chǔ)，采用系統(tǒng)工程的方法，在飛機(jī)物理結(jié)構(gòu)空間中將探測(cè)、通信、導(dǎo)航、識(shí)別、電子戰(zhàn)、任務(wù)管理、飛行和火力控制等功能及相應(yīng)的電子設(shè)備，通過(guò)機(jī)載網(wǎng)絡(luò)和軟件等技術(shù)組合成為一個(gè)有機(jī)的整體(參見(jiàn)圖1所示)，以達(dá)到系統(tǒng)資源高度共享和整體效能大幅提高的目的，同時(shí)使得系統(tǒng)性能、可用性和生命周期成本相互平衡。

2、機(jī)載網(wǎng)絡(luò)(airborne?network)中許多流量都有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求，為了確定設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驼纹髋渲媚芊駶M足要求，需要對(duì)流量最壞情況下的端到端延遲進(jìn)行分析評(píng)估，從而為機(jī)載設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，提供參考與依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)演算(network?calculus)是常用的評(píng)估方式之一，但在使用網(wǎng)絡(luò)演算評(píng)估網(wǎng)絡(luò)通信性能時(shí)可能會(huì)遇到流量路徑重疊導(dǎo)致的自鎖問(wèn)題。

3、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(time-sensitive?networking，tsn)是ieee在繼承了音視頻橋接(avb)網(wǎng)絡(luò)中音視頻流量實(shí)時(shí)傳輸方案的基礎(chǔ)上，用于進(jìn)一步擴(kuò)展確定性以太網(wǎng)的應(yīng)用需求和適用范圍的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。tsn致力于在網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層提供一種通用的時(shí)間敏感機(jī)制，用于解決具有不同服務(wù)質(zhì)量需求的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行混合傳輸時(shí)的時(shí)間確定性保證問(wèn)題。tsn網(wǎng)絡(luò)常用的整形方式是流量整形(credit-based?shaping，cbs)。這是avb時(shí)代定義的經(jīng)典調(diào)度方法，參見(jiàn)圖2所示的不同流量的排隊(duì)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。它和單速令牌桶(single-ratetoken-bucket)機(jī)制有點(diǎn)像，受到cbs整形的隊(duì)列，如果想調(diào)度報(bào)文，則以恒定速率(sendslope)降低；當(dāng)且僅當(dāng)信用量(credit)非負(fù)時(shí)，報(bào)文可以通過(guò)cbs整形器；當(dāng)credit為負(fù)，或隊(duì)列中報(bào)文積壓時(shí)，credit以恒定速率(idleslope)增長(zhǎng)；當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，credit清零。cbs的效果是在為特定隊(duì)列提供等同于速率的帶寬的同時(shí)，盡可能的“打散”報(bào)文，使得低優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列也能獲得一定的傳輸機(jī)會(huì)。

4、在協(xié)議識(shí)別標(biāo)簽(tag?protocol?identifier)為0x8100，標(biāo)識(shí)以太網(wǎng)支持802.1q標(biāo)簽，可以提供vlan和qos服務(wù)；3位pcp(priority?code?point)碼定義了8個(gè)優(yōu)先級(jí)：0級(jí)最低，用于傳統(tǒng)的盡力傳輸?shù)牧髁浚?級(jí)最高，可用于關(guān)鍵路由或網(wǎng)管功能(流量類型等級(jí)劃分參考2022年1月第39卷第1期《微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)》公開(kāi)的“時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)流量整形技術(shù)綜述”，作者：張磊，王盼盼)。tsn網(wǎng)絡(luò)會(huì)通過(guò)優(yōu)先級(jí)來(lái)區(qū)分網(wǎng)絡(luò)流量的重要程度，并根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行流量調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)配置。

5、在多種類型流量(traffic?class)對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了不同的服務(wù)質(zhì)量需求，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)總需要在有限的網(wǎng)絡(luò)資源下為多種類型的流量傳輸提供網(wǎng)絡(luò)性能的實(shí)時(shí)性保證。針對(duì)每種類型的流量，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)演算的方法，對(duì)流量在沿途節(jié)點(diǎn)的到達(dá)曲線和服務(wù)曲線建模，通過(guò)測(cè)量?jī)汕€的最大水平截距，可以計(jì)算出流量的延時(shí)邊界，從而用于設(shè)計(jì)上的匹配優(yōu)化與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)效率的提升，使得在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)獲得保證的前提下實(shí)現(xiàn)投入資源成本與結(jié)果的最大化能效。

6、為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種航電網(wǎng)絡(luò)中的克服流量自鎖的cbs網(wǎng)絡(luò)演算評(píng)估方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決cbs網(wǎng)絡(luò)演算中流量路徑重疊導(dǎo)致的自鎖問(wèn)題，本發(fā)明采用網(wǎng)絡(luò)演算方法對(duì)cbs網(wǎng)絡(luò)的流量通信性能進(jìn)行評(píng)估，使用到達(dá)曲線模型和服務(wù)曲線模型來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)中的通信行為，并針對(duì)使用網(wǎng)絡(luò)演算評(píng)估網(wǎng)絡(luò)通信性能時(shí)可能會(huì)遇到的流量路徑重疊導(dǎo)致的自鎖問(wèn)題，通過(guò)在自鎖端口處使用流量在前一節(jié)點(diǎn)端口處的整形曲線來(lái)替代流量的到達(dá)曲線，從而克服自鎖問(wèn)題，最后分別計(jì)算各類型流量的最大延遲值。具體來(lái)說(shuō)，針對(duì)自鎖問(wèn)題的分析，本發(fā)明提出了基于流量路徑比對(duì)來(lái)分析尋找網(wǎng)絡(luò)中自鎖節(jié)點(diǎn)端口的方法；本發(fā)明使用流量在前一節(jié)點(diǎn)端口處的整形曲線替代流量的到達(dá)曲線，從而克服自鎖問(wèn)題，使用網(wǎng)絡(luò)演算方法分析出流量的端到端延遲邊界。通過(guò)本發(fā)明的方法，可以增強(qiáng)航電網(wǎng)絡(luò)使用網(wǎng)絡(luò)演算方法對(duì)cbs整形機(jī)制下的流量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估的可行性和有效性。

2、另外，本發(fā)明方法考慮cbs機(jī)制下整形曲線同樣是流量傳輸?shù)纳线吔?，與到達(dá)曲線能夠做到等效替換，且流量在每個(gè)輸出端口的整形曲線只與該端口的配置有關(guān)，與流量路徑上的其他節(jié)點(diǎn)和端口無(wú)關(guān)，因此不受自鎖問(wèn)題影響，因此使用整形曲線代替流量的到達(dá)曲線，從而克服了cbs網(wǎng)絡(luò)演算中流量路徑重疊導(dǎo)致的自鎖問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行評(píng)估。

3、第三方面，本發(fā)明從信用量整形機(jī)制下時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)演算過(guò)程出發(fā)，提出了一種使用整形曲線代替部分因自鎖而難以計(jì)算的到達(dá)曲線從而克服自鎖問(wèn)題對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估的方法。

4、本發(fā)明的一種解決cbs網(wǎng)絡(luò)演算中流量路徑重疊導(dǎo)致的航電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自鎖問(wèn)題方法，是對(duì)航空電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)演算評(píng)估；其包括有下列步驟：

5、步驟一，獲取航電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、及各節(jié)點(diǎn)的流量信息，并尋找自鎖端口與流量；

6、步驟101，獲取航電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及各節(jié)點(diǎn)；

7、步驟102，流量標(biāo)記；

8、步驟103，分析尋找存在自鎖問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)端口；

9、步驟103a，將所有流量的流量路徑轉(zhuǎn)化為有向連邊的組合；

10、步驟103b，找到路徑中具備至少兩個(gè)相同有向連邊的流量組合；

11、步驟二，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的綜合流量特征；

12、步驟三，計(jì)算流量路徑上每個(gè)節(jié)點(diǎn)中每種類型流量的延遲值和突發(fā)度；

13、步驟301，判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為首個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出端口；

14、步驟302，計(jì)算當(dāng)前輸出端口處各類型流量的綜合突發(fā)度；

15、步驟303，構(gòu)建流量到達(dá)曲線和節(jié)點(diǎn)服務(wù)曲線；

16、步驟304，計(jì)算各類型流量節(jié)點(diǎn)輸出端口的最大延遲；

17、步驟305，計(jì)算流量在下一跳節(jié)點(diǎn)輸出端口的最大突發(fā)度；

18、步驟306，判斷所有節(jié)點(diǎn)所有類型流量是否完成延遲計(jì)算；

19、步驟四：計(jì)算流量端到端延遲。

20、本發(fā)明方法達(dá)到的技術(shù)效果在于：

21、①本發(fā)明根據(jù)cbs網(wǎng)絡(luò)演算中自鎖問(wèn)題的形成原因，提出了基于流量路徑比對(duì)分析尋找網(wǎng)絡(luò)中自鎖節(jié)點(diǎn)端口與流量的方法。

22、②本發(fā)明針對(duì)cbs網(wǎng)絡(luò)演算中的自鎖問(wèn)題，提出了使用流量在前一節(jié)點(diǎn)端口處的整形曲線來(lái)替代流量的到達(dá)曲線，從而克服了自鎖問(wèn)題，增強(qiáng)使用網(wǎng)絡(luò)演算方法對(duì)cbs整形機(jī)制下的流量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估的可行性和有效性。

23、③本發(fā)明的計(jì)算過(guò)程中引用流量自身攜帶信息，未添加外部數(shù)據(jù)資源，能夠降低計(jì)算量，提高了網(wǎng)絡(luò)演算的響應(yīng)速度。

24、④本發(fā)明的計(jì)算過(guò)程對(duì)流量類型的數(shù)量不敏感，能夠支持優(yōu)先級(jí)0～7范圍內(nèi)任意類型數(shù)量和任意流量數(shù)量下的網(wǎng)絡(luò)通信性能評(píng)估。