一種計算afdx網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)積壓的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及AFDX(Avionic Full-Duplex Switched Ethernet)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)分析技 術(shù)，特別涉及AFDX網(wǎng)絡(luò)確定性分析過程中一種計算AFDX網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)積壓的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] AFDX是適用于航電系統(tǒng)信息傳輸?shù)拇_定性飛機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)路總線系統(tǒng)。AFDX在以太 網(wǎng)基礎(chǔ)上增加了確定性定時機(jī)制和可靠的信息傳輸機(jī)制以適應(yīng)航電應(yīng)用，確定性定時機(jī)制 通過具有有限帶寬和幀傳輸間隔的虛擬鏈路技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可靠的信息傳輸則通過幀管理機(jī)制 實(shí)現(xiàn)，包括信息的冗余傳輸和完整性檢查。航電系統(tǒng)的確定性表示系統(tǒng)的狀態(tài)是可以預(yù)測 的，即知道系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)和變迀準(zhǔn)則就可以預(yù)計系統(tǒng)的行為。確定性總是跟安全性分析 相關(guān)的。為了飛機(jī)的安全，確定性的要求適用于飛機(jī)的各個系統(tǒng)級別。對于數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)， 數(shù)據(jù)通訊必須通過網(wǎng)絡(luò)分析要求保證確定性。
[0003] 網(wǎng)絡(luò)演算是一個網(wǎng)絡(luò)確定性排隊(duì)理論，是AFDX網(wǎng)絡(luò)確定性分析的理論基礎(chǔ)。AFDX 網(wǎng)絡(luò)確定性分析需要基于網(wǎng)絡(luò)演算理論計算最壞情況下網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)难舆t、抖動和積 壓等。網(wǎng)絡(luò)演算由L. Cruz在1991年提出，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，尤其是Agrawal、Le Boudec 等人對服務(wù)曲線、最小加代數(shù)和類卷積概念的提出，使得網(wǎng)絡(luò)演算已經(jīng)成為了一個基礎(chǔ)完 備、應(yīng)用廣泛、體系龐大的理論。
[0004] C.Fraboul和J.Grieu等人最早把網(wǎng)絡(luò)演算的基本理論應(yīng)用于AFDX網(wǎng)絡(luò)，提出了 比較完整的模型和算法。其中最重要的兩個參數(shù)就是數(shù)據(jù)延遲和數(shù)據(jù)積壓。在工程實(shí)際中， 網(wǎng)絡(luò)允許的最大數(shù)據(jù)積壓以幀數(shù)為單位進(jìn)行配置，因此網(wǎng)絡(luò)分析中需要計算出網(wǎng)絡(luò)傳輸過 程中交換機(jī)內(nèi)部每個優(yōu)先級積壓的幀數(shù)的上界?，F(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型及其算法在計算數(shù)據(jù)積壓 幀數(shù)上界的時，以字節(jié)為單位，且假定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)積壓的所有幀為該優(yōu)先級內(nèi)所有的虛擬 鏈路（VL，VirtualLink)的最大幀長（MaxFrameSize)的最大值。這種計算方法過于粗 糙，計算結(jié)果比較悲觀，往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)際數(shù)據(jù)積壓上界。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的AFDX網(wǎng)絡(luò)分析建模的數(shù)據(jù)積壓的幀數(shù)計算方法，本發(fā)明提供了 一種計算AFDX網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)積壓的方法，得到AFDX網(wǎng)絡(luò)中更低的數(shù)據(jù)積壓上界，為網(wǎng)絡(luò)資源 分配提供更可靠的理論依據(jù)和更大的配置數(shù)據(jù)優(yōu)化空間，更有效地保證AFDX網(wǎng)絡(luò)的確定 性。
[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種計算AFDX網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)積壓的方法，包含以下步驟：
[0008] 步驟一、將AFDX網(wǎng)絡(luò)按照優(yōu)先級分為不同的子網(wǎng)，針對各子網(wǎng)獨(dú)立進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分 析，計算出各虛擬鏈路在每一個交換機(jī)內(nèi)部緩沖出口位置的到達(dá)曲線和服務(wù)曲線：
[0009] A)計算各子網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)的到達(dá)曲線：
[0010] a (t) = 〇 + p t,
[0011] 其中，為O突發(fā)度，P為發(fā)送速率；
[0012] B)計算各子網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)曲線：
[0013] PR，T(t) =R[t_T]+，
[0014] 其中R為服務(wù)速率，T為服務(wù)延遲，符號[x]+表示：如果x彡0則該值等于x，否 則該值為0。
[0015] 步驟二、由到達(dá)曲線和服務(wù)曲線計算由于排隊(duì)造成的數(shù)據(jù)延遲D1，計算公式為：
[0016] Di=supt^〇{infT {a(t) ^P(t+x)}}
[0017] 步驟三、本發(fā)明中不用最大橫向距離來計算數(shù)據(jù)積壓上界，而是用數(shù)據(jù)延遲的上 界來計算數(shù)據(jù)積壓的幀數(shù)上界。根據(jù)數(shù)據(jù)延遲D1計算出各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)積壓：
[0018]
[0019] 其中：T技術(shù)延遲為每個點(diǎn)的技術(shù)延遲上界，一般T技術(shù)延遲=50ys，T_為從整形到 從發(fā)動終端輸出的技術(shù)延遲。
【附圖說明】
[0020] 圖1是實(shí)施例中子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0021] 圖2是實(shí)施例中到達(dá)曲線示意圖；
[0022] 圖3是實(shí)施例中服務(wù)曲線示意圖；
[0023] 圖4是實(shí)施例中最壞情況下數(shù)據(jù)延遲示意圖；
[0024] 圖5是本發(fā)明的流程不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 在以往的方法中，數(shù)據(jù)延遲和數(shù)據(jù)積壓是在得到到達(dá)曲線和服務(wù)曲線后，取橫向 最大距離計算數(shù)據(jù)延遲上界，取縱向最大距離計算數(shù)據(jù)積壓上界，數(shù)據(jù)延遲和數(shù)據(jù)積壓是 分開并行計算的。本發(fā)明中不用最大橫向距離來計算數(shù)據(jù)積壓上界，而是用數(shù)據(jù)延遲的上 界來計算數(shù)據(jù)積壓的幀數(shù)上界。
[0026] 由于AFDX網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)發(fā)送的周期性，在一定的時間周期內(nèi)，從發(fā)送終端發(fā)送出的 幀數(shù)是有上界的，本發(fā)明依照每條VL的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的逗留時間來計算網(wǎng)絡(luò)或者某個節(jié) 點(diǎn)的數(shù)據(jù)積壓。
[0027] 如圖5所示，本發(fā)明的實(shí)施流程如下：
[0028] 步驟一、分區(qū)后求到達(dá)曲線和服務(wù)曲線。
[0029] 網(wǎng)絡(luò)分區(qū)：
[0030] 首先需要將網(wǎng)絡(luò)按照優(yōu)先級分為不同的子網(wǎng)，針對各子網(wǎng)獨(dú)立進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析計 算。即對于多優(yōu)先級AFDX網(wǎng)絡(luò)，需將AFDX網(wǎng)絡(luò)按照優(yōu)先級劃分為多個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)只包 含同優(yōu)先級的VL。圖1為某優(yōu)先級子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。其中i表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（交換機(jī) 的每一個出口都有一個緩沖區(qū)，每個緩沖區(qū)為一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)）。
[0031] 例如，一個A、B網(wǎng)冗余的AFDX網(wǎng)絡(luò)中有高⑶、低（L)兩個優(yōu)先級的VL，則可分為 四個子網(wǎng)：
[0032] N(H，A):包含所有通過A網(wǎng)的高優(yōu)先級VL;
[0033] N(H，B):包含所有通過B網(wǎng)的高優(yōu)先級VL;
[0034] N(L，A):包含所有通過A網(wǎng)的低優(yōu)先級VL;
[0035] N(L，B):包含所有通過A網(wǎng)的低優(yōu)先級VL;
[0036] 計算子網(wǎng)中數(shù)據(jù)積壓前，需要先計算該子網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)的到達(dá)曲線、服務(wù)曲線和數(shù)據(jù) 延遲。
[0037] 到達(dá)曲線：
[0038] VL作為AFDX網(wǎng)絡(luò)中的基本的數(shù)據(jù)傳輸通道，終端通過控制每條VL中數(shù)據(jù)幀的最 大幀長Sniax和發(fā)送間隔BAG來控制信息的發(fā)送，按照整形的漏桶模型，可得到VL的到達(dá)曲 線：
[0039] a(t) = 〇 +Pt
[0040] 其中為〇突發(fā)度，P為發(fā)送速率。到達(dá)曲線示意圖如圖2所示。
[0041] 服務(wù)曲線：
[0042] -個基本的服務(wù)曲線模型稱作速率延遲服務(wù)曲線，如下所示：
[0043] PR,T(t) =R[t_T] +
[0044] 其中R為服務(wù)速率，T為服務(wù)延遲，符號[x]+表示：如果x彡0則該值等于x，否 則該值為0。
[0045] 服務(wù)曲線示意圖如圖3所示。
[0046] 步驟二、基于網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)算理論計算出每一個虛擬鏈路的數(shù)據(jù)延遲。
[0047] 通過基于網(wǎng)絡(luò)演算理論的網(wǎng)絡(luò)分析，能夠計算出各VL在每一個交換機(jī)內(nèi)部由于 排隊(duì)造成的數(shù)據(jù)延遲，我們把這個參數(shù)記為Di。
[0048] 假定一個數(shù)據(jù)流進(jìn)入某個緩沖節(jié)點(diǎn)，該數(shù)據(jù)流的到達(dá)曲線為a(t)，服務(wù)曲線為 0 (t)。貝IJ該緩沖節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)據(jù)延遲D1 (單位:ms)為a⑴和P⑴之間的最大橫向距 離，如圖4所示。則有如下公式：
[0049] Di=supt>〇{infT >。{a⑴彡P(guān)(t+T)}}。
[0050] 步驟三、在數(shù)據(jù)延遲的基礎(chǔ)上計算數(shù)據(jù)積壓。
[0051] 1、每條VL都是從發(fā)送終端整形器開始遵循其發(fā)送周期，因此從該點(diǎn)開始計時，假 定從整形到從發(fā)動終端輸出的技術(shù)延遲為，則每條￥1^在從發(fā)送終端整形器到某個節(jié) 點(diǎn)m發(fā)送前的延遲上界為：
[0052]
[0053] 說明：
[0054] (a)集合A包含從發(fā)送終端開始，VLJft著其分路徑到達(dá)節(jié)點(diǎn)m所經(jīng)過的所有節(jié)點(diǎn) 構(gòu)成的集合（包含節(jié)點(diǎn)m)。
[0055] (b)發(fā)送時間超過這個時間的幀都不在節(jié)點(diǎn)m的緩沖區(qū)內(nèi)。
[0056](c)T^7m遲=50ys，為每個節(jié)點(diǎn)的技術(shù)延遲上界。
[0057] 2、AFDX網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)幀按照最小帶寬間隔（BAG)周期性發(fā)送，則每條VL1^IisJ 時間內(nèi)發(fā)送的幀數(shù)上界為：
[0058]
[0059] 也是節(jié)點(diǎn)m的數(shù)據(jù)積壓，屬于VLk的幀數(shù)上界，該結(jié)果可進(jìn)一步優(yōu)化。
[0060] 用集合B表示從發(fā)送終端開始，VLJft著其分路徑到達(dá)節(jié)點(diǎn)m的前一個節(jié)點(diǎn)所經(jīng)過 的所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合（不包含節(jié)點(diǎn)m)。
[0061] 則有如下基本公式：
[0062] (a)m點(diǎn)的數(shù)據(jù)積壓=集合A的數(shù)據(jù)積壓-集合B的數(shù)據(jù)積壓；
[0063] (b)m點(diǎn)的數(shù)據(jù)積壓上界=集合A的數(shù)據(jù)積壓上界-集合B的數(shù)據(jù)積壓下屆
[0064] 并非所有的數(shù)據(jù)幀都在節(jié)點(diǎn)i處積壓，在VLk路徑上的所有節(jié)點(diǎn)都會積壓，下面計 算在此之前的節(jié)點(diǎn)處最小積壓。
[0065] 假定在進(jìn)入節(jié)點(diǎn)Nni之前的節(jié)點(diǎn)沒有排隊(duì)，僅僅存在技術(shù)延遲。由于
[0066]
[0067] 在該時間內(nèi)的總技術(shù)延遲小于VL1J^-個發(fā)送周期，可積壓的最小幀數(shù)為0。這說 明在ivVi, 時間間隔內(nèi)，在節(jié)點(diǎn)m之前的路徑上，集合B積壓的下界為0。
[0068] 因此，-Kjtsw就為節(jié)點(diǎn)Nni積壓的屬于VLk的幀的幀數(shù)上界。
[0069] 3、以上計算都是針對一個VLk而言的，若經(jīng)過節(jié)點(diǎn)m的VL有多個，那么節(jié)點(diǎn)m積 壓的所有幀數(shù)的上界瓦：為：
[0070]
[0071] 4、綜合以上1、2、3的公式，即可得到計算AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)數(shù)據(jù)積壓的計算方法：
[0072]
[0073] 可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā) 明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保 護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種計算AFDX網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)積壓的方法，包含以下步驟： 步驟一、將AFDX網(wǎng)絡(luò)按照優(yōu)先級分為不同的子網(wǎng)，針對各子網(wǎng)獨(dú)立進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，對 于每一個子網(wǎng)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)算的方法計算出每一個虛擬鏈路的到達(dá)曲線和服務(wù)曲線； 步驟二、進(jìn)而計算出各虛擬鏈路在每一個交換機(jī)內(nèi)部由于排隊(duì)造成的數(shù)據(jù)延遲D1; 步驟三、根據(jù)數(shù)據(jù)延遲D1計算出各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)積壓：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種計算AFDX網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)積壓的方法，包含以下步驟：步驟一、將AFDX網(wǎng)絡(luò)按照優(yōu)先級分為不同的子網(wǎng)，針對各子網(wǎng)獨(dú)立進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，計算出各虛擬鏈路的到達(dá)曲線和服務(wù)曲線。步驟二、計算出在每一個交換機(jī)內(nèi)部由于排隊(duì)造成的數(shù)據(jù)延遲Di；步驟三、根據(jù)數(shù)據(jù)延遲Di計算出各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)積壓。通過本發(fā)明得到AFDX網(wǎng)絡(luò)中更低的數(shù)據(jù)積壓上界，為網(wǎng)絡(luò)資源分配提供更可靠的理論依據(jù)和更大的配置數(shù)據(jù)優(yōu)化空間，更有效地保證AFDX網(wǎng)絡(luò)的確定性。
【IPC分類】H04L12/24
【公開號】CN105162612
【申請?zhí)枴緾N201510336533
【發(fā)明人】盛春玲, 羅海, 付佩, 繆萬勝, 谷青范
【申請人】中國航空無線電電子研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年6月17日