一種計算afdx網絡中數據積壓的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及AFDX(Avionic Full-Duplex Switched Ethernet)交換機網絡分析技 術，特別涉及AFDX網絡確定性分析過程中一種計算AFDX網絡中數據積壓的方法。
【背景技術】
[0002] AFDX是適用于航電系統信息傳輸的確定性飛機數據網路總線系統。AFDX在以太 網基礎上增加了確定性定時機制和可靠的信息傳輸機制以適應航電應用，確定性定時機制 通過具有有限帶寬和幀傳輸間隔的虛擬鏈路技術實現，可靠的信息傳輸則通過幀管理機制 實現，包括信息的冗余傳輸和完整性檢查。航電系統的確定性表示系統的狀態是可以預測 的，即知道系統的當前狀態和變迀準則就可以預計系統的行為。確定性總是跟安全性分析 相關的。為了飛機的安全，確定性的要求適用于飛機的各個系統級別。對于數據通訊系統， 數據通訊必須通過網絡分析要求保證確定性。
[0003] 網絡演算是一個網絡確定性排隊理論，是AFDX網絡確定性分析的理論基礎。AFDX 網絡確定性分析需要基于網絡演算理論計算最壞情況下網絡中信息傳輸的延遲、抖動和積 壓等。網絡演算由L. Cruz在1991年提出，經過二十幾年的發展，尤其是Agrawal、Le Boudec 等人對服務曲線、最小加代數和類卷積概念的提出，使得網絡演算已經成為了一個基礎完 備、應用廣泛、體系龐大的理論。
[0004] C.Fraboul和J.Grieu等人最早把網絡演算的基本理論應用于AFDX網絡，提出了 比較完整的模型和算法。其中最重要的兩個參數就是數據延遲和數據積壓。在工程實際中， 網絡允許的最大數據積壓以幀數為單位進行配置，因此網絡分析中需要計算出網絡傳輸過 程中交換機內部每個優先級積壓的幀數的上界。現有的數學模型及其算法在計算數據積壓 幀數上界的時，以字節為單位，且假定數據緩沖區積壓的所有幀為該優先級內所有的虛擬 鏈路（VL，VirtualLink)的最大幀長（MaxFrameSize)的最大值。這種計算方法過于粗 糙，計算結果比較悲觀，往往遠遠超出實際數據積壓上界。

【發明內容】

[0005] 為了實現更優的AFDX網絡分析建模的數據積壓的幀數計算方法，本發明提供了 一種計算AFDX網絡中數據積壓的方法，得到AFDX網絡中更低的數據積壓上界，為網絡資源 分配提供更可靠的理論依據和更大的配置數據優化空間，更有效地保證AFDX網絡的確定 性。
[0006] 本發明的發明目的通過以下技術方案實現：
[0007] -種計算AFDX網絡中數據積壓的方法，包含以下步驟：
[0008] 步驟一、將AFDX網絡按照優先級分為不同的子網，針對各子網獨立進行網絡分 析，計算出各虛擬鏈路在每一個交換機內部緩沖出口位置的到達曲線和服務曲線：
[0009] A)計算各子網中網絡的到達曲線：
[0010] a (t) = 〇 + p t,
[0011] 其中，為O突發度，P為發送速率；
[0012] B)計算各子網中網絡的服務曲線：
[0013] PR，T(t) =R[t_T]+，
[0014] 其中R為服務速率，T為服務延遲，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、由到達曲線和服務曲線計算由于排隊造成的數據延遲D1，計算公式為：
[0016] Di=supt^〇{infT {a(t) ^P(t+x)}}
[0017] 步驟三、本發明中不用最大橫向距離來計算數據積壓上界，而是用數據延遲的上 界來計算數據積壓的幀數上界。根據數據延遲D1計算出各節點的數據積壓：
[0018]
[0019] 其中：T技術延遲為每個點的技術延遲上界，一般T技術延遲=50ys，T_為從整形到 從發動終端輸出的技術延遲。
【附圖說明】
[0020] 圖1是實施例中子網網絡拓撲結構；
[0021] 圖2是實施例中到達曲線示意圖；
[0022] 圖3是實施例中服務曲線示意圖；
[0023] 圖4是實施例中最壞情況下數據延遲示意圖；
[0024] 圖5是本發明的流程不意圖。
【具體實施方式】
[0025] 在以往的方法中，數據延遲和數據積壓是在得到到達曲線和服務曲線后，取橫向 最大距離計算數據延遲上界，取縱向最大距離計算數據積壓上界，數據延遲和數據積壓是 分開并行計算的。本發明中不用最大橫向距離來計算數據積壓上界，而是用數據延遲的上 界來計算數據積壓的幀數上界。
[0026] 由于AFDX網絡中數據發送的周期性，在一定的時間周期內，從發送終端發送出的 幀數是有上界的，本發明依照每條VL的數據在網絡中的逗留時間來計算網絡或者某個節 點的數據積壓。
[0027] 如圖5所示，本發明的實施流程如下：
[0028] 步驟一、分區后求到達曲線和服務曲線。
[0029] 網絡分區：
[0030] 首先需要將網絡按照優先級分為不同的子網，針對各子網獨立進行網絡分析計 算。即對于多優先級AFDX網絡，需將AFDX網絡按照優先級劃分為多個子網，每個子網只包 含同優先級的VL。圖1為某優先級子網的網絡拓撲結構圖。其中i表示網絡節點（交換機 的每一個出口都有一個緩沖區，每個緩沖區為一個網絡節點）。
[0031] 例如，一個A、B網冗余的AFDX網絡中有高⑶、低（L)兩個優先級的VL，則可分為 四個子網：
[0032] N(H，A):包含所有通過A網的高優先級VL;
[0033] N(H，B):包含所有通過B網的高優先級VL;
[0034] N(L，A):包含所有通過A網的低優先級VL;
[0035] N(L，B):包含所有通過A網的低優先級VL;
[0036] 計算子網中數據積壓前，需要先計算該子網中網絡的到達曲線、服務曲線和數據 延遲。
[0037] 到達曲線：
[0038] VL作為AFDX網絡中的基本的數據傳輸通道，終端通過控制每條VL中數據幀的最 大幀長Sniax和發送間隔BAG來控制信息的發送，按照整形的漏桶模型，可得到VL的到達曲 線：
[0039] a(t) = 〇 +Pt
[0040] 其中為〇突發度，P為發送速率。到達曲線示意圖如圖2所示。
[0041] 服務曲線：
[0042] -個基本的服務曲線模型稱作速率延遲服務曲線，如下所示：
[0043] PR,T(t) =R[t_T] +
[0044] 其中R為服務速率，T為服務延遲，符號[x]+表示：如果x彡0則該值等于x，否 則該值為0。
[0045] 服務曲線示意圖如圖3所示。
[0046] 步驟二、基于網絡驗算理論計算出每一個虛擬鏈路的數據延遲。
[0047] 通過基于網絡演算理論的網絡分析，能夠計算出各VL在每一個交換機內部由于 排隊造成的數據延遲，我們把這個參數記為Di。
[0048] 假定一個數據流進入某個緩沖節點，該數據流的到達曲線為a(t)，服務曲線為 0 (t)。貝IJ該緩沖節點的最大數據延遲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(t+T)}}。
[0050] 步驟三、在數據延遲的基礎上計算數據積壓。
[0051] 1、每條VL都是從發送終端整形器開始遵循其發送周期，因此從該點開始計時，假 定從整形到從發動終端輸出的技術延遲為，則每條￥1^在從發送終端整形器到某個節 點m發送前的延遲上界為：
[0052]
[0053] 說明：
[0054] (a)集合A包含從發送終端開始，VLJft著其分路徑到達節點m所經過的所有節點 構成的集合（包含節點m)。
[0055] (b)發送時間超過這個時間的幀都不在節點m的緩沖區內。
[0056](c)T^7m遲=50ys，為每個節點的技術延遲上界。
[0057] 2、AFDX網絡中數據幀按照最小帶寬間隔（BAG)周期性發送，則每條VL1^IisJ 時間內發送的幀數上界為：
[0058]
[0059] 也是節點m的數據積壓，屬于VLk的幀數上界，該結果可進一步優化。
[0060] 用集合B表示從發送終端開始，VLJft著其分路徑到達節點m的前一個節點所經過 的所有節點構成的集合（不包含節點m)。
[0061] 則有如下基本公式：
[0062] (a)m點的數據積壓=集合A的數據積壓-集合B的數據積壓；
[0063] (b)m點的數據積壓上界=集合A的數據積壓上界-集合B的數據積壓下屆
[0064] 并非所有的數據幀都在節點i處積壓，在VLk路徑上的所有節點都會積壓，下面計 算在此之前的節點處最小積壓。
[0065] 假定在進入節點Nni之前的節點沒有排隊，僅僅存在技術延遲。由于
[0066]
[0067] 在該時間內的總技術延遲小于VL1J^-個發送周期，可積壓的最小幀數為0。這說 明在ivVi, 時間間隔內，在節點m之前的路徑上，集合B積壓的下界為0。
[0068] 因此，-Kjtsw就為節點Nni積壓的屬于VLk的幀的幀數上界。
[0069] 3、以上計算都是針對一個VLk而言的，若經過節點m的VL有多個，那么節點m積 壓的所有幀數的上界瓦：為：
[0070]
[0071] 4、綜合以上1、2、3的公式，即可得到計算AFDX網絡交換機數據積壓的計算方法：
[0072]
[0073] 可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發 明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保 護范圍。
【主權項】
1. 一種計算AFDX網絡中數據積壓的方法，包含以下步驟： 步驟一、將AFDX網絡按照優先級分為不同的子網，針對各子網獨立進行網絡分析，對 于每一個子網，根據網絡驗算的方法計算出每一個虛擬鏈路的到達曲線和服務曲線； 步驟二、進而計算出各虛擬鏈路在每一個交換機內部由于排隊造成的數據延遲D1; 步驟三、根據數據延遲D1計算出各節點的數據積壓：
【專利摘要】本發明公開了一種計算AFDX網絡中數據積壓的方法，包含以下步驟：步驟一、將AFDX網絡按照優先級分為不同的子網，針對各子網獨立進行網絡分析，計算出各虛擬鏈路的到達曲線和服務曲線。步驟二、計算出在每一個交換機內部由于排隊造成的數據延遲Di；步驟三、根據數據延遲Di計算出各節點的數據積壓。通過本發明得到AFDX網絡中更低的數據積壓上界，為網絡資源分配提供更可靠的理論依據和更大的配置數據優化空間，更有效地保證AFDX網絡的確定性。
【IPC分類】H04L12/24
【公開號】CN105162612
【申請號】CN201510336533
【發明人】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