一種基于時間觸發的機載光網絡仿真系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機載網絡通信技術領域，更特別地說，是指一種基于時間觸發機載光 網絡的仿真系統，用于模擬基于時間觸發的信息流在機載光網絡中從產生、處理到最后接 收的整個通信過程。
【背景技術】
[0002] 光網絡指使用光纖傳輸的網絡結構。在光網絡中，允許將網絡資源動態地分配給 路由器，縮短了業務層升級擴容時間，明顯增加了業務層節點的業務量負荷；具有可擴展的 信令能力集；快速的業務提供和拓展；降低了維護管理運營費用；快速的光層業務恢復能 力；降低了對用于新技術配置管理的運行支持系統軟件的要求，只須維護一個動態數據庫， 減少了人工出錯機會；還可以引入新的業務類型，如按需帶寬業務、波長批發、波長出租、分 級的帶寬業務、動態波長分配租用業務、帶寬交易、光撥號業務、動態路由分配、光層虛擬專 用網（VPN)等，使傳統的傳送網向業務網方向演進。
[0003] 路由器（Router)，它會根據信道的情況自動選擇和設定路由，以最佳路徑，按前后 順序發送信號。當數據從一個網絡傳輸到另一個網絡時，可通過路由器的路由功能來完成。 因此，路由器具有判斷網絡地址和選擇IP路徑的功能，它能在多網絡互聯環境中，建立靈 活的連接，可用完全不同的數據分組和介質訪問方法連接各種網絡，路由器只接受源站或 其他路由器的信息，屬網絡層的一種互聯設備。
[0004] 時間觸發以太網（Time-Triggered Ethernet，TTE)，是以時間觸發代替任務 (Task)觸發，如果定時發送和轉發的觸發的調度合理，即可以避免數據幀爭用物理鏈 路，保證傳輸的時間確定性。在消息通信的過程中，網絡中各端系統（end system，ES) 按照各自的時刻調度表（Time Scheduling Table，TS-Table)進行消息的發送，即調度 TS-Table中分配給某個任務（Task)的時間區間（time slot)的起始時刻點觸發該任務 的發送。TTE的核心是定義了透明可容錯的分布式交換網絡時間同步協議，并定義了三類 實時性要求不同的任務（Task)，包括時間觸發消息（Time-Triggered，TT)，速率限制消息 (Rate-Constrained，RC)和盡力傳輸消息（Best-Effort，BE)，其中時間觸發消息TT擁有最 高的優先級，在全網時間同步的基礎上，在每個端系統ES和交換機/路由器（Router)上根 據時刻調度表TS-Table在預先設計的時刻進行時間觸發消息TT的發送和轉發，使得時間 觸發消息TT具有完全嚴格的時間確定性，同時端到端的延遲也是可預測的。
[0005] 隨著飛機任務需求的提高及電子技術的發展，未來機載系統將是一種高帶寬、 大吞吐量的統一網絡。它要求強實時性和高容錯的網絡性能，需要靈活可升級的網絡結 構，并且需要支持大規模處理器的并行處理。目前基于波分復用（Wavelength Division Multiplex，WDM)的機載光網絡已經成為未來機載網絡的備選方案之一。WDM技術是在一根 光纖中同時處理多個波長的光復用技術，具有很強的靈活性、可擴展性，以及對協議和比特 率透明的特點，這使得波分復用光網絡非常適合機載網絡通信環境。
[0006] 傳統的機載光網絡通過高帶寬和合理的波長路由配置來滿足設計需求，但對于嚴 格實時傳輸的消息并不提供時間確定性的傳輸機制，造成端到端的延遲和延遲抖動都不具 有時間確定性，致使飛機任務的傳輸不能滿足嚴格的實時性。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的是提供一種基于時間觸發的機載光網絡仿真系統，該系統通過模擬 通信任務的產生和在機載光網絡中的運行過程，實現機載光網絡性能的仿真評估。本發 明仿真系統通過物理拓撲得到網絡節點信息MD 2,通過通信消息的配置得到網絡消息信息 MD3,通過光網絡生成機制得到配置保存參數MD4、光網絡拓撲-消息參數MD4a和光網絡時刻 調度表參數MD 4B，通過離散事件仿真模擬消息在端系統和光網絡路由器的傳輸過程，解決了 現有機載光網絡中對于嚴格實時傳輸的消息不提供時間確定性的傳輸機制。本發明系統實 現了在機載光網絡中加入時間觸發機制，能夠使機載光網絡具有確定的實時性，能更有效 的利用網絡帶寬資源，達到機載光網絡在傳輸消息時具有時間確定性的技術效果。
[0008] 本發明的一種基于時間觸發的機載光網絡仿真系統，該系統包括有配置輸入輸出 模塊（1)、光網絡拓撲配置模塊（2)、光網絡消息配置模塊（3)、光網絡生成模塊（4)、光網絡 仿真模塊（5)和結果輸出顯示模塊（6);
[0009] 配置輸入輸出模塊（1)第一方面依據機載光網絡對時間觸發機制的需求進行參 數配置，得到配置完善的參數MD 1，該配置輸出參數MD1輸出給光網絡仿真模塊（5);
[0010] 配置輸入輸出模塊（1)第二方面用于接收光網絡生成模塊（4)輸出的配置保存參 數 MD4;
[0011] 配置輸入輸出模塊（1)第三方面將接收到的MD4存儲為XML文件格式；
[0012] 配置輸入輸出模塊（1)第四方面讀取XML文件格式，并復現出配置完善參數；
[0013] 光網絡拓撲結構配置模塊（2)第一方面用于生成網絡節點信息MD2,所述MD 2中包 括有端系統參數ES、端系統個數ESN、光網絡路由器參數OP、光網絡路由器個數0ΡΝ、連接線 參數FI、連接線條數FIN，采用集合形式表達為MD 2= {ES，ESN，0P，0PN，FI，FIN};
[0014] 光網絡拓撲結構配置模塊（2)第二方面用于將MD2輸出給光網絡生成模塊（4);
[0015] 光網絡拓撲結構配置模塊（2)第三方面用于將MD2中的端系統的標識號es i輸出 給光網絡消息配置模塊（3);
[0016] 光網絡消息配置模塊（3)第一方面用于生成網絡消息信息MD3,所述MD 3中包括有 消息參數MSG和消息個數MSGN ;第二方面將MD3輸出給光網絡生成模塊（4);
[0017] 光網絡生成模塊（4)第一方面將接收到的MD2和MD 3用于生成虛拓撲配置參數 SET?；
[0018] 光網絡生成模塊（4)第二方面將生成的配置保存參數MD4輸出給配置輸入輸出模 塊（1);所述MD 4的內容與配置輸出參數MD1的內容相同；
[0019] 光網絡生成模塊（4)第三方面把光網絡拓撲-消息參數MD4a和光網絡時刻調度表 參數MD 4b輸出給光網絡仿真模塊（5);其中MD4a包括端系統配置參數SETesa、光網絡路由器 配置參數SET° PB、連接線配置參數SET?、消息配置參數SETmsgd和虛拓撲配置參數SET VTE，采 用集合形式表達為MD4a= {SETesa，SETqpb, SET?, SETmsgd, SET?};其中MD4b的內容與時刻調度 表配置參數SETstf的內容相同；
[0020] 光網絡生成模塊（4)由虛拓撲生成模塊（4A)和時刻調度模塊（4B)兩部分組成； 虛拓撲生成模塊（4A)輸出光網絡虛拓撲參數
給時刻調度模塊（4B)，所述
括虛拓撲連接的節點地址Add?，虛脫撲中連接線的傳輸速率vVTE，虛脫撲中連接線的長度 LVTE，虛脫撲對應的波長WVTE，采用集合形式表達為
[0021] 光網絡仿真模塊（5)采用離散事件仿真方法對接收到的MD4^P MD 4B進行仿真，并 將仿真結果MD52輸出給結果輸出顯示模塊（6);
[0022] 光網絡仿真模塊（5)由仿真配置模塊（51)和仿真內核模塊（52)組成；仿真配置 模塊（51)負責配置仿真所需的時間MD 51，并判斷之前輸入的各種參數MD52= {TCesa，UR°pb，U Wfk，MSmssd}是否正確；由于仿真內核模塊（52)是通過離散事件仿真方法模擬機載光網絡在 仿真時間內的行為，仿真內核模塊（52)需要通過光網絡端系統模型（5A)和光網絡路由器 模型（5B)的建模來得到消息在端系統和光網絡路由器上的事件列表組成；
[0023] 結果輸出顯示模塊（6)是把仿真結果用三維圖形、二維圖形或者統計數表的方式 展現出來，使仿真結果展示更加簡單，直觀。
[0024] 本發明基于時間觸發的機載光網絡仿真系統的優點在于：
[0025] ①本發明提供一種基于時間觸發的機載光網絡仿真系統，在機載光網絡的研制過 程中，能夠通過借助本發明進行機載光網絡的網絡行為的模擬和分析，為設計開發機載光 網絡提供必要支撐。
[0026] ②由于時間觸發的加入，本發明可以支持多種延時要求的消息服務，同時也可以 用來測試在不同的消息類型和虛拓撲下的，消息傳輸所需要的端到端延遲。
[0027] ③本發明采用模塊化設計，把機載光網絡中的不同設備參數變為可輸入，可以仿 真需要光電轉換或者是全光傳輸的網絡結構，并可以仿真多種網絡拓撲類型。而且仿真系 統利用離散事件調度機制，使仿真過程能更好的模擬消息在網絡中的通信過程。
[0028] ④本發明提供機載光網絡設計中所需的多種結果類型，包括波長利用率，光路由 器的帶寬利用率，消息的延遲和丟包等。使用者能夠通過這些結果更方便的觀察出所設計 的機載光網絡的性能。
【附圖說明】
[0029] 圖1是傳統機載光網絡的網絡結構示意圖。
[0030] 圖2是本發明基于時間觸發的機載光網絡仿真系統的結構框圖。
[0031] 圖2A是本發明中配置輸入輸出模塊的結構框圖。
[0032] 圖2B是本發明中光網絡拓撲界面配置模塊的結構框圖。
[0033] 圖2C是本發明中光網絡消息配置模塊的結構框圖。
[0034] 圖2D是本發明中光網絡端系統模型的結構框圖。
[0035] 圖3為本發明基于時間觸發的機載光網絡仿真系統的執行流程圖。
[0036] 圖4是實施例1中光網絡路由器模型的結構框圖。
[0037] 圖4A是針對實施例1的時刻調度配置圖。
[0038] 圖4B是針對實施例1的三維光網絡路由器利用率結果顯示圖。
[0039] 圖4C是針對