一种基于时间触发的机载光网络仿真系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机载网络通信技术领域，更特别地说，是指一种基于时间触发机载光 网络的仿真系统，用于模拟基于时间触发的信息流在机载光网络中从产生、处理到最后接 收的整个通信过程。
【背景技术】
[0002] 光网络指使用光纤传输的网络结构。在光网络中，允许将网络资源动态地分配给 路由器，缩短了业务层升级扩容时间，明显增加了业务层节点的业务量负荷；具有可扩展的 信令能力集；快速的业务提供和拓展；降低了维护管理运营费用；快速的光层业务恢复能 力；降低了对用于新技术配置管理的运行支持系统软件的要求，只须维护一个动态数据库， 减少了人工出错机会；还可以引入新的业务类型，如按需带宽业务、波长批发、波长出租、分 级的带宽业务、动态波长分配租用业务、带宽交易、光拨号业务、动态路由分配、光层虚拟专 用网（VPN)等，使传统的传送网向业务网方向演进。
[0003] 路由器（Router)，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后 顺序发送信号。当数据从一个网络传输到另一个网络时，可通过路由器的路由功能来完成。 因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵 活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种网络，路由器只接受源站或 其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。
[0004] 时间触发以太网（Time-Triggered Ethernet，TTE)，是以时间触发代替任务 (Task)触发，如果定时发送和转发的触发的调度合理，即可以避免数据帧争用物理链 路，保证传输的时间确定性。在消息通信的过程中，网络中各端系统（end system，ES) 按照各自的时刻调度表（Time Scheduling Table，TS-Table)进行消息的发送，即调度 TS-Table中分配给某个任务（Task)的时间区间（time slot)的起始时刻点触发该任务 的发送。TTE的核心是定义了透明可容错的分布式交换网络时间同步协议，并定义了三类 实时性要求不同的任务（Task)，包括时间触发消息（Time-Triggered，TT)，速率限制消息 (Rate-Constrained，RC)和尽力传输消息（Best-Effort，BE)，其中时间触发消息TT拥有最 高的优先级，在全网时间同步的基础上，在每个端系统ES和交换机/路由器（Router)上根 据时刻调度表TS-Table在预先设计的时刻进行时间触发消息TT的发送和转发，使得时间 触发消息TT具有完全严格的时间确定性，同时端到端的延迟也是可预测的。
[0005] 随着飞机任务需求的提高及电子技术的发展，未来机载系统将是一种高带宽、 大吞吐量的统一网络。它要求强实时性和高容错的网络性能，需要灵活可升级的网络结 构，并且需要支持大规模处理器的并行处理。目前基于波分复用（Wavelength Division Multiplex，WDM)的机载光网络已经成为未来机载网络的备选方案之一。WDM技术是在一根 光纤中同时处理多个波长的光复用技术，具有很强的灵活性、可扩展性，以及对协议和比特 率透明的特点，这使得波分复用光网络非常适合机载网络通信环境。
[0006] 传统的机载光网络通过高带宽和合理的波长路由配置来满足设计需求，但对于严 格实时传输的消息并不提供时间确定性的传输机制，造成端到端的延迟和延迟抖动都不具 有时间确定性，致使飞机任务的传输不能满足严格的实时性。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种基于时间触发的机载光网络仿真系统，该系统通过模拟 通信任务的产生和在机载光网络中的运行过程，实现机载光网络性能的仿真评估。本发 明仿真系统通过物理拓扑得到网络节点信息MD 2,通过通信消息的配置得到网络消息信息 MD3,通过光网络生成机制得到配置保存参数MD4、光网络拓扑-消息参数MD4a和光网络时刻 调度表参数MD 4B，通过离散事件仿真模拟消息在端系统和光网络路由器的传输过程，解决了 现有机载光网络中对于严格实时传输的消息不提供时间确定性的传输机制。本发明系统实 现了在机载光网络中加入时间触发机制，能够使机载光网络具有确定的实时性，能更有效 的利用网络带宽资源，达到机载光网络在传输消息时具有时间确定性的技术效果。
[0008] 本发明的一种基于时间触发的机载光网络仿真系统，该系统包括有配置输入输出 模块（1)、光网络拓扑配置模块（2)、光网络消息配置模块（3)、光网络生成模块（4)、光网络 仿真模块（5)和结果输出显示模块（6);
[0009] 配置输入输出模块（1)第一方面依据机载光网络对时间触发机制的需求进行参 数配置，得到配置完善的参数MD 1，该配置输出参数MD1输出给光网络仿真模块（5);
[0010] 配置输入输出模块（1)第二方面用于接收光网络生成模块（4)输出的配置保存参 数 MD4;
[0011] 配置输入输出模块（1)第三方面将接收到的MD4存储为XML文件格式；
[0012] 配置输入输出模块（1)第四方面读取XML文件格式，并复现出配置完善参数；
[0013] 光网络拓扑结构配置模块（2)第一方面用于生成网络节点信息MD2,所述MD 2中包 括有端系统参数ES、端系统个数ESN、光网络路由器参数OP、光网络路由器个数0ΡΝ、连接线 参数FI、连接线条数FIN，采用集合形式表达为MD 2= {ES，ESN，0P，0PN，FI，FIN};
[0014] 光网络拓扑结构配置模块（2)第二方面用于将MD2输出给光网络生成模块（4);
[0015] 光网络拓扑结构配置模块（2)第三方面用于将MD2中的端系统的标识号es i输出 给光网络消息配置模块（3);
[0016] 光网络消息配置模块（3)第一方面用于生成网络消息信息MD3,所述MD 3中包括有 消息参数MSG和消息个数MSGN ;第二方面将MD3输出给光网络生成模块（4);
[0017] 光网络生成模块（4)第一方面将接收到的MD2和MD 3用于生成虚拓扑配置参数 SET?；
[0018] 光网络生成模块（4)第二方面将生成的配置保存参数MD4输出给配置输入输出模 块（1);所述MD 4的内容与配置输出参数MD1的内容相同；
[0019] 光网络生成模块（4)第三方面把光网络拓扑-消息参数MD4a和光网络时刻调度表 参数MD 4b输出给光网络仿真模块（5);其中MD4a包括端系统配置参数SETesa、光网络路由器 配置参数SET° PB、连接线配置参数SET?、消息配置参数SETmsgd和虚拓扑配置参数SET VTE，采 用集合形式表达为MD4a= {SETesa，SETqpb, SET?, SETmsgd, SET?};其中MD4b的内容与时刻调度 表配置参数SETstf的内容相同；
[0020] 光网络生成模块（4)由虚拓扑生成模块（4A)和时刻调度模块（4B)两部分组成； 虚拓扑生成模块（4A)输出光网络虚拓扑参数
给时刻调度模块（4B)，所述
括虚拓扑连接的节点地址Add?，虚脱扑中连接线的传输速率vVTE，虚脱扑中连接线的长度 LVTE，虚脱扑对应的波长WVTE，采用集合形式表达为
[0021] 光网络仿真模块（5)采用离散事件仿真方法对接收到的MD4^P MD 4B进行仿真，并 将仿真结果MD52输出给结果输出显示模块（6);
[0022] 光网络仿真模块（5)由仿真配置模块（51)和仿真内核模块（52)组成；仿真配置 模块（51)负责配置仿真所需的时间MD 51，并判断之前输入的各种参数MD52= {TCesa，UR°pb，U Wfk，MSmssd}是否正确；由于仿真内核模块（52)是通过离散事件仿真方法模拟机载光网络在 仿真时间内的行为，仿真内核模块（52)需要通过光网络端系统模型（5A)和光网络路由器 模型（5B)的建模来得到消息在端系统和光网络路由器上的事件列表组成；
[0023] 结果输出显示模块（6)是把仿真结果用三维图形、二维图形或者统计数表的方式 展现出来，使仿真结果展示更加简单，直观。
[0024] 本发明基于时间触发的机载光网络仿真系统的优点在于：
[0025] ①本发明提供一种基于时间触发的机载光网络仿真系统，在机载光网络的研制过 程中，能够通过借助本发明进行机载光网络的网络行为的模拟和分析，为设计开发机载光 网络提供必要支撑。
[0026] ②由于时间触发的加入，本发明可以支持多种延时要求的消息服务，同时也可以 用来测试在不同的消息类型和虚拓扑下的，消息传输所需要的端到端延迟。
[0027] ③本发明采用模块化设计，把机载光网络中的不同设备参数变为可输入，可以仿 真需要光电转换或者是全光传输的网络结构，并可以仿真多种网络拓扑类型。而且仿真系 统利用离散事件调度机制，使仿真过程能更好的模拟消息在网络中的通信过程。
[0028] ④本发明提供机载光网络设计中所需的多种结果类型，包括波长利用率，光路由 器的带宽利用率，消息的延迟和丢包等。使用者能够通过这些结果更方便的观察出所设计 的机载光网络的性能。
【附图说明】
[0029] 图1是传统机载光网络的网络结构示意图。
[0030] 图2是本发明基于时间触发的机载光网络仿真系统的结构框图。
[0031] 图2A是本发明中配置输入输出模块的结构框图。
[0032] 图2B是本发明中光网络拓扑界面配置模块的结构框图。
[0033] 图2C是本发明中光网络消息配置模块的结构框图。
[0034] 图2D是本发明中光网络端系统模型的结构框图。
[0035] 图3为本发明基于时间触发的机载光网络仿真系统的执行流程图。
[0036] 图4是实施例1中光网络路由器模型的结构框图。
[0037] 图4A是针对实施例1的时刻调度配置图。
[0038] 图4B是针对实施例1的三维光网络路由器利用率结果显示图。
[0039] 图4C是针对