FlexRay总线网络数据传输可靠度下限的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及现场总线网络数据传输可靠性技术领域，尤其涉及一种FlexRay网络 数据通信可靠度下限的计算方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，许多现场总线网络中数据报文的实时性是整个网络系统稳定运行的关 键因素。若某些数据报文的传输延时超过了对其规定的截止期一一即不满足实时性要求 时，系统可能会发生不可预知的错误。从这个意义来说，一个总线网络中每个数据报文的传 输可靠度可以用其满足实时性要求的概率来刻画。即是说，一个数据报文满足实时性要求 的概率越高，则其传输可靠度就越高，反之亦然。由于数据报文传输可靠度的重要意义，它 一直是现场总线网络系统设计阶段的重要参数。对于该参数的准确评估和计算是一个总线 网络设计成功与否的关键所在。
[0003] 目前，现有的评估和计算方法都是建立在对总线网络中影响数据传输可靠度的各 个随机变量(如各个网络节点的软件处理时间、发送时间以及阻塞时间等）的统计信息充分 了解的基础上进行的。即能够获取上述随机变量的均值和方差的准确数值。从更为实际的 角度来看，这显然不容易做到。因为上述随机变量的均值和方差等统计信息一般都是通过 多次测量的方式得到的，精确估计每个随机变量的均值和方差的确切数值并不可行。更合 理的情况是，可以通过测量的方式得到这些随机变量均值和方差的变化区间（置信区间）。 在这种信息不完备的情况下，准确计算出最坏情形下每个数据报文的传输可靠度，即数据 传输可靠度的下限，就成为总线网络设计过程中需要实现的重要目标。
[0004] 近年来，FlexRay技术获得了很大的发展。由于在实时性、带宽以及容错性等方面 的出色表现，该技术在汽车、航空、航天等领域中都有着广阔的应用前景。在FI exRay总线网 络的设计过程中，数据传输可靠度下限的准确计算仍然是需要解决的重要问题。遗憾的是， 目前并没有完整可行的计算方法做到这一点。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明利用概率分布之间交叉熵的相关理论，提 供了一种在信息不完备情况下准确计算FlexRay总线网络数据报文传输可靠度下限的方 法。
[0006] 为了准确计算FlexRay总线网络中数据报文的传输可靠度下限，本发明提出的计 算方法包括以下步骤：
[0007] 1)根据一个数据报文在源节点中的阻塞时间Tb、发送延时Tf以及软件系统处理延 时T s的测量结果，确定这三个变量各自均值和方差对应的变化区间 ]、[ Anita，1、]以及 .]、[ση?η，? ^max：-1 '
[0008] 2)确定三个延时变量Tb、Tf和Ts之和T = Tb+Tf+TS的参考概率分布fT;
[0009] 3)计算丁 = 1^+了￡+1^在三个延时变量Tb、T#PTs均值和方差的不确定区间内与对应 的参考概率分布的最大交叉熵Rmax ;
[0010] 4)根据FlexRay网络中该报文的实时要求，确定通信截止期Wm，进而计算该报文传 输可靠度函数；
[0011] 5)根据可靠度函数计算该报文传输可靠度下限Pu
[0012] 需要说明的是，本发明中仅仅考虑影响报文传输可靠度的随机变量只包括阻塞时 间、发送延时以及软件系统处理延时，且均服从正态分布的情况。同时，这些随机变量相互 独立。对于FlexRay网络节点来说，这些条件一般都可以得到满足。
[00?3]与现有技术相比，本发明提出的计算方法能够有效解决FIexRay网络设计中的重 要问题，为网络设计人员提供准确科学的依据。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明所述计算方法的流程框图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述。在本优选实施例中，该 FlexRay网络中一节点有一个数据报文M，其阻塞时间、发送延时以及软件系统处理延时分 别为Tb、T#PT s。依据本发明的方法，可以按照下列流程计算报文Μ的传输可靠度下限P/1。
[0016] 步骤1、根据测量结果，确定影响报文Μ的三个随机变量Tb、Tf和1^的均值和方差的 变化区间分别为
以及
[0017] 步骤2、根据对该FlexRay网络的测量结果，确定T = Tb+Tf+Ts的参考概率分布密度 函数fr。
[0018]
[0019 ] 其中ybr、yfr和ysr分别是Tb、Tf和Ts参考分布中的均值，〇 br、of r和osr分别是Tb、Tf和Ts 参考分布中的方差。
[0020] 步骤3、在T b、T f和T s的均值和方差等六个参数在各自的变化区间
丨，通过 计算所有可能的概率分布和参考概率分布fT( t)交叉熵R，取得其最大值Rmax。
[0021]
[0022]其中
，
[0023] 步骤4、根据FlexRay网络中报文Μ的实时要求，确定通信截止期Wm，进而计算该报 文传输可靠度函数Am(T)
[0024]
Ο)
[0025] 步骤5、根据可靠度函数六"!')，依据下面的方法计算该报文传输可靠度下限？:。定 义一个优化函数Β(χ)
[0026]
[0027] 兵甲xeL(J，〇〇)。仕凶|日」LU，〇〇)上利用午顿y云对该早父重优化函数Β (X)进行优化， 得到其最大值Bmax。这样就可得到报文Μ的传输可靠度下限PiS
[0028] Pi=min(0 ,Bmax) (5)
[0029] 本发明提供的计算方法流程简捷清晰，易于实现，对于未来FlexRay网络技术的应 用开发提供了更加便利的基础。
【主权项】
1. 一种在信息不完备情况下FlexRay网络数据通信可靠度下限的计算方法，其特征在 于包括W下步骤：1)根据一个数据报文在源节点中的阻塞时间Tb、发送延时TfW及软件系统 处理延时Ts的测量结果，确定运S个变量各自均值和方差对应的变化区间、 [从，。，片：>、]、[从|?，钻《^】化及[巧念，巧[诗确定兰个延时变 量Tb、Tf和Ts之和T = Tb巧f+Ts的参考概率分布f T; 3)计算T = Tb巧f+了3在；个延时变量Tb、打和 Ts均值和方差的不确定区间内与对应的参考概率分布的最大交叉赌Rmax; 4)根据FlexRay网 络中该报文的实时要求，确定通信截止期Wm,进而计算该报文传输可靠度函数;5)根据报文 传输可靠度函数计算该报文的通信可靠度下限Pi。2. 根据权利要求1所述的FlexRay网络数据通信可靠度下限的计算方法，其特征在于： FlexRay网络中各个节点上的阻塞时间Tb、发送延时TfW及软件系统处理延时Ts均为服从正 态分布的随机变量。3. 根据权利要求1所述的FlexRay网络数据通信可靠度下限的计算方法，其特征在于： 在计算过程中，对于FlexRay网络中每个节点上的阻塞时间Tb、发送延时TfW及软件系统处 理延时Ts的认知信息不完备，即无法获取上述=个随机变量的均值与方差的准确数值，仅 仅能够根据测量的数据估计出其各自的变化范围。
【专利摘要】本发明公开了一种在信息不完备条件下计算FlexRay总线网络中数据报文传输可靠度下限的方法。所述方法包括以下步骤：1)根据一个数据报文在源节点中的阻塞时间Tb、发送延时Tf以及软件系统处理延时Ts的测量结果，确定这三个变量各自均值和方差对应的变化区间以及2)确定三个延时变量Tb、Tf和Ts之和T＝Tb+Tf+Ts的参考概率分布fT；3)计算T＝Tb+Tf+Ts在三个延时变量Tb、Tf和Ts均值和方差的不确定区间内与对应的参考概率分布的最大交叉熵Rmax；4)根据FlexRay网络中该报文的实时要求，确定通信截止期Wm，进而确定该报文传输可靠度函数；5)根据报文传输可靠度函数计算该报文的通信可靠度下限Pl。本发明提供的方法可以快速准确计算一个FlexRay网络中不同报文的通信可靠度，为基于FlexRay的网络控制系统的设计提供可靠依据。
【IPC分类】H04L12/40
【公开号】CN105515929
【申请号】CN201510867007
【发明人】王刚
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月1日