一种AFDX网络的仿真系统及仿真方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种AFDX网络的仿真系统及仿真方法。

背景技术：

航空电子全双工通信以太网交换(Avionics Full Duplex Switched Ethernet，AFDX)是一个基于标准定义的电子和协议规范(IEEE802.3和ARINC 664Part7)，其用于实现航空子系统之间的数据交换。

AFDX网络拓扑复杂，在进行系统设计时，需考虑每一个端系统、交换机、虚拟链路(Virtual link，VL)的配置，以保证AFDX网络的实时性和可靠性。系统设计完成后需等待硬件完成之后进行验证，然后根据验证结果进行迭代设计，从而保证AFDX网络处于最优设计。

为了减少系统迭代周期，目前主要通过网络推演方式对AFDX网络进行系统仿真，通过仿真得到AFDX网络的系统延迟和负载情况，进而基于系统延迟和负载情况优化AFDX网络设计。然而，现有的网络推演方式与AFDX网络真实机载配置差异较大，并且，在进行迭代设计时，每次需要手动录入，仿真方式复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种AFDX网络的仿真系统及仿真方法，用以解决现有的仿真方式与真实机载配置差异较大，且在进行迭代设计时，每次需要手动录入，仿真方式复杂的问题，其技术方案如下：

一种AFDX网络的仿真系统，包括：文件导入模块、端系统仿真模块、交换机仿真模块和仿真结果输出模块；

所述文件导入模块，用于获取包括所述AFDX网络的配置信息的接口控制文件，基于所述接口控制文件导入所述端系统仿真模块，将导入的所述端系统仿真模块作为第一类离散事件仿真节点，并基于所述接口控制文件在所述第一类离散事件仿真节点配置离散事件，以及，基于所述AFDX网络的网络拓扑创建所述交换机仿真模块作为第二类离散事件仿真节点，其中，所述离散事件包括在所述第一类离散事件仿真节点进行仿真的第一类离散事件和传输至所述第二类离散事件仿真节点进行仿真的第二类离散事件；

所述端系统仿真模块，用于利用所述第一类离散事件依次从应用层、传输层、网络层、链路层的传输过程，仿真所述AFDX网络中端系统内部AFDX消息依次从应用层、传输层、网络层、链路层的传输过程，获得所述AFDX网络的第一性能参数；

所述交换机仿真模块，用于利用从所述端系统仿真模块传输过来的第二类离散事件基于交换机的路由转发规则和虚拟链路配置进行转发的过程，仿真从所述AFDX网络中端系统传输过的AFDX消息在所述AFDX网络中交换机的不同端口之间进行转发的过程，获得所述AFDX网络的第二性能参数；

所述仿真结果输出模块，用于按预设的输出方式输出所述AFDX网络的第一性能参数和所述AFDX网络的第二性能参数。

其中，所述文件导入模块，具体用于通过所述接口控制文件中的设备配置信息导入所述端系统仿真模块，将导入的所述端系统仿真模块作为第一类离散事件仿真节点，以及，通过所述接口控制文件中的链路消息配置信息在所述第一类离散事件仿真节点配置离散事件。

其中，所述端系统仿真模块包括：总监控模块、应用层模块、传输层模块、网络层模块和链路层模块；所述应用层模块包括应用层功能模块和应用层监控模块，所述传输层模块包括传输层功能模块和传输层监控模块，所述网络层模块包括网络层功能模块和网络层监控模块，所述链路层模块包括链路层功能模块和链路层监控模块；

所述端系统仿真模块，具体用于利用所述第一类离散事件依次从所述应用层模块的应用层功能模块、所述传输层模块的传输层功能模块、所述网络层模块的网络层功能模块、所述链路层模块的链路层功能模块传输的过程，仿真所述端系统内部AFDX消息依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程，以及，分别通过所述应用层模块的应用层监控模块、所述传输层模块的传输层监控模块、所述网络层模块的网络层监控模块、所述链路层模块的链路层监控模块收集所述离散事件在各个层传输的仿真结果，以及，通过所述总监控模块收集所述离散事件在各个层传输的仿真结果作为所述AFDX网络的第一性能参数。

其中，所述AFDX网络中的AFDX消息包括：周期消息和非周期消息；

相应的，所述离散事件包括：基于离散时钟和预设周期循环产生的离散事件，以及，基于正态分布函数产生的离散事件。

其中，所述仿真结果输出模块，具体用于以柱状图和/或表格的形式输出所述AFDX网络的第一性能参数和所述AFDX网络的第二性能参数。

一种AFDX网络的仿真方法，所述方法包括：

获取包括所述AFDX网络的配置信息的接口控制文件，基于所述接口控制文件生成端系统仿真节点作为第一类离散事件仿真节点，并基于所述接口控制文件在所述第一类离散事件仿真节点配置离散事件，基于所述AFDX网络的网络拓扑创建交换机仿真节点作为第二类离散事件仿真节点，其中，所述离散事件包括在所述第一类离散事件仿真节点进行仿真的第一类离散事件和传输至所述第二类离散事件仿真节点进行仿真的第二类离散事件；

通过所述第一类离散事件仿真节点利用所述第一类离散事件依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程，仿真所述AFDX网络中端系统内部AFDX消息依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程，获得所述AFDX网络的第一性能参数；

通过所述第二类离散事件仿真节点利用从所述第一类离散事件仿真节点传输过来的所述第二类离散事件基于交换机的路由转发规则和虚拟链路配置进行转发的过程，仿真从所述AFDX网络中端系统传输过来的AFDX消息在所述AFDX网络中交换机的不同端口之间进行转发的过程，获得所述AFDX网络的第二性能参数；

按预设的输出方式输出所述AFDX网络的第一性能参数和所述AFDX网络的第二性能参数。

其中，所述基于所述接口控制文件生成端系统仿真节点作为第一类离散事件仿真节点，并基于所述接口控制文件在所述第一类离散事件仿真节点配置离散事件，包括：

通过所述接口控制文件中的设备配置信息生成端系统仿真节点作为第一类离散事件仿真节点，通过所述接口控制文件中的链路消息配置信息在所述第一类离散事件仿真节点配置离散事件。

其中，所述通过所述第一类离散事件仿真节点利用所述第一类离散事件依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程，仿真所述AFDX网络中端系统内部AFDX消息依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程，获得所述AFDX网络的第一性能参数，包括：

通过所述第一类离散事件仿真节点利用所述第一类离散事件从所述应用层向所述传输层传输的过程，仿真所述端系统内部AFDX消息从所述应用层向所述传输层传输的过程，并收集所述第一类离散事件从所述应用层向所述传输层传输的仿真结果；

通过所述第一类离散事件仿真节点利用所述第一类离散事件从所述传输层向所述网络层传输的过程，仿真所述端系统内部AFDX消息从所述传输层向所述网络层传输的过程，并收集所述第一类离散事件从所述传输层向所述网络层传输的仿真结果；

通过所述第一类离散事件仿真节点利用所述第一类离散事件从所述网络层向所述链路层传输的过程，仿真所述端系统内部AFDX消息从所述网络层向所述链路层传输的过程，并收集所述第一类离散事件从所述网络层向所述链路层传输的仿真结果；

收集所述第一类离散事件从所述应用层向所述传输层传输的仿真结果、所述第一类离散事件从所述传输层向所述网络层传输的仿真结果，以及所述第一类离散事件从所述网络层向所述链路层传输的仿真结果作为所述AFDX网络的第一性能参数。

其中，所述AFDX网络中的AFDX消息包括：周期消息和非周期消息；

相应的，所述离散事件包括：基于离散时钟和预设周期循环产生的离散事件，以及，基于正态分布函数产生的离散事件。

其中，所述按预设的输出方式输出所述AFDX网络的第一性能参数和所述AFDX网络的第二性能参数，包括：

以柱状图和/或表格的形式输出所述AFDX网络的第一性能参数和所述AFDX网络的第二性能参数。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明提供的AFDX网络的仿真系统及仿真方法，采用离散事件机制，将AFDX网络中的端系统抽象成离散事件仿真节点，同样的，将AFDX网络中的交换机也抽象成离散事件仿真节点，将AFDX消息抽象成针对离散事件仿真节点的离散事件，基于离散事件的传输和转发行为，仿真AFDX消息在端系统的传输行为，以及从端系统传输过来的AFDX消息在交换机不同端口之间的转发行为，基于上述仿真可获得AFDX网络的性能参数。由此可见，本发明提供的AFDX网络的仿真系统及仿真方法，利用离散事件仿真模拟真实AFDX网络消息的运行机制，可以方便的统计每个离散事件结束后AFDX网络的性能参数，从而基于AFDX网络的性能参数优化AFDX网络系统设计，这使得系统设计的迭代周期减少，同时，仿真系统中的端系统仿真模块(即离散事件仿真节点)基于接口控制文件自动导入，进一步减少了系统验证时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的AFDX网络的仿真系统的结构示意图；

图2为AFDX网络的网络拓扑图；

图3为本发明实施例提供的AFDX网络的仿真系统中端系统仿真模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的AFDX网络的仿真方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

离散事件是指事件的状态改变在事件上是离散的，并且认为事件的发生在瞬间完成，在离散事件仿真系统中相邻发生的两个事件之间没有其他事件，而AFDX网络可以视为一个离散事件系统，因此，可以利用离散事件机制对AFDX网络进行仿真。基于此，本发明实施例提供了一种AFDX网络的仿真系统，请参阅图1，示出了该仿真系统的结构示意图，可以包括：文件导入模块101、端系统仿真模块102、交换机仿真模块103和仿真结果输出模块104。

文件导入模块101，用于获取包括AFDX网络的配置信息的接口控制文件，基于接口控制文件导入端系统仿真模块102，将导入的端系统仿真模块102作为第一类离散事件仿真节点，并基于接口控制文件在第一类离散事件仿真节点配置离散事件，以及，基于AFDX网络的网络拓扑创建交换机仿真模块103作为第二类离散事件仿真节点，基于AFDX网络的网络拓扑连接所有的离散事件仿真节点。

请参阅图2，示出了AFDX网络的网络拓扑图，AFDX网络包括多个端系统和多个交换机。图中的每个端系统抽象成一个端系统仿真模块，即为一个离散事件仿真节点，交换机同样如此。

其中，离散事件包括在第一类离散事件仿真节点进行仿真的第一类离散事件和传输至第二类离散事件仿真节点进行仿真的第二类离散事件。

端系统仿真模块102，用于利用第一类离散事件依次从应用层、传输层、网络层、链路层的传输过程，仿真AFDX网络中端系统内部AFDX消息依次从应用层、传输层、网络层、链路层的传输过程，获得AFDX网络的第一性能参数。

其中，AFDX网络的第一性能参数包括：AFDX网络中端系统的消息延迟、端系统带宽等参数。

交换机仿真模块103，用于利用从端系统仿真模块102传输过来的第二类离散事件基于交换机的路由转发规则和虚拟链路配置进行转发的过程，仿真从AFDX网络中端系统传输过的AFDX消息在AFDX网络中交换机的不同端口之间进行转发的过程，获得AFDX网络的第二性能参数。

其中，AFDX网络的第二性能参数包括：AFDX消息在AFDX网络中的交换机转发时引入的转发延迟、AFDX消息在交换机端口上的负载情况等，这些参数可协助设计者优化交换机的端口分配。

仿真结果输出模块104，用于按预设的输出方式输出AFDX网络的第一性能参数和AFDX网络的第二性能参数。

本发明实施例提供的AFDX网络的仿真系统，采用离散事件机制，将AFDX网络中的端系统抽象成端系统仿真模块作为离散事件仿真节点，同样的，将AFDX网络中的交换机抽象成交换机仿真模块作为离散事件仿真节点，将AFDX消息在端系统的传输通过离散事件在端系统仿真模块的传输仿真，将从端系统传输过来的AFDX消息在交换机不同端口之间进行转发的过程，通过从端系统仿真模块传输过来的离散事件基于交换机的路由转发规则和虚拟链路配置进行转发的过程进行仿真，基于上述仿真过程可获得AFDX网络的性能参数。由此可见，本发明实施例提供的AFDX网络的仿真系统，利用离散事件仿真模拟真实AFDX网络消息的运行机制，可以方便的统计每个离散事件结束后AFDX网络的性能参数，从而基于AFDX网络的性能参数优化AFDX网络系统设计，这使得系统设计的迭代周期减少，同时，端系统仿真模块基于接口控制文件自动导入，进一步减少了验证时间。

在上述实施例提供的AFDX网络的仿真系统中，文件导入模块101获取的接口控制文件中包括AFDX网络的设备配置信息和链路消息配置信息。文件导入模块，通过接口控制文件中的设备配置信息导入端系统仿真模块，将导入的端系统仿真模块作为第一类离散事件仿真节点，通过接口控制文件中的链路消息配置信息在第一类离散事件仿真节点配置离散事件。

请参阅图3，示出了上述实施例提供的AFDX网络的仿真系统中，端系统仿真模块的结构示意图，端系统仿真模块可以包括：总监控模块300、应用层模块301、传输层模块302、网络层模块303和链路层模块304。

进一步的，应用层模块301包括应用层功能模块3011和应用层监控模块3012，传输层模块302包括传输层功能模块3021和传输层监控模块3022，网络层模块303包括网络层功能模块3031和网络层监控模块3032，链路层模块304包括链路层功能模块3041和链路层监控模块3042。

具体的，端系统仿真模块，利用离散事件依次从应用层模块301的应用层功能模块3011、传输层模块302的传输层功能模块3021、网络层模块303的网络层功能模块3031、链路层模块304的链路层功能模块3041传输的过程，仿真端系统内部AFDX消息依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程，以及，分别通过应用层模块301的应用层监控模块3012、传输层模块302的传输层监控模块3022、网络层模块303的网络层监控模块3032、链路层模块304的链路层监控模块3042收集离散事件在各个层传输的仿真结果，以及，通过总监控模块300收集离散事件在各个层传输的仿真结果作为AFDX网络的第一性能参数。

具体的，离散事件在应用层功能模块3011、传输层功能模块3021、网络层功能模块3031、链路层功能模块3041传输的过程中，各功能模块的功能如下表所示：

由上述仿真过程可知，将AFDX网络中，AFDX消息在应用层-传输层-网络层-链路层的传递，转化成离散事件应用层功能模块、传输层功能模块、网络层功能模块、链路层功能模块的传输。利用离散事件仿真的原理为：在离散事件仿真中，系统的操作通过按时间顺序排列的一组事件序列来表示，每个事件发生在某一时刻，表示系统的状态改变。通过模拟每个消息状态的改变事件和在每个链路上传输的事件，得到单个端系统所有消息的负载情况、所有消息的转发延迟参数。如果负载或延迟过高，需要重新设计接口控制文件中消息的数量及每个消息的周期配置。

AFDX网络中的AFDX消息包括：周期消息和非周期消息，本发明实施例利用基于离散时钟和预设周期循环产生的离散事件模拟AFDX网络中的周期消息，利用基于正态分布函数产生的正态分布函数离散事件模拟AFDX网络中的非周期消息，即，将AFDX网络中的非周期消息模拟成非周期事件，同时设置每个非周期事件的正态分布函数参数和产生概率。周期事件与非周期事件按照时钟进度，进行离散化仿真。

在仿真过程中，非周期事件按照其正态分布和产生概率的设置发生，模拟在真实机载系统中AFDX消息冲突的场景，即通过对非周期消息的仿真可得到，非周期消息的产生对原有周期消息所产生的影响，以及，非周期消息的产生是否会造成AFDX网络的冲突，从而得到当前网络设计所有消息的负载及延迟情况。通过非周期消息的仿真，得到与真实机载网络一致的网络行为，能更真实的评估机载AFDX网络设计。

本发明实施例用时钟推演每个离散事件的发生，得到每个离散事件的性能参数，再结合AFDX网络的特点，通过仿真得到AFDX网络的关键性能参数。

为了更直观、更形象的展示仿真得到的AFDX网络的性能参数，从而使设计人员通过仿真明确系统设计优化的方向，上述实施例提供的AFDX网络的仿真系统中，仿真结果输出模块，以柱状图和/或表格的形式输出AFDX网络的性能参数。

本发明实施例还提供了一种AFDX网络的仿真方法，请参阅图4，示出了该仿真方法的流程示意图，可以包括：

步骤S401：获取包括AFDX网络的配置信息的接口控制文件。

步骤S402：基于接口控制文件生成端系统仿真节点作为第一类离散事件仿真节点，并基于接口控制文件在第一类离散事件仿真节点配置离散事件。

步骤S403：基于AFDX网络的网络拓扑创建交换机仿真节点作为第二类离散事件仿真节点。

其中，离散事件包括在第一类离散事件仿真节点进行仿真的第一类离散事件和传输至第二类离散事件仿真节点进行仿真的第二类离散事件。

步骤S404：通过第一类离散事件仿真节点利用第一类离散事件依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程，仿真AFDX网络中端系统内部AFDX消息依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程，获得AFDX网络的第一性能参数。

其中，AFDX网络的第一性能参数包括：AFDX网络中端系统的消息延迟、端系统带宽等参数。

步骤S405：通过第二类离散事件仿真节点利用从第一类离散事件仿真节点传输过来的第二类离散事件基于交换机的路由转发规则和虚拟链路配置进行转发的过程，仿真从AFDX网络中端系统传输过来的AFDX消息在AFDX网络中交换机的不同端口之间进行转发的过程，获得AFDX网络的第二性能参数。

其中，AFDX网络的第二性能参数包括：AFDX消息在AFDX网络中的交换机转发时引入的转发延迟、AFDX消息在交换机端口上的负载情况等，这些参数可协助设计者优化交换机的端口分配。

步骤S406：按预设的输出方式输出AFDX网络的第一性能参数和AFDX网络的第二性能参数。

需要说明的是，步骤S402和步骤S403可按上述顺序执行，也可同时执行，同样的，步骤S404和步骤S405可按上述顺序执行，也可同时执行，本实施例并不对步骤S402和步骤S403的执行顺序进行限定，也不对步骤S404和步骤S405的执行顺序进行限定，只要包括上述步骤都属于本发明实施例保护的范围。

本发明实施例提供的AFDX网络的仿真方法，采用离散事件机制，将AFDX网络中的端系统抽象成离散事件仿真节点，同样的，将AFDX网络中的交换机也抽象成离散事件仿真节点，将AFDX消息抽象成针对离散事件仿真节点的离散事件，基于离散事件的传输和转发行为，仿真AFDX消息在端系统的传输行为，以及从端系统传输过来的AFDX消息在交换机不同端口之间的转发行为，基于上述仿真可获得AFDX网络的性能参数。由此可见，本发明实施例提供的AFDX网络的仿真方法，利用离散事件仿真模拟真实AFDX网络消息的运行机制，可以方便的统计每个离散事件结束后AFDX网络的性能参数，从而基于AFDX网络的性能参数优化AFDX网络系统设计，这使得系统设计的迭代周期减少，同时，端系统仿真节点基于接口控制文件自动生成，进一步减少了系统验证时间。

在上述实施例提供的AFDX网络的仿真方法中，接口控制文件中的配置信息包括AFDX网络的设备配置信息和链路消息配置信息。则基于接口控制文件生成端系统仿真节点作为第一类离散事件仿真节点，并基于接口控制文件在第一类离散事件仿真节点配置离散事件，包括：通过接口控制文件中的设备配置信息生成端系统仿真节点作为第一类离散事件仿真节点，通过接口控制文件中的链路消息配置信息在第一类离散事件仿真节点配置离散事件。

在上述实施例提供的AFDX网络的仿真方法中，通过第一类离散事件仿真节点利用第一类离散事件依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程仿真AFDX网络中端系统内部AFDX消息依次从应用层、传输层、网络层、链路层传输的过程，获得AFDX网络的第一性能参数，包括：

通过第一类离散事件仿真节点利用第一类离散事件从应用层向传输层传输的过程，仿真端系统内部AFDX消息从应用层向传输层传输的过程，并收集第一类离散事件从应用层向传输层传输的仿真结果；

通过第一类离散事件仿真节点利用第一类离散事件从传输层向网络层传输的过程，仿真端系统内部AFDX消息从传输层向网络层传输的过程，并收集第一类离散事件从传输层向网络层传输的仿真结果；

通过第一类离散事件仿真节点利用第一类离散事件从网络层向链路层传输的过程，仿真端系统内部AFDX消息从网络层向链路层传输的过程，并收集第一类离散事件从网络层向链路层传输的仿真结果；

将第一类离散事件从应用层向传输层传输的仿真结果、第一类离散事件从传输层向网络层传输的仿真结果，以及第一类离散事件从网络层向链路层传输的仿真结果作为AFDX网络的第一性能参数。

在上述实施例提供的AFDX网络的仿真方法中，AFDX网络中的AFDX消息包括周期消息和非周期消息。相应的，离散事件包括：基于离散时钟和预设周期循环产生的离散事件，以及，基于正态分布函数产生的离散事件。

为了更直观、更形象的展示仿真得到的AFDX网络的性能参数，从而使设计人员通过仿真明确系统设计优化的方向，上述实施例提供的AFDX网络的仿真方法中，按预设的输出方式输出AFDX网络的第一性能参数和AFDX网络的第二性能参数，包括：以柱状图和/或表格的形式输出AFDX网络的第一性能参数和AFDX网络的第二性能参数。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。