一种计算afdx网络中数据积压的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及AFDX(Avionic Full-Duplex Switched Ethernet)交换机网络分析技 术，特别涉及AFDX网络确定性分析过程中一种计算AFDX网络中数据积压的方法。
【背景技术】
[0002] AFDX是适用于航电系统信息传输的确定性飞机数据网路总线系统。AFDX在以太 网基础上增加了确定性定时机制和可靠的信息传输机制以适应航电应用，确定性定时机制 通过具有有限带宽和帧传输间隔的虚拟链路技术实现，可靠的信息传输则通过帧管理机制 实现，包括信息的冗余传输和完整性检查。航电系统的确定性表示系统的状态是可以预测 的，即知道系统的当前状态和变迀准则就可以预计系统的行为。确定性总是跟安全性分析 相关的。为了飞机的安全，确定性的要求适用于飞机的各个系统级别。对于数据通讯系统， 数据通讯必须通过网络分析要求保证确定性。
[0003] 网络演算是一个网络确定性排队理论，是AFDX网络确定性分析的理论基础。AFDX 网络确定性分析需要基于网络演算理论计算最坏情况下网络中信息传输的延迟、抖动和积 压等。网络演算由L. Cruz在1991年提出，经过二十几年的发展，尤其是Agrawal、Le Boudec 等人对服务曲线、最小加代数和类卷积概念的提出，使得网络演算已经成为了一个基础完 备、应用广泛、体系庞大的理论。
[0004] C.Fraboul和J.Grieu等人最早把网络演算的基本理论应用于AFDX网络，提出了 比较完整的模型和算法。其中最重要的两个参数就是数据延迟和数据积压。在工程实际中， 网络允许的最大数据积压以帧数为单位进行配置，因此网络分析中需要计算出网络传输过 程中交换机内部每个优先级积压的帧数的上界。现有的数学模型及其算法在计算数据积压 帧数上界的时，以字节为单位，且假定数据缓冲区积压的所有帧为该优先级内所有的虚拟 链路（VL，VirtualLink)的最大帧长（MaxFrameSize)的最大值。这种计算方法过于粗 糙，计算结果比较悲观，往往远远超出实际数据积压上界。
【发明内容】
[0005] 为了实现更优的AFDX网络分析建模的数据积压的帧数计算方法，本发明提供了 一种计算AFDX网络中数据积压的方法，得到AFDX网络中更低的数据积压上界，为网络资源 分配提供更可靠的理论依据和更大的配置数据优化空间，更有效地保证AFDX网络的确定 性。
[0006] 本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
[0007] -种计算AFDX网络中数据积压的方法，包含以下步骤：
[0008] 步骤一、将AFDX网络按照优先级分为不同的子网，针对各子网独立进行网络分 析，计算出各虚拟链路在每一个交换机内部缓冲出口位置的到达曲线和服务曲线：
[0009] A)计算各子网中网络的到达曲线：
[0010] a (t) = 〇 + p t,
[0011] 其中，为O突发度，P为发送速率；
[0012] B)计算各子网中网络的服务曲线：
[0013] PR，T(t) =R[t_T]+，
[0014] 其中R为服务速率，T为服务延迟，符号[x]+表示：如果x彡0则该值等于x，否 则该值为0。
[0015] 步骤二、由到达曲线和服务曲线计算由于排队造成的数据延迟D1，计算公式为：
[0016] Di=supt^〇{infT {a(t) ^P(t+x)}}
[0017] 步骤三、本发明中不用最大横向距离来计算数据积压上界，而是用数据延迟的上 界来计算数据积压的帧数上界。根据数据延迟D1计算出各节点的数据积压：
[0018]
[0019] 其中：T技术延迟为每个点的技术延迟上界，一般T技术延迟=50ys，T_为从整形到 从发动终端输出的技术延迟。
【附图说明】
[0020] 图1是实施例中子网网络拓扑结构；
[0021] 图2是实施例中到达曲线示意图；
[0022] 图3是实施例中服务曲线示意图；
[0023] 图4是实施例中最坏情况下数据延迟示意图；
[0024] 图5是本发明的流程不意图。
【具体实施方式】
[0025] 在以往的方法中，数据延迟和数据积压是在得到到达曲线和服务曲线后，取横向 最大距离计算数据延迟上界，取纵向最大距离计算数据积压上界，数据延迟和数据积压是 分开并行计算的。本发明中不用最大横向距离来计算数据积压上界，而是用数据延迟的上 界来计算数据积压的帧数上界。
[0026] 由于AFDX网络中数据发送的周期性，在一定的时间周期内，从发送终端发送出的 帧数是有上界的，本发明依照每条VL的数据在网络中的逗留时间来计算网络或者某个节 点的数据积压。
[0027] 如图5所示，本发明的实施流程如下：
[0028] 步骤一、分区后求到达曲线和服务曲线。
[0029] 网络分区：
[0030] 首先需要将网络按照优先级分为不同的子网，针对各子网独立进行网络分析计 算。即对于多优先级AFDX网络，需将AFDX网络按照优先级划分为多个子网，每个子网只包 含同优先级的VL。图1为某优先级子网的网络拓扑结构图。其中i表示网络节点（交换机 的每一个出口都有一个缓冲区，每个缓冲区为一个网络节点）。
[0031] 例如，一个A、B网冗余的AFDX网络中有高⑶、低（L)两个优先级的VL，则可分为 四个子网：
[0032] N(H，A):包含所有通过A网的高优先级VL;
[0033] N(H，B):包含所有通过B网的高优先级VL;
[0034] N(L，A):包含所有通过A网的低优先级VL;
[0035] N(L，B):包含所有通过A网的低优先级VL;
[0036] 计算子网中数据积压前，需要先计算该子网中网络的到达曲线、服务曲线和数据 延迟。
[0037] 到达曲线：
[0038] VL作为AFDX网络中的基本的数据传输通道，终端通过控制每条VL中数据帧的最 大帧长Sniax和发送间隔BAG来控制信息的发送，按照整形的漏桶模型，可得到VL的到达曲 线：
[0039] a(t) = 〇 +Pt
[0040] 其中为〇突发度，P为发送速率。到达曲线示意图如图2所示。
[0041] 服务曲线：
[0042] -个基本的服务曲线模型称作速率延迟服务曲线，如下所示：
[0043] PR,T(t) =R[t_T] +
[0044] 其中R为服务速率，T为服务延迟，符号[x]+表示：如果x彡0则该值等于x，否 则该值为0。
[0045] 服务曲线示意图如图3所示。
[0046] 步骤二、基于网络验算理论计算出每一个虚拟链路的数据延迟。
[0047] 通过基于网络演算理论的网络分析，能够计算出各VL在每一个交换机内部由于 排队造成的数据延迟，我们把这个参数记为Di。
[0048] 假定一个数据流进入某个缓冲节点，该数据流的到达曲线为a(t)，服务曲线为 0 (t)。贝IJ该缓冲节点的最大数据延迟D1 (单位:ms)为a⑴和P⑴之间的最大横向距 离，如图4所示。则有如下公式：
[0049] Di=supt>〇{infT >。{a⑴彡P(t+T)}}。
[0050] 步骤三、在数据延迟的基础上计算数据积压。
[0051] 1、每条VL都是从发送终端整形器开始遵循其发送周期，因此从该点开始计时，假 定从整形到从发动终端输出的技术延迟为，则每条￥1^在从发送终端整形器到某个节 点m发送前的延迟上界为：
[0052]
[0053] 说明：
[0054] (a)集合A包含从发送终端开始，VLJft着其分路径到达节点m所经过的所有节点 构成的集合（包含节点m)。
[0055] (b)发送时间超过这个时间的帧都不在节点m的缓冲区内。
[0056](c)T^7m迟=50ys，为每个节点的技术延迟上界。
[0057] 2、AFDX网络中数据帧按照最小带宽间隔（BAG)周期性发送，则每条VL1^IisJ 时间内发送的帧数上界为：
[0058]
[0059] 也是节点m的数据积压，属于VLk的帧数上界，该结果可进一步优化。
[0060] 用集合B表示从发送终端开始，VLJft着其分路径到达节点m的前一个节点所经过 的所有节点构成的集合（不包含节点m)。
[0061] 则有如下基本公式：
[0062] (a)m点的数据积压=集合A的数据积压-集合B的数据积压；
[0063] (b)m点的数据积压上界=集合A的数据积压上界-集合B的数据积压下届
[0064] 并非所有的数据帧都在节点i处积压，在VLk路径上的所有节点都会积压，下面计 算在此之前的节点处最小积压。
[0065] 假定在进入节点Nni之前的节点没有排队，仅仅存在技术延迟。由于
[0066]
[0067] 在该时间内的总技术延迟小于VL1J^-个发送周期，可积压的最小帧数为0。这说 明在ivVi, 时间间隔内，在节点m之前的路径上，集合B积压的下界为0。
[0068] 因此，-Kjtsw就为节点Nni积压的属于VLk的帧的帧数上界。
[0069] 3、以上计算都是针对一个VLk而言的，若经过节点m的VL有多个，那么节点m积 压的所有帧数的上界瓦：为：
[0070]
[0071] 4、综合以上1、2、3的公式，即可得到计算AFDX网络交换机数据积压的计算方法：
[0072]
[0073] 可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发 明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保 护范围。
【主权项】
1. 一种计算AFDX网络中数据积压的方法，包含以下步骤： 步骤一、将AFDX网络按照优先级分为不同的子网，针对各子网独立进行网络分析，对 于每一个子网，根据网络验算的方法计算出每一个虚拟链路的到达曲线和服务曲线； 步骤二、进而计算出各虚拟链路在每一个交换机内部由于排队造成的数据延迟D1; 步骤三、根据数据延迟D1计算出各节点的数据积压：
【专利摘要】本发明公开了一种计算AFDX网络中数据积压的方法，包含以下步骤：步骤一、将AFDX网络按照优先级分为不同的子网，针对各子网独立进行网络分析，计算出各虚拟链路的到达曲线和服务曲线。步骤二、计算出在每一个交换机内部由于排队造成的数据延迟Di；步骤三、根据数据延迟Di计算出各节点的数据积压。通过本发明得到AFDX网络中更低的数据积压上界，为网络资源分配提供更可靠的理论依据和更大的配置数据优化空间，更有效地保证AFDX网络的确定性。
【IPC分类】H04L12/24
【公开号】CN105162612
【申请号】CN201510336533
【发明人】盛春玲, 罗海, 付佩, 缪万胜, 谷青范
【申请人】中国航空无线电电子研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年6月17日