航电机载网络的业务调度与性能评价技术研究

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近年来,以信息技术为依托的航空电子系统不断朝着综合化、网络化和模块化的方向发展,对航电机载网络的时效性、准确性和安全性提出了更高的要求。作为一种基于时间触发协议的新型实时网络技术,时间触发以太网(TTE)兼容标准以太网、AFDX等机载网络,支持多业务的混合传输,可满足航电系统的发展需求,是新一代理想的机载网络技术。考虑到航电系统任务关键和安全关键特征,机载网络更加关注混合业务调度和组网的实时性。本文围绕TTE的混合业务调度算法和实时性能评价技术进行了深入研究,具体完成如下工作:以支持多种业务的共存与调度和减小RC业务排队时延为出发点,本文提出一种两阶段多业务混合调度(TMH)算法。在对调度问题进行建模分析的基础上,基于分阶段算法处理思想设计TMH算法。在第一阶段,以全网负载均衡和最小路由跳数为优化目标,采用模拟退火算法为业务求解最优传输路径;在第二阶段,针对不同业务特点,设计多业务交替调度策略。然后,通过仿真模型验证了TMH算法的正确性和有效性。与传统分区调度方法相比,提高了时域资源利用率且RC平均时延的改善在10-1 ms量级。此外,在有冗余链路的星型拓扑下,该算法可以均衡全网流量负载,与传统算法相比,各链路负载方差的波动范围减少了39.85%。为了解决实际网络中时间触发(TT)流量的在线变更问题,基于TMH算法,本文提出一种可调节TT业务占比的两阶段多业务混合动态调度TMDH算法。针对TT业务的时域资源占比设计了计数判定机制,进而执行第一类(FTDSP)和第二类调度策略(STDSP)。结果表明:与其他两类调度算法相比,TMDH算法既满足了在一定TT业务占比下,新增TT业务快速上线传输的需求,又保证了当新增TT业务过多而超过系统承受能力时,新增TT业务的实时性。为了改善RC业务端到端时延评价结果的悲观性,本文提出一种TTOffset-NC性能评价方法。考虑TT业务调度时间偏置,通过定义基准帧,进一步利用相对偏置量计算同一节点端口处不同流量到达曲线组合的上包络,以此优化RC业务时延上界的计算。结果表明:与其它两种评价方法相比,TTOffset-NC方法的RC时延结果的评价悲观性减少了近20%,且计算紧性减少了36%左右,更接近准确时延。
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