CN104618261B - 航空电子系统网络内的重整形调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，包括如下步骤：设置系统内调整周期的大小，重置历史信息向量表，对网络内各条虚拟链路进行静态优先级分配；当数据包到达时，更新历史信息向量表；当一个调整周期结束时，根据静态优先级和当前调整周期内历史信息向量表内记录的历史信息更新下一个调整周期内各条虚拟链路的发送顺序，记录入发送顺序表中；当数据包到达发送时刻，在调度时刻按照发送顺序表中记录的发送顺序进行发送,本发明通过采用动态、静态结合的方式调整航空电子系统内各条虚拟链路的发送顺序，从而达到保证关键链路的优先传输和降低普通链路的时延抖动的效果。

Description

航空电子系统网络内的重整形调度方法

技术领域

本发明涉及航空电子系统网络内的调度算法，特别是涉及一种基于重整形思想的航空电子系统网络内的重整形调度方法。

背景技术

网络通信中，调度器是规整流量，进行多路复用的部件。一个端系统或交换机中，一般存在多条数据流，这些数据流在逻辑上相互独立，物理上共享同一条物理链路进行传输。当同时有多条链路到达就绪状态时，调度器根据内置的调度算法选择其中一条链路的数据包进行发送。调度算法是调度器的核心，影响链路的时延和时延抖动。一个优秀的调度算法可以在不增加时延的情况下尽可能减小链路的时延抖动。

在航空电子系统网络中，由于每个端系统可挂载多个航空电子子系统，因此在同一个端系统中存在多条虚链路，每一条虚链路传输一种类型的数据，多条虚链路之间相互独立，系统通过调度器对多条虚链路进行多路复用。传统的调度算法是FIFO、RM、EDF算法。

FIFO方式下，系统为每条物理链路维护一个缓存队列，存放待发送的数据包。每个数据包经过整形后到达输出端口，直接放入对应物理链路的缓存队列尾部，等待发送，早到达的数据包将在晚到达的数据包之前发送。

RM算法是一种适用于周期性任务调度的静态优先级调度算法。它根据任务的周期来分配优先级，周期越小，则优先级越高。RM算法基于建立在一系列理想假设基础上的理想调度模型，在实际应用中，需要对这些假设进行一定修改。RM调度算法理想的假设模型包括以下假设：

1、所有的任务都是周期性的，必须在限定时间内完成。

2、任务的作业需在任务的下一个作业到来之前完成。

3、每个任务之间相互独立，不存在前后次序的约束。

4、任务的运行时间不变，指任务的每个作业需要的处理时间相同。

5、非周期性任务在特殊情况下发生，如系统初始化或系统紧急处理程序。

6、其他假设，包括任务切换时间忽略不计、可抢占调度等等。

EDF算法是一种动态优先级任务调度算法。它根据当前任务的截止周期来为任务动态分配优先级，任务的截止时间越小，则任务的优先级越高，相反，任务的截止时间越长，则任务的优先级越低。在EDF调度算法中，每个任务执行完毕后，选择就绪任务中优先级最高的任务进行执行。

RM算法输出静态算法，算法的额外开销小，可预测性好。但是由于静态调度算法一旦做出调度决定后，在整个运行期间就无法再进行更改，因此调度的灵活性不如动态调度算法。EDF算法是动态调度算法，根据任务的实时情况进行调度选择，增强了系统的灵活性，能够应对突发情况。但是，EDF算法的运行开销较大且可预测性差。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，其通过采用动态、静态结合的方式调整航空电子系统内各条虚拟链路的发送顺序，从而达到保证关键链路的优先传输和降低普通链路的时延抖动的效果。

为达上述及其它目的，本发明提出一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，包括如下步骤：

步骤一，设置系统内调整周期的大小，重置历史信息向量表，对网络内各条虚拟链路进行静态优先级分配；

步骤二，当数据包到达时，更新历史信息向量表；

步骤三，当一个调整周期结束时，根据静态优先级和当前调整周期内历史信息向量表内记录的历史信息更新下一个调整周期内各条虚拟链路的发送顺序，记录入发送顺序表中；

步骤四，当数据包到达发送时刻，在调度时刻按照发送顺序表中记录的发送顺序进行发送。

进一步地，该方法还包括如下步骤：

步骤五，当出现高优先级链路的突发情况时，系统允许高优先级链路插入当前就绪队列的头部。

进一步地，所述步骤1中对历史信息向量表的记录包括调整周期内各条虚拟链路发送的数据帧的数量和最大的数据帧长。

进一步地，所述的步骤一中优先级的静态分配根据各条链路的紧急程度进行划分，与飞行控制相关的警报数据、传感器数据拥有高优先级，用户数据和文件数据拥有低优先级。

进一步地，所述步骤二中每条链路发送数据帧后历史信息向量表的更新为对应发送链路的发送帧数量加1，发送帧长与记录的最大帧长进行比较，若大于最大帧长，则更新链路最大帧长。

进一步地，所述步骤三中对对各条虚拟链路的发送顺序进行调整是根据链路的静态优先级和上个调整周期内记录的历史信息来进行的。

进一步地，对各条虚拟链路发送顺序的调整，首先根据静态优先级对各条链路进行排序，同一优先级内的链路之间根据历史信息向量表内记录的上个调整周期内发送的数据帧的数量来确定彼此的发送顺序，发送数据帧多的链路将拥有靠前的发送顺序，发送数据帧为0的链路将不安排发送顺序。

进一步地，对于高优先级的数据链路，其静态优先级高，在转发时刻得到优先传输。

进一步地，对于同等优先级的链路，发送数据帧数量多及流量大的数据链路被认为是更紧急的链路，具有更靠前的发送顺序。

进一步地，在发送时刻，如果有突发的高优先级链路需要传输数据，则将此链路的数据帧插入到发送队列的头部。

与现有技术相比，本发明一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，其通过采用动态、静态结合的方式调整航空电子系统内各条虚拟链路的发送顺序，可以降低关键链路的端到端时延，并降低传统链路的时延抖动，有效提高了系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明一种航空电子系统网络内的重整形调度方法的步骤流程图；

图2为本发明一种航空电子系统网络内的重整形调度方法之较佳实施例的流程图；

图3为本发明较佳实施例之重整形调度方法与传统调度算法的调度比较示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种航空电子系统网络内的重整形调度方法的步骤流程图。如图所示，本发明一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，包括如下步骤：

步骤101，设置系统内调整周期的大小，重置历史信息向量表，对网络内各条虚拟链路进行静态优先级分配。

其中，对历史信息向量表的处理包括：将各条虚拟链路对应的数据帧数量表置为0，将各条虚拟链路对应的最大帧长置为0，按照静态优先级预先安排各条虚拟链路的发送顺序。

步骤102，当数据包到达时，更新历史信息向量表。

步骤103，当一个调整周期结束时，根据静态优先级和当前调整周期内历史信息向量表内记录的历史信息更新下一个调整周期内各条虚拟链路的发送顺序，记录入发送顺序表中。

其中，对各条虚拟链路的发送顺序进行调整是根据链路的静态优先级和上个调整周期内记录的历史信息来进行。实现了动态自适应和静态分配的结合。

步骤104，当数据包到达发送时刻，在调度时刻按照发送顺序表中记录的发送顺序进行发送。

步骤105，当出现高优先级链路的突发情况时，系统允许高优先级链路插入当前就绪队列的头部。

步骤104和步骤105中的数据帧发送原则包括：在调度时刻，按照发送顺序表中记录的的发送顺序，依次发送各条虚拟链路的数据帧；当出现不在发送顺序表中的突发数据帧时，将其插入到就绪队列的头部。

图2为本发明一种航空电子系统网络内的重整形调度方法之较佳实施例的流程图。以下配合图2通过具体实施例来说明本发明：

系统初始化阶段：设置调整周期Period，对系统中的每条虚拟链路维护以下三个向量记录每条虚拟链路的历史信息：

VL_NUM：记录一个调整周期内该链路发送的包数目；

VL_Lmax：记录一个调整周期内该链路发送的包的最大长度；

Send_order：设置下个调整周期内各条链路的发送次序。

系统运行时：当系统处于调整周期内时，每当一个数据帧到达输出端口，放入对应链路的输出缓存。在调度时刻，调度器按照Send_order内的次序将准备好的帧发送出去，每发送一个数据帧该链路对应的VL_NUM向量递增一次。

调度周期结束时刻，系统首先按照优先级对各条链路进行排序，接下来根据VL_NUM中记录的历史信息对同一优先级内的各条链路进行排序，将排序结果存入Send_order向量内。

本发明之重整形调度方法(RSP调度算法)的执行步骤如下：

步骤S1：仿真初始化阶段，设置调整周期的值，调整周期的值大，系统需要的操作少，灵活性小；调整周期的值小则系统的灵活性高，但由于频繁的排序操作导致系统的负荷大。因此，设置合适的调整周期值对于系统的性能很重要，一般设置为1s。设置VL_NUM和VL_Lmax值为全0。完成这些步骤之后，进入步骤S2。

步骤S2：判断是否存在突发数据包，若存在突发数据包，则进入步骤S7，若无突发数据包，则进入步骤S3。

步骤S3：判断当前时刻是否为调度时刻，若不是调度时刻，则回到步骤S2，若是调度时刻，则进入步骤S4。

步骤S4：判断调整周期是否结束，若调整周期未结束，则持续时间Last_t ime增加，并按照Send_order中记录的次序对数据包进行转发，进入步骤S5。若调整周期已结束，则进入步骤S6。

步骤S5：更新VL_NUM和VL_Lmax的值。进入步骤10。

步骤S6：若调整周期结束，首先根据优先级然后根据VL_NUM中存储的历史信息对链路进行排序，将排序结果存入Send_order中，优先级高且流量大的链路将在下个调整周期内得到优先传输。然后，将持续时间Last_Time置为0，进入下一个调整周期。随后转向步骤S4。

步骤S7：判断突发数据包是否是紧急数据，若为紧急数据，则进入步骤S8，若为普通数据包，则进入步骤S9。

步骤S8：将紧急数据包放置于当前输出端口的缓存队列头部。等待发送。进入步骤S2。

步骤S9：将普通数据包放置在对应链路的输出缓存队列尾部，等待发送，进入步骤S2。

步骤S10：判断仿真时间是否到，若时间到，则仿真结束，否则进入步骤S2。

图3为本发明较佳实施例之重整形调度方法与传统调度算法的调度比较示意图。我们模拟几种数据帧可能出现的顺序，分析和比较这几种情况下FIFO调度方式和RSP调度方式的差异，并选择VL2作为要分析的目标链路。在示例网络中模拟了4种不同的帧到达序列，调度时刻间隔为8ms，确保前后两次调度之间不存在冲突。在FIFO调度方法下，数据帧按照到达的时刻先后进行调度，由于到达序列的不同，从而调度的次序也不同。在RSP方法下，按照各条虚拟链路的历史信息进行数据帧的调度，由于VL1和VL2拥有更高的优先级，因此在调度时VL1、VL2将优先于VL3进行调度，同时，VL2在上个调整周期内发送的包的数量(VL_NUM值)比VL1大，因此当VL2和VL1产生冲突时，VL2的数据帧将优先传输，因此可以得到三者发送的优先次序为VL2>VL1>VL3。

从图3中可以看出，FIFO方式下，VL2的数据帧被调度的时刻由链路的帧到达序列决定，由于网络传输的复杂性，帧到达序列不可预测，从而造成VL2的时延抖动大且不可预测。

RM和EDF调度方式下，由于VL2、VL3的调度周期相同，因此在调度时刻可能出现VL2和VL3的帧的先后次序不固定的问题，转发次序将由帧到达序列决定，也可能产生一定的时延抖动。

RSP方式下，根据优先级和历史信息的值，我们可以看出VL2的优先级高且在上个调整周期内发送的数据帧最多，VL1的优先级高但发送的数据帧数目少于VL2，VL3的优先级低。因此，当调度时刻出现链路冲突时，VL2将优先被调度，VL1其次，VL3最后。三条链路的先后次序相对固定，从而时延也相对稳定，时延抖动较小。

与传统的调度方法方式相比，本发明一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，实现了动态和静态结合的自适应调度方法，可以降低关键链路的端到端时延，并降低传统链路的时延抖动，有效提高了系统的稳定性和可靠性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，包括如下步骤：

步骤一，设置系统内调整周期的大小，重置历史信息向量表，对网络内各条虚拟链路进行静态优先级分配；

步骤二，当数据包到达时，更新历史信息向量表；

步骤三，当一个调整周期结束时，根据静态优先级和当前调整周期内历史信息向量表内记录的历史信息更新下一个调整周期内各条虚拟链路的发送顺序，记录入发送顺序表中；

步骤四，当数据包到达发送时刻，在调度时刻按照发送顺序表中记录的发送顺序进行发送。

2.如权利要求1所述的一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：

步骤五，当出现高优先级链路的突发情况时，系统允许高优先级链路插入当前就绪队列的头部。

3.如权利要求2所述的一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，其特征在于：所述步骤1中对历史信息向量表的记录包括调整周期内各条虚拟链路发送的数据帧的数量和最大的数据帧长。

4.如权利要求2所述的一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，其特征在于：所述的步骤一中优先级的静态分配根据各条链路的紧急程度进行划分，与飞行控制相关的警报数据、传感器数据拥有高优先级，用户数据和文件数据拥有低优先级。

5.如权利要求2所述的一种航空电子系统网络内的重整形调度方法，其特征在于：所述步骤二中每条链路发送数据帧后历史信息向量表的更新为对应发送链路的发送帧数量加1，发送帧长与记录的最大帧长进行比较，若大于最大帧长，则更新链路最大帧长。

6.根据权利要求2所述的航空电子系统网络内重整形调度方法，其特征在于：所述步骤三中对对各条虚拟链路的发送顺序进行调整是根据链路的静态优先级和上个调整周期内记录的历史信息来进行的。

7.根据权利要求6所述的航空电子系统网络内重整形调度方法，其特征在于：对各条虚拟链路发送顺序的调整，首先根据静态优先级对各条链路进行排序，同一优先级内的链路之间根据历史信息向量表内记录的上个调整周期内发送的数据帧的数量来确定彼此的发送顺序，发送数据帧多的链路将拥有靠前的发送顺序，发送数据帧为0的链路将不安排发送顺序。

8.根据权利要求2所述的航空电子系统网络内重整形调度方法，其特征在于，对于高优先级的数据链路，其静态优先级高，在转发时刻得到优先传输。

9.根据权利要求2所述的航空电子系统网络内重整形调度方法，其特征在于，对于同等优先级的链路，发送数据帧数量多及流量大的数据链路被认为是更紧急的链路，具有更靠前的发送顺序。

10.根据权利要求2所述的航空电子系统网络内重整形调度方法，其特征在于，在发送时刻，如果有突发的高优先级链路需要传输数据，则将此链路的数据帧插入到发送队列的头部。