CN104717149A - 一种基于虚拟链路的数据帧调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于虚拟链路的数据帧调度方法，包括以下步骤：1）虚链路模块接收到数据后，设定系统给相应虚拟链路分配的带宽分配间隔值；2）在FIFO中等待，进入调度模块中并获得系统分配的抖动上限值并在此时间值范围内发送到MAC控制器；每一条虚拟链路均拥有一个有效传输标识，根据有效传输标识所对应的BAG定时器状态，调度器决定是否对该虚拟链路进行流量整形，作为虚拟链路流量整形及同步调度的控制信号；本发明一种基于虚拟链路的数据帧调度方法，保证在大数据量通信时虚拟通路有均衡的流量和额定带宽，使得虚通路中消息传输时间的确定性和有效性得到保障。
Description
技术领域
本发明属于机载计算机通信技术领域，尤其涉及机载网路中基于虚链路的帧发送调度方法的设计和实现。
背景技术
从机载网络的应用角度来看，需要为航空应用和业务提供实时、有端到端时延上界的数据通信服务。传统数据网络中消息传送的尽力而为（BE）以及冲突退避等特性不适合在以安全性和可靠性著称的机载网络中使用。
为了满足实时、延迟有界的数据传输，需要一种保证在大数据量通信时虚拟通路有均衡的流量和额定带宽，使得虚通路中消息传输时间的确定性和有效性得到保障的数据帧调度方法。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种基于虚拟链路的数据帧调度方法，保证在大数据量通信时虚拟通路有均衡的流量和额定带宽，使得虚通路中消息传输时间的确定性和有效性得到保障。
本发明的技术解决方案是：一种基于虚拟链路的数据帧调度方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1）虚链路模块接收到数据后，设定系统给相应虚拟链路分配的带宽分配间隔值；
2）在FIFO中等待，进入调度模块中并获得系统分配的抖动上限值并在此时间值范围内发送到MAC控制器；每一条虚拟链路均拥有一个有效传输标识，根据有效传输标识所对应的BAG定时器状态，调度器决定是否对该虚拟链路进行流量整形，作为虚拟链路流量整形及同步调度的控制信号；
3）调度器启动后如果最小调度周期到达，启动Jitter定时器；如果虚链路VLn的BAG定时器处于复位状态，则将其唤醒使其开始工作计时；
4）在最大抖动时延范围内等待帧的流量整形处理请求；
5）如果在步骤4）的时间范围内有虚链路需要被流量整形（FTT[n]=1），则调度器控制单元查询VL多路复用缓冲确定该虚拟链路是否有帧可以被调度；如果VL多路复用缓冲对应通道有帧则对该帧进行调度，同时复位该虚拟链路的有效传输标志FTT（FTT_RST[n]=1）；
6）通过对发送缓存子模块的读控制接口发送控制信号，以通知VL多路复用缓冲将该虚拟链路的帧送到读接口，供发送冗余子模块读取并处理。
对所述系统分配的抖动上限值限定接受范围，即：
表示虚拟链路VLi所能允许传输的AFDX帧的最大长度，单位为Byte；Nbw表示传输介质的带宽，单位是bits/s。
如果VL多路复用缓冲已将数据准备好放到读接口，则调度器控制单元通知发送冗余子模块读取该帧。
本发明具有的优点：
1）确定的时延上限：对于给定虚链路VL其发送数据帧时的最大延迟可分为下面两种情况做出限制：
给定虚链路上没有其它数据要发送、处理时，总的延迟为MAX_LatencyiBAGi+Max_jitter+Technological_Latency_in_transmission；
给定虚链路上有其它数据要发送、处理时，如果第(p-1)帧正在处理，对于编号为p的帧的最大延迟可以被限定在MAX_Latencyi(frame_p)p*BAGi+Max_jitter+Technological_Latency_in_transmission；
2）带宽隔离、流量可控：基于VL的周期轮询调度方法可以保证不同虚链路以特定的频率发送数据帧，以此提供特定带宽服务且能够限制最大延迟。同时流量可以根据虚链路的需要进行配置；
3）公平轮询防止短数据帧饥饿：采用定时器触发方式周期性轮转查询各虚链路是否有待发送数据，防止具有大数据量的某虚链路长时间占用物理链路致使其它虚链路的短数据帧延迟超过规定的上限。
本方法基于虚拟链路的数据帧调度方法来保证在大数据量通信时虚拟通路有均衡的流量和额定带宽，使得虚通路中消息传输时间的确定性和有效性得到保障，对于机载网络传输业务整体来说不同虚拟通路之间的带宽也能得到相应的限制和保障，应用本方法还可满足机载网络对确定性和端到端消息传输的时延上界等实时性相关的需求。
附图说明
图1是本发明虚链路调度示意图；
图2是本发明调度时间窗口与抖动的关系示意图；
图3是本发明虚拟链路调度具体实例示意图；
具体实施方式
本发明根据不同虚链路的带宽需求将时间轴划分为调度响应时间窗口，结合定时器触发机制周期性轮询各虚通路是否有数据需要发送。在虚拟链路调度过程中，由于各虚拟链路的发送时间窗口（或带宽分配间隔BAG：BandwidthAllocation Gap）限定，在某个时间点多条虚拟链路之间可能会产生发送竞争，从竞争的虚拟链路当中选择某一条进行调度发送会导致其它虚拟链路的等待，使得数据不能按照正常的BAG发送，因此虚拟链路调度会不可避免地引入抖动。抖动（Jitter）是指从BAG开始到帧的第一位发送出去之间的时间间隔，它是由虚拟链路调度和流量整形等因素引起的一种固定的发送延时。最大抖动可按如下两个公式进行限定：
表示虚拟链路VLi所能允许传输的AFDX帧的最大长度，单位为Byte；Nbw表示传输介质的带宽，单位是bits/s。公式1描述了端系统的一条虚拟链路在调度过程中因其它虚拟链路而引起的抖动界限，公式2描述了AFDX网络上所有的虚拟链路允许的最大抖动值，即在任何情况下，抖动都必须被控制在500us以内。
虚链路调度（内部逻辑如
图1所示）是将多条虚拟链路整合为一的过程。多条链路同时需要调度时，部分链路数据的发送时间就会滞后，滞后的时间用Jitter表示，如图2所示。虚链路模块接收到数据后，先设定系统给相应虚拟链路分配的带宽分配间隔（BAG）值。然后在FIFO中等待，进入调度模块中并获得系统分配的抖动上（Jitter）限值后发送到MAC控制器。为了防止Jitter过大，而影响AFDX系统实时性的情况发生，必须限定Jitter值在一个可接受的范围(参考max_jitter的限制公式)。
在保证每条虚拟链路的BAG情况下，虚拟链路调度对端系统的帧发送在允许的抖动范围内进行调度，决定虚拟链路多路复用后帧的发送次序，图3所示为一个具有两条虚拟链路（VL1和VL2）的端系统调度示例。其中每一条虚拟链路均拥有一个有效传输标识（FTT：Free To Transmit Flag）。根据FTT所对应的BAG定时器状态，调度器决定是否对该虚拟链路进行流量整形，作为虚拟链路流量整形及同步调度的控制信号。
具体的工作流程如下所述：
1）调度器启动后，如果最小调度周期到达，启动Jitter定时器；如果虚链路VLn的BAG定时器处于复位状态，则将其唤醒使其开始工作计时；
2）在最大抖动时延范围内等待帧的流量整形处理请求；
3）如果在此时间范围内有虚链路需要被流量整形（FTT[n]=1），则调度器控制单元查询VL多路复用缓冲确定该虚拟链路是否有帧可以被调度；
4）如果VL多路复用缓冲对应通道有帧则对该帧进行调度，同时复位该虚拟链路的有效传输标志FTT（FTT_RST[n]=1）；
5）接着通过对发送缓存子模块的读控制接口发送控制信号，以通知VL多路复用缓冲将该虚拟链路的帧送到读接口，以供发送冗余子模块读取并处理；
如果VL多路复用缓冲已将数据准备好放到读接口，则调度器控制单元通知发送冗余子模块读取该帧。最小调度周期控制BAG定时器和Jitter定时器的启动和复位，因此在最小调度周期的定时过程中，计数器满标识的置位状态只维持一个时钟周期，即在之后的第二个周期该计时器被清零，以防止BAG定时器发生误复位。
Claims (3)
1.一种基于虚拟链路的数据帧调度方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1）虚链路模块接收到数据后，设定系统给相应虚拟链路分配的带宽分配间隔值；
2）在FIFO中等待，进入调度模块中并获得系统分配的抖动上限值并在此时间值范围内发送到MAC控制器；每一条虚拟链路均拥有一个有效传输标识，根据有效传输标识所对应的BAG定时器状态，调度器决定是否对该虚拟链路进行流量整形，作为虚拟链路流量整形及同步调度的控制信号；
3）调度器启动后如果最小调度周期到达，启动Jitter定时器；如果虚链路VLn的BAG定时器处于复位状态，则将其唤醒使其开始工作计时；
4）在最大抖动时延范围内等待帧的流量整形处理请求；
5）如果在步骤4）的时间范围内有虚链路需要被流量整形（FTT[n]=1），则调度器控制单元查询VL多路复用缓冲确定该虚拟链路是否有帧可以被调度；如果VL多路复用缓冲对应通道有帧则对该帧进行调度，同时复位该虚拟链路的有效传输标志FTT（FTT_RST[n]=1）；
6）通过对发送缓存子模块的读控制接口发送控制信号，以通知VL多路复用缓冲将该虚拟链路的帧送到读接口，供发送冗余子模块读取并处理。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟链路的数据帧调度方法，其特征在于：对所述系统分配的抖动上限值限定接受范围，即：
表示虚拟链路VLi所能允许传输的AFDX帧的最大长度，单位为Byte；Nbw表示传输介质的带宽，单位是bits/s。
3.根据权利要求2所述的基于虚拟链路的数据帧调度方法，其特征在于：如果VL多路复用缓冲已将数据准备好放到读接口，则调度器控制单元通知发送冗余子模块读取该帧。
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