CN106161080A - 一种SpaceFiber/SpaceWire网络模型描述方法 - Google Patents

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张娟
朱维
王震
吴侃侃
郭晶晶
肖轩
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    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
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Abstract

本发明提出了一种航天器SpaceFiber/SpaceWire网络模型描述方法。该方法根据SpaceFiber/SpaceWire总线的组网与数据传输特点，对SpaceFiber/SpaceWire网络进行数学建模，并进一步采用邻接矩阵将网络拓扑信息记录存储下来。该方法高效可行，为航天器统一信息SpaceFiber/SpaceWire智能网络的模型建立、仿真分析、自主配置与维护等奠定了基础，具有良好的工程应用前景。

Description

一种SpaceFiber/SpaceWire网络模型描述方法
技术领域
本发明涉及航天器SpaceFiber/SpaceWire网络模型的描述方法，提出了切实可行的有向图描述方法和邻接矩阵记录方法，为航天器统一信息SpaceFiber/SpaceWire智能网络的模型建立、仿真分析、自主配置与维护等奠定了基础。
背景技术
航天技术的快速发展对航天器的自主配置、自主管理、自主维护等提出了越来越高的需求，航天器统一信息智能网络为该问题提供了良好的解决思路。为实现统一信息智能网络，需要采用统一的航天器总线统一接口，需要在网络中设置网络管理器进行统一管理，需要对网络组成信息进行记录存储。因此有必要根据本发明提出的SpaceFiber/SpaceWire网络模型的描述方法对航天器统一信息智能网络的拓扑结构进行数学建模。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的缺失，本发明的目的是提供一种SpaceFiber/SpaceWire网络模型的描述方法，该方法根据SpaceFiber/SpaceWire总线的组网与数据传输特点，提出了一种有效的网络拓扑建模算法，为航天器统一信息网络的模型建立与仿真分析提供了解决思路。
根据本发明提供的一种SpaceFiber/SpaceWire网络模型的描述方法，包括如下六个步骤：
(1)在SpaceFiber/SpaceWire网络中包含有一个网络管理器；
(2)所述SpaceFiber/SpaceWire节点设备均通过SpaceFiber/SpaceWire路由器相连；
(3)所述网络管理器采用路径寻址的方式通过数据包服务依次向网络中的所有设备发送设备信息查询包；
(4)所述SpaceFiber/SpaceWire节点和SpaceFiber/SpaceWire路由器接收到设备信 息查询包后，将自己的设备信息以及收到该查询包的端口号反馈给所述网络管理器；
(5)所述网络管理器收到各个设备反馈的信息后，依据收到各设备应答的先后顺序依次对各个设备进行编号，并通过数学建模将网络拓扑结构模型化为有向图；
(6)所述网络管理器将有向图数学化，采用邻接矩阵的方式记录存储下来。
优选地，所述第(5)步中的数学建模，是将SpaceFiber/SpaceWire网络中的设备模型化为有向图中的节点；设备间的链路连接模型化为一对有方向有权值的边，设定从第i个节点的k号端口到第j个节点的边的权值Wi,j为k。
优选地，所述第(6)步中的邻接矩阵是一个n×n的方阵，n为有向图中的设备个数，其第i行、第i列对应于第i个节点，所述邻接矩阵中的元素A[i,j]为Wi,j。
本发明具有如下意义：
本发明根据SpaceFiber/SpaceWire总线的组网与数据传输特点，提出了切实有效的SpaceFiber/SpaceWire网络拓扑数学描述方法，为航天器统一信息SpaceFiber/SpaceWire智能网络的模型建立、仿真分析、自主配置与维护等奠定了基础，具有良好的工程应用价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中的实施例：SpaceFiber/SpaceWire网络拓扑结构示意图；
图2为本发明中实施例SpaceFiber/SpaceWire网络编号结果示意图；
图3为本发明中实施例SpaceFiber/SpaceWire网络结构的有向图模型。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种SpaceFiber/SpaceWire网络模型描述方法，要求网络中有用于统筹管理的网络管理器，节点设备之间通过路由器进行互连。图1即为按照该约束条件建立的SpaceFiber/SpaceWire网络拓扑结构示意图。
图1中包含有四个节点N1、N2、N3、N4，两个路由器R1、R2，所有设备通过链路互连，各设备内的小方框内显示的是设备的端口号。不妨假设节点N1是该网络中的 网络管理器，为网络中的零号设备，由其通过依次发送设备查询包获得网络的拓扑信息，且根据收到应答包的先后顺序对网络中遍历到的设备依次进行编号。若网络管理器采用宽度优先的网络遍历算法，且优先遍历路由器的小号端口，则遍历到的设备依次为：R1、N2、R2、N3、N2、N4，依次对各设备进行编号，编号后的网络如图2所示。
为了对SpaceFiber/SpaceWire网络拓扑进行描述，本发明采用一种非线性数据结构“有向图”来描述网络设备间复杂的互连关系。有向图(G)是一种非线性结构，它由顶点集V(G)和边集E(G)组成，记为G＝(V，E)。其中V(G)是图的顶点组成的非空有限集合，即网络设备的集合，而E(G)是V(G)中任意两个顶点之间的关系集合，即网络设备间的连接状态的集合。为了将网络拓扑结构完整地记录下来，需要将每个节点与其他节点连接时的端口信息都存储下来，即任意两个节点之间的连接都需要记录两个端口号，图1中的网络拓扑结构所对应的有向图模型如图3所示。
可见，网络中的设备都模型化为有向图G中的顶点，网络设备间的每条连接都模型化为有向图G中的一对有方向的边，每条边的权值Wi,j表示从第i个节点设备流向第j个节点设备的数据流流自第i个节点设备的Wi,j号端口，如W0,1＝1即表明从节点N1流向节点R1的数据流是从N1的一号端口流出。从图3中可以看出，有向图G的顶点集V(G)和边集E(G)分别为：
有向图的存储不仅需要记录下图中各个顶点本身的信息，还要记录下顶点与顶点之间的关系，因此本文采用邻接矩阵的方式对图进行存储。邻接矩阵是表示图中顶点之间相邻关系的矩阵，对于一个包含有n个顶点的有向图G，其邻接矩阵A是一个n×n的方阵，矩阵的每一行和每一列都与图中的一个顶点一一对应，矩阵中的元素A[i,j]按照式(3)所示规则进行取值。
显然，邻接矩阵具有以下五个性质：
(1)任一设备i与自身均没有回路，即A[i,i]＝0；
(2)根据定义，A[i,j]表明设备j挂接在设备i的第A[i,j]个端口上，而A[j,i]表明设备i挂接在设备j的第A[j,i]个端口上，显然，二者不一定相同，所以邻接矩阵A不是 一个对称矩阵，即A≠AT；
(3)矩阵A的第i行中非零元素的个数即为第i个设备的出度(以设备i为终点的连接数目)，矩阵A的第i列中非零元素的个数即为第i个设备的入度(以设备i为起点的连接数目)；
(4)任一设备i可以与多个设备相连，但是设备都是挂接在设备i的不同端口上，因此，若m≠n，则A[i,m]≠A[i,n]；
(5)每存在一个设备连接，便有两个有向边，因此图中的边总是成对出现，即若A[i,j]≠0，则A[j,i]≠0；若A[m,n]＝0，则A[n,m]＝0。
对于图1所示网络，其该网络的邻接矩阵便为
因此，本发明采用以下步骤对SpaceFiber/SpaceWire网络进行建模描述：
(1)SpaceFiber/SpaceWire网络中包含有一个网络管理器；
(2)SpaceFiber/SpaceWire节点均通过SpaceFiber/SpaceWire路由器相连；
(3)SpaceFiber/SpaceWire网络管理器采用路径寻址的方式通过数据包服务(Packet Service)依次向网络中的所有设备发送设备信息查询包；
(4)SpaceFiber/SpaceWire节点和SpaceFiber/SpaceWire路由器接收到设备信息查询包后，将自己的设备信息以及收到该查询包的端口号反馈给网络管理器；
(5)SpaceFiber/SpaceWire网络管理器收到各个设备反馈的信息后，依据收到各设备应答的先后顺序依次对各个设备进行编号，并通过数学建模将网络拓扑结构模型化为有向图；
(6)SpaceFiber/SpaceWire网络管理器将有向图数学化，采用邻接矩阵的方式记录存储下来。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种SpaceFiber/SpaceWire网络模型描述方法，其特征在于，包含以下几个步骤：
(1)在SpaceFiber/SpaceWire网络中包含有一个网络管理器；
(2)所述SpaceFiber/SpaceWire节点设备均通过SpaceFiber/SpaceWire路由器相连；
(3)所述网络管理器采用路径寻址的方式通过数据包服务依次向网络中的所有设备发送设备信息查询包；
(4)所述SpaceFiber/SpaceWire节点和SpaceFiber/SpaceWire路由器接收到设备信息查询包后，将自己的设备信息以及收到该查询包的端口号反馈给所述网络管理器；
(5)所述网络管理器收到各个设备反馈的信息后，依据收到各设备应答的先后顺序依次对各个设备进行编号，并通过数学建模将网络拓扑结构模型化为有向图；
(6)所述网络管理器将有向图数学化，采用邻接矩阵的方式记录存储下来。
2.根据权利要求1所述的SpaceFiber/SpaceWire网络模型描述方法，其特征在于，所述第(5)步中的数学建模，是将SpaceFiber/SpaceWire网络中的设备模型化为有向图中的节点；设备间的链路连接模型化为一对有方向有权值的边，设定从第i个节点的k号端口到第j个节点的边的权值Wi,j为k。
3.根据权利要求1所述的SpaceFiber/SpaceWire网络模型描述方法，其特征在于，所述第(6)步中的邻接矩阵是一个n×n的方阵，n为有向图中的设备个数，其第i行、第i列对应于第i个节点，所述邻接矩阵中的元素A[i,j]为Wi,j。
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