CN106921591A - 一种机载航电网络中关键性业务突发处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空电子技术领域，公开了一种机载航电网络中关键性业务突发处理方法，所述机载航电网络中关键性业务突发处理方法基于TTE网络的业务规划和分区调度机制，将时间轴划分为多个基本周期，每个基本周期分为只传输TT的TT段和传输RC/BE的ET段两段。本发明通过对关键性突发业务的取代和降优先级单向转换，解决了网络对突发消息的承载而不引起丢包，优化的ET调度方法基于突发业务的等级，不但可以保证突发的关键性业务的确定性时延，还不会对原有TT和RC业务带来较多的时延影响，同时还提高了TT段的链路利用率。

Description

一种机载航电网络中关键性业务突发处理方法

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，尤其涉及一种机载航电网络中关键性业务突发处理方法。

背景技术

机载网络被认为是飞机的“中枢神经”，其将机电、飞控等机载系统互连起来，要求高带宽和严格的端到端时延，是典型的强实时的安全关键控制网络，需要保证混合安全关键业务环境下信息服务的可靠性。网络环境通常具有不可预知性，网络业务突发是指多个业务同时到达使得某个节点端口的缓存队列在极短的时间内溢出，或链路的输入速率大于输出速率引起的速率不匹配阻塞。业务的突发不仅会影响网络中TT业务的实时性和确定性，同时对网络的阻塞和性能也会带来大的影响。关键性业务突发主要包括TT突发和偶发业务的产生，其中TT的突发率和网络各节点的时间同步精度紧密相关，在真实网络中，时钟不同程度的漂移会引起时间同步不精准，进而引起TT数据流在交换机上汇聚的冲突，通常的做法是通过中断传输丢弃突发TT流量；偶发业务一般是有极高时延要求的紧急数据，如报警信号、操作指令信号等，该类数据是通信过程中紧急产生并将对后续操作产生致命影响，其具备最高紧急度和最高优先级，对偶发业务的处理直接关系着系统的后续通信状况，直接丢弃是绝对不可行的。机载网络的高性能要求使得关键性业务突发的处理成为了一项关键技术。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前大多数的突发处理方式是直接将突发消息丢弃，但突发消息本身可能属于安全关键性消息，直接丢弃将严重影响网络的通信需求，无法保证网络的实时性和确定性，另外像偶发消息这类的紧急消息，并未有专门的处理方法。AS6802规范指出了TTE交换机具有流量类型转换功能，但未对其应用场景及实时性影响进行探讨。而突发除了影响自身和原实时性消息的确定性外，还容易引起网络的拥塞。为了解决关键性业务的突发问题，本发明设计了一种取代和降优先级单向转换的突发处理策略，并给出了基于突发业务等级的ET调度方法，目标是在解决突发消息承载的基础上保证突发消息的实时性，同时又最小化影响原网络的实时性消息的传输。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种机载航电网络中关键性业务突发处理方法。

本发明是这样实现的，所述机载航电网络中关键性业务突发处理方法基于TTE网络的业务规划和分区调度机制，将时间轴划分为多个基本周期，每个基本周期分为只传输TT的TT段和传输RC/BE的ET段两段；

TT业务通过静态调度表发送，具有完全的时间确定性，优先级最高；

RC业务基于AFDX协议，允许一定时间范围内的延迟和抖动，优先级次之；

BE业务基于IEEE802.3协议，无Qos保障，优先级最低。

进一步，所述机载航电网络中关键性业务突发处理方法的实现步骤如下：

步骤一，初始化；

步骤二，交换机检测到达消息的标识位，若为偶发消息，转步骤三；若为TT消息，转步骤四；若为其他消息，进入ET调度。

步骤三，寻找TT静态调度表中距离当前时间最近的下一个发送的TT帧，偶发帧取代该TT帧，该TT帧进入类型转换模块转步骤六；

步骤四，记录到达的TT帧的VL_ID，若该VL_ID不是接收调度表中的TT VL，则进入类型转换模块转步骤六；否则，转步骤五；

步骤五，根据调度表和到达、结束时间窗口[t₁,t₂]，判断该帧为正常或突发TT，突发则进入类型转换模块转步骤六；否则，进入TT调度；

步骤六，类型转换模块通过改变帧格式的type域，将TT类型转化为RC类型，并为其重新分配新VL，所得TT-RC数据放入队列Q_TT-RC等待ET调度；

步骤七，遵从分区调度机制，对TT-RC、RC和BE消息进行ET调度。

进一步，所述步骤一具体包括：

1)、生成全局TT静态调度表；

2)、在每个基本周期开始，初始化已经转发的TT转RC类型的数据帧个数，包括在TT段传输的个数N_{tranf_in_TT}＝0和在ET段传输的个数N_{tranf_in_ET}＝0；

3)、设置队列Q_TT-RC向队列Q_RC跳转的条件N＝N_{tranf_in_TT}+N_{tranf_in_ET}≤N_max，其中N_max表示一个基本周期内最多处理突发TT的个数。

进一步，所述步骤五具体包括：

1)、记录数据帧的到达时间t₁，查询静态调度表，若不匹配，则将该数据送至类型转换模块；

2)、若匹配，则进入TT调度并预测转发结束时间t₂，定义时间窗口[t₁,t₂]；

3)、记录下一个到达的VL正确的TT的到达时间，若在时间窗口[t₁,t₂]内，则进入类型转换模块；否则，进入TT调度；以此反复更新到达时间和时间窗口。

进一步，所述步骤七具体包括：

1)队列Q_TT-RC中的消息查找静态调度表的时隙安排情况，若存在空余时隙且该消息能满足安排在TT段空闲时隙发送，则发送数据，并更新已发送的转换消息的个数N_{tranf_in_TT}＝N_{tranf_in_TT}+1，重复上述操作；直至队列Q_TT-RC为空或无法安排在TT段发送；

2)查询队列Q_TT-RC，若不空，直接发送数据，更新已发送的转换消息的个数N_{tranf_in_ET}＝N_{tranf_in_ET}+1，并判断是否满足N≤N_max，若满足则重复2)的操作，若不满足则置N＝0，进入3)的队列Q_RC查询；

3)查询队列Q_TT-RC，若为空，则查询队列Q_RC，有数据则发送，为空重复2)和3)的操作。直至队列Q_TT-RC和队列Q_RC均空，发送队列Q_BE的数据。

本发明的优点及积极效果为：本发明基于TTE网络的分区调度机制，针对突发的时间集中性，循环对每个基本周期的业务突发处理。在不改变TT调度策略基础上，网络实现了对突发的安全关键性消息的承载，并优化了ET调度策略改善了突发消息的时延。

本发明解决了对突发消息的承载，对有极高时延要求的偶发消息和有硬性时延要求的TT消息均给出了突发处理策略，一方面保证了网络对突发消息的容纳，不引起突发消息的丢包，另一方面保证了对原TT和RC消息的影响尽可能小，不会出现原网络TT和RC消息的丢包。

本发明不但可以保证突发的关键性业务的确定性时延，还不会对原有TT和RC业务带来较多的时延影响。其中突发消息可保证低于100μs的时延，满足安全关键性业务实时性保证；原TT消息基本不受影响，最多增加100μs的时延，亦在TT时延需求标准内；原RC消息个别消息增加10μs左右的时延，影响可忽略。另外，TT段空闲时隙的重利用，还提高了TT段的链路利用率，最高可提高约20％。

附图说明

图1是本发明实施例提供的机载航电网络中关键性业务突发处理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的机载航电网络中关键性业务突发处理方法实现流程图。

图3是本发明实施例提供的带突发处理的交换机结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的机载航电网络中关键性业务突发处理方法包括以下步骤：

S101：生成全局TT静态调度表；

S102：交换机检测到达消息的标识位，若为偶发消息，转步骤S103；若为TT消息，转步骤S104；其他消息进入ET调度；

S103：寻找TT静态调度表中距离当前时间最近的下一个发送的TT帧，偶发帧取代该TT帧，该TT帧进入类型转换模块转步骤S106；

S104：记录到达的TT帧的VL_ID，若该VL_ID不是接收调度表中的TT VL，则进入类型转换模块；否则，转步骤S105；

S105：根据调度表和到达、结束时间窗口，判断该帧为正常或突发TT，突发则进入类型转换模块；否则，进入TT调度；

S106：类型转换模块将TT帧转化为RC帧，并重新分配VL，进入队列等待ET调度。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

本发明适用于机载航电网络。该种网络需强灵活性、高带宽、严格的端到端时延和高可靠性。业务突发易发生于汇聚流的交换机端口，具备突发处理的交换机的结构设计参照图3，其输入端口包括检测模块和类型转换模块，通过缓存队列和调度模块转至输出端口。检测模块判断根据标识位判断是否为偶发消息，基于VL和时间窗口确定突发TT消息；类型转换模块将突发TT的type域改为RC的type类型，并重新分配新的VL号；调度模块分为TT调度表和ET调度，负责TT、转换的TT-RC、原RC和BE的调度转发。参照图3的结构设计和图2的处理流程，本发明实验0—0.002s的一个基本周期内，其中TT段为0—0.0001s，ET段为0.0001s—0.002s，模拟在0.00003s、0.00013s和0.00023s产生三个突发的TT帧，设一个周期内允许发送的最多突发消息个数为N_max＝3，通过本发明提出的TT突发降为RC转发并基于空闲时隙和优先级调度的处理方法，实现了突发消息的全部正确接收，且时延低于50μs，满足实时性要求；同时该处理方法不影响原TT消息的时延，保证20μs，且对原RC消息的影响很小，个别消息时延增加了约5μs。另外，TT段空闲时隙的重利用，使链路利用率由37％提升至48％。偶发模拟情况下，偶发帧的时延约为25μs，被替代的TT帧的时延增加了40μs，均能保证关键性业务的时延要求。

如图2所示，本发明的实现步骤如下：

步骤1、初始化。具体实现为：

1)、生成全局TT静态调度表。

2)、在每个基本周期开始，初始化已经转发的TT转RC类型的数据帧个数，包括在TT段传输的个数N_{tranf_in_TT}＝0和在ET段传输的个数N_{tranf_in_ET}＝0；

3)、设置队列Q_TT-RC向队列Q_RC跳转的条件N＝N_{tranf_in_TT}+N_{tranf_in_ET}≤N_max，其中N_max表示一个基本周期内最多处理突发TT的个数。

步骤2、交换机检测到达消息的标识位，若为偶发消息，转步骤3；若为TT消息，转步骤4；若为其他消息，进入ET调度。

步骤3、寻找TT静态调度表中距离当前时间最近的下一个发送的TT帧，偶发帧取代该TT帧，该TT帧进入类型转换模块转步骤6。

步骤4、记录到达的TT帧的VL_ID，若该VL_ID不是接收调度表中的TT VL，则进入类型转换模块转步骤6；否则，转步骤5。

步骤5、根据调度表和到达、结束时间窗口[t₁,t₂]，判断该帧为正常或突发TT，突发则进入类型转换模块。否则，进入TT调度。具体实现为：

1)、记录数据帧的到达时间t₁，查询静态调度表，若不匹配，则将该数据送至类型转换模块；

2)、若匹配，则进入TT调度并预测转发结束时间t₂，定义时间窗口[t₁,t₂]；

3)、记录下一个到达的VL正确的TT的到达时间，若在时间窗口[t₁,t₂]内，则进入类型转换模块。否则，进入TT调度。以此反复更新到达时间和时间窗口。

步骤6、类型转换模块通过改变帧格式的type域，将TT类型转化为RC类型，并为其重新分配VL，得到的TT-RC数据放入队列Q_TT-RC等待ET调度；

步骤7、遵从分区调度机制，对TT-RC、RC和BE消息进行ET调度。具体实现为：

1)队列Q_TT-RC中的消息查找静态调度表的时隙安排情况，若存在空余时隙且该消息能满足安排在TT段空闲时隙发送，则发送数据，并更新已发送的转换消息的个数N_{tranf_in_TT}＝N_{tranf_in_TT}+1，重复上述操作；直至队列Q_TT-RC为空或无法安排在TT段发送。

2)查询队列Q_TT-RC，若不空，直接发送数据，更新已发送的转换消息的个数N_{tranf_in_ET}＝N_{tranf_in_ET}+1，并判断是否满足N≤N_max，若满足则重复2)的操作，若不满足则置N＝0，进入3)的队列Q_RC查询；

3)查询队列Q_TT-RC，若为空，则查询队列Q_RC，有数据则发送，为空重复2)和3)的操作。直至队列Q_TT-RC和队列Q_RC均空，发送队列Q_BE的数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机载航电网络中关键性业务突发处理方法，其特征在于，所述机载航电网络中关键性业务突发处理方法基于TTE网络的业务规划和分区调度机制，将时间轴划分为多个基本周期，每个基本周期分为只传输TT的TT段和传输RC/BE的ET段两段；

TT业务通过静态调度表发送，具有完全的时间确定性，优先级最高；

RC业务基于AFDX协议，允许一定时间范围内的延迟和抖动，优先级次之；

BE业务基于IEEE802.3协议，无Qos保障，优先级最低。

2.如权利要求1所述的机载航电网络中关键性业务突发处理方法，其特征在于，所述机载航电网络中关键性业务突发处理方法的实现步骤如下：

步骤一，初始化；

步骤二，交换机检测到达消息的标识位，若为偶发消息，转步骤三；若为TT消息，转步骤四；若为其他消息，进入ET调度；

步骤三，寻找TT静态调度表中距离当前时间最近的下一个发送的TT帧，偶发帧取代该TT帧，该TT帧进入类型转换模块转步骤六；

步骤四，记录到达的TT帧的VL_ID，若该VL_ID不是接收调度表中的TTVL，则进入类型转换模块转步骤六；否则，转步骤五；

步骤五，根据调度表和到达、结束时间窗口[t₁,t₂]，判断该帧为正常或突发TT，突发则进入类型转换模块转步骤六；否则，进入TT调度；

步骤六，类型转换模块通过改变帧格式的type域，将TT类型转化为RC类型，并为其重新分配新VL，得到的TT-RC数据放入队列Q_TT-RC等待ET调度；

步骤七，遵从分区调度机制，对TT-RC、RC和BE消息进行ET调度。

3.如权利要求2所述的机载航电网络中关键性业务突发处理方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

1)、生成全局TT静态调度表；

2)、在每个基本周期开始，初始化已经转发的TT转RC类型的数据帧个数，包括在TT段传输的个数N_{tranf_in_TT}＝0和在ET段传输的个数N_{tranf_in_ET}＝0；

3)、设置队列Q_TT-RC向队列Q_RC跳转的条件N＝N_{tranf_in_TT}+N_{tranf_in_ET}≤N_max，其中N_max表示一个基本周期内最多处理突发TT的个数。

4.如权利要求2所述的机载航电网络中关键性业务突发处理方法，其特征在于，所述步骤五具体包括：

1)、记录数据帧的到达时间t₁，查询静态调度表，若不匹配，则将该数据送至类型转换模块；

2)、若匹配，则进入TT调度并预测转发结束时间t₂，定义时间窗口[t₁,t₂]；

3)、记录下一个到达的VL正确的TT的到达时间，若在时间窗口[t₁,t₂]内，则进入类型转换模块；否则，进入TT调度；以此反复更新到达时间和时间窗口。

5.如权利要求2所述的机载航电网络中关键性业务突发处理方法，其特征在于，所述步骤七具体包括：

1)队列Q_TT-RC中的消息查找该基本周期内静态调度表的时隙安排情况，若存在空余时隙且该消息能满足安排在TT段空闲时隙发送，则发送数据，并更新已发送的转换消息的个数N_{tranf_in_TT}＝N_{tranf_in_TT}+1，重复上述操作；直至队列Q_TT-RC为空或无法安排在TT段发送；

2)查询队列Q_TT-RC，若不空，直接发送数据，更新已发送的转换消息的个数N_{tranf_in_ET}＝N_{tranf_in_ET}+1，并判断是否满足N≤N_max，若满足则重复2)的操作，若不满足则置N＝0，进入3)的队列Q_RC查询；

3)查询队列Q_TT-RC，若为空，则查询队列Q_RC，有数据则发送，为空重复2)和3)的操作；直至队列Q_TT-RC和队列Q_RC均空，发送队列Q_BE的数据。

6.一种应用权利要求1～5任意一项所述机载航电网络中关键性业务突发处理方法的机载网络。