CN110620691B - 664航电网络的物理拓扑结构生成算法 - Google Patents
664航电网络的物理拓扑结构生成算法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110620691B CN110620691B CN201910912917.1A CN201910912917A CN110620691B CN 110620691 B CN110620691 B CN 110620691B CN 201910912917 A CN201910912917 A CN 201910912917A CN 110620691 B CN110620691 B CN 110620691B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- algorithm
- network
- terminals
- switches
- determining
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002910 structure generation Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 31
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 24
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 18
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 8
- 235000008694 Humulus lupulus Nutrition 0.000 claims description 7
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims description 3
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 4
- 238000002372 labelling Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 230000033772 system development Effects 0.000 description 3
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
- H04L41/12—Discovery or management of network topologies
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
- H04L41/14—Network analysis or design
- H04L41/142—Network analysis or design using statistical or mathematical methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Algebra (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Probability & Statistics with Applications (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Abstract
一种664航电网络的物理拓扑结构生成算法，包括算法的基础确定、算法的输入及输出确定、算法过程四个步骤；算法的基础确定包括确定算法输入里的标注属性、确定664网络的物理拓扑结构、确定虚拟链路路径；算法的输入确定包括交换机属性确定、终端属性确定、APP属性确定、已知连接关系确定；所述算法过程包括算法的目标模型确定、算法的基本思想确定，以及具体计算过程。本发明能够给出多种选择、带宽利用率更高、需要的交换机更少、网络延迟更低、抖动更低、网络确定性更强，充分满足了飞机上应用的664网络物理结构设置需要。克服了现有技术中人工设置航电主干网络的物理结构，存在的计算精度不高、带宽利用率不高、维护成本高的弊端。
Description
技术领域
本发明涉算法应用技术领域，特别是一种664航电网络的物理拓扑结构生成算法。
背景技术
现有的飞机上应用的ARINC664(航空电子全双工通信以太网，以下简称664网络)航电主干网络的物理结构都是人工设置，没有经过算法进行细致的优化。其缺点如下：1.人工设置物理结构，只是经过简单估算，缺乏算法仔细计算，而且这种估算，基本都是对接口数量的估算，缺乏对接口内部带宽的估算；在实际航电系统开发过程中，很可能会出现带宽不够用，从而需要对物理结构重新进行设置；结构重新设置依照适航认证流程改动会导致成本很高，因此为了避免重新设置结构，不得不把空余的带宽空间放得很大。2.没有算法的优化计算，人工设置结构带宽利用率不高，同样的传输需求，人工设置的物理结构导致的带宽比算法优化设置导致带宽可能要多几倍。3.带宽利用率不高，需要添加更多交换机，增加了物理成本和安全的复杂系。4.带宽利用率不高，内部传输时，信息在交换机内部需要更多的缓冲等待，延迟更高，容易超过信息传输的性能需求。
造成人工设置各缺点原因如下：1.664网络是新型综合模块化航电系统主干网络，一般的664带宽都有100Mbit/S，是很新的网络协议，从协议颁发到现在也就10年多的历史，对于以前的航电系统来说，通信需求量不大，带宽资源基本够用了；但是当现在出现了一些项目，即使是664网络，不做结构优化，仍然不能满足系统对于通信的性能要求。2.传统的航电系统网络都是单点到单点，和单点到多点的简单网络，没有使用过664网络这种需要多台交换机来支撑的确定性以太网，所以由于技术使用惯性，没有意识到资源的计算和优化对于网络性能的重要性。3.系统开发过程中，有从上到下的需求拆解过程，网络物理结构是航电系统中的结构性存在，在需求拆解中，属于上层需求；而网络的配置(配置影响带宽的计算)做为下层需求，下层需求需要依照上层需求来做；现有物理结构对于664网络来说，严重影响了网络配置，进而影响了网络的性能；物理结构上层系统需求不做好，下层系统也难做好；而现有航电系统开发有迭代开发的项目流程管控，出现问题可以对上层系统方案进行修改，所以没有太注重这个问题；但现在有一些项目、尤其是民用飞机项目适航认证的严肃性，航电系统的物理结构迭代修改会引发大量的后续工作，导致成本太高。
发明内容
为了克服现有技术，人工设置航电主干网络的物理结构中，存在的计算精度不高、带宽利用率不高、维护成本高的弊端，本发明提供了物理结构能够给出多种选择、带宽利用率更高、需要的交换机更少、网络延迟更低、抖动更低、网络确定性更强，充分满足了飞机上应用的664网络物理结构设置需要的一种664航电网络的物理拓扑结构生成算法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
664航电网络的物理拓扑结构生成算法，其特征在于包括算法的基础确定、算法的输入及输出确定、算法过程四个步骤；所述算法的基础确定包括确定算法输入、确定664网络的物理拓扑结构、确定虚拟链路路径；所述算法的输入确定包括交换机属性确定、终端属性确定、APP属性确定、已知连接关系确定；所述算法过程包括算法的目标模型确定、算法的基本思想确定，以及具体计算过程，其中目标模型确定的四个具体目标，分别是互联互通、保证所有信息有足够的带宽来传输、保证物理拓扑能为VLPATH创造最短的路径到达、整个算法的计算量；所述算法的基本思想确定目标需要达到网络延迟更低，抖动更低，网络确定性更强，传输过程中信息跳过的交换机越少；所述具体计算过程包括六个步骤，分别是初步生成源终端内部配置、计算所有终端的进出带宽、计算交换机个数满足的不等式方程、建立具有权重值的无向连通图、无向连通图的切割分类、交换机之间连接关系的验证补充。
进一步地，所述在确定算法的基础输入中，算法输入的属性都是变量，有特性限制的常量都会在算法基础设定里进行说明并解释为什么；在确定664网络的物理拓扑结构中，只做664网络的物理拓扑结构，而不是做IMA的整个航电网络物理结构；在确定虚拟链路路径中，不考虑VLPATH的hop个数为3跳。
进一步地，所述确定算法输入的交换机属性时，需要确定接口个数，接口最大speed；在确定终端属性时，需要确定网络中有多少个ES，每个ES有几个分区；每个分区包括了哪些Application。在确定APP属性时，需要确定APP的每个出口，每个出口目的地，该信息是排队还是采样，信息的长度，出现的周期；在确定已知连接关系时，由于系统需要，某些终端和某些交换机已经有了固定死的连接关系，在已知连接关系中确定给出哪个终端必须和哪个交换机连接。
进一步地，所述算法的输出需要确定664网络物理拓扑结构的多个方案。
进一步地，所述对于算法过程，在确定目标模型互联互通中，需要在保留固定连接关系的基础上搭建整个664网络的物理拓扑结构，通过交换机的连接实现所有终端之间的连接，每个交换机连接的终端个数尽量平均；在确定所有信息有足够的带宽来传输的前提下，确定不丢帧的条件下需要用到的最少的交换机个数；确定保证物理拓扑能为VLPATH创造最短的路径到达时，尽量降低延迟和数据积压；并且算法计算量不易过大。
进一步地，所述算法的基本思想为：为了达到网络延迟更低，抖动更低，网络确定性更强的效果，传输过程中信息跳过的交换机需要尽量减少，首先建立一个具有权重值的无向连通图，无向连通图对应没有交换机的所有终端的相互连接状态，权重对应两个终端之间的进出带宽之和，然后对该图进行切割分类，图切割移除一部分边，让两个子图相连，达到找到一个切割，使得移除边的和权重最小的情况。让同一类的终端连接同一个交换机，因为不同类的终端之间的连接需要跳跃2个交换机。
进一步地，所述初步生成源终端内部配置，是为了得到每一个终端进口和出口带宽，需要考虑每个终端各个分区的各个APP的所有传输需求，可以配置出所有VL，包括帧长、BAG、UDP等，但不包括VLPATH，VLPATH需要根据网络物理拓扑来配的参数。
进一步地，所述计算所有终端的进出带宽时，不需要配置接收终端，只需要根据源终端的VL，和VL包含的TxComport所指向的目的终端、就可以计算出VL到达的所有目的终端的数据流带宽大小，从而计算出所有该网络所有终端的进口带宽和出口带宽。
进一步地，所述计算交换机个数满足的不等式方程具体分为四个步骤，分别是计算每个交换机可以用来连接普通终端的接口数、计算单网中多个交换机可以用来连接普通终端的接口数、计算可以用来连接终端的接口要大于等于需要连接的终端个数及计算出需要的交换机的最小个数、计算出新的交换机个数；建立具有权重值的无向连通图分为两个步骤，分别是建立一个无向图、确定每一个边连接的两个终端的相互带宽之和为该边的权重值。
进一步地，所述无向联通图切割分类时首先需要确定切割目标，之后进行具有权重值的独立连通图的归一化图切割，切割掉一些边，使得一个独立连通图变成多个独立连通图，这些边的权重之和F最小，且构成的独立连通图的顶点个数基本相同；考虑到已有固定连接关系的保留、切割边权重最小的计算目标、计算量不能太大的综合目标，设计如下分类方法，把N个终端分成X类，每一类连接一个交换机：1，把X个交换机，从1、2、到X进行分别标记，每一个交换机代表一个终端类别；2，使每一个交换机上连接的终端个数尽量平均；3，由于输入的固定连接关系中，已经有了部分终端连接，把这部分终端分别分类到相应的交换机种类中，这X类中终端个数最大为U，则P-U就是后面该交换机能够连接剩余终端个数的上界；4，确定带宽及物理拓扑图；5，对剩下的终端依照带宽大小进行排序；在验证补充中，针对一个物理拓扑图，连接终端和交换机，交换机两两互联需要验证，如果某两个交换机之间的带宽一个连接关系不够用，需要补充更多的连接关系，直到够用为止。
本发明有益效果是：本发明经过算法的基础确定、算法的输入及输出确定、算法过程四个步骤，能够给出多种选择、带宽利用率更高、需要的交换机更少、网络延迟更低、抖动更低、网络确定性更强，充分满足了飞机上应用的664网络物理结构设置需要。克服了现有技术中人工设置航电主干网络的物理结构，存在的计算精度不高、带宽利用率不高、维护成本高的弊端。基于上述，本申请具有极其广泛的应用前景。
附图说明
以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。
图1是本发明一种664航电网络的物理拓扑结构生成算法框图。
图2是本发明无向连通示意图。
图3是本发明两个交换机之间的带宽连接关系图。
具体实施方式
图1中所示，一种664航电网络的物理拓扑结构生成算法，包括算法的基础确定、算法的输入及输出确定、算法过程四个步骤；所述算法的基础确定包括确定算法输入、确定664网络的物理拓扑结构、确定虚拟链路路径；所述算法的输入确定包括交换机属性确定、终端属性确定、APP属性确定、已知连接关系确定；所述算法过程包括算法的目标模型确定、算法的基本思想确定，以及具体计算过程，其中目标模型确定的四个具体目标，分别是互联互通、保证所有信息有足够的带宽来传输、保证物理拓扑能为VLPATH创造最短的路径到达、整个算法的计算量；所述算法的基本思想确定目标需要达到网络延迟更低，抖动更低，网络确定性更强，传输过程中信息跳过的交换机越少；所述具体计算过程包括六个步骤，分别是初步生成源终端内部配置、计算所有终端的进出带宽、计算交换机个数满足的不等式方程、建立具有权重值的无向连通图、无向连通图的切割分类、交换机之间连接关系的验证补充。
图1中所示，算法的基础确定算法输入里的标注属性中，所有的算法输入里标注的属性都是变量，比如交换机接口个数并没有限定在25(其中一个是自带终端)；有特性限制的常量都会在算法基础设定里进行说明并解释为什么。确定664网络的物理拓扑结构中，只做664网络的物理拓扑结构，而不是IMA(Integrated Modular Avionics集成模块化航空电子设备)的整个航电网络物理结构；它们的区别在于，IMA需要先去根据825、429、离散网络等支线网络生成RDIU(远程数据和接口单元)，包括RDIU个数和其内部APP配置；然后RDIU作为664网络的终端集合的一部分，再去构造664网络的物理拓扑结构；由于有这个一先一后关系存在，所以在构造664网络物理结构上是不需要考虑825、429、离散网络等支线网络，假设RDIU及其APP配置已经存在。确定虚拟链路路径中，不考虑VLPATH(虚拟链路路径，下同)的hop(经过交换机个数)个数为3跳，实际情况下3跳的结果非常差，从网络演算的理论分析可以看出，由于数据传输到达曲线突发量有遗传性，每多跳一步，每个缓冲点的时间延迟和队伍长度呈现指数增长的扩大，很容易超过100ms，所以即使需要多用交换机，也不会考虑3跳。
图1中所示，算法的输入确定交换机属性确定中，需要确定接口个数，接口最大speed(物理传输速度)；说明：1，最大speed作为整个网络的传输速度，比如C919最大speed为100Mbit/S,那么所有终端的speed只有两种选择,10Mbit/S,或者100Mbit/S，通过交换机内部配置去进行接口speed对接；2.交换机自带终端属于终端属性，以下内容有说明。终端属性设定中，需要确定网络中有多少个ES(终端)，每个ES(终端)有几个分区，每个分区包括了哪些Application；说明：1.这里不需要终端的speed，因为都在交换机最大speed的范围内，影响网络物理结构的是每个终端接口数据流的带宽大小而不是每个终端接口的speed，每个终端接口的进口和出口带宽计算下面内容会提到；2.包括交换机自带终端的APP输入；虽然交换机个数不确定(属于算法输出)，但交换机自带终端本身的APP属性应然影响网络数据流，在算法考虑范围内。APP属性确定中，需要确定APP的每个出口(信息)，每个出口(信息)目的地(哪个终端的哪个APP，该信息是排队还是采样，信息的长度，出现的周期(或者频率)；说明：之所以需要APP的这么多属性(比如还需要是信息是排队还是采样)，是因为需要通过这些输入给每一个终端做出内部配置，构建VL(虚拟链路：VIRTUAL LINK，下同)从而计算出每一个终端的输出和输入带宽，以下内容会做详细的描述。已知连接关系确定中，由于系统需要，某些终端和某些交换机已经有了固定死的连接关系，在已知连接关系中给出哪个终端必须和哪个交换机(一开始并不知道网络中需要几个交换机，所以这里给出了一个交换机的最小个数)连接；用户在使用算法工具的时候需要把该部分拓扑连接关系作为输入并在在算法计算结果中予以保留。算法的输出确定需要确定664网络物理拓扑结构的多个方案(最多8个)。
图1中所示，算法过程的确定目标模型互联互通中，在保留固定连接关系的基础上搭建整个664网络的物理拓扑结构，通过交换机的连接实现所有终端之间的连接，每个交换机连接的终端个数尽量平均；确定所有信息有足够的带宽来传输中，不丢帧的前提下用最少的交换机个数；确定保证物理拓扑能为VLPATH创造最短的路径到达中，目的是降低延迟和数据积压；确定算法的计算量中，计算量不易过大，比如：普通PC机能够在一个小时内计算完成。
图1、2中所示，算法的基本思想确定目标中，为了让终端相互之间传输量大的尽量连接同一个交换机网络延迟更低，抖动更低，网络确定性更强：传输过程中信息跳过的交换机越少，传输得越快，延迟、抖动就越低，尽量让需要跨两个交换机的数据传输量小(这部分最终需要多跳的信息在多跳的过程中，路径中遇到的信息越少，缓存就越小，传输得就越快，网络延迟更低，抖动更低，网络确定性更强)。可以建立一个具有权重值的无向连通图；无向连通图对应没有交换机的所有终端的相互连接状态，权重对应两个终端之间的进出带宽之和。然后对该图进行切割分类。如图2所示：图切割就是移除一部分边，让两个子图相连，目标是达到找到一个切割，使得移除边的和权重最小，让同一类的终端连接同一个交换机。不同类的终端之间的连接需要跳跃2个交换机。说明：图2截图的两条图切割描述是有权重值的无向连通图归一化切割的定义，在我们这里不仅仅要考虑让切割的边的权重和最小，还要尽量满足如下条件：1.让每一类的权重和尽量大；2.切割成想要的子图个数，对应单网中交换机个数；3.每一类的顶点个数尽量相同，且不能出现一个子图有30个顶点(一个交换机连接30个终端)，一个子图5个顶点。
图1中所示，具体计算过程初步生成源终端内部配置中，是为了得到每一个终端进口和出口带宽，需要考虑每个终端各个分区的各个APP的所有传输需求，可以配置出所有VL，包括帧长、BAG、UDP等，但不包括VLPATH，VLPATH需要根据网络物理拓扑来配的参数。
图1中所示，具体计算过程计算所有终端的进出带宽中，不需要配置接收终端，只需要根据源终端的VL，和VL包含的TxComport(源终端内对接应用层的端口)所指向的目的终端就可以计算出VL到达的所有目的终端的数据流带宽大小，从而计算出所有该网络所有终端的进口带宽和出口带宽。
带宽计算公示：
其中BAG为VL在源终端的数据发送间隔。
图1中所示，具体计算过程计算交换机个数满足的不等式方程中，由于没有3跳，那么考虑单网中交换机两两互联，可以列出不等式方程得到交换机个数。设：单网中交换机接口数为M，终端(不包括自带终端)个数为N，交换机个数为X，则有如下计算步骤和结果：1.如果交换机两两互联且任意两个交换机之间只连接一个网线，则每个交换机可以用来连接普通终端的接口数为：M-(X-1)；2.单网中M个交换机可以用来连接普通终端的接口数为：[M-(X-1)]*X；3.可以用来连接终端的接口要大于等于需要连接的终端个数，故满足不等式：[M-(X-1)]*X》N，可以计算该一元二次方程计算出需要的交换机的最小个数(注意向上取整)，作为X的初步结果；举例：网络中交换机接口数M＝24，普通终端N＝80个终端，则交换机个数x的计算公式为：[24-(x-1)]*x-80≥0，即：x2-25x+80≤0则x的取值区间约为(3.75，21.25)，最小值为3.75(需要的交换机更少)，向上取整得交换机的最小个数为4。4.由于存在终端和交换机的固定连接关系，所有在算法输入中存在交换机个数的最小值，故给出新的交换机个数：交换机个数X＝max{固定连接中交换机最低个数，二次方程向上取整的个数X}。
图1中所示，具体计算过程建立具有权重值的无向连通图中，在第三步已经建立了两两互联的交换机网络，但是哪些终端连接一个交换机是需要考虑的关键问题。在算法思想里考虑建立一个具有权重值的无向连通图。有了各个终端相互的数据流传输关系和真实的输出和输入带宽，来建立一个无向联通图：1.建立一个无向图G＝<V,E>。664网络的每一个终端(包括交换机自带终端)构成一个顶点，顶点的集合是V。如果两个终端APP层有数据传输关系，则两个终端之间构成一个无向边，边的集和为E；2.每一个边连接的两个终端的相互带宽之和为该边的权重值。比如：A终端到B终端的带宽是30M，那么B到A的带宽是50M,[A,B]边的权值为30+50＝80。
图1中所示，具体计算过程无向联通图的切割分类中，切割目标：具有权重值的独立连通图的归一化图切割，切割掉一些边，使得一个独立连通图变成多个独立连通图，这些边的权重之和F最小，且构成的独立连通图的顶点个数基本相同。考虑到已有固定连接关系的保留、切割边权重最小的计算目标、计算量不能太大的综合目标，设计如下分类方法，把N个终端分成X类，每一类连接一个交换机：1，把X个交换机，从1、2、到X进行分别标记，每一个交换机代表一个终端类别。2，每一个交换机上连接的终端个数尽量平均，所以计算：交换机上最多连接多少个终端＝N/X,再向上取整，设该数值为P。3，由于输入的固定连接关系中，已经有了部分终端连接，把这部分终端分别分类到相应的交换机种类中，这X类中终端个数最大为U，则P-U就是后面该交换机能够连接剩余终端个数的上界；说明：一部分终端分类完成，构成了一个初步的拓扑连通图，下一步在该拓扑连通图基础上进行。4，把剩下的所有终端没有固定连接关系，依照其进出口带宽之和从大到小进行排序，取前T个终端随意放置到X个交换机上(可以多个放到一个上)，总共有XT种放置可能，(T越大，计算量越大效果越好，计算量越大，为了兼顾计算量，这里取/>在XT种放置构成的XT种拓扑连接图中，X个交换机之间的带宽之和F依照从小到大排序，取最小的前8种(带宽利用率更高)，作为8种物理拓扑图(物理结构能够给出多种选择)；说明：又一部分终端分类完成，构成了一个扩大了的拓扑连通图，最后一步在该拓扑连通图基础上进行。5，对剩下的终端依照带宽大小进行排序，每一个终端有X种连接可能，这里给出唯一的一个连接关系：取X种整体带宽F最小作为该终端的分类(连接交换机)(带宽利用率更高)；一个交换机每加入一个终端，计算终端总个数是否超过P，如果超过，则越过该交换机；说明：最后一部分终端分类完成，物理拓扑图构建完成。
图1、3中所示，具体计算过程交换机之间连接关系的验证补充中，针对一个物理拓扑图，连接终端和交换机，交换机两两互联；这个时候，需要一个验证，如果某两个交换机之间的带宽一个连接关系(一个连接关系表示100Mbit/S)不够用，需要补充更多的连接关系，直到够用为止，如图3的2个连接关系。[M-(X-1)]*X-N为单网中交换机的空余接口；由于可能出现两个交换机之间会出现连接多个网线(C919664网络为了降低延迟考虑过在两个交换机之间连接两条线，让带宽上界达到200Mbit/S)；如果某个交换机个数下的某一个分类，没有足够的连接口用来补充连接，那么这个分类就失败；如果第一种拓扑连接由于接口补充不够，就考虑第二种拓扑(L＝L+1)，如果8种都不够，那么就需要增加交换机个数(X＝X+1)。
本发明经过算法的基础确定、算法的输入输出确定、算法过程四个步骤，能够给出多种选择、带宽利用率更高、需要的交换机更少、网络延迟更低、抖动更低、网络确定性更强，充分满足了飞机上应用的664网络物理结构设置需要。克服现有技术中人工设置物理结构，存在的计算精度不高、带宽利用率不高、维护成本高的弊端。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.664航电网络的物理拓扑结构生成算法，其特征在于包括算法的基础确定、算法的输入及输出确定、算法过程四个步骤；所述算法的基础确定包括确定664网络的物理拓扑结构、确定虚拟链路的路径；所述算法的输入确定包括交换机属性确定、终端属性确定、APP属性确定、已知连接关系确定；所述算法过程包括算法的目标模型确定、算法的基本思想确定，以及具体计算过程，其中目标模型确定的四个具体目标，分别是互联互通、保证所有信息有足够的带宽来传输、保证物理拓扑能为VLPATH创造最短的路径到达、整个算法的计算量；所述算法的基本思想确定目标需要达到网络延迟低，抖动低，网络确定性强，传输过程中信息跳过的交换机少；所述具体计算过程包括六个步骤，分别是初步生成源终端内部配置、计算所有终端的进出带宽、计算交换机个数满足的不等式方程、建立具有权重值的无向连通图、无向连通图的切割分类、交换机之间连接关系的验证补充；计算交换机个数满足的不等式方程具体分为四个步骤，分别是计算每个交换机可以用来连接普通终端的接口数；计算单网中多个交换机可以用来连接普通终端的接口数；通过不等式方程：单网中多个交换机可以用来连接普通终端的接口数大于等于需要连接的终端个数，计算出交换机的最小个数；计算最终需要的交换机个数，其中，最终需要的交换机个数计算公式是：X＝max(固定连接中交换机最低个数，不等式方程算出的向上取整的交换机的最小个数)；建立具有权重值的无向连通图分为两个步骤，分别是建立一个无向图、确定每一个边连接的两个终端的相互带宽之和为该边的权重值；无向联通图切割分类时首先需要确定切割目标，之后进行具有权重值的独立连通图的归一化图切割，切割掉一些边，使得一个独立连通图变成多个独立连通图，这些边的权重之和F最小，且构成的独立连通图的顶点个数相同，考虑到已有固定连接关系的保留、切割边权重最小的计算目标、计算量小的综合目标，设计如下分类方法，把N个终端分成X类，每一类连接一个交换机，a、把X个交换机，从1、2、到X进行分别标记，每一个交换机代表一个终端类别，b、使每一个交换机上连接的终端个数平均，c、由于输入的固定连接关系中，已经有了部分终端连接，把这部分终端分别分类到相应的交换机种类中，这X类中终端个数最大为U，则P-U就是后面该交换机能够连接剩余终端个数的上界，其中，P是交换机上最多连接多少个终端的向上取整数值，d、确定带宽及物理拓扑图，e、对剩下的终端依照带宽大小进行排序，在验证补充中，针对一个物理拓扑图，连接终端和交换机，交换机两两互联需要验证，如果某两个交换机之间的带宽一个连接关系不够用，需要补充多的连接关系，直到够用为止。
2.根据权利要求1所述的664航电网络的物理拓扑结构生成算法，其特征在于，在确定算法的基础输入中，算法输入的属性都是变量，有特性限制的常量都会在算法基础设定里进行说明并解释为什么；在确定664网络的物理拓扑结构中，只做664网络的物理拓扑结构，而不是做IMA的整个航电网络物理结构；在确定虚拟链路路径中，不考虑VLPATH的hop个数为3跳。
3.根据权利要求1所述的664航电网络的物理拓扑结构生成算法，其特征在于，在确定算法输入的交换机属性时，需要确定接口个数，接口最大speed；在确定终端属性时，需要确定网络中有多少个终端，每个终端有几个分区；每个分区包括了哪些Application，在确定APP属性时，需要确定APP的每个出口，每个出口目的地，APP的每个出口信息是排队还是采样，信息的长度，出现的周期，在确定已知连接关系时，由于系统需要，某些终端和某些交换机已经有了固定死的连接关系，在已知连接关系中确定给出哪个终端必须和哪个交换机连接。
4.根据权利要求1所述的664航电网络的物理拓扑结构生成算法，其特征在于，算法的输出需要确定664网络物理拓扑结构的多个方案。
5.根据权利要求1所述的664航电网络的物理拓扑结构生成算法，其特征在于，对于算法过程，在确定目标模型互联互通中，需要在保留固定连接关系的基础上搭建整个664网络的物理拓扑结构，通过交换机的连接实现所有终端之间的连接，每个交换机连接的终端个数平均；在确定所有信息有足够的带宽来传输的前提下，确定不丢帧的条件下需要用到的最少的交换机个数；确定保证物理拓扑能为VLPATH创造最短的路径到达时，降低延迟和数据积压；并且算法计算量小。
6.根据权利要求1所述的664航电网络的物理拓扑结构生成算法，其特征在于，算法的基本思想为：为了达到网络延迟低，抖动低，网络确定性强的效果，传输过程中信息跳过的交换机需要减少，首先建立一个具有权重值的无向连通图，无向连通图对应没有交换机的所有终端的相互连接状态，权重对应两个终端之间的进出带宽之和，然后对无向连通图进行切割分类，图切割就是移除一部分边，让两个子图相连，目标是达到找到一个切割，使得移除边的和权重最小，让同一类的终端连接同一个交换机，因为不同类的终端之间的连接需要跳跃2个交换机。
7.根据权利要求1所述的664航电网络的物理拓扑结构生成算法，其特征在于，初步生成源终端内部配置，是为了得到每一个终端进口和出口带宽，需要考虑每个终端各个分区的各个APP的所有传输需求，可以配置出所有VL，包括帧长、BAG、UDP，但不包括VLPATH，VLPATH需要根据网络物理拓扑来配的参数。
8.根据权利要求1所述的664航电网络的物理拓扑结构生成算法，其特征在于，计算所有终端的进出带宽时，不需要配置接收终端，只需要根据源终端的VL，和VL包含的TxComport所指向的目的终端、就可以计算出VL到达的所有目的终端的数据流带宽大小，从而计算出所有该网络所有终端的进口带宽和出口带宽。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910912917.1A CN110620691B (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 664航电网络的物理拓扑结构生成算法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910912917.1A CN110620691B (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 664航电网络的物理拓扑结构生成算法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110620691A CN110620691A (zh) | 2019-12-27 |
| CN110620691B true CN110620691B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=68924655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910912917.1A Active CN110620691B (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 664航电网络的物理拓扑结构生成算法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110620691B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111490902B (zh) * | 2020-04-12 | 2024-05-14 | 上海兰鹤航空科技有限公司 | 664网络消息构建算法 |
| CN111800300B (zh) * | 2020-07-08 | 2021-06-18 | 中国商用飞机有限责任公司 | 飞机数据网络拓扑设置方法和装置 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2902255A1 (fr) * | 2006-06-12 | 2007-12-14 | Airbus France Sas | Procede de routage de liens virtuels dans un reseau a commutation de trames |
| CN101834751A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-09-15 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 航空全双工交换以太网监测处理系统及方法 |
| US8964555B1 (en) * | 2012-06-26 | 2015-02-24 | Rockwell Collins, Inc. | Data network with constrained switch transmission rates |
| CN106156413A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-23 | 南京航空航天大学 | 一种面向大规模分布式综合模块化航电系统dima的多层次建模设计方法 |
| CN107317707A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-11-03 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于点覆盖集的sdn网络拓扑管理方法 |
| CN107979538A (zh) * | 2016-10-25 | 2018-05-01 | 波音公司 | 确定性飞行器数据网络上的改进带宽 |
| CN109039780A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-18 | 中国航空无线电电子研究所 | 自动搜索以及自动配置交换机路由的程序 |
| CN109150628A (zh) * | 2018-10-11 | 2019-01-04 | 北京华力创通科技股份有限公司 | 一种系统网络拓扑自动生成方法以及装置 |
| CN110086641A (zh) * | 2018-01-25 | 2019-08-02 | 上海思晋智能科技有限公司 | 自动化构建高负载afdx网络配置的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11106978B2 (en) * | 2017-09-08 | 2021-08-31 | SparkCognition, Inc. | Execution of a genetic algorithm with variable evolutionary weights of topological parameters for neural network generation and training |
-
2019
- 2019-09-25 CN CN201910912917.1A patent/CN110620691B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2902255A1 (fr) * | 2006-06-12 | 2007-12-14 | Airbus France Sas | Procede de routage de liens virtuels dans un reseau a commutation de trames |
| CN101834751A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-09-15 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 航空全双工交换以太网监测处理系统及方法 |
| US8964555B1 (en) * | 2012-06-26 | 2015-02-24 | Rockwell Collins, Inc. | Data network with constrained switch transmission rates |
| CN106156413A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-23 | 南京航空航天大学 | 一种面向大规模分布式综合模块化航电系统dima的多层次建模设计方法 |
| CN107979538A (zh) * | 2016-10-25 | 2018-05-01 | 波音公司 | 确定性飞行器数据网络上的改进带宽 |
| CN107317707A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-11-03 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于点覆盖集的sdn网络拓扑管理方法 |
| CN110086641A (zh) * | 2018-01-25 | 2019-08-02 | 上海思晋智能科技有限公司 | 自动化构建高负载afdx网络配置的方法 |
| CN109039780A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-18 | 中国航空无线电电子研究所 | 自动搜索以及自动配置交换机路由的程序 |
| CN109150628A (zh) * | 2018-10-11 | 2019-01-04 | 北京华力创通科技股份有限公司 | 一种系统网络拓扑自动生成方法以及装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于虚拟链路的航电网络信用量评估模型;谷晓燕;代真;何锋;;计算机工程与设计(第04期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110620691A (zh) | 2019-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108234169B (zh) | 一种分布式仿真网络结构实时动态优化方法 | |
| CN109257287B (zh) | 一种最短路径确定方法及控制器 | |
| CN112953830B (zh) | 时间敏感网络中流量帧的路由规划调度方法及装置 | |
| CN110620691B (zh) | 664航电网络的物理拓扑结构生成算法 | |
| CN112350949B (zh) | 软件定义网络中基于流调度的重路由拥塞控制方法及系统 | |
| CN109246013B (zh) | 一种fc-ae-1553交换型网络中的路由方法 | |
| CN110990140B (zh) | 一种光电交换网络中分布式机器学习流的调度方法 | |
| CN114884895A (zh) | 一种基于深度强化学习的智能流量调度方法 | |
| CN105472484A (zh) | 一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法 | |
| CN111193971B (zh) | 一种面向机器学习的分布式计算互连网络系统及通信方法 | |
| CN106105282B (zh) | 利用链路缓冲区状态进行流量工程的系统和方法 | |
| CN112506850B (zh) | 一种片上及片间互连网络 | |
| CN104734808A (zh) | 一种无线传感网络中最差时延感知跨层优化方法 | |
| CN110290069A (zh) | 一种sdn场景下的可靠组播路由方法 | |
| CN111404815B (zh) | 一种基于深度学习的有约束路由选择方法 | |
| CN112217652B (zh) | 一种基于中心通信模式的网络拓扑装置及方法 | |
| Meng et al. | Intelligent routing orchestration for ultra-low latency transport networks | |
| Zheng et al. | Routing optimization of time-triggered ethernet based on genetic algorithm | |
| Dawood et al. | Adaptive performance evaluation for SDN based on the statistical and evolutionary algorithms | |
| CN111490902B (zh) | 664网络消息构建算法 | |
| CN108347378A (zh) | 一种用于大电网的控制专用网络及动态路由方法 | |
| Altamirano et al. | QoS-aware Network Self-management Architecture based on DRL and SDN for remote areas | |
| CN112134807A (zh) | 基于纳什议价的sdn负载均衡方法、系统、设备及存储介质 | |
| Luo et al. | Hierarchical Collaboration Dynamic Resource Scheduling for Edge-Enabled Industrial IoT | |
| CN117319288B (zh) | 算网一体的服务器及数据传输方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |