CN115514685B

CN115514685B - Arinc664终端基于传输表模式的延迟分析方法

Info

Publication number: CN115514685B
Application number: CN202211119988.4A
Authority: CN
Inventors: 傅亮; 罗海; 许文平; 付佩
Original assignee: Shanghai Lanhe Aviation Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Lanhe Aviation Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-14
Filing date: 2022-09-14
Publication date: 2024-02-09
Anticipated expiration: 2042-09-14
Also published as: CN115514685A

Abstract

本发明公开了一种ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法，步骤1)读取解析传输表；步骤2)根据传输表中VL配置、SubVL配置判断每条VL_i是否有分片、以及是否有SubVL计算VL_i的队伍长度P；步骤3)计算每条VL_i上数据帧最大延时VL_i最大延迟；步骤4)计算每条帧在终端的最大延迟。本发明给出的延时分析方法综合考虑了数据分片、子虚拟链路等各种数据传输场景，给出适合各种数据帧传输场景的完备终端延时分析计算方法。

Description

ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法

技术领域

本发明涉及ARINC664终端的延迟分析方法，特别涉及一种ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法。

背景技术

ARINC664终端为发送数据配置了两类缓存区，一个是TXCOM缓存区，用来接收应用层出口的消息，该TXCOM缓存区有两个模式，采样和排队；另一个是经过调度器后在出口部位的FIFO缓存区。数据在两个缓存区之间会经过sub_vl轮循、切片、添加包头包尾等处理，这些可以通过硬件实现，也可以通过软件实现，不受终端速度影响。

SubVL轮循机制如图1所示，每一个虚拟链路VL对接4个子虚拟链路sub_vl，每一个sub_vl对接上层多个TXCOM缓存区，每一个sub_vl有一个自己的切片队伍。调度器会依次从每一个SUB_VL切片队伍(队伍为空则直接跳过进入下一个sub_vl)中排在第一的切片放入FIFO缓存区中，4次一个循环。

FIFO缓存区中缓存的数据将采用传输表调度模式来进行传输。当BAG的定时器衰减为0时，会设置Bit Array队列中的指定数据位，传输表利用这个数据位信息决定该虚拟链路上数据是否可以传输。传输表建立了多个并列的时间窗口盒子，对于每个虚拟链路只有满足下面三个条件终端才会传输对应数据：1)VL上有数据，2)满足BAG条件，3)传输表允许传输；传输表的优势是使得系统集成人员有能力可以配置终端系统以最小化抖动来传输数据流，但会增加某些应用层数据的等待延迟。

整个表格的循环周期为128毫秒。传输表被分割成了逻辑上隔离的时间窗口盒子，每个时间窗口盒宽度为50微秒，如表1举例的传输表模式的两轮循环，VL1每100微秒允许发送一次，VL2每400微秒允许发送一次。

表1

注意：在一个bin起始时间作为VL是否具备引入传输队列的判断时间。

ARINC664终端为接收数据只配置一类缓存区：RXCOM缓存区，数据进入终端后，通过MAC和UDP判断进入RXCOM缓存区，并在此组片，构成消息。接收端是一到多的调度处理(无论是非EDE的时间检查和冗余管理还是EDE的时间检查和冗余管理都是非存储的接收判断)，不存在数据冲撞排队。最终系统使用AFDX冗余管理算法将来自AFDX完整性检查算法的结果流合并为发往COM端口的单个流。AFDX冗余管理算法使用AFDX序列号以及接收帧的时间来了解帧的冗余。

综上所述，ARINC664终端在发送过程中的，数据的传输是多到一，延迟主要受整形器、SubVL轮循机制和传输表调度模式影响，在接收过程中，接收的数据是一到多，延迟只受技术延迟的影响。延时计算的重点是分析哪些环节是终端延时计算重点并且如何准确计算终端延时。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法，通过传输表可以对所有消息的发送终端延迟、所有VL的发送终端抖动延迟进行计算。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法，包含以下步骤：

步骤1)读取解析传输表；

步骤2)根据传输表中VL配置、SubVL配置判断每条VL_i是否有分片、以及是否有SubVL计算VL_i的队伍长度P；

步骤3)计算每条VL_i上数据帧最大延时VL_i最大延迟：

其中，T_j为前一个Bin给该Bin的遗留时间，T_Bin为传输表单个格时间；

步骤4)计算每条帧在终端的最大延迟Max_Latency_i：

Max_Latency_i＝P×BAG_i+VL_i最大延迟。

较佳地，步骤2)中计算队伍长度P包含以下步骤：

步骤21)计算某个消息message的切片个数，若TxCOM缓存区采用采样类型时，消息的切片个数为1；若TxCOM缓存区采用排队类型时，消息的切片个数为：

如果message长度/U的余数＝0，则切片个数＝message长度/U

如果message长度/U的余数！＝0，则切片个数＝(message长度/U)+1

步骤22)计算某个TXCOM缓存区内切片的最大数量：

其中：TXCOM缓存采用排队类型时：1<＝QueueDepth<＝128；

TXCOM缓存采用采样类型时：QueueDepth＝1；

步骤23)计算VL_i队伍长度P：

无Sub_VL时：

P＝同一VL内所有TxCom内切片的最大数量之和

采用Sub_VL内部轮询机制时：

P＝(同一Sub_VL内切片总数)+(其它sub_vl内同层及其以下的切片个数)。

较佳地，步骤3)中：

进一步，延迟分析方法还包含：

步骤5)计算每条帧在终端的最小延时Min_Latency_i：

Min_Latency_i＝最小非传输性技术时延+最小帧延迟。

进一步，延迟分析方法还还包含：

步骤6)计算VL_i抖动max_jitter_i：

max_jitter_i＝VL_i最大延迟-Min_Latency_i-发送端最小非传输性技术延迟。

本发明的有益效果在于：

本发明给出的延时分析方法综合考虑了数据分片、子虚拟链路等各种数据传输场景，给出适合各种数据帧传输场景的完备终端延时分析计算方法。

附图说明

图1为SubVL轮循机制示意图。

图2为ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例需要使用到的参数大部分参数在ARINC664配置中都是明确的，但存在一些参数(主要是受边界划分影响)是可以依据需求来自由划分的，这里我们对这些参数做出如下定义：

1.数据发送时延(该定义依照ARINC664协议)定义为下列两个测量点之间的持续时间：

发送点——主机分区消息的最后一个bit对于端系统通信服务可用。

结束点——对应的以太网帧的最后一个bit被发送到物理介质上。

2.数据接收时延(该定义依照ARINC664协议)定义为下列两个测量点之间的持续时间：

起始点——以太网的最后一个bit在物理介质连接器上被接收；

结束点——相关的数据的最后一个bit对于端系统主机分区可用。

3.VL发送终端抖动：从完整的输出数据开始接受BAG整形开始到最后一个bit输入到介质上。

说明：由于VL中发送终端抖动的定义中为最后一个bit输入介质为结束，所以该参数的计算受到最大帧长和最小帧长的影响。

4.技术时延(该定义依照ARINC664协议)：在没有其它任何处理的时候，端系统接受和处理应用数据，并开始发送所需的时间。

5.帧延迟(传输性技术时延)：完整的帧从第一个bit到最后一个bit传输到物理介质的时间，帧延迟由于每一个VL的最大帧长和最小帧长不同，最大和最小帧延迟也不同。

S_max,i为VL_i的最大帧长

S_min,i为VL_i的最小帧长

6.非传输性技术时延：是技术时延中除了传输性技术时延以外的技术时延。技术时延＝非传输性技术时延+传输性技术时延。非传输性技术时延通常是一个常值，但也不排除特殊情况，所以这里把它定义为一个非固定时间，有最大非传输性技术延迟和最小非传输性技术延迟，其最大值是一个常值参数。

7.终端抖动中的技术时延抖动：最大非传输性技术时延-最小非传输性技术时延，是一个常值参数。

Tips:Tx是交换机发给终端，Rx终端发给交换机。

本实施例所示的一种ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法，可以在任何计算机上进行运行使用，包含对所有消息的发送终端延迟、所有VL的发送终端抖动进行计算，参见图2所示，包含以下步骤：

步骤1)读取解析传输表，获取参数包括VL配置、SubVL配置、COM端口配置、传输配置等。传输表是一个XML或者TXT配置数据文件，是整个算法的输入。

步骤2)根据传输表中VL配置、SubVL配置判断每条VL_i是否有分片、以及是否有SubVL计算VL_i的队伍长度P。具体包含以下步骤：

步骤21)计算某个消息message(不包含包头包尾的“帧”)的切片个数：

1.若TxCOM缓存区采用采样类型时，消息的切片个数为1；

2.若TxCOM缓存区采用排队类型时，消息的切片个数为：(最大切片长度U)

如果message长度/U的余数＝0，则切片个数＝message长度/U

如果message长度/U的余数！＝0，则切片个数＝(message长度/U)+1

步骤22)计算某个TXCOM缓存区内切片的最大数量：

说明：TXCOM缓存采用排队类型时：1<＝QueueDepth<＝128 for Queuingmessages；

TXCOM缓存采用采样类型时：QueueDepth＝1 for Sampling messages。

步骤23)计算VL_i队伍长度P

分两种情况：

A.无Sub_VL机制：

P＝同一VL内所有TxCom内切片的最大数量之和

B.Sub_VL内部轮询机制时(以该Sub_VL内某切片k来举例)：

B_1:某切片k在同一个Sub_VL内的最大排队＝该Sub_VL内切片总数，公式如下：

B_2:某切片k如果放在对接的某个VL中，该VL内每一个Sub_VL内都可能有一些切片排在切片k之前。除了该同一个Sub_VL内排在最后，比如排在第n个，那么其它Sub_VL内排在k和k之前的切片都有可能排在该切片前面；

B_3:在整个VL内的最大排队：

P＝(同一Sub_VL内切片总数)+

(其它sub_vl内同层及其以下的切片个数)。

步骤3)计算每条VL_i上数据帧最大延时VL_i最大延迟。

该计算方法参考end system的计算方法，根据我们的需求做了算法上的改动(比如加上period的延迟)。但核心思想没变，都是假定凡是传输表中bin内存在VL的发送许可就视为有VL要发送。

VL_i最大延迟计算公式：

说明：

1.VL_i最大延迟计算的是数据帧切片发送第一个数据帧最坏延迟或者不切片情况下发送数据帧延迟。

2.VL_i最大延迟计算公式中T_j为前一个Bin给该Bin的遗留时间，其具体计算方法见下文伪代码，T_Bin为传输表单个格时间。

3.对于一个好的传输表配置，构建两轮循环计算已经足够，因为在第二轮循环中，如果某个T_n＝0必然第一轮循环中T_n-2560＝0，所以后面的计算就重复第一轮循环T_n的的内容了。

4.T_j的伪代码计算过程如下：

步骤4)计算每条帧在终端的最大延迟Max_Latency_i：

Max_Latency_i＝P×BAG_i+VL_i最大延迟；

说明：

式中P的为单个VL队伍中帧的最大个数，多一个帧就多一个BAG的等待时间。

步骤5)计算每条帧在终端的最小延时Min_Latency_i：

Min_Latency_i＝最小非传输性技术时延+最小帧延迟。

步骤6)计算VL_i抖动max_jitter_i：

max_jitter_i＝VL_i最大延迟-Min_Latency_i-发送端最小非传输性技术延迟

步骤7)对传输表按需要进行配置，根据步骤4)至6)的计算结果判断传输表与对其它模式的兼容。

传输表通过稠密配置对FIFO模式的兼容：

FIFO(先进先出)模式，帧来后不需要等待直接进入出口队伍，缺点抖动较大，优点平均延迟较小。但AFDX网络是确定性网络，不看平均，只看最坏。

在上文对T_j的计算过程中，如果第二循环中没有T_j＝0，则依照计算公式：

T_j会随着j的增大而无限增大，即：

这是因为传输表配置中各个VL_i的Period_i配置过小，VL的传输许可证过于稠密。这时传输表模式会随着Period配置变小而近似于FIFO模式，即：

之所以是相似而不能完全等于FIFO，因为Bin的间隔是固定的，每一个VL只能在Bin的起始时间才能做传输判断。如果Bin无限缩小(小到FPGA或者芯片时钟操作间隔20ns)，则传输表模式完全等价于FIFO(FIFO也要基于FPGA或者芯片操作间隔20ns进行操作)，即：

传输表通过周期性稀疏配置对静态时间分片模式的兼容：

静态时间分片模式：N个小周期(格，固定时间为T_小周期)构成一个大周期，每一个VL在对应的一个固定的Bin内发送，缺点是VL个数和BAG必须满足如下限制条件：

所以VL个数不能太多，当VL个数越多，每一个VL的BAG就要越大。而BAG的上界是有限制的。举例：可以以1ms为8条VL的一个大周期，这要求每一条VL的BAG必须>＝1ms。

在传输表模式中可以做稀疏配置来等价于静态时间分片模式，当然前提是该终端的VL个数和其BAG本身满足静态时间分片模式的限制条件，可以用时间分片模式来调度。

配置过程如下：

1.T_小周期是bin的倍数，不易过大，满足即可；

2.大周期是小周期倍数，不易过大，满足大周期≥T_小周期×VL个数即可；

3.每一个VL的

4.对该发送终端(该发送终端VL个数为M)内的VL进行从0到M-1的依次标注，则标注为i的VL的

即：

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤1)读取解析传输表；

步骤3)计算每条VL_i上数据帧最大延时VL_i最大延迟：

步骤4)计算每条帧在终端的最大延迟Max_Latency_i：

Max_Latency_i＝P×BAG_i+VL_i最大延迟。

2.根据权利要求1所述的一种ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法，其特征在于步骤2)中计算队伍长度P包含以下步骤：

如果message长度/U的余数＝0，则切片个数＝message长度/U

如果message长度/U的余数！＝0，则切片个数＝(message长度/U)+1

步骤22)计算某个TXCOM缓存区内切片的最大数量：

其中：TXCOM缓存采用排队类型时：1<＝QueueDepth<＝128；

TXCOM缓存采用采样类型时：QueueDepth＝1；

步骤23)计算VL_i队伍长度P：

无Sub_VL时：

P＝同一VL内所有TxCom内切片的最大数量之和

采用Sub_VL内部轮询机制时：

P＝(同一Sub_VL内切片总数)+

(其它sub_vl内同层及其以下的切片个数)。

3.根据权利要求1所述的一种ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法，其特征在于还包含：

步骤5)计算每条帧在终端的最小延时Min_Latency_i：

Min_Latency_i＝最小非传输性技术时延+最小帧延迟。

4.根据权利要求3所述的一种ARINC664终端基于传输表模式的延迟分析方法，其特征在于还包含：

步骤6)计算VL_i抖动max_j itter_i：

max_j itter_i＝VL_i最大延迟-Min_Latency_i-发送端最小非传输性技术延迟。