[发明专利]一种实时保证的交换式互连缓冲容量确定方法

说明书

技术领域

本发明针对航空航天安全关键任务，对平台电子系统综合化互连技术中交换机缓冲容量，提出一种保证消息传输延时的缓冲容量确定方法，属于航空航天电子综合化系统互连技术领域。

背景技术

随着航空航天任务需求(高性能处理、高接口带宽、强实时性、高可靠性等需求)的进一步提升，空天飞行器电子互连技术及体系架构经历了从分离式、联合式向综合式发展过程。航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet，AFDX)，作为综合化系统的支撑互连技术之一，具有更高的可靠性、抗恶劣环境适应性和确定的实时性，成为美国国家航空航天局NASA构建未来空间飞行器综合化体系架构互连候选，并已应用于先进大型客机项目(如空中客车A380和B787)，成为构筑新一代民机航空电子系统的基础。AFDX交换机是互连系统的重要部件和关键因素。对于空天飞行器综合化系统中的安全关键任务通常要满足强实时和高可靠性。如何在AFDX交换机中对缓冲容量进行合理设置，使之不仅满足消息调度的强实时要求，同时避免交换机入线、出线队列缓冲区消息溢出，从而提高系统的可靠性，具有重要意义。

入线、出线队列缓冲容量的分配与交换机分组调度方法密切相关。AFDX协议只给出了入线、出线队列缓冲容量的缺省值，并没有给出强实时保证下的缓冲容量的确定方法。

目前为止，研究强实时条件下交换机缓冲的公开资料不多见。现有资料记载有针对FDDI局域网和FC-AL环网建立了分析性模型，为确定消息实时传输和溢出的条件提供有益借鉴，但针对的是共享介质型网络，没有涉及交换式网络的研究。还有人提出基于随机网络演算(Network Caculus)方法，开展AFDX网络节点缓冲溢出的概率研究，但并没有探究强实时条件下交换机缓冲容量与消息参数的定量关系。

发明内容

本发明针对目前在强实时保证下AFDX交换机的缓冲容量确定技术欠缺的情况，针对空天飞行器安全关键任务需求，提供一种实时保证的交换式互连缓冲容量确定方法，从而满足消息调度的强实时要求，同时避免交换机入线、出线队列缓冲区消息溢出，提高系统的可靠性。

本发明提供一种实时保证的交换式互连缓冲容量确定方法，其中，所述方法包括步骤：

步骤一、建立消息模型和交换机队列等效结构模型；

所建立的消息模型，包括实时消息流S_i：S_i＝(C_i，P_i)；实时消息集合M_S：M_S＝{S₁，S₂，…，S_n}；其中，C_i表示实时消息流最大长度，P_i表示实时消息流产生周期，也表示实时消息流最大允许延迟时间。

所述的建立的交换机队列等效结构模型为：将具有m个队列的交换机转化为一个具有n个队列的等效交换机，其中转换后的每个队列中只有一个实时消息流，其中，m、n为大于0的整数。

步骤二、建立分组调度和缓冲模型；

所建立的分组调度和缓冲模型具体包括如下：

1)设定交换机工作最差情况：n条入线队列同时竞争一条出线队列；

2)设置调度轮转的最大长度L_MR：指交换机在分组调度中每次轮转所允许的最大时隙数，分组调度轮转周期的上限；每个入线队列Q_i按照调度时间轴被分配L_MR中的W_i个时隙用于调度本队列的实时消息流，当Q_i待调度的实时消息量小于W_i个时隙应发生的消息量，则在Q_i发送完待调度的实时消息后，Q₁将发送非实时消息直到W_i中剩余调度时间结束，然后，下一队列Q_i+1将被调度；其中，W_i为轮转权值；

3)进入交换机的消息帧根据时隙大小重新打包；

步骤三、建立消息实时调度条件，并确定关键参数；