基于传输性能降级约束的机载网络可靠性研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252011V01．32No．81461—1468ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)08—1461—08基于传输性能降级约束的机载网络可靠性研究张勇涛，黄臻，熊华钢*北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100191摘要：为提高因出现故障而导致网络设备资源不足时机载网络的可靠性，定义了两种机载网络传输性能降级约束，降级约束使用3个参数精确描述机载网络中消息实例传输成功或失败的数量

2、及其分布。提出动态失效、关键函数和最小确定性将来序列等概念来对网络传输性能降级约束进行理论分析：通过计算关键函数值预先确定下一条消息实例传输失败是否会产生动态失效{使用最小确定性将来序列确定在不发生动态失效时将来消息实例传输成功的最少数量。给出两种实施约束的策略：消息源节点静态过滤和网络动态仲裁。提出一种适用于网络动态仲裁策略的调度算法：基于网络传输性能降级约束的双层优先级调度，该算法利用关键函数的预判性来避免动态失效；分析了该算法的可调度性条件。理论分析和仿真表明，当机载网络设备资源不足时，通过实施网络传输性能降级约束可以把网络性能降级的程度限制在可控范围内，从而增强机载网络的可靠性。关键

3、词：航空电子；可靠性；网络性能；降级；可调度性分析；动态失效中图分类号：V247；TP393文献标识码：A飞行器的机动性强，运行环境恶劣，机载网络的可靠性关系到航空电子系统中任务的顺利实现，更关系到飞行器本身的生存与否，因此机载网络的可靠性至关重要。通常对网络设备进行充分的冗余备份是最可靠的策略，目前对机载网络可靠性的研究也集中在如何进行冗余备份口。2]。但机舱内空间有限，且飞行器对载荷重量也有严格的限制，不宜大量备份网络设备，因此当部分网络设备出现故障或被摧毁时，机载网络将无足够网络设备可用，此时可用网络设备的负载率必将增加，从而造成机载网络传输性能下降。如果没有预先定量约束性能降级的程度

4、，传输性能降级对整个航空电子系统产生的影响将是无法预料的。这种不可预知的网络传输性能降级可导致灾难性后果，为避免这种危险，有必要约束和量化分析机载残存网络传输性能降级的程度，从而把网络性能的降级对整个航空电子系统产生的影响预先限制在可控范围内。网络传输性能指网络正确实时传输航电消息的能力，即航电消息通过网络在其截止期限内到达目的节点，且无错误的数量占所有需要传输的航电消息总量的百分比，正常情况下其为100％。如果网络无法确保所有航电消息在其截止时间内无错误地到达目的节点，则称机载网络传输性能降级。在实际工程背景中，即使在硬实时网络系统中，偶尔的消息传输失败是可以容忍的。因为系统具有健壮性，偶

5、尔发生消息实例传输失败不会对系统造成灾难性影响，或者虽然偶尔的消息实例传输失败会引起系统性能降低，但仍能满足特收稿日期：2010．12．07：退修日期：2011-03-25；录用日期：20”一04·18；网络出版时间：2011-04-2716：00：52网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110427．1600．003．№IDOI：CNKI：i1-1929／V．20110427．1600．003基金项目：国家自然科学基金(61073012)*通讯作者．Tel．：010-82317202E-mail：hgxiong@ee．buaa．edu．∞

6、孳l填格式I张勇涛．黄臻。熊华钢．基于传辕性能降级约束的枧载网络可靠性研究￡JI．航空学报，201I，32(8)：1461—1468．ZhangYong-tao，HuangZhen，XiongHuagang．StudyOnnetworkreliabilityinavionicsbasedonperformancedegradationconstraints[JJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．20

7、I．32(8)：146

8、-1468．航空学报Aug．252011V01．32No，8定的应用需求。但是“偶尔失败”是一种很模糊的描述，文献I-3]首先提出

9、了(m，k)-firm概念试图定量地描述“偶尔失败”。(m，忌)一firm表示：在连续k次任务调用中，至少要有m次调用成功完成。为了满足(仇，是)-firm约束，系统使用一种动态的尽力服务调度算法——当任务接近违反约束时，就在最后k次调用时提升任务的优先级；文献[43建立了分析模型来评估系统不满足(m，五)一firm约束的概率；文献E53～文献[93在(m，是)一firm约束框架下设计调度算法，并分析系统的服