AFDX虚拟链路路径实时寻优算法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252015V01．36No．61924．1932ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaaedu．cnhkxb@buaa．edu，CRAFDX虚拟链路路径实时寻优算法代真，何锋*，张宇静，熊华钢北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100191摘要：航空电子全双工交换式以太网(AFDX)使用虚拟链路(VL)进行消息数据流通信，为提高AFDX的网络实时传输性能，以VL路径配置寻优为基础，提出了一种基于遗传算法的AFDXVL路径优化算法(POGA)。POGA以提

2、高网络实时性为优化目标，并综合考虑网络负载均衡，以VL的路径信息作为染色体，通过遗传算子进行遗传寻优操作，选择促使AFDX网络实时性能最优的VL路径作为优化结果。利用仿真优化方法对POGA进行了实现，在典型AFDX网络1000条VL的配置下，与负载均衡算法和最短路径算法进行了分析对比，结果显示分别有76．4％和77．4％的VL的传输实时性得到了增强，网络的实时传输性能分别提高了13．2％和12．9％。关键词：航空电子全双工交换式以太网；虚拟链路；路径配置优化；遗传算法；网络性能中图分类号：V247；TP393文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)06—1924—0

3、9航空电子全双工交换式以太网(AFDX)是由ARINC664Part7定义的航空确定性网络[1]，已经成功应用于空客A380和波音787飞机中。AFDX用虚拟链路(VI。)对数据流量进行逻辑上的隔离，VL有效地对带宽资源进行分隔，AFDX实时性能的保证机制主要体现在VL上，VL路径的配置直接影响网络的传输性能。在对机载通信网络进行仿真优化口1时，常用到智能优化算法[3]，将智能优化算法嵌入到仿真过程中，采用非枚举的形式寻找仿真较优的输入变量值，基于仿真运算决策出最佳结果。遗传算法L41是其中最具代表性的一种，已得到广泛应用，如用于动态寻找网络最短路径[5]、用于动态的负载均衡研究

4、[6]、用于工业以太网的分区优化研究口3以及用于网络的延时评价[8]等方面。具体到AFDX网络，在VL路径配置方面，常采用负载均衡路由[91和最小跳数路由[1叩策略；AFDX网络实时性优化方面，可对VI。任务进行控制口1

5、，利用遗传算法优化AFDX网络流量的优先级的设置[1引，或利用轨迹法优化网络传输延时[13。“。文献E15]表明VL消息的传输延时主要受到经过交换机的跳数和可变延迟(主要为排队延迟)的影响，这就需要对经过交换机的所有VL流量的配置进行分析，而对于文献[9]、文献ElO]、文献[13]和文献[-14]介绍的静态配置VL路径的方法，为通过使链路负载量均衡或VL路径最

6、短等方式间接减小VL传输延时的方法，并不能完整地考虑VL在实时传输过程中的相互影响，从而存在一些不确定性，并不一定能够得到VL的实时最优路径。为减小这种不确定性，可对VL路径进行动态优化，直接利用实时平台运行过程中的VL延迟作为反馈，选择实时性最好的VL配置作为优化结果，即可进一步提升网络性能。由于专用的AFDX板卡及交换机价格昂贵，对收稿日期：2014—07—16；退修日期：2014．09—23；录用日期：2014．11—18；网络出版时间：2014—11．2909：01网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V20150504．0925．0

7、01．htmI基金项目：国家自然科学基金(61301086)；航空科学基金(20131951027)*通讯作者．Tel．：010-82338894E．mail：robinleo@buaa．educn戮用格武

8、DaiZ，HeF．ZhangYJ．eta1．Real-timepathoptimizationalgorithmofAFDXvirtuallinkEJ]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(6)：1924—1932．代真．侮锋，张宇静．等．AFDX虚拟链路路径实时寻优算法!J]?航空学报．2015．36(6)：1924．{9

9、32，代真等：AFDX虚拟链路路径实时寻优算法AFDX网络进行设计时常采用仿真的方法，文献[161利用离散事件建模方法实现了AFDX协议的仿真建模，实现了VL消息从源节点到目的节点的整个过程的模拟。在AFDX仿真模型的基础上，本文以提高网络实时性能为优化目标，并综合考虑网络负载均衡，提出了一种基于遗传算法的AFDXVL路径优化算法(POGA)，实现了AFDX网络的实时仿真优化设计，并利用仿真实验进行分析对比，验证了算法的合理和优越性。1AFDX网络性能参量图1为得到实际航空应用的