基于OpenFlow的AFDX网络虚拟链路动态优先级接纳控制

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSin／caNov．252014Vol35No．113082—3091ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．educnhkxb@buaa．educn基于OpenFlow的AFDX网络虚拟链路动态优先级接纳控制李铮，李峭*，熊颖，熊华钢北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100191摘要：为了在航空电子全双工交换式以太网(AFDx)中更加灵活地对虚拟链路(VL)实行接纳控制，将OpenFlow引入A

2、FDX网络中，建立了相应的网络模型、消息模型和流量模型。利用网络演算方法分析了优先级VL在基于OpenFlow的AFDX网络中的端到端延迟上界，结合粒子群优化算法，提出了动态优先级接纳控制算法。理论分析结果表明：与动态非优先级接纳控制方法和传统静态优先级分配方法相比，本算法的消息延迟分别降低了49．2％和26．4％，并且本算法能够更加灵活地对VL实行接纳控制，提高网络资源的利用率。最后通过仿真对理论分析的结果进行了验证。本算法为提高接纳控制方法的性能提供了参考，增强了AFDx网络的通信效率与实时性能。关键词

3、：航空电子；OpenFlow；AFDX；接纳控制；网络演算；粒子群优化中图分类号：V247；TP393文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)11-3082—10航空电子全双工交换式以太网(AvionicsFullDupleXSwitchedEthernet，AFDX)针对飞机对航空电子系统的需求，对交换式网络进行了改造[1]。通过引入虚拟链路(VirtualLink，VL)，AFDX网络对带宽资源进行有效分配，以保证数据传输的实时性[2]。为满足时间关键性应用对实时性的需求，AFDX网络能够

4、为VI。分配不同的优先级。VL的优先级配置方法对AFDX网络十分重要，直接影响网络的通信效率与实时性。OpenFlow是在以太网的基础上提出来的，分离了交换机的数据层和控制层，将交换机的路由功能转移到控制器上，使以太网具有了可编程性，提高了以太网的可扩展性，是实现软件定义网络技术的协议之一。AFDX网络属于以太网中的一种，将Open—Flow引入AFDX网络，可以高度综合AFDX交换机中的处理资源，满足目前航电网络综合模块化的发展需求。同时OpenFlow控制器可以根据网络状态实时配置VI。的优先级，提高A

5、FDX网络的资源利用率和实时性。文献E3]和文献[4]提出一种静态优先级分配方法，事先根据VL的需求分配相应的优先级。该方法需要提前知道所有VI。的信息，不支持新VL的实时加入。文献[5]提出一种基于优先级队列的静态接纳控制方法，事先为优先级队列分配好延迟目标和固定带宽，新VL加入时根据实时性与带宽资源，自动选择符合要求的队列进行传输。该方法需要设计者对所需传输VL的信息十分熟悉，否则不当的带宽分配将极大降低网络的通信效率。文献[6]提出一种动态非优先级接纳控制方法，为新加入的VL实时分配带宽，但是收稿日期

6、：2014-05-20；退修日期：2014—07—17；录用日期：2014—08—07；网络出版时间：2014—08—1309：48网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／107527／S1000—6893．2014．0178．htmI基金项目：国家自然科学基金(61301086)；国家“863”计划(2011AAll0101)；航空科学基金(20131951027)*通讯作者．Tel．：010-82338894E—mail：liqbuaa@ee．buaaedu．cn引搠格武

7、LlZ

8、，LiQ，XiongY，etal．DynamicpriorityadmissioncontrolofvirtuallinkinAFDXbasedonOpenFIow(dJActaAeronauticaetAstronaut／caSin／ca．2014，35(11)：3082-3091．李铮．李峭，熊颖，等÷基于OpenFIow的AFDX两络虚拟链路动态优先级接纳控孰!∞．航空学报．2014．35(11)：3082-3091．李铮等：基于OpenFlow的AFDX网络虚拟链路动态优先级接纳控制该方法没有考虑V

9、L的优先级，不适合混合关键性应用。文献[7]～文献[103将OpenFlow[11。12]引入时间关键性应用，根据消息、链路和交换机的实时状态，动态分配网络资源，以保证消息的服务质量。这些研究主要针对传统以太网、光网络和无线传感器网络对OpenFlow进行相应的改进，并不适合AFDX网络。文献[131指出将软件定义网络技术引入航空电子领域能够提高航空电子网络的通信性能并支持未来异构航空电子通信环境，但是该文献只是