基于随机网络演算的TTE网络时延分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252016V01．37No．61953．1962ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa，edu．cnDOI：10．7527／$1000-6893．2015．0305基于随机网络演算的TTE网络时延分析赵露茜，李峭*，林晚晴，熊华钢北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100083摘要：时间触发以太网(TTE)是一种新颖的混合型时间触发和事件触发的通信网络，通过引入时间触发(TT)流量，增强了航空电子全双工(AFDX)交换式以太网

2、的确定性。虽然TT流量具有完全的时间确定性，但是与AFDX中虚拟链路(VL)兼容的速率约束(RC)流量仍具有一定非确定性。传统用于AFDX网络实时性能分析的方法在考虑TT流量固定分区调度时隙的影响下已不再适用，为了保障RC流量的实时性能，分别提出了基于确定性网络演算和随机网络演算两种延迟分析模型。在确定性网络演算下，通过构造TT流量的聚合到达曲线和RC流量的服务曲线以得到RC的确定性延迟上界；在随机网络演算下，通过切诺夫(Chernoff)边界定理构造RC流量的两状态伯努利分布模型，得到概率保证下的延迟上界。对比实验结果表明：随机网络演算模型可以有效减小确定性网络演算模型对RC流量性能

3、分析的悲观性，同时从一定程度上验证了两种理论分析模型的正确性。关键词：航空电子；时间触发以太网；性能分析；网络演算；随机网络演算；延迟上界中图分类号：V247；TP393文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)06—195309时间触发以太网[1‘3](TTE)是一种改进时间关键性和安全关键性的应用于航空航天领域的网络，它通过离线设计时间触发(TT)流量的调度时隙，部分消除了航空电子全双工(AFDX)交换式以太网[4]的非确定性。TTE网络为了支持不同实时性和安全性需求的应用，将流量划分为3类[5]，TT流量、速率约束(RC)流量和尽力传(BE)流量。TT流量用于对延迟、

4、抖动等确定性要求高的应用，RC流量用于对确定性要求稍弱一些的应用，它与AFDX中虚拟链路(VL)的传输模式兼容，BE流量为传统以太网通信方式，具有最低优先级且无需服务质量(QoS)保证。目前国内外对于TTE网络研究主要集中在网络的配置优化以及TT调度表的离线设计。Tamas—Selicean等哺73在考虑最小化RC延迟的情况下，综合优化TTE网络的虚拟链路帧分配、路由分配等配置方法；文献E83针对分区调度表提出了一种基于时间窗检测的TT与RC流量的转换策略。此外，Steiner[9州提出一种基于可满足性模理论(SMT)解析器的TT调度表生成方法，通过给定的约束集求得满足条件的可行解；T

5、amas—Selicean和Steiner¨1123基于Tabu搜索离线设计了TT调度表，并在TT调度的前提条件下对RC流量时序关系进行分析。文献[131引人一种分区的调度机制，将每个基本周期划分为专门用于发送TT流量和RC／BE流量的两段。目前对于RC流量确定性分析的研究还比较少，由于TT帧固定调度时隙的影响，传统用于AFDX网络实时性能分析的方法[1r伸1已不再适收稿日期：2015．07．08；退修日期：2015．09．06；录用日期：2015—11—13；网络出版时间：2015—11—2314：29网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929．V2

6、01511231429006．html基金项目：国家自然科学基金(61301086)；中央高校基本科研业务费专项资金(YWF一14-DZXY一018，YWF·14·DZXY-023)*通讯作者．Tel，：010-82338894E—mail：avionics@buaaedu．ca鳓壤格武I赵露茜。李峭。林晚睛．等．基于随机甄络演算的TTE甄络时延分析￡正．航空学报。2016t37(6)：1953·1962．ZHAOLX，LIQ，LINWQ，etalStochasticnetworkcalculusforanalys，soflatencyonTTEthernetnetworkEJJAct

7、aAeronauticaetAstronauti—CaSinica，2016，37(6)：1953—1962航空学报用。文献[19]中针对TT流量的孔隙调度模型，提出了确定性网络演算对RC流量的分析方法，然而由于最坏情况为小概率事件，上述分析方法下的最坏延迟估计具有较大的悲观性。本文针对TT流量的分区调度模型，提出基于确定性网络演算的RC性能分析模型，同时为了改善确定性网络演算带来的悲观性，本文还基于随机网络演算对RC流量进行分析建模，分别得到