AFDX网络中关键任务端到端延时优化

摘要

网络技术经过半个世纪的发展,逐渐形成了一系列成熟的总线标准,在航空网络领域典型的有ARINC429和1553B等。但是,随着技术的不断发展,航空系统对网络的要求不断提高,传统的网络标准已经无法满足日后发展的需要。一种新的高速总线解决方案AFDX(Avionics Full Duplex Switched Ethernet)被人们设计实现,并且在空客A380上已经成功应用。AFDX网络相较于以往的航空总线,在传输效率、可扩展性和灵活性等很多方面有着令人振奋的改进。在2005年,AFDX被正式收录到ARINC664中,作为标准的第七部分获得了航空领域的认定。
　　航空网络不同于普通网络,对关键数据流的端到端延迟有着很高的要求,而现有的AFDX网络对端到端延迟的研究都相对比较悲观。本文针对AFDX网络中关键数据流的端到端延迟,进行了深入的分析,设计了一套提高AFDX网络关键数据流延迟服务质量的解决方案,并做了相关验证。
　　论文的主要工作和研究成果如下:
　　(1)分析AFDX网络中的终端系统、交换机和虚拟链路等各种要素,并建立了相应的模型。引入新的任务约束DCTS(Distance-Constrained Task System),使用CrossBar架构作为交换机的核心实现。
　　(2)对AFDX网络延迟进行了分析和讨论,通过数学建模和计算,证明选用无冲突的风车调度策略可以提高关键数据流延迟服务性能,并分析适用此策略需要对现有AFDX网络进行的改进。
　　(3)提出解决方案,针对AFDX在全局同步和消除非抢占式调度上做相应的改进,使得AFDX可以使用无冲突调度方案。提出新的调度算法,保证关键数据流之间无阻塞冲突,同时,保证关键数据流尽可能少的受到其他数据流的影响。在理论上证实关键数据流的延迟情况得到了改善。
　　(4)利用TrueTime仿真工具箱搭建AFDX网络仿真环境,选用星形拓扑,在参数选择上尽可能的贴近实际情况。通过设定不同场景下的对比实验,分析延迟情况,进而验证本文解决方案的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 论文研究目标

1.3国内外研究现状

第二章 背景介绍

2.1 AFDX概述

2.2DCTS约束和Pinwheel调度

2.3 PTP同步协议

2.4CrossBar交换机

2.5 TTE网络简介

第三章 AFDX网络建模

3.2 AFDX无冲突调度分析

3.3 相关问题分析

3.4 无冲突调度算法分析

第四章 AFDX网络端到端延时优化方案

4.1 同步问题

4.2 非抢占问题

4.3核心调度算法

第五章 实验平台介绍

5.1平台介绍

5.2AFDX搭建

第六章 实验仿真

6.1性能实验

6.2调度性实验

第七章 结论

参考文献

附录暂无

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录