劉 成 王 彤 李 錚 熊華鋼

（北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100191）

航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)（AFDX，Avionics Full Duplex Switched Ethernet）［1］是由工業(yè)以太網(wǎng)經(jīng)過適應(yīng)性改造而成的航空電子系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)，目前已經(jīng)應(yīng)用于空客A380和波音787中.AFDX網(wǎng)絡(luò)在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上將虛擬鏈路（VL，Virtual Link）、靜態(tài)路由和流量管制等機(jī)制集成進(jìn)來，目的是提高網(wǎng)絡(luò)的確定性，一定程度上保障時間關(guān)鍵消息的傳輸.網(wǎng)絡(luò)演算理論［2－3］和軌跡計算方法［4］，可以結(jié)合AFDX網(wǎng)絡(luò)的確定性機(jī)制，衍生出適用的延時上界計算方法［5－7］.這些方法能計算出被傳輸消息的端到端延時上界，為AFDX網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性研究提供了理論計算工具.

但是針對時間關(guān)鍵消息，AFDX網(wǎng)絡(luò)的確定性機(jī)制不能保障完全的確定性，其傳輸?shù)倪^程不可預(yù)測，端到端延時也是抖動的.時間觸發(fā)以太網(wǎng)（TTE，Time-Triggered Ethernet）［8－9］和時間觸發(fā) CAN 網(wǎng)絡(luò) （TTCAN，Time-Triggered Controller Area Network）采用了時間觸發(fā)機(jī)制來傳輸時間關(guān)鍵消息，消息的發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)都是完全按照預(yù)先規(guī)劃的時刻進(jìn)行.這類基于時間觸發(fā)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)在確定性和實(shí)時性方面具有巨大的優(yōu)越性.基于如下目標(biāo)，本文將時間觸發(fā)機(jī)制引入AFDX網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了時間觸發(fā)AFDX（TTAFDX，Time-Triggered AFDX）的體系結(jié)構(gòu)：

1）時間關(guān)鍵消息的傳輸具有完全的確定性，可以保障消息的實(shí)時性；

2）兼容AFDX網(wǎng)絡(luò)的配置文件；

3）未同步時，以AFDX網(wǎng)絡(luò)的形式降級通信；

4）可與AFDX網(wǎng)絡(luò)透明地通信.

并設(shè)計了其中關(guān)鍵時刻調(diào)度算法，進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)實(shí)時性分析和仿真實(shí)驗(yàn).分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了TTAFDX網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時性保障上的優(yōu)越性.

1 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 協(xié)議棧設(shè)計

對比常規(guī)AFDX網(wǎng)絡(luò)，TTAFDX網(wǎng)絡(luò)增加了VL時刻調(diào)度子層，如圖1所示.

圖1 TTAFDX網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

1.2 VL類型設(shè)計

TTAFDX網(wǎng)絡(luò)有兩類VL：時間觸發(fā)VL（TTVL，Time-Triggered VL）和流速限制 VL（RCVL，Rate-Constrained VL）.RCVL也就是常規(guī)AFDX網(wǎng)絡(luò)中的VL，其流量特征通過帶寬分配間隔（BAG，Bandwidth Allocation Gap）、最大幀長和最小幀長來約束；TTVL是為時間觸發(fā)機(jī)制設(shè)計的VL類型，也要按照參數(shù)進(jìn)行流量特征約束.TTVL的發(fā)送活動是嚴(yán)格按照時刻調(diào)度表的規(guī)劃時刻來觸發(fā)，可以用來承載時間關(guān)鍵的消息，保障時間關(guān)鍵消息的確定性；RCVL優(yōu)先級低于TTVL，在保障TTVL按規(guī)劃傳輸?shù)幕A(chǔ)上，才能進(jìn)行傳輸，可以用來承載非時間關(guān)鍵消息.

TTAFDX網(wǎng)絡(luò)增加的VL時刻調(diào)度子層不影響數(shù)據(jù)鏈路層以上的協(xié)議，AFDX網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)配置在TTAFDX網(wǎng)絡(luò)中完全兼容，VL以RCVL的形式傳輸.

1.3 端系統(tǒng)調(diào)度設(shè)計

如圖2所示，首先VL流量調(diào)度器對TTVL和RCVL進(jìn)行流量整形；然后VL時刻調(diào)度器按照發(fā)送時刻調(diào)度表的規(guī)劃來發(fā)送TTVL，在未安排發(fā)送TTVL的空閑時間段以輪詢調(diào)度的方式發(fā)送RCVL.

圖2 端系統(tǒng)中VL的調(diào)度

端系統(tǒng)是VL的源節(jié)點(diǎn)，可以根據(jù)VL的周期屬性進(jìn)行發(fā)送規(guī)劃.VL的BAG滿足從1～128ms期間2的冪次毫秒.端系統(tǒng)的發(fā)送時刻調(diào)度表可以根據(jù)BAG的特點(diǎn)構(gòu)造成如圖3所示的調(diào)度表，該調(diào)度表由128個1ms的小周期組成，合計大周期128ms.調(diào)度表每個小周期都在開頭預(yù)留一個用于時鐘同步的數(shù)據(jù)幀SYN.SYN幀按照所采用的時鐘同步方案來配置，如可采用AS6802的時鐘同步服務(wù)［9］.VL時刻調(diào)度器能按照調(diào)度表的規(guī)劃，對所有的TTVL進(jìn)行循環(huán)的調(diào)度發(fā)送.

圖3 發(fā)送時刻調(diào)度表

圖4 交換機(jī)端口中VL的調(diào)度

1.4 交換機(jī)調(diào)度設(shè)計

如圖4所示，針對到達(dá)的TTVL，交換機(jī)首先核對TTVL的到達(dá)時刻是否在規(guī)劃的接收時間窗口內(nèi)，將時間窗口之外的TTVL丟棄；然后對到達(dá)的VL按照漏桶算法進(jìn)行流量管制；最后將符合管制的數(shù)據(jù)幀送到輸出端口.針對到達(dá)的RCVL，交換機(jī)首先進(jìn)行流量管制；然后將符合管制的數(shù)據(jù)幀送到輸出端口.在交換機(jī)的輸出端口中，VL時刻調(diào)度器按照轉(zhuǎn)發(fā)時刻調(diào)度表的規(guī)劃來轉(zhuǎn)發(fā)TTVL，在未被安排轉(zhuǎn)發(fā)TTVL的空閑時間段按照先入先出規(guī)則發(fā)送RCVL.

交換機(jī)的每一個端口都維護(hù)一張TTVL的轉(zhuǎn)發(fā)時刻調(diào)度表.交換機(jī)是TTVL的中間節(jié)點(diǎn)，TTVL幀從不同的端系統(tǒng)匯聚到交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)端口，幀的到達(dá)時刻不是由交換機(jī)端口決定，所以轉(zhuǎn)發(fā)的時刻也無法用小周期組成大周期的時刻調(diào)度表來組織.交換機(jī)端口的轉(zhuǎn)發(fā)時刻調(diào)度表被設(shè)計為不分小周期、時間跨度是128ms的調(diào)度表.轉(zhuǎn)發(fā)時刻調(diào)度表的配置規(guī)則是在滿足時鐘同步方案所要求的資源開銷基礎(chǔ)上，配置TTVL的轉(zhuǎn)發(fā)時刻.

1.5 接收窗口

TTAFDX網(wǎng)絡(luò)的各個設(shè)備是按照周期來進(jìn)行時間同步.在一個同步周期內(nèi)，設(shè)備的時鐘會因?yàn)闀r鐘漂移而不完全一致，因此轉(zhuǎn)發(fā)時刻和到達(dá)時刻也會有相對漂移.假設(shè)所有設(shè)備在一個同步周期中的最大時飄是ΔT，如圖5所示，發(fā)送端有－ΔT的時鐘漂移，接收端有ΔT的時鐘漂移，那么TTVL幀到達(dá)接收端的時間要比本地規(guī)劃的接收時間早2·ΔT；如果發(fā)送端有ΔT的時鐘漂移，而接收端有－ΔT的時鐘漂移，那么TTVL幀到達(dá)接收端的時間要比本地規(guī)劃的接收時間晚2·ΔT.因此對于接收端來說，如果規(guī)劃的接收時刻是t，那么時飄造成的TTVL幀實(shí)際到達(dá)時刻將落在時間范圍［t－2·ΔT，t＋2·ΔT］內(nèi)，這是TTVL實(shí)際可接收的時刻范圍，稱為該TTVL的接收窗口.這種由于時飄造成的接收時刻范圍將考慮在到達(dá)時刻表和發(fā)送時刻規(guī)劃中.

圖5 時飄接收抖動

1.6 降級通信與透明通信

TTAFDX允許出現(xiàn)故障而未能同步的端系統(tǒng)和交換機(jī)工作在降級模式，即這些設(shè)備只完成AFDX網(wǎng)絡(luò)的端系統(tǒng)和交換機(jī)的基本功能，而不會影響整個TTAFDX網(wǎng)絡(luò)的通信.

TTAFDX的端系統(tǒng)和交換機(jī)可以與AFDX的端系統(tǒng)和交換機(jī)直接互連通信，即透明通信.降級通信情況可以看作透明通信情況的一種特例，不再專門討論.

透明通信機(jī)制是通過標(biāo)記TTVL幀的目的MAC（Media Access Control）地址來實(shí)現(xiàn).如圖6所示，原來的目的MAC地址具有32位的固定域，將其改造為8位固定域與24位TT標(biāo)識符域.TT標(biāo)識符的每一位反映了在TTVL幀傳輸路徑上的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)對TTVL幀的操作情況，如第一位對應(yīng)源端系統(tǒng)，第二位對應(yīng)所經(jīng)過的第一個交換機(jī)，以此類推直到經(jīng)過的最后一個交換機(jī).典型的AFDX網(wǎng)絡(luò)［10］中，數(shù)據(jù)幀的跳數(shù)一般不超過5跳，24位標(biāo)識符可以支持24跳，足夠使用.標(biāo)識符的值“0”代表沒有時間觸發(fā)操作，“1”代表有時間觸發(fā)操作.通過對TT標(biāo)識符的處理，可以實(shí)現(xiàn)透明通信，過程如下所示，其中TTVL一共經(jīng)過N個節(jié)點(diǎn).

圖6 TTVL幀的目的MAC地址

1）設(shè)置TTVL幀的TT標(biāo)識符每一位都為“0”，i＝1，進(jìn)入下一步；

3）若i＝N，跳到第4）步；TTVL幀進(jìn)入第i個節(jié)點(diǎn)，若是TTAFDX交換機(jī)，則會檢查TTVL幀TT標(biāo)識符，若第（i－1）位是“1”，說明上一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了時間觸發(fā)操作，交換機(jī)將檢查TTVL的到達(dá)時刻，按規(guī)劃時刻進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并將TT標(biāo)識符的第i位置“1”，若第（i－1）位是“0”，則不檢查TTVL的到達(dá)時刻，在下一個最近的規(guī)劃時刻轉(zhuǎn)發(fā)，并將TT標(biāo)識符的第i位置“1”；若是AFDX交換機(jī)，則不進(jìn)行任何時間觸發(fā)操作和TT標(biāo)識符操作，保持“0”值；i＋＋，循環(huán)第3）步；

4）TTVL進(jìn)入目的端系統(tǒng)，若是TTAFDX端系統(tǒng)，則會檢查TTVL幀TT標(biāo)識符，若第（i－1）位是“1”，說明上一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了時間觸發(fā)操作，端系統(tǒng)將檢查TTVL的到達(dá)時刻，決定是否接收，若第（i－1）位是“0”，則直接接收；若是AFDX端系統(tǒng)，則直接接收TTVL幀.

2 時刻調(diào)度算法

首先分別執(zhí)行各個端系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)送時刻調(diào)度算法，配置各個端系統(tǒng)的發(fā)送調(diào)度時刻表；然后執(zhí)行交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)時刻調(diào)度算法，統(tǒng)一配置所有交換機(jī)內(nèi)部所有端口的轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度時刻表.由每個端系統(tǒng)的發(fā)送端口和每個交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)端口維護(hù)各自的時刻調(diào)度表.

2.1 定 義

1）C是鏈路帶寬，Mbit／s；

2）Vk是第k條TTVL；

3）Gk是Vk的BAG，即Vk最小周期，ms；

4）Vk，q是Vk在端系統(tǒng)發(fā)送時刻調(diào)度表中的被發(fā)送的第q個數(shù)據(jù)幀，在128ms的大周期中一共有（128／Gk）個數(shù)據(jù)幀；

5）Vmaxk是Vk的最大線路幀幀長（MAC幀加上幀間間隔、前導(dǎo)符和起始標(biāo)識，共20byte，以下幀長都指的是線路幀幀長），byte；

近幾年來，我國選煤工業(yè)發(fā)展訊速，煤炭選煤技術(shù)形成規(guī)?；?、專業(yè)化生產(chǎn)模式，選煤廠主要有煉焦煤選煤廠和動力煤選煤廠，工藝單一或復(fù)合，與礦井配套或不配套兩種形式。在節(jié)能減排方面基本上具有相同的規(guī)律，都消耗一定的煤、電、油或其他能源，也都排放污染物。因此選煤廠開展行之有效的節(jié)能減排工作，是義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。

6）Ti是端系統(tǒng)發(fā)送時刻調(diào)度表中的第i個小周期，它的起始時刻時（i－1）ms，1≤i≤128，每個小周期是1ms，如圖3所示；

7）Li是小周期Ti上已配置的幀長合，byte；同步幀的幀長是LSYN，如圖3所示；

8）Lmaxi是小周期Ti上最多可以配置的幀長合，byte；如圖3所示，也即在1ms內(nèi)能夠發(fā)送的總數(shù)據(jù)幀長Lmaxi＝0.001×C×106／8；

9）在一個時間同步周期內(nèi)，端系統(tǒng)和交換機(jī)的時鐘最大漂移值是ΔT.

2.2 端系統(tǒng)時刻調(diào)度算法

每個端系統(tǒng)都分別執(zhí)行如下的端系統(tǒng)時刻調(diào)度算法，對TTVL進(jìn)行發(fā)送時刻規(guī)劃，完成端系統(tǒng)的發(fā)送時刻調(diào)度表.

1）按照BAG從小到大的順序給端系統(tǒng)發(fā)送的TTVL排序，若同周期則按照Vmax從大到小的順序排序，排序后的TTVL對應(yīng)標(biāo)記為Vk（k從1到n），轉(zhuǎn)到第2）步；

2）按照標(biāo)記順序，對所有TTVL進(jìn)行發(fā)送時刻規(guī)劃，初始狀態(tài)令k＝1，Li＝LSYN，1≤i≤128，轉(zhuǎn)到第3）步；

3）若k＞n，跳到第4）步；否則配置Vk的發(fā)送時刻，Vk以Gk為最小周期，在時刻調(diào)度表128 ms的大周期中被循環(huán)調(diào)度128／Gk次；從調(diào)度表0ms開始，在Gk時間范圍中，找到幀長合Lr最小的小周期Tr，若Lmaxr－Lr＜Vmaxr，則跳到第5）步；否則將Vk的（128／Gk）個調(diào)度時刻（單位 ms）配置為：Dk，m＝（r－1）＋（m－1）·Gi＋8·Lr×1 000／（C×106），其中m∈｛1，2，…，128／Gk｝，并更新相應(yīng)小周期Ti（i＝r＋（m－1）·Gi）內(nèi)的已配置幀長合為Li＝Li＋Vmaxr，k＋＋，循環(huán)第3）步；

4）該端系統(tǒng)中，所有TTVL的發(fā)送時刻都規(guī)劃完成；

5）帶寬有限，無法配置該端系統(tǒng)中所有TTVL的發(fā)送時刻.

2.3 交換機(jī)時刻調(diào)度算法

配置好所有VL的靜態(tài)路由和所有TTVL的發(fā)送時刻后，在滿足時鐘同步方案所需要的發(fā)送資源開銷的基礎(chǔ)上，交換機(jī)通過如下算法實(shí)現(xiàn)所有交換機(jī)內(nèi)部的所有端口的轉(zhuǎn)發(fā)時刻調(diào)度表配置.

1）按照所有TTVL的BAG從大到小的順序給TTVL排序，若同周期則按照Vmax從大到小的順序排序，排序后的TTVL對應(yīng)標(biāo)記為Vk（k從1到n），轉(zhuǎn)到第2）步；

2）按照標(biāo)記順序，配置所有TTVL在交換機(jī)端口的轉(zhuǎn)發(fā)時刻，初始值k＝1，轉(zhuǎn)到第3）步；

3）若k＞n，跳到第4）步，否則按照Vk所經(jīng)過交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)端口的順序，配置Vk在這些端口的轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度表中的轉(zhuǎn)發(fā)時刻.配置Vk在某一端口的轉(zhuǎn)發(fā)時刻時，按照幀Vk，1到幀Vk，w（w＝128／Gk）的順序來配置其中幀Vk，q的轉(zhuǎn)發(fā)時刻.配置幀Vk，q時，根據(jù)幀Vk，q在上一個節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時刻t1、交換機(jī)內(nèi)部16μs的技術(shù)延時和最大時鐘漂移值ΔT，算出Vk，q到達(dá)此交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)端口的可能最晚時刻，也即時飄接收窗口的關(guān)閉時刻（單位ms）：

依據(jù)不改變已經(jīng)配置的TTVL幀的原則，按照Δt從小到大的方向，0≤Δt＜128，尋找最近的能夠完成轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)的空閑時間段，若能找到，則將該空閑時間段的時刻起點(diǎn)t3＝（t2＋Δt）%128作為轉(zhuǎn)發(fā)時刻，更新交換機(jī)端口轉(zhuǎn)發(fā)時刻表；若找不到，則跳到第5）步.若Vk經(jīng)過的所有交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)端口都能夠配置Vk每一個幀Vk，q的轉(zhuǎn)發(fā)時刻，則k＋＋，循環(huán)第3）步；否則跳到第5）步；

4）所有TTVL在交換機(jī)端口中的轉(zhuǎn)發(fā)時刻都規(guī)劃完成；

5）網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，無法配置所有TTVL在網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)時刻.

3 實(shí)時性分析

一個消息（傳輸層傳輸單元）從產(chǎn)生到封裝成VL幀或者幀群（消息長度過大時會在IP層被分片），再到發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，最后被目的節(jié)點(diǎn)接收的整個時間過程如圖7所示，若是消息被分片為幀群，計算延遲只要針對最后一個VL幀即可.消息q生成于時刻Am，0，從在傳輸層產(chǎn)生到封裝成Vk的VL幀或幀群的這段時間Bm，0屬于技術(shù)延時，由端系統(tǒng)的性能決定；m是消息q被封裝成的VL幀，或者幀群中的最后一個VL幀，VL幀m到達(dá)VL流量調(diào)度器的時刻是Am，1，經(jīng)過流量整形后滿足BAG的要求，時間開銷是Bm，1；然后VL幀m于時刻Am，2到達(dá)VL時刻調(diào)度器，經(jīng)過時間Bm，2的等待，被調(diào)度發(fā)出；VL幀m在AFDX網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過傳輸時間Bm，3，在時刻Am，4到達(dá)目的端系統(tǒng).

圖7 消息的傳輸過程

3.1 定 義

1）C是鏈路帶寬，Mbit／s.Eq是消息q的數(shù)據(jù)段長度，Vmaxk是Vk的最大幀長，Vmink是Vk的最小幀長，Vlastk是最后一個VL幀m的幀長，單位都是字節(jié).令0＜V′lastk≤Vmaxk，有

Eq＝M×（Vmaxk－38）＋（V′lastk－38）

其中，M為非負(fù)整數(shù)，（M＋1）是VL幀群的數(shù)目，若沒有分片，則M等于0；若V′lastk＜Vmink，則Vlastk＝Vmink，否則Vlastk＝V′lastk.

2）Wk是源端系統(tǒng)VL流量調(diào)度器中下一個屬于Vk的幀被整形所要等待的時間，ms.

3）定義N是不包括目標(biāo)VL幀群在內(nèi)，當(dāng)前積壓在源端系統(tǒng)VL流量調(diào)度器中屬于Vk的數(shù)據(jù)幀的總數(shù).上層消息可能因?yàn)榕渲貌缓侠恚话l(fā)到來或者以小于VL的BAG的周期到來，TTVL幀可能在VL流量調(diào)度器中積壓；因?yàn)槎讼到y(tǒng)發(fā)送時刻調(diào)度表中，TTVL的發(fā)送周期嚴(yán)格等于它的BAG，所以在之前已經(jīng)被流量整形的TTVL不會在VL時刻調(diào)度器中出現(xiàn)積壓.

4）Pk是Vk經(jīng)過的發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)端口集合，源端系統(tǒng)發(fā)送端口e∈Pk；若端口h∈Pk，則（h＋1）表示h端口之后，Vk經(jīng)過的下一個轉(zhuǎn)發(fā)端口；l∈Pk，是Pk上的最后一個轉(zhuǎn)發(fā)端口.

5）是h端口發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)時刻調(diào)度表中針對在端系統(tǒng)發(fā)送時刻調(diào)度表中的第r個VL幀Vk，r的轉(zhuǎn)發(fā)時間.

3.2 端到端延遲計算

VL流量調(diào)度器中，Vk的VL幀m需要等待積壓的幀嚴(yán)格按照BAG的間隔發(fā)出后，才能發(fā)出，等待的時間Bm，1＝（N＋M）×Gk＋Wk.VL幀m到達(dá) VL時刻調(diào)度表的時刻Am，2＝Am，1＋Bm，1，該時刻對應(yīng)端系統(tǒng)發(fā)送時刻調(diào)度表中的時刻Sm＝Am，2%128.若VL幀m的到達(dá)時刻與其調(diào)度時刻的關(guān)系如下：

則VL幀m在時刻被調(diào)度發(fā)送；否則在時刻被調(diào)度發(fā)送，該時刻標(biāo)記為.VL幀m在VL時刻調(diào)度器中的等待時間為Bm，2＝.從端系統(tǒng)端口發(fā)送出去后，VL幀m在網(wǎng)絡(luò)中延時是傳輸過程中在各個時刻調(diào)度表之間的時刻差值與最后一跳的發(fā)送延時之和：

消息q的端到端延時合計為

考慮時鐘漂移造成的誤差，修正消息q的端到端延時在［Bm－2·ΔT，Bm＋2·ΔT］范圍內(nèi).因此在消息q產(chǎn)生的時候，它的端到端延時就可以確定，這對于時間關(guān)鍵的消息具有非常重要的意義.

4 實(shí) 驗(yàn)

TTAFDX網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)采用典型的AFDX網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?0］，如圖8所示.共有8個交換機(jī)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)主干，每個交換機(jī)上連接8個端系統(tǒng)，一共有64個端系統(tǒng)，鏈路帶寬配置為10Mbit／s.

圖8 TTAFDX網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

實(shí)驗(yàn)設(shè)計了8條TTVL和128條RCVL，用VLID來標(biāo)識不同的VL；TTVL的VLID號從1到8，RCVL的VLID號從11到138；最大線路幀長在84到512byte之間；VL的BAG分為3類：32ms，64ms和128ms；每個VL承載對應(yīng)的消息，其中TTVL承載時間關(guān)鍵消息；消息按照對應(yīng)VL的發(fā)送時刻和BAG間隔來生成；發(fā)送技術(shù)延時設(shè)置為0，時鐘漂移設(shè)置為0，交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)延時為16μs，仿真模擬24h.在配置好VL的靜態(tài)路由后，采用端系統(tǒng)和交換機(jī)的時刻調(diào)度算法完成TTVL時刻調(diào)度配置.

當(dāng)時間關(guān)鍵消息產(chǎn)生的時候，計算它的端到端延時，并將結(jié)果與仿真得到的實(shí)際端到端延時作比較，如表1所示.表1中，BAG為32ms的TTVL在大周期128ms中有4次調(diào)度，因此有4個計算值與實(shí)際仿真結(jié)果的比較，64ms的TTVL有2次，128ms的TTVL有1次.表1的結(jié)果對比顯示，采用TTVL來承載的時間關(guān)鍵消息時，在消息產(chǎn)生的時候，就可以通過計算得到實(shí)際的端到端延時.

表1 TTVL承載消息的延時值對比

非時間關(guān)鍵消息是由RCVL承載，其端到端延時是抖動的，通過網(wǎng)絡(luò)演算［5，7］可以計算出端到端延時上界.如圖9所示，將其延時上界與其端到端延時的統(tǒng)計最大值進(jìn)行比較，該上界往往遠(yuǎn)大于實(shí)際延時的統(tǒng)計最大值.常規(guī)的AFDX網(wǎng)絡(luò)中的VL與TTAFDX網(wǎng)絡(luò)中的RCVL具有完全相同的功能和性質(zhì)，保障網(wǎng)絡(luò)確定性和實(shí)時性的能力有限.

圖9 RCVL承載消息的延時值對比

5 結(jié) 論

TTAFDX網(wǎng)絡(luò)是從常規(guī)AFDX網(wǎng)絡(luò)升級而來，在時鐘同步的基礎(chǔ)上，引入了時間觸發(fā)機(jī)制.TTAFDX網(wǎng)絡(luò)使用RCVL兼容原來的AFDX網(wǎng)絡(luò)的VL，使用TTVL來傳輸時間關(guān)鍵消息，確保時間關(guān)鍵消息的完全確定性.時間觸發(fā)機(jī)制，采用離線調(diào)度規(guī)劃的方法，在AFDX網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行前，就在源端系統(tǒng)發(fā)送端口和交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)端口完整地規(guī)劃好TTVL傳輸?shù)拿總€階段，使得TTVL在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸具有完全的確定性.在TTAFDX網(wǎng)絡(luò)中，將時間關(guān)鍵消息用TTVL來承載，在消息產(chǎn)生時就可以得到消息傳輸?shù)亩说蕉搜訒r，并且消息傳輸?shù)拿總€階段的時刻都是可以預(yù)測的.

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