机载时间触发光网络的设计与实时性分析

doi:10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0925

北京航空航天大学学报 ›› 2017, Vol. 43 ›› Issue (12): 2466-2472.doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0925

机载时间触发光网络的设计与实时性分析

熊颖^1,2, 陈俊延¹, 何锋¹, 熊华钢¹, 刘成²

1. 北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100083;
2. 国家计算机网络应急技术处理协调中心, 北京 100029

收稿日期:2016-12-08 修回日期:2017-01-09 出版日期:2017-12-20 发布日期:2017-04-07
通讯作者: 陈俊延 E-mail:chenjy83@hotmail.com
作者简介:熊颖,女,博士研究生。主要研究方向:航空电子光网络、实时性网络、时间触发网络;陈俊延,男,博士。主要研究方向:航空电子网络、通信网络理论与技术;何锋,男,博士,讲师。主要研究方向:航空电子综合、实时性网络;熊华钢,男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:通信网络理论与技术、航空电子信息综合和超宽带通信;刘成,男,博士,高级工程师。主要研究方向:通信网络理论与技术、网络与信息安全技术。
基金资助:
国家自然科学基金（61301086）

Design and real-time analysis of time-triggered airborne optical network

XIONG Ying^1,2, CHEN Junyan¹, HE Feng¹, XIONG Huagang¹, LIU Cheng²

1. School of Electronic and Information Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China;
2. National Computer Network Emergency Response Technical Team Coordination Center of China, Beijing 100029, China

Received:2016-12-08 Revised:2017-01-09 Online:2017-12-20 Published:2017-04-07
Supported by:
National Natural Science Foundation of China (61301086)

摘要/Abstract

摘要： 波分复用光（WDM）网络是目前较好的航空电子网络解决方案之一，具有高带宽、强灵活性、对协议和比特率透明、强扩展性等优点。但在实时性方面，WDM网络的消息传输存在不确定性，无法满足未来航空电子网络对于时间关键消息强实时性保障的要求。本文将时间触发机制引入WDM网络，设计了时间触发航空电子WDM （TTAWDM）网络的体系结构，包含协议栈、消息类型、调度流程等。TTAWDM用时刻调度表规划时间关键性消息的传输，保障消息传输过程和传输延时的确定性，以满足强实时性要求。在TTAWDM体系结构设计的基础上分析了网络消息的实时性，基于网络演算推导出速率限制消息的延时上界计算方法，并构造仿真实验展示了TTAWDM对于强实时性保障，同时验证了延时上界计算方法的有效性。

关键词: 时间触发, 波分复用(WDM)网络, 体系结构, 实时性, 网络演算

Abstract: Wavelength division multiplexing (WDM) network is featured by almost unlimited bandwidth potential, great flexibility, strong expandability and transparent to protocol and bit rate, which makes it a good choice for avionics systems. However, the end-to-end delay of message transmitted on WDM avionics is uncertain on the real-time performance. WDM network cannot ensure determinacy for the time-critical message transmitted on future avionics network. This paper introduces time-triggered mechanism to WDM network and proposes the architecture of time-triggered avionics WDM (TTAWDM) network, including protocol layer, data format, scheduling procedure, etc. The time-triggered mechanism can process a statically configured communication schedule for time-critical message, which can ensure determinacy for the transmission process and end-to-end delay of message, and can meet real-time requirements. Then the real-time property of messages is analyzed based on the architecture design of TTAWDM, and based on network calculus, the calculation method of upper bound delay of rate-constrained messages is given. Finally, a simulation experiment of TTAWDM is conducted, and the results show that TTAWDM can be a totally deterministic network for time-critical messages and the calculation method of upper bound delay is effective.

Key words: time-triggered, wavelength division multiplexing (WDM) network, architecture, real-time, network calculus

中图分类号:

TP393
V247

熊颖, 陈俊延, 何锋, 熊华钢, 刘成. 机载时间触发光网络的设计与实时性分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(12): 2466-2472.

XIONG Ying, CHEN Junyan, HE Feng, XIONG Huagang, LIU Cheng. Design and real-time analysis of time-triggered airborne optical network[J]. JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND A, 2017, 43(12): 2466-2472.

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Design and real-time analysis of time-triggered airborne optical network

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