一种考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法技术

一种考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法。其包括计算AFDX网络中端系统的风险度；根据端系统的风险度计算各VL的风险度；根据每一物理链路承载的所有VL的风险度计算该物理链路的风险度；根据所有物理链路的风险度计算出风险度标准差；构建各VL的有效物理链路集合；根据步骤四获得的风险度标准差以及步骤五获得的VL有效物理链路集合，采用粒子群算法对上述有效物理链路进行风险均衡等步骤。本发明专利技术优点：在AFDX网络的路径优化过程中考虑了风险均衡问题，降低了单一物理链路承载多个对飞机安全影响重大的VL的情况，提高了飞机的安全性；将粒子群算法引入到路径优化过程中，有利于找到满足风险均衡条件的优化路径，从而使各物理链路间的风险标准差减小。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法
本专利技术属于航空电子系统网络优化设计
，特别是涉及一种考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法。
技术介绍
航空电子全双工交换式以太网(AvionicsFullDuplexSwitchedEthernet，AFDX)是由ARINC664Part7定义的用于航空电子子系统之间互联的网络协议标准。AFDX网络是在成熟的商用网络协议——IEEE802.3以太网的基础上发展起来的，相比以往的航空电子网络，如ARINC429、MIL-STD-1553B等，具有先天的高带宽和扩展性好的优势，同时还具有确定性好和实时性高的特点。《北京航空航天大学学报》2013年6月第39卷第6期中发表的“时间触发AFDX网络的设计和实时性分析”一文中公开了一种如图1所示的传统AFDX网络拓扑结构，该AFDX网络中共有8个交换机构成网络主干，每个交换机上连接8个端系统，一共有64个端系统，链路带宽配置为10Mbit/s。这种AFDX网络通过虚拟链路(virtualLink，VL)进行消息数据流传输，AFDX网络为VL提供确定的带宽和确定的路由，目前AFDX互联技术已在空中客车A380、波音787和中国商飞C919中得到了成功应用。机载网络被称为飞机的神经系统，其作为机载设备信息交互的通道，直接关系着飞机的飞行安全，但现有的AFDX技术主要关注链路带宽分配、实时性、可靠性等问题，而对于各物理链路的风险问题关注较少，这样就会存在单一物理链路承载多个对飞机安全影响重大的VL的情况，从而造成风险集中，结果影响了整机的安全性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法所采用的AFDX网络拓扑结构包含n个交换机，记为SWITCH＝{S1，S2，S3...Sa...Sb...Sn}，其中a，b，…n为交换机的标识号，Sa表示网络中的任意一个交换机，Sb表示网络中的另一任意交换机，n表示网络中的交换机总数；还包含m个端系统，记为EndSys＝{ES1，ES2，ES3...ESc...ESd...ESm}，其中c，d，…m为端系统的标识号，ESc表示网络中的任意一个端系统，ESd表示网络中的另一任意端系统，m表示网络中的端系统总数；还包含已配置的p条虚拟链路，记为VirLink＝{VL，VL2，VL3...VLe...VLf...VLp}；其中e，f，…p为虚拟链路标识号，VLe表示网络中的任意一条虚拟链路，VLf表示网络中的另一任意虚拟链路，p表示网络中的虚拟链路总数；还包含k条物理链路，记为L＝{L1，L2，L3...Lg...Lh...Lk}；其中h，…k为物理链路的标识号，Lg表示网络中的任意一条物理链路，Lh表示网络中的另一任意物理链路，k表示网络中的物理链路总数；所述的考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤一：计算AFDX网络中端系统的风险度；步骤二：根据上述端系统的风险度计算各VL的风险度；步骤三：根据每一物理链路承载的所有VL的风险度计算该物理链路的风险度；步骤四：根据上述所有物理链路的风险度计算出风险度标准差；步骤五：构建各VL的有效物理链路集合；步骤六：根据上述步骤四获得的风险度标准差以及步骤五获得的VL有效物理链路集合，采用粒子群算法对上述有效物理链路进行风险均衡。在步骤一中，所述的端系统的风险度计算公式为：其中表示端系统ESc所连接的航电设备的Ⅰ级失效状态数量；表示端系统ESc所连接的航电设备的Ⅱ级失效状态数量；表示端系统ESc所连接的航电设备的Ⅲ级失效状态数量；不同级别的失效状态数量能够通过查询对应航电设备的安全性评估报告中的失效状态清单表格获得；Wfn1表示Ⅰ级失效状态的权重值；Wfn2表示Ⅱ级失效状态的权重值；Wfn3表示Ⅲ级失效状态的权重值；不同级别失效状态的权重值依据不同类型的飞机采用不同的取值方式，本专利技术中不同级别失效状态的权重值取值方式有两种：1)运输类飞机采用Ⅰ级失效状态不可容忍的取值方式，即Wfn1＝10000，Wfn2＝10，Wfn3＝1；2)通用类飞机采用不同级别的失效状态风险度差异取值方式，即Wfn1＝100，Wfn2＝10，Wfn3＝1。在步骤二中，所述的根据上述端系统的风险度计算各VL的风险度的方法是：依据VL连接的端系统的风险度计算各VL的风险度，其中RiskVLe表示VLe的风险度；VL的风险度计算公式为：其中为VLe源端系统的风险度，为VLe目的端系统的风险度。在步骤三中，所述的根据每一物理链路承载的所有VL的风险度计算该物理链路的风险度的方法是：将物理链路承载的所有VL的风险度之和作为该物理链路的风险度，记为其中表示物理链路Lh的风险度；物理链路的风险度计算公式为：其中，表示物理链路所承载的所有VL的风险度之和。在步骤四中，所述的风险度标准差的计算公式为：其中表示所有物理链路的风险度均值，计算公式为：在步骤五中，所述的构建各VL的有效物理链路集合的方法是：首先列出已配置的各VL的所有初始物理链路，然后从上述初始物理链路中剔除无效物理链路，最终得到各VL的有效物理链路集合。在步骤六中，所述的根据上述步骤四获得的风险度标准差以及步骤五获得的VL有效物理链路集合，采用粒子群算法对上述有效物理链路进行风险均衡的具体步骤如下：步骤601，对AFDX网络中的VL建立粒子群；以各条VL为粒子，以VL的有效物理链路为粒子位置；粒子群的解空间为p维空间X＝{x1，x2，...xj，...xp}，p为AFDX网络中的VL数量，xj表示各粒子的位置，各粒子的位置取值为VLk-RValid中的有效物理链路；步骤602，建立粒子群的适应函数；采用所有有效物理链路的风险度标准差σ(Risk-L)和最大负载率作为适应函数σ(Risk-L)是AFDX网络中所有有效物理链路的风险度标准差；是AFDX网络中所有有效物理链路中的最大负载度，其计算方法为：其中，表示VLp所承载的最大包长，表示VLp的消息传输的带宽分配间隔，VLp∈Lq表示Lq；步骤603，更新粒子的速度和位置；粒子的速度向量为V＝{v1，v2，...vj，...vp}，vj的取值范围为在(-VLj-RValidnumber+1，VLj-RValidnumber-1)内的整数，VLj-RValidnumber表示VLj的有效物理链路集合的数量；对粒子群中的粒子和速度进行随机赋值，随后对粒子的速度和位置进行更新，更新公式为：Vt+1＝ωVt+c1r1(Pbest-Xt)+c2r2(Gbest-Xt)Xt+1＝Xt+Vt其中Pbest代表粒子在搜寻过程中适应函数最小值时的粒子位置，Gbest是整个粒子群中所有粒子取得适应函数最小时的粒子围子，Vt代表粒子的当前速度，Vt+1代表粒子的更新速度，Xt代表粒子的当前位置，Xt+1代表粒子的更新位置，ω是粒子保持原来速度的系数，称为惯性权重；c1是粒子跟踪自己历史最优值的权重系数，表示粒子自身的认识，称为“认知”部分；c2是粒子跟踪群体最优值的权重系数，表示粒子对整个群体知识的认识，称为“社会”部分；r1，r本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法，所采用的AFDX网络拓扑结构包含n个交换机，记为SWITCH＝{S

【技术特征摘要】
1.一种考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法，所采用的AFDX网络拓扑结构包含n个交换机，记为SWITCH＝{S1，S2，S3...Sa...Sb...Sn}，其中a，b，…n为交换机的标识号，Sa表示网络中的任意一个交换机，Sb表示网络中的另一任意交换机，n表示网络中的交换机总数；还包含m个端系统，记为EndSys＝{ES1，ES2，ES3...ESc...ESd...ESm}，其中c，d，…m为端系统的标识号，ESc表示网络中的任意一个端系统，ESd表示网络中的另一任意端系统，m表示网络中的端系统总数；还包含已配置的p条虚拟链路，记为VirLink＝{VL，VL2，VL3...VLe...VLf...VLp}；其中e，f，…p为虚拟链路标识号，VLe表示网络中的任意一条虚拟链路，VLf表示网络中的另一任意虚拟链路，p表示网络中的虚拟链路总数；还包含k条物理链路，记为L＝{L1，L2，L3...Lg...Lh...Lk}；其中h，…k为物理链路的标识号，Lg表示网络中的任意一条物理链路，Lh表示网络中的另一任意物理链路，k表示网络中的物理链路总数；其特征在于：所述的考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤一：计算AFDX网络中端系统的风险度；步骤二：根据上述端系统的风险度计算各VL的风险度；步骤三：根据每一物理链路承载的所有VL的风险度计算该物理链路的风险度；步骤四：根据上述所有物理链路的风险度计算出风险度标准差；步骤五：构建各VL的有效物理链路集合；步骤六：根据上述步骤四获得的风险度标准差以及步骤五获得的VL有效物理链路集合，采用粒子群算法对上述有效物理链路进行风险均衡。2.根据权利要求1所述的考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法，其特征在于：在步骤一中，所述的端系统的风险度计算公式为：其中表示端系统ESc所连接的航电设备的Ⅰ级失效状态数量；表示端系统ESc所连接的航电设备的Ⅱ级失效状态数量；表示端系统ESc所连接的航电设备的Ⅲ级失效状态数量；不同级别的失效状态数量能够通过查询对应航电设备的安全性评估报告中的失效状态清单表格获得；Wfn1表示Ⅰ级失效状态的权重值；Wfn2表示Ⅱ级失效状态的权重值；Wfn3表示Ⅲ级失效状态的权重值；不同级别失效状态的权重值依据不同类型的飞机采用不同的取值方式，本发明中不同级别失效状态的权重值取值方式有两种：1)运输类飞机采用Ⅰ级失效状态不可容忍的取值方式，即Wfn1＝10000，Wfn2＝10，Wfn3＝1；2)通用类飞机采用不同级别的失效状态风险度差异取值方式，即Wfn1＝100，Wfn2＝10，Wfn3＝1。3.根据权利要求1所述的考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法，其特征在于：在步骤二中，所述的根据上述端系统的风险度计算各VL的风险度的方法是：依据VL连接的端系统的风险度计算各VL的风险度，其中RiskVLe表示VLe的风险度；VL的风险度计算公式为：其中为VLe源端系统的风险度，为VLe目的端系统的风险度。4.根据权利要求1所述的考虑风险均衡的AFDX网络路径优化的方法，其特征在于：在步骤三中，所述的根据每一物理链路承载的所有VL的风险度计算该物理链路的风险度的方法是：将物理链路承载的所有VL的风险度之和作为该物理链路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，阎芳，赵长啸，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12