一種Spacewire網(wǎng)絡延時測試及優(yōu)化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種Spacewire網(wǎng)絡延時測試及優(yōu)化系統(tǒng),屬于Spacewire網(wǎng)絡測試領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] SpaceWire總線是歐空局(ESA)提出的新一代智能總線,具備在高可靠性、高安全 環(huán)境下提供高速通信的能力。隨著Spacewire總線在各領(lǐng)域的應用及推廣,關(guān)于所搭載的 Spacewire網(wǎng)絡的延時、速率等方面的參數(shù)受到了越來越多的關(guān)注。
[0003] 由于Spacewire總線可在2~200Mbps的速率區(qū)間內(nèi)進行通訊,而Spacwire網(wǎng)絡上 的各個節(jié)點上的載荷速率、及使用頻率不盡相同,這勢必容易造成Spacewire網(wǎng)絡中某些路 徑負載過重,甚至發(fā)生阻塞,導致時延特別大,而某些路徑卻比較輕甚至是空閑的,從而無 法高效、正確的使用Spacewire網(wǎng)絡。
[0004] 目前,并沒有專門針對Spacewire網(wǎng)絡優(yōu)化的方案,涉及Spacewire總線的測試也 多是基于點對點測試,不能測試Spacewire網(wǎng)絡;個別涉及到Spacewire網(wǎng)絡測試的系統(tǒng)也 是通過應用層完成測試,而在應用層的實時性較差,得到的延時參數(shù)誤差也會偏大;同時也 沒有根據(jù)測試結(jié)果對網(wǎng)絡進行優(yōu)化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種Spacewire網(wǎng)絡延時測 試及優(yōu)化系統(tǒng),實現(xiàn)了從物理層對Spacewire網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包延時的實時測試,保證了測得的時 延參數(shù)的準確性和高可靠性,同時根據(jù)測試結(jié)果對網(wǎng)絡進行優(yōu)化,給出了優(yōu)化結(jié)果。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種Spacewire網(wǎng)絡延時測試及優(yōu)化系統(tǒng),包括人機交互接 口、中央處理單元、基于PCI總線的雙向通訊控制鏈路、N個專用Spacewire節(jié)點控制器,N為 不為〇的自然數(shù);
[0007] 人機交互接口用于接收用戶輸入的配置參數(shù),并提交給中央處理單元,接收中央 處理單元反饋的時延參數(shù)、時延參數(shù)對應的傳輸路徑以及被測Spacewire網(wǎng)絡的優(yōu)化結(jié)果, 并顯示;所述用戶輸入的配置參數(shù)包括數(shù)據(jù)包大小、數(shù)據(jù)包在Spacewire網(wǎng)絡中的傳輸路 徑、傳輸速率和傳輸頻率;
[0008] 中央處理單元根據(jù)用戶輸入的配置參數(shù),生成PCI總線格式的數(shù)據(jù)包,發(fā)送給基于 PCI總線的雙向通訊控制鏈路;接收來自基于PCI總線的雙向通訊控制鏈路的各個數(shù)據(jù)包并 解析,得到各個數(shù)據(jù)包的時延參數(shù)、傳輸路徑、傳輸速率和傳輸頻率,并根據(jù)各個數(shù)據(jù)包的 時延參數(shù)和傳輸路徑進行Spacewire網(wǎng)絡優(yōu)化,并將時延參數(shù)、時延參數(shù)對應的傳輸路徑以 及被測Spacewire網(wǎng)絡的優(yōu)化結(jié)果提交給人機交互接口;
[0009] 基于PCI總線的雙向通訊控制鏈路接收中央處理單元輸出的PCI總線格式的數(shù)據(jù) 包并解析,生成包括數(shù)據(jù)包在Spacewire網(wǎng)絡中的傳輸路徑、數(shù)據(jù)包大小、傳輸速率和傳輸 頻率的控制指令并通過PCI總線發(fā)送給相應的專用SpaceWire節(jié)點控制器;接收各個專用 SpaceWire節(jié)點控制器反饋的數(shù)據(jù)包,發(fā)給中央處理單元;
[00?0]每個專用Spacewire節(jié)點控制器根據(jù)接收的控制指令生成相應的數(shù)據(jù)包發(fā)往被測 的Spacewire網(wǎng)絡,并在每個數(shù)據(jù)包尾插入當前時間值,即發(fā)送時間;接收被測Spacewire網(wǎng) 絡中返回的數(shù)據(jù)包,在接收的每個數(shù)據(jù)包尾鎖存當前的時間值,即接收時間,并根據(jù)發(fā)送時 間和接收時間計算數(shù)據(jù)包的延時參數(shù);并將收到每個Spacewire數(shù)據(jù)包的大小信息、數(shù)據(jù)傳 輸速率信息以及時延參數(shù)以數(shù)據(jù)包的形式通過PCI總線反饋給基于PCI總線的雙向通訊控 制鏈路。
[0011 ] 所述專用Spacewire節(jié)點控制器包括PCI總線接口模塊、Spcewire配置寄存器模 塊、Spacewire數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、Spacewire數(shù)據(jù)接收模塊、測試數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊和隨機數(shù)產(chǎn)生 豐旲塊;
[0012] PCI總線接口模塊通過PCI總線接收基于PCI總線的雙向通訊控制鏈路發(fā)送的控制 指令,并輸出給Spcewire配置寄存器模塊;從測試數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊讀取數(shù)據(jù)包,通過PCI總 線反饋給基于PCI總線的雙向通訊控制鏈路;
[0013] Spacewire配置寄存器模塊接收PCI總線接口模塊輸出的控制指令,發(fā)送給 Spacewire數(shù)據(jù)發(fā)送模塊;
[0014] Spacewire數(shù)據(jù)發(fā)送模塊根據(jù)控制指令,將隨機數(shù)產(chǎn)生模塊中生成的隨機數(shù)轉(zhuǎn)換 成Spacewire數(shù)據(jù)包,同時在數(shù)據(jù)包尾插入發(fā)送時間,將數(shù)據(jù)包發(fā)往被測Spacewire網(wǎng)絡;
[0015] 隨機數(shù)產(chǎn)生模塊實時產(chǎn)生隨機數(shù),供Spacewire數(shù)據(jù)發(fā)送模塊讀??;
[0016] Spacewire數(shù)據(jù)接收模塊接收并解析被測Spacewire網(wǎng)絡返回的數(shù)據(jù)包,在接收的 每個數(shù)據(jù)包尾鎖存接收時間,根據(jù)數(shù)據(jù)包的發(fā)送時間和接收時間計算每個數(shù)據(jù)包的時延參 數(shù),將每個數(shù)據(jù)包的傳輸信息、數(shù)據(jù)包大小信息、數(shù)據(jù)傳輸速率信息以及時延參數(shù)按"10字 節(jié)傳輸信息+2字節(jié)數(shù)據(jù)包大小信息+1字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速率信息+4字節(jié)時延參數(shù)"的包格式存 入測試數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊;
[0017] 測試數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊存儲來自Spacewire數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)包,向PCI總線 接口模塊提供"空"、"滿"、"忙"三種狀態(tài)信息,并在狀態(tài)為"滿"時,根據(jù)PCI總線接□模塊的 讀取指令向PCI總線接口模塊發(fā)送數(shù)據(jù)包。
[0018] 所述中央處理單元根據(jù)各個數(shù)據(jù)包的時延參數(shù)和傳輸路徑進行Spacewire網(wǎng)絡優(yōu) 化的實現(xiàn)方式為:
[0019] (3.1)建立優(yōu)化模型
[0020] 目標函數(shù):SzminlThTs,···!"}所對應的路徑集合
[0022] 其中Tk表示Spacewire網(wǎng)絡第k種傳輸路徑集合的時延比,S為Spacewire網(wǎng)絡優(yōu)化 后的傳輸路徑集合,L為Spacewire網(wǎng)絡第k種傳輸路徑的集合,Q為第1條傳輸路徑的線路 容量,I為數(shù)據(jù)包在Spacewire網(wǎng)絡中的傳輸速率,δ τ1為標識性函數(shù),當路由r中包含第1條 傳輸路徑時,取值為1,否則取值為〇; i/μ為第1條傳輸路徑上數(shù)據(jù)包大小;為第1條傳輸路 徑測得的時延參數(shù),Xr為優(yōu)化變量,當候選路由r被選擇作為與其相關(guān)節(jié)點之間的通信路由 時,取值為1,否則為〇;r為網(wǎng)絡總的通信量;R為候選路由集;
[0023] (3.2)在下面約束條件的約束下利用改進的遺傳算法對步驟(3.1)的優(yōu)化模型進 行求解,得到Spacewire網(wǎng)絡優(yōu)化后的傳輸路徑:
[0025] Xi+Xi+i = l i = l,3,5,7,···
[0026] XjE{〇,l} j = l,2,3,4,"。
[0027] 所述改進的遺傳算法為自適應變異的遺傳算法。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下有益效果:
[0029] (1)本發(fā)明專用Spacewire節(jié)點控制器發(fā)送數(shù)據(jù)包時在數(shù)據(jù)包尾插入發(fā)送時間,在 接收數(shù)據(jù)包時在數(shù)據(jù)包尾鎖存接收時間,從而計算時延參數(shù),實現(xiàn)了從物理層對Spacewire 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包延時進行實時測試,與現(xiàn)有技術(shù)在應用層進行測試相比,避免了從應用層到物 理層傳輸時引入的誤差,保證了測得的時延參數(shù)的準確性和高可靠性,同時實時性強。
[0030] (2)本發(fā)明專用Spacewire節(jié)點控制器中集成了隨機數(shù)產(chǎn)生模塊,以實時產(chǎn)生隨機 數(shù)轉(zhuǎn)換成Spacewire數(shù)據(jù)包,并根據(jù)用戶輸入的傳輸路徑將生成的數(shù)據(jù)包發(fā)往Spacewire網(wǎng) 絡中,實現(xiàn)了對Spacewire網(wǎng)絡的延時測試,跳出了傳統(tǒng)的基于點對點測試,從而全面得到 Spacewire網(wǎng)絡的狀態(tài)信息,為網(wǎng)絡優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
[0031] (3)本發(fā)明建立了 Spacewire網(wǎng)絡優(yōu)化模型,根據(jù)測得的時延參數(shù)對被測 Spacewire網(wǎng)絡進行優(yōu)化,使得理論結(jié)合實際,得到的優(yōu)化結(jié)果更加準確有效,用戶根據(jù)該 優(yōu)化結(jié)果對Spacewire網(wǎng)絡進行優(yōu)化,能夠有效提高Spacewire網(wǎng)絡的效率。
[0032] (4)本發(fā)明采用改進的遺傳算法對所建立的模型進行優(yōu)化求解,能夠提供相對某 個個體的最佳變異概率值,從而使優(yōu)化模型能夠快速收斂到最佳解,保證了在較短的運算 時間內(nèi)得到最佳的優(yōu)化結(jié)果。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)框圖;
[0034]圖2為專用Spacewire節(jié)點控制器組成示意圖;
[0035]圖3為本發(fā)明實施例的連接示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 本發(fā)明提出了一種Spacewire網(wǎng)絡延時測試及優(yōu)化系統(tǒng),如圖1所示,主要包括人 機交互接口 1、中央處理單元2、基于PCI總線的雙向通訊控制鏈路3、N個專用