北京邮电大学 信息光子学与光通信全国重点实验室，北京 100876
无源光网络（PON）凭借其大带宽、低成本和抗电磁干扰等优势，被认为是下一代工业互联网的重要组网技术之一。然而，以“带宽提升”为主要技术发展思路的常规PON，其传输控制机制难以满足以“时间敏感”为特征的高品质工业业务传输需求，对常规PON的网络传输能力提出了重要挑战，迫使其融入新的特性，即确定性。文章以时分复用（TDM）-PON为主要研究对象，首先阐述了工业互联网的业务特征及传输需求，分析了工业互联场景下常规TDM-PON面临的两大技术挑战：一是传统带宽分配方案引起的时延不确定性；二是队列调度机制僵化引起的时延不确定性。围绕上述挑战，文章介绍了提升TDM-PON确定性网络传输能力的关键技术，如协作传输接口、单帧多突发和确定性带宽分配（DetBA）等。其次，文章介绍了一种基于网络演算的时延边界建模思路作为确定性工业PON系统设计与性能评估的理论模型。最后，文章从业务层、媒质接入控制（MAC）层、物理层及控制管理平面等多个角度探讨了确定性工业PON的潜在技术及发展方向。
工业无源光网络 确定性网络传输技术 确定性带宽分配 网络演算 industrial PON deterministic network transmission technology DetBA network calculus 光通信研究
2024, 50(1): 23016801
1 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所, 成都 610041
2 北京航空航天大学, 北京 100191
波分复用技术有望应用于航空电子系统的综合化互连, 特别是传感器前端处理部分的实时网络互连。根据机载多跳波分复用网络的关键部件波长路由器的结构, 对实时通信流量特性和优先级排队的服务特性进行建模, 给出突发度、服务时延等参数指标的计算方法, 并在高优先级时间触发流量的压力下, 提出了在机载多跳波分复用网络中事件触发流量的最坏情况下,端到端延迟的网络演算方法; 使用该方法计算得到的结果可以作为机载波分复用网络时间确定性分析的依据。将最坏情况下的分析结果与软件仿真结果相对比, 发现两者变化规律相符, 验证了该方法的有效性。
波分复用网络 航空电子 实时系统 流量特性 网络演算 wave-division-multiplexing network avionics real-time system traffic characteristic network calculus
北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100191
采用虚拟链路机制的AFDX网络可以对带宽资源进行有效的分配和隔离，极大地增强了网络的实时性。提出了基于虚拟链路的分布式时延抖动测试方法，通过网络演算对时延分布进行理论分析，并与物理测试得到的实际值进行对比，实现了理论与实际的综合评价，增强了分析结果的可信性。
航空电子全双工以太网 网络测试 时间延迟 抖动 网络演算 Avionics Full Duplex Switched Ethernet network test time delay jitter network calculus
航空电子全双工交换式以太网(AFDX)是针对航空电子应用从工业交换式以太网升级而来的。其中,引入的虚拟链路(VL)和流量管制机制为网络通信任务提供了确定性的保障。网络演算是AFDX中常用的VL延时上界计算工具, 为AFDX网络的实时性研究提供了理论依据。但是网络演算采用了VL简单流模型, 计算得到的延时上界比较悲观。将VL精确流模型应用在网络演算工具中, 并展示了基于精确流模型的网络演算能够得到更紧的延时上界计算结果。
航空电子全双工交换式以太网(AFDX) 虚拟链路(VL) 流模型 网络演算 Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX) Virtual Link (VL) flow model network calculus
北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京100191
针对航空电子光纤通道网络通信任务服务要求的不同, 对于硬实时偶发、硬实时周期以及软实时任务区分优先级, 发展了一种优先考虑高优先级任务的端到端延迟保证路径分配方法。采用共轭网络演算分析得到流量经过级联后的端到端最坏情况延迟上限, 并结合优先级得到流量的路径。共轭网络演算使级联服务曲线的minplus卷积转化成变换域中的加法, 简化了端到端服务曲线的计算。最后通过一个实例进行分析验证, 说明采用上述方法得到路径分配方案可以使高优先级任务的延迟上界小于不进行区分服务的延迟上界。
航空电子 光纤通道 共轭网络演算 avionics fibre channel conjugate network calculus
为满足双漏桶模型的业务流量需求, 提出一种基于统计网络演算理论的带宽需求研究方案。该方案利用统计网络演算在分析业务时延性能方面的优势, 由时延与带宽的关系建立出双漏桶模型业务流带宽需求的统计模型, 对业务带宽需求进行了研究分析。数值分析结果表明了该方案的有效性和优越性, 对网络合理分配带宽资源有一定的参考意义。
统计网络演算 双漏桶模型 带宽需求 statistical network calculus dual leaky bucket model bandwidth demand
1 中国航空工业第一飞机设计研究院, 西安 710089
2 中航工业计算技术研究所, 西安 710068
针对AFDX网络时延分析问题, 研究应用确定性网络演算理论的端到端AFDX网络传输时延分析方法。建立AFDX网络数据传输元模型, 确定数据帧网络传输的各个网络元件, 分析数据帧传输路径上各网络元件的最大处理时延, 累加计算获得整个网络的端到端最大时延。多路复用排队时延是主要的可变时延, 也是AFDX网络时延分析的关键。针对典型的先进先出策略和静态优先级排队复用策略, 基于网络演算理论, 给出其最大时延计算方法。最后, 对该方法进行实例分析, 表明该方法能够有效计算AFDX网络最差情况下的端到端数据传输时延。
机载网络 网络演算 网络时延界限 avionic network AFDX AFDX network calculus delay boundaries
为分析融合网络中聚合业务的端到端时延性能，提出一种基于聚合流的融合网络端到端统计时延界的新算法。该算法利用MGF（矩母函数）重新表征了网络端到端时延界的MGF形式的概率模型。数值分析结果表明了该算法的有效性和优越性，该算法很大程度上提高了独立统计复用，对融合网络性能评价具有参考意义。
聚合流业务 融合网络 统计网络演算 矩母函数 aggregate traffic converged network statistical network calculus MGF
