[发明专利]基于离散时间排队论的以太网的数据传输时延确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于离散时间排队论的以太网的数据传输时延确定方法，属于通信技术领域里的以太网技术领域。

背景技术

随着通信网络技术的发展，工业以太网被广泛应用于各种通信领域，以太网已经成为了一个极其重要的挑战性课题；以太网以其通信带宽高、成本低、易于布置的特点带来了通信网络的一场变革，在大型工厂、先进飞机、高速列车等众多领域都发挥了巨大的实用价值，引起了国家学术界和工业界的高度重视。

通常的以太网包括若干个端系统和若干个交换机，这些端系统和交换机通过链路连接。各个端系统要发送的流量不同，经过的逻辑路径也不同。因此，各个端系统发出的信息流量在其传输路径经过的交换机端口上进行叠加，使得分析网络中数据经过每个交换机端口的时延难于分析，极大地影响了人们分析网络性能的难度。

以太网在保证先进飞机、高速列车的高速信息传输方面发挥了巨大作用。例如高速列车通信网，数据在网络中传输时，由于配置的不合理导致数据在出端口时排队现象，更有可能因为前面端口的排队时延向后传播，对后面的端口造成影响，引发“涟漪效应”，使得数据传输时间进一步增加，列车不能实时地对周围变化的情况做出反应而容易发生严重故障。目前对车载网络传输时延的分析和度量是困扰列车安全性与可靠性提高的重要问题。解决该问题的关键就是要构建数据在网络中传输的时延分析模型及时延传播模型，在此基础上就可以去计算网络中端口排队时间的均值和分布，分析每个端口排队时延向后传播对整网时延增加的影响程度。而现有对以太网数据传输时延的分析忽略了两个方面的内容，一是现有的时延分析模型多是分析端端数据传输的峰值性能，没有很好地分析网络中数据在每个交换机节点传输的均值性能；二是现有的对节点数据传输性能的分析模型多是采用连续时间，这种假设在通信系统中并不精确。因此存在以太网数据传输时延分析不准确的问题。对以太网的数据传输的均值性能进行分析，具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决计算复杂逻辑拓扑的以太网中每个节点数据传输的均值性能问题，通过构建以太网整网各个节点的时延分析模型，提出了一种新的以太网各个节点数据传输均值性能的分析方法。

本发明提供了一种基于离散时间排队论的以太网的数据传输时延确定方法，包括如下步骤：

步骤一：构建以太网模型；设以太网中包括v个交换机，交换机的连接方式通过邻接矩阵X来表示；设W_ij表示第i个交换机的特定端口，该端口的数据从第i个交换机流向第j个交换机，矩阵X中元素α_ij表示端口W_ij的数据到达率。i＝1,2,…,v；j＝1,2,…,v。

步骤二：获取各个端系统发送业务在整网逻辑拓扑叠加后的业务流量矩阵；

设网络配置的业务总数量为h，第k个业务的流量矩阵为P_k，矩阵P_k中元素γ_ij表示在端口W_ij第k个业务的数据到达率；

获得整网中业务流量在逻辑拓扑叠加后的业务流量矩阵

步骤三：获取每个业务经过的交换机端口信息；

步骤四：获取每个业务经过的总交换机端口数；

步骤五：获取以太网每个业务在通过特定标号交换机端口后，又经过的交换机端口总数；

步骤六：获取以太网每个端口时延分析模型并求解。

所述的步骤六中，设以太网中交换机端口带宽为Y×10⁶bit/s，采用离散时间排队论来分析数据出端口的时延，则一个时隙长度为Z byte的数据出交换机端口所需要的传输时间为Z/(Y×10⁶)s；根据步骤2得到的X，获取端口W_ij的数据到达率p＝JXQ，其中J为一个1×v矩阵，W_ij对应的J中的第i个元素的值为1，其余为0；Q为一个v×1矩阵，W_ij对应的Q中的第j个元素为1，其余为0；配置的帧长服从均值为L*Z byte的几何分布，则数据包的平均服务率μ为1/L个每秒；

(1)获得端口W_ij的排队时延D_ij为：

(2)获得端口W_ij的传播时延E(D_ij)为：