FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠度下限的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種FlexRay網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)通信可靠度下限的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，許多現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)報(bào)文的實(shí)時(shí)性是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān) 鍵因素。若某些數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸延時(shí)超過(guò)了對(duì)其規(guī)定的截止期一一即不滿足實(shí)時(shí)性要求 時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生不可預(yù)知的錯(cuò)誤。從這個(gè)意義來(lái)說(shuō)，一個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文的傳 輸可靠度可以用其滿足實(shí)時(shí)性要求的概率來(lái)刻畫(huà)。即是說(shuō)，一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文滿足實(shí)時(shí)性要求 的概率越高，則其傳輸可靠度就越高，反之亦然。由于數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸可靠度的重要意義，它 一直是現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的重要參數(shù)。對(duì)于該參數(shù)的準(zhǔn)確評(píng)估和計(jì)算是一個(gè)總線 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵所在。
[0003] 目前，現(xiàn)有的評(píng)估和計(jì)算方法都是建立在對(duì)總線網(wǎng)絡(luò)中影響數(shù)據(jù)傳輸可靠度的各 個(gè)隨機(jī)變量(如各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件處理時(shí)間、發(fā)送時(shí)間以及阻塞時(shí)間等）的統(tǒng)計(jì)信息充分 了解的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。即能夠獲取上述隨機(jī)變量的均值和方差的準(zhǔn)確數(shù)值。從更為實(shí)際的 角度來(lái)看，這顯然不容易做到。因?yàn)樯鲜鲭S機(jī)變量的均值和方差等統(tǒng)計(jì)信息一般都是通過(guò) 多次測(cè)量的方式得到的，精確估計(jì)每個(gè)隨機(jī)變量的均值和方差的確切數(shù)值并不可行。更合 理的情況是，可以通過(guò)測(cè)量的方式得到這些隨機(jī)變量均值和方差的變化區(qū)間（置信區(qū)間）。 在這種信息不完備的情況下，準(zhǔn)確計(jì)算出最壞情形下每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸可靠度，即數(shù)據(jù) 傳輸可靠度的下限，就成為總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)的重要目標(biāo)。
[0004] 近年來(lái)，F(xiàn)lexRay技術(shù)獲得了很大的發(fā)展。由于在實(shí)時(shí)性、帶寬以及容錯(cuò)性等方面 的出色表現(xiàn)，該技術(shù)在汽車(chē)、航空、航天等領(lǐng)域中都有著廣闊的應(yīng)用前景。在FI exRay總線網(wǎng) 絡(luò)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸可靠度下限的準(zhǔn)確計(jì)算仍然是需要解決的重要問(wèn)題。遺憾的是， 目前并沒(méi)有完整可行的計(jì)算方法做到這一點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明利用概率分布之間交叉熵的相關(guān)理論，提 供了一種在信息不完備情況下準(zhǔn)確計(jì)算FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸可靠度下限的方 法。
[0006] 為了準(zhǔn)確計(jì)算FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸可靠度下限，本發(fā)明提出的計(jì) 算方法包括以下步驟：
[0007] 1)根據(jù)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文在源節(jié)點(diǎn)中的阻塞時(shí)間Tb、發(fā)送延時(shí)Tf以及軟件系統(tǒng)處理延 時(shí)T s的測(cè)量結(jié)果，確定這三個(gè)變量各自均值和方差對(duì)應(yīng)的變化區(qū)間 ]、[ Anita，1、]以及 .]、[ση?η，? ^max：-1 '
[0008] 2)確定三個(gè)延時(shí)變量Tb、Tf和Ts之和T = Tb+Tf+TS的參考概率分布fT;
[0009] 3)計(jì)算丁 = 1^+了￡+1^在三個(gè)延時(shí)變量Tb、T#PTs均值和方差的不確定區(qū)間內(nèi)與對(duì)應(yīng) 的參考概率分布的最大交叉熵Rmax ;
[0010] 4)根據(jù)FlexRay網(wǎng)絡(luò)中該報(bào)文的實(shí)時(shí)要求，確定通信截止期Wm，進(jìn)而計(jì)算該報(bào)文傳 輸可靠度函數(shù)；
[0011] 5)根據(jù)可靠度函數(shù)計(jì)算該報(bào)文傳輸可靠度下限Pu
[0012] 需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中僅僅考慮影響報(bào)文傳輸可靠度的隨機(jī)變量只包括阻塞時(shí) 間、發(fā)送延時(shí)以及軟件系統(tǒng)處理延時(shí)，且均服從正態(tài)分布的情況。同時(shí)，這些隨機(jī)變量相互 獨(dú)立。對(duì)于FlexRay網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這些條件一般都可以得到滿足。
[00?3]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的計(jì)算方法能夠有效解決FIexRay網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的重 要問(wèn)題，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員提供準(zhǔn)確科學(xué)的依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明所述計(jì)算方法的流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。在本優(yōu)選實(shí)施例中，該 FlexRay網(wǎng)絡(luò)中一節(jié)點(diǎn)有一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文M，其阻塞時(shí)間、發(fā)送延時(shí)以及軟件系統(tǒng)處理延時(shí)分 別為T(mén)b、T#PT s。依據(jù)本發(fā)明的方法，可以按照下列流程計(jì)算報(bào)文Μ的傳輸可靠度下限P/1。
[0016] 步驟1、根據(jù)測(cè)量結(jié)果，確定影響報(bào)文Μ的三個(gè)隨機(jī)變量Tb、Tf和1^的均值和方差的 變化區(qū)間分別為
以及
[0017] 步驟2、根據(jù)對(duì)該FlexRay網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量結(jié)果，確定T = Tb+Tf+Ts的參考概率分布密度 函數(shù)fr。
[0018]
[0019 ] 其中ybr、yfr和ysr分別是Tb、Tf和Ts參考分布中的均值，〇 br、of r和osr分別是Tb、Tf和Ts 參考分布中的方差。
[0020] 步驟3、在T b、T f和T s的均值和方差等六個(gè)參數(shù)在各自的變化區(qū)間
丨，通過(guò) 計(jì)算所有可能的概率分布和參考概率分布fT( t)交叉熵R，取得其最大值Rmax。
[0021]
[0022]其中
，
[0023] 步驟4、根據(jù)FlexRay網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文Μ的實(shí)時(shí)要求，確定通信截止期Wm，進(jìn)而計(jì)算該報(bào) 文傳輸可靠度函數(shù)Am(T)
[0024]
Ο)
[0025] 步驟5、根據(jù)可靠度函數(shù)六"!')，依據(jù)下面的方法計(jì)算該報(bào)文傳輸可靠度下限？:。定 義一個(gè)優(yōu)化函數(shù)Β(χ)
[0026]
[0027] 兵甲xeL(J，〇〇)。仕兇|日」LU，〇〇)上利用午頓y云對(duì)該早父重優(yōu)化函數(shù)Β (X)進(jìn)行優(yōu)化， 得到其最大值Bmax。這樣就可得到報(bào)文Μ的傳輸可靠度下限PiS
[0028] Pi=min(0 ,Bmax) (5)
[0029] 本發(fā)明提供的計(jì)算方法流程簡(jiǎn)捷清晰，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)于未來(lái)FlexRay網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng) 用開(kāi)發(fā)提供了更加便利的基礎(chǔ)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在信息不完備情況下FlexRay網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信可靠度下限的計(jì)算方法，其特征在 于包括W下步驟：1)根據(jù)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文在源節(jié)點(diǎn)中的阻塞時(shí)間Tb、發(fā)送延時(shí)TfW及軟件系統(tǒng) 處理延時(shí)Ts的測(cè)量結(jié)果，確定運(yùn)S個(gè)變量各自均值和方差對(duì)應(yīng)的變化區(qū)間、 [從，。，片：>、]、[從|?，鉆《^】化及[巧念，巧[詩(shī)確定蘭個(gè)延時(shí)變 量Tb、Tf和Ts之和T = Tb巧f+Ts的參考概率分布f T; 3)計(jì)算T = Tb巧f+了3在；個(gè)延時(shí)變量Tb、打和 Ts均值和方差的不確定區(qū)間內(nèi)與對(duì)應(yīng)的參考概率分布的最大交叉賭Rmax; 4)根據(jù)FlexRay網(wǎng) 絡(luò)中該報(bào)文的實(shí)時(shí)要求，確定通信截止期Wm,進(jìn)而計(jì)算該報(bào)文傳輸可靠度函數(shù);5)根據(jù)報(bào)文 傳輸可靠度函數(shù)計(jì)算該報(bào)文的通信可靠度下限Pi。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的FlexRay網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信可靠度下限的計(jì)算方法，其特征在于： FlexRay網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的阻塞時(shí)間Tb、發(fā)送延時(shí)TfW及軟件系統(tǒng)處理延時(shí)Ts均為服從正 態(tài)分布的隨機(jī)變量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的FlexRay網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信可靠度下限的計(jì)算方法，其特征在于： 在計(jì)算過(guò)程中，對(duì)于FlexRay網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的阻塞時(shí)間Tb、發(fā)送延時(shí)TfW及軟件系統(tǒng)處 理延時(shí)Ts的認(rèn)知信息不完備，即無(wú)法獲取上述=個(gè)隨機(jī)變量的均值與方差的準(zhǔn)確數(shù)值，僅 僅能夠根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)估計(jì)出其各自的變化范圍。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種在信息不完備條件下計(jì)算FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸可靠度下限的方法。所述方法包括以下步驟：1)根據(jù)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文在源節(jié)點(diǎn)中的阻塞時(shí)間Tb、發(fā)送延時(shí)Tf以及軟件系統(tǒng)處理延時(shí)Ts的測(cè)量結(jié)果，確定這三個(gè)變量各自均值和方差對(duì)應(yīng)的變化區(qū)間以及2)確定三個(gè)延時(shí)變量Tb、Tf和Ts之和T＝Tb+Tf+Ts的參考概率分布fT；3)計(jì)算T＝Tb+Tf+Ts在三個(gè)延時(shí)變量Tb、Tf和Ts均值和方差的不確定區(qū)間內(nèi)與對(duì)應(yīng)的參考概率分布的最大交叉熵Rmax；4)根據(jù)FlexRay網(wǎng)絡(luò)中該報(bào)文的實(shí)時(shí)要求，確定通信截止期Wm，進(jìn)而確定該報(bào)文傳輸可靠度函數(shù)；5)根據(jù)報(bào)文傳輸可靠度函數(shù)計(jì)算該報(bào)文的通信可靠度下限Pl。本發(fā)明提供的方法可以快速準(zhǔn)確計(jì)算一個(gè)FlexRay網(wǎng)絡(luò)中不同報(bào)文的通信可靠度，為基于FlexRay的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。
【IPC分類(lèi)】H04L12/40
【公開(kāi)號(hào)】CN105515929
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510867007
【發(fā)明人】王剛
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月1日