一種采用遺傳算法進行afdx網絡路徑優(yōu)化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法，該方法是對已配置有VL路徑的AFDX網絡進行的虛擬鏈路路徑優(yōu)化。本發(fā)明方法首先構建交換機的連接矩陣、虛擬鏈路路徑種群；然后對虛擬鏈路路徑進行染色體編碼，并計算染色體編碼的適應度函數值；最后對染色體種群進行交叉、變異、選擇的遺傳操作，在滿足終止條件的情況下，得到最優(yōu)染色體，并提取出有效虛擬鏈路路徑，該路徑作為優(yōu)化后的虛擬鏈路路徑。本發(fā)明方法解決了已配置的AFDX網絡中虛擬鏈路VL的路徑優(yōu)化，是應用遺傳算法對AFDX網絡的VL路徑進行實時路徑優(yōu)化，從而提高了AFDX網絡的消息傳輸實時性。
【專利說明】一種采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于航空電子系統(tǒng)通信網絡優(yōu)化設計領域，更特別地說，是指一種采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法。

【背景技術】
[0002]航空電子全雙工交換式以太網(Av1nicsFull Duplex Switched Ethernet,AFDX)是在工業(yè)標準以太網的基礎上經過適用性改造，而適用于航空電子系統(tǒng)互聯的網絡技術。AFDX互連技術已在空中客車A380和波音787中得到了成功應用。
[0003]AFDX網絡通過虛擬鏈路(Virtual Link, VL)進行消息數據流傳輸，AFDX網絡為VL提供確定的帶寬和確定的路由。VL的路徑影響著虛擬鏈路承載消息的傳輸延遲，也影響著AFDX網絡的流量均衡性。
[0004]《北京航空航天大學學報》2013年6月第39卷第6期公開了“時間觸發(fā)AFDX網絡的設計和實時性分析”，作者劉成。該文獻的圖8公開了一個較為傳統(tǒng)的AFDX網絡拓撲結構(引用為圖1所示)，共有8個交換機構成了網絡主干，每個交換機上連接8個端系統(tǒng)，一共有64個端系統(tǒng)，鏈路帶寬配置為10Mbit/s。


【發(fā)明內容】

[0005]為了降低航空電子全雙工交換式以太網AFDX中，虛擬鏈路承載消息的傳輸延遲，本發(fā)明提出了一種采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法。該方法解決了已配置的AFDX網絡中虛擬鏈路VL的路徑優(yōu)化，是應用遺傳算法對AFDX網絡的VL路徑進行實時路徑優(yōu)化，從而提高了 AFDX網絡的消息傳輸實時性(即傳輸延遲時間短)。
[0006]本發(fā)明是一種采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法，所述的AFDX網絡是指已配置有VL路徑的AFDX網絡；其特征在于包括有下列步驟:
[0007]步驟一:構建交換機連接矩陣；
[0008]對已配置有VL路徑的AFDX網絡進行所有交換機之間的連接初始化，得到nXn交
_cu Cu …C1,,
換機連接矩陣

【權利要求】
1.一種采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法，所述的AFDX網絡是指已配置有VL路徑的AFDX網絡；其特征在于包括有下列步驟: 步驟一:構建交換機連接矩陣； 對已配置有VL路徑的AFDX網絡進行所有交換機之間的連接初始化，得到nXn交換機
連接矩陣^
η是AFDX網絡中的交換機的個數；
步驟二:構建虛擬鏈路路徑種群； 設置虛擬鏈路路徑種群規(guī)模U= {Ul，u2，…，ux}，對步驟一的交換機矩陣SC依據路徑排

除條件選取滿足U= {Ul，U2，…，ux}的源-目的-交換機路徑
步驟三:構建染色體； 將步驟二得到的源-目的-交換機路徑
中的交換機的標識號作為基
因，經編碼得到染色體種群CH = Ih1, h2,…，hx}； 步驟四:計算染色體的適應度函數值； 所述的適應度函數Fitness = AVLmax+time β 其中，最大鏈路負載
率
消息傳輸延遲時間率
步驟五:遺傳操作； 當前的染色體種群記為CHi,上一代染色體種群記為CHi+下一代染色體種群記為CHi+1 ； 步驟501，染色體的第一交叉形式: 使用單點交叉的方式，交叉點選在公共交換機處，若存在多個公共交換機，則隨機選擇一個作為交叉點，然后交換配對染色體交叉點之后的部分，生成的兩個新染色體，并將所述新染色體加入下一代虛擬鏈路路徑種群中；若交叉后新染色體中出現重復基因，則刪除任意一個重復的交換機，并將刪除了重復交換機后的新染色體加入下一代虛擬鏈路路徑種群中； 步驟502，染色體的第二交叉形式: 使用單點交叉的方式，交叉點不選在公共交換機處，則選擇位于中間的染色體進行交叉，然后交換配對染色體交叉點之后的部分，生成的兩個新染色體，并將所述新染色體加入下一代虛擬鏈路路徑種群中；若交叉后新染色體中出現重復基因，則刪除任意一個重復的交換機，并將刪除了重復交換機后的新染色體加入下一代虛擬鏈路路徑種群中加入下一代虛擬鏈路路徑種群中。 步驟503，染色體的第一變異形式: 使用單點變異的方式，變異點選在除源交換機P和目的交換機(以外的任意一交換機處，選擇與所述交換機存在物理鏈路連接的另一又換機作為變異結果，獲得新染色體，并將所述新染色體加入下一代虛擬鏈路路徑種群中；若變異后新染色體中出現重復基因，則刪除任意一個重復的交換機，并將刪除了重復交換機后的新染色體加入下一代虛擬鏈路路徑種群中。 步驟504，染色體的第二變異形式: 使用單點變異的方式，變異點選在除源交換機P和目的交換機 < 以外的任意一交換機處，直接將所述交換機刪除，獲得新染色體，并將所述新染色體加入下一代虛擬鏈路路徑種群中。 步驟505，染色體的選擇方式: 染色體的選擇方式是將當前代的染色體種群CHi =和通過交叉-變異產生的新染色體種群
進行混合，得到混合種群
然后通過 Fitness = AVLmax+time 延遲計算所述
中每一條染色體的適應度函數值
，并選取X個最小的染色體作為下一代種群CHi+1。 步驟六:判斷是否滿足遺傳終止條件； 判斷所述最小的適應度函數值Fhi+在連續(xù)3代遺傳操作后，所述Fhi+不變化時，則進行終止遺傳操作；若不滿足，對CH = Oi1, h2,…，hx}中每一條染色體進行遺傳操作。
2.根據權利要求1所述的采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法，其特征在于:所述交換機連接矩陣SC的賦值條件有三種，第一種為交換機自身之間的連接記為0，第二種為交換機之間沒有物理鏈路的連接記為0，第三種為交換機之間有物理鏈路的連接記為1
3.根據權利要求1所述的采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法，其特征在于:步驟二中的所述路徑排除條件包括有三種情況； 第一種路徑排除情況是指源端系統(tǒng)A與目的端系統(tǒng)B連接在同一交換機上，不選取該虛擬鏈路路徑； 第二種路徑排除情況是指源端系統(tǒng)A到目的端系統(tǒng)B所經過的虛擬鏈路路徑中，存在有重復的同一交換機，不選取該虛擬鏈路路徑； 第三種路徑排除情況是指源端系統(tǒng)A到目的端系統(tǒng)B所經過的虛擬鏈路路徑中，交換機之間沒有物理鏈路，不選取該虛擬鏈路路徑。
4.根據權利要求1所述的采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法，其特征在于:在虛擬鏈路路徑構建過程，種群數的取值為3~20條虛擬鏈路路徑。
5.根據權利要求1所述的采用遺傳算法進行AFDX網絡路徑優(yōu)化的方法，其特征在于:能夠減小AFDX網絡的虛擬鏈路消息的傳輸延遲時間，減小達到5?15%。
【文檔編號】G06N3/12GK104202188SQ201410441205
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權日:2014年9月1日
【發(fā)明者】何鋒, 代真, 張宇靜, 熊華鋼 申請人:北京航空航天大學