机载时间敏感网络链路安全关键度均衡调度方法

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28870

Abstract

Abstract:

To overcome the risk aggregation problem caused by multi-data mixed transmission in the airborne time-sensitive network， a scheduling method for balancing link safety criticality is proposed considering the requirements for real-timeliness and security of data transmission in the airborne time-sensitive network. The task safety criticality of the system is quantified based on expert evaluation and the entropy weight method. Task mapping is used to characterize the link safety criticality， and a scheduling model of the on-board TSN link safety criticality is constructed. A Link Safety Criticality Balancing （LSCB） scheduling method is constructed based on cooperative constraint programming. Compared with the Load Balancing （LB） and Strict Priority （SP） algorithms， the LSCB scheduling method can improve the link safety criticality balancing effect by 7.1% and 25% respectively in the scenario with 50 tasks， and by 17% and 18% respectively in the scenario with 100 tasks. The results show that the proposed LSCB can effectively mitigate risk pooling on the basis of ensuring the upper bound of task transmission delay.

Key words: avionics, airborne network, time-sensitive network, task scheduling, distributed integrated avionics system, airworthiness

CLC Number:

V243

Changxiao ZHAO, Jun DAI, Fangzheng DONG, Daojun LI. Link safety criticality balanced scheduling for airborne time-sensitive network[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(6): 328870-328870.

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功能	专家打分均值			三方面权值（熵权法）			功能安全关键度	对应端系统
功能	A	B	C	A	B	C	功能安全关键度	对应端系统
客舱功能	1.2	0.4	2.2	0.30	0.21	0.49	1.5	22、24
空气管理功能	9.2	6.5	8.6				8.3	23、25、26、27
飞行控制及通信告警	9.0	9.7	3.1				6.2	14、16
数据链功能	6.9	8.1	2.3				4.9	15、17
电气系统	3.4	7.2	2.2				3.6	10、12
燃油管理	4.5	8.1	2.7				4.4	18、20
起落架装置	6.2	8.9	0.6				4.0	11、13、19、21

安全关键等级	量化值范围
特高	7.6~10.0
高	5.1~7.5
中	2.6~5.0
低	0.1~2.5

专家	客舱功能			空气管理功能			飞行控制及通信告警			数据链功能			电气系统			燃油管理			起落架装置
专家	A	B	C	A	B	C	A	B	C	A	B	C	A	B	C	A	B	C	A	B	C
1	1.5	0.5	2.0	9.0	6.0	8.0	9.0	9.8	3.5	6.8	7.8	2.3	2.6	7.5	2.3	4.5	7.9	2.6	5.8	8.4	0.5
2	1.2	0.3	2.3	9.5	5.8	9.0	8.8	9.8	2.3	7.0	8.0	2.0	4.0	7.0	2.2	4.2	8.2	2.7	6.1	9.0	0.8
3	1.0	0.5	2.1	8.9	7.0	8.7	8.9	9.9	2.5	6.7	8.3	2.5	3.6	7.2	2.1	4.3	8.3	2.8	6.8	9.2	0.9
4	1.2	0.3	2.3	9.5	6.7	8.6	9.3	9.3	4.0	6.9	8.2	2.5	3.6	7.2	2.2	4.8	8.0	2.6	6.0	9.1	0.3
5	1.2	0.2	2.5	9.3	7.0	8.7	9.0	9.5	3.0	6.9	8.2	2.3	3.3	7.1	2.1	4.5	8.1	2.8	6.5	8.8	0.5

调度方法	任务数50				任务数100
	LSC		时延/μs		LSC		时延/μs
	方差	最大值	均值	最大值	方差	最大值	均值	最大值
LSCB	130 569.7	1 335.2	16.04	44	297 329.5	1 953.1	32.68	65
LB	140 496.2	1 459.7	16.04	44	361 079.3	2 008.6	31.09	65
SP	174 546.2	1 368.1	16.01	44	363 046.1	2 059.0	29.42	60

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Link safety criticality balanced scheduling for airborne time-sensitive network

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