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基于网络演算的AVB网络流量接纳准则研究

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刘艳萍赵洋王艳明

摘要针对AVB网络中的流量整形机制，考虑在网络演算方法的基础上，对其进行流量接纳准则的分析。将AVB流预留协议约定的两类优先级扩展为三类优先级;结合信用量整形机制的信用量消耗规则，实现高、中、低三类优先级流量的服务曲线计算，并完成各类流量端到端传输实时性的分析;依据于端到端传输延时的变化，提出AVB流量接纳准则。基于该流量接纳准则，分别分析接纳高、中、低优先级流量时已有流量产生的延迟变化量，结果表明：所提出的流量接纳准则适用于AVB网络，具有保障流量传输稳定性的作用。

关键词AVB网络;流量整形算法;流量接纳;网络演算;端到端延迟

AbstractFocusedonflowshapingmechanisminAVBnetwork，themethodforflowacceptanceisanalyzedbasedonthetheoryofnetworkcalculus.TheexistedtwoclassesofprioritydefinedinAVBflowreservationprotocolareextendedintothreekinds.CombinedwiththeruleofcreditconsumptioninAVB，theservicecurvesforthehigh，middleandlowpriorityflowsarecalculated，andthereal-timeperformanceofallkindsofflowsareanalyzed.Accordingtothechangeoftheend-to-endtransmissiondelay，AVBflowacceptanceruleisproposed.Basedontheacceptancerule，thedelayvariationcausedbyacceptingnewflowwiththehigh，middleandlowpriorityareanalyzedrespectively.TheresultsshowthattheproposedflowacceptanceruleissuitabletoAVBnetworkandensuresthetransmissionstabilityfordifferentpriorityflows.

KeywordsAVB;credit-basedshaping;flowacceptance;networkcalculus;end-to-enddelay

0引言

以太網音视频桥接（AudioVideoBridger，AVB）网络作为新一代音频/视频等多媒体应用实时传输网络极具发展潜力，被考虑用于车载、剧院等通信场景，以及航空电子等嵌入式系统平台，具有实时传输的确定性和稳定性。AVB网络由多项IEEE标准进行定义[1]：1）IEEE802.1AS，高精度的时钟同步协议，能为网络提供时钟精度为1μs的同步服务[2];2）IEEE802.1Qat，流预留协议[3]，为音/视频流量在传输路径上预留所需带宽;3）IEEE802.1Qav，转发及队列算法[4]，为音视频流在传输路径中经过不同端口输出时制定具体的调度策略和调度算法，以保证音视频流量传输的稳定性。

关于AVB实时性能方面的研究可以分为网络演算法和仿真法。基于网络演算法，文献[5]将AVB的信用量的流量整形算法（Credit-BasedShaping，CBS）在两个优先级的情况下与AFDX的交换机队列协议FIFO、WPQ等进行对比。文献[6-7]对其进行发展，计算了AVB网络的流量到达、服务曲线以及延迟上界。文献[8]进一步研究了在最坏情况下的网络延迟特性。文献[9]在帧模型下对AVB网络流量整形进行端到端延迟计算。基于建模仿真，文献[10]构建了时间触发机制，对比AVB网络同步和异步流量的延迟性能，研究结果表明引入时间触发机制后，AVB网络的性能能够得到进一步增强。文献[11]进一步考虑了时钟同步方式，以及时钟同步失败后的AVB网络性能。文献[12]分析了将AVB流量和TTE流量结合的网络工作情况。

在这些研究工作中，可以看出：AVB的传输实时性与网络配置参数及流量传输情况紧密相关，虽然802.1Qat为流量带宽预留提供了一个基本计算方法，但缺乏对消息端到