《综合模块化航电系统的资源分配方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《综合模块化航电系统的资源分配方法.pdf（14页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310191273.8(22)申请日 2023.02.24(71)申请人 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心地址 102211 北京市昌平区昌平镇超前路9号301室 申请人 中国商用飞机有限责任公司(72)发明人 涂林艳岳润雨李金恒杨忆凡(74)专利代理机构 泰和泰律师事务所 51219专利代理师 范相玉(51)Int.Cl.G06F 9/50(2006.01)G06F 9/48(2006.01)(54)发明名称一种综合模块化航电系统的资源分配方法(57)摘要本发明涉及一种综合。
2、模块化航电系统的资源分配方法，所述方法基于资源初步分配策略完成资源初始分配，具体包括以下步骤：步骤1，潜在驻留应用需求捕获与确认；步骤2，平台资源模块属性捕获与确认；步骤3，平台架构捕获与确认；步骤4，资源初步分配；步骤5，分配结果检查；步骤6，根据检查结果针对性优化；步骤7，分配方案确认与校验。本发明，适用于民航飞机中综合模块化航电系统设计早期的资源分配以及综合模块化航电系统架构设计的迭代优化，作为正向设计综合模块化航电系统架构，提高前期资源分配的正确性以及追溯性，降低后续资源配置的迭代过程，提高系统集成效率。权利要求书2页 说明书7页 附图4页CN 116610437 A2023.08.1。
3、8CN 116610437 A1.一种综合模块化航电系统的资源分配方法，其特征在于，所述方法基于资源初步分配策略完成资源初始分配，具体包括以下步骤：步骤1，潜在驻留应用需求捕获与确认；步骤2，平台资源模块属性捕获与确认；步骤3，平台架构捕获与确认；步骤4，资源初步分配；步骤5，分配结果检查；步骤6，根据检查结果针对性优化；步骤7，分配方案确认与校验。2.如权利要求1所述的一种综合模块化航电系统的资源分配方法，其特征在于，所述完成资源初始分配包括以下步骤：针对分配过程的输入的模块属性、平台架构、资源需求，检查潜在驻留应用清单，确认驻留应用资源需求与特性需求完备性；检查资源模块种类与数量，确认资源。
4、模块属性完备性；检查平台架构信息，确认平台架构表述完备性；完成驻留应用队列排序，确定关键资源I并将其作为需求指标I，同时还确定资源指标I之外的另外一项为指标K；将驻留应用根据需求指标I进行分配，完成驻留应用向模块的初步分配；选取指标K作为均衡目标进行均衡优化。3.如权利要求2所述的一种综合模块化航电系统的资源分配方法，其特征在于，所述完成驻留应用队列排序包括以下步骤：在内存需求总量和计算时间需求总量中择一作为关键资源需求指标I，另一个则作为指标K；按照对关键资源I的需求量大小进行排序，顺序由大到小排列为Tn，其中n为应用T在队列中的排位；检查队列中的驻留应用间是否存在绑定关系，将互相绑定的应用。
5、列为一个应用排入队列重新编号；检查队列中的驻留应用间是否存在与模块锁定的约束，将已有锁定关系的所有应用提至队列最前进行排序。4.如权利要求2所述的一种综合模块化航电系统的资源分配方法，其特征在于，所述将驻留应用根据需求指标I进行分配包括以下步骤：将具有锁定约束的驻留应用按照与模块的锁定关系分配；检查所有模块资源占用率情况是否满足约束，所述约束至少应包括资源总量约束以及应用隔离约束；更新模块资源I占用率数据；从队列中取出最前一位的应用Tn；将应用Tn分配至目前资源I占用率最低的资源模块；检查上一步骤的分配是否满足约束，所述约束至少应包括资源总量约束以及应用隔离约束，若满足，则完成应用Tn的初步分。
6、配，即：完成驻留应用向模块的初步分配；若无法满足资源总量约束，则表明资源模块数量需要增加；权利要求书1/2 页2CN 116610437 A2若满足资源总量约束但无法满足其他约束，则向下一个资源I占用率最低的资源模块进行分配尝试，并重复检查上一步骤的分配是否满足约束。5.如权利要求4所述的一种综合模块化航电系统的资源分配方法，其特征在于，所述检查上一步骤的分配是否满足约束，采用如下验证策略：验证是否满足安全等级，如不满足则验证不通过；验证是否满足剩余资源约束，如不满足则验证不通过；验证是否模块中有已分配应用，有已分配应用的情况下，验证是否与已分配应用存在隔离约束，如果存在隔离约束则验证不通过，。
7、否则验证通过。6.如权利要求2所述的一种综合模块化航电系统的资源分配方法，其特征在于，所述完成资源初始分配之前，还包括如下步骤：输入数据确认；所述输入数据包括：平台资源模块属性，来自综合模块化航电平台的资源模块属性；平台架构定义，来自综合模块化航电平台的拓扑架构；驻留应用/功能需求，来自驻留应用的资源需求；输入设计约束，判断是否需要更新设计约束，当需要更新约束时，输入更新后的设计约束，所述更新后的设计约束来自于上轮分配，应用于方案迭代过程。7.如权利要求2所述的一种综合模块化航电系统的资源分配方法，其特征在于，在所述选取指标K作为均衡目标进行均衡优化之前，应验证是否所有应用均已分配。8.如权利。
8、要求2所述的一种综合模块化航电系统的资源分配方法，其特征在于，均衡优化处理后，以获得的初步分配方案为基础，进行分区及通信调度生成，然后依次验证以下检查：通过安全性检查；通过可靠性检查；通过可调度性检查；通过响应时间检查；任一项检查不通过则手动调整分配方案，调整时锁定部分分配方案，然后再判断是否更新设计约束；检查全部通过则方案导出。权利要求书2/2 页3CN 116610437 A3一种综合模块化航电系统的资源分配方法技术领域0001本发明涉及综合模块化航电系统(Integrated Modular Avionics System，IMA系统)技术领域，具体说是一种综合模块化航电系统的资源分配方。
9、法。背景技术0002综合模块化航电系统(IMA，Integrated Modular Avionics)是现役典型飞机采用的航电系统综合架构，IMA架构实现了软硬件的高度集成化，通过高速AFDX总线网络实现整机的集中控制，通过在硬件资源平台上驻留不同的分区应用来实现相应的机载系统功能。现役B787、A380、A350以及中国商飞公司的C919飞机航电系统均采用IMA架构。IMA系统为飞机各机载系统提供计算资源、网络资源、接口资源等，所述各机载系统以驻留功能或驻留应用的方式使用IMA系统提供的资源，与相关系统进行交联，实现飞机系统集成。IMA系统模块供应方、IMA集成方和驻留应用供应方通过IMA。
10、系统共同协作完成整个集成过程。0003IMA系统资源分配基于潜在驻留功能或驻留应用所需资源，结合IMA平台初步架构、平台模块属性进行，资源分配的过程也是对IMA平台架构的确认过程，基于驻留功能或驻留应用所需资源动态优化调整IMA平台的架构；资源分配结果也将直接影响系统集成性能，包括集成后系统的安全性、资源使用效率，同时直接影响IMA系统的驻留方案，最终影响系统集成效率。集成工作将基于前期资源分配后确定的驻留方案进行资源配置，前期资源分配的结果将直接影响配置效率，并决定后期资源配置是否需要进行重新迭代和生成。在典型的民机研制中，一次后期资源配置的整体迭代和生成可能需要数小时至数天不等，而前期资源。
11、分配的结果(资源分配方案)的优劣，直接影响了后期资源配置以及整个集成过程的效率，甚至系统集成的性能。0004现有技术中，对于IMA系统早期资源分配方法的成型方案较少，缺乏相应的研究及技术布局。0005公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。发明内容0006针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种综合模块化航电系统的资源分配方法，适用于民航飞机中综合模块化航电系统设计早期的资源分配以及综合模块化航电系统架构设计的迭代优化，作为正向设计综合模块化航电系统架构，提高前期资源分配的正确。
12、性以及追溯性，降低后续资源配置的迭代过程，提高系统集成效率。资源需求的分配也是对架构是否能满足潜在驻留功能和驻留应用资源需求的一个确认、验证，所以会给架构反馈，进行架构的迭代优化。0007为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：0008一种综合模块化航电系统的资源分配方法，其特征在于，所述方法基于资源初步分配策略完成资源初始分配，具体包括以下步骤：说明书1/7 页4CN 116610437 A40009步骤1，潜在驻留应用需求捕获与确认；0010步骤2，平台资源模块属性捕获与确认；0011步骤3，平台架构捕获与确认；0012步骤4，资源初步分配；0013步骤5，分配结果检查；0014步骤6，根。
13、据检查结果针对性优化；0015步骤7，分配方案确认与校验。0016在上述技术方案的基础上，所述完成资源初始分配包括以下步骤：0017针对分配过程的输入的模块属性、平台架构、资源需求，检查潜在驻留应用清单，确认驻留应用资源需求与特性需求完备性；检查资源模块种类与数量，确认资源模块属性完备性；检查平台架构信息，确认平台架构表述完备性；0018完成驻留应用队列排序，确定关键资源I并将其作为需求指标I，同时还确定资源指标I之外的另外一项为指标K；0019将驻留应用根据需求指标I进行分配，完成驻留应用向模块的初步分配；0020选取指标K作为均衡目标进行均衡优化。0021在上述技术方案的基础上，所述完成驻。
14、留应用队列排序包括以下步骤：0022在内存需求总量和计算时间需求总量中择一作为关键资源需求指标I，另一个则作为指标K；0023按照对关键资源I的需求量大小进行排序，顺序由大到小排列为Tn，其中n为应用T在队列中的排位；0024检查队列中的驻留应用间是否存在绑定关系，将互相绑定的应用列为一个应用排入队列重新编号；0025检查队列中的驻留应用间是否存在与模块锁定的约束，将已有锁定关系的所有应用提至队列最前进行排序。0026在上述技术方案的基础上，所述将驻留应用根据需求指标I进行分配包括以下步骤：0027将具有锁定约束的驻留应用按照与模块的锁定关系分配；0028检查所有模块资源占用率情况是否满足约束。
15、，所述约束至少应包括资源总量约束以及应用隔离约束；0029更新模块资源I占用率数据；0030从队列中取出最前一位的应用Tn；0031将应用Tn分配至目前资源I占用率最低的资源模块；0032检查上一步骤的分配是否满足约束，所述约束至少应包括资源总量约束以及应用隔离约束，若满足，则完成应用Tn的初步分配，即：完成驻留应用向模块的初步分配；0033若无法满足资源总量约束，则表明资源模块数量需要增加；0034若满足资源总量约束但无法满足其他约束，则向下一个资源I占用率最低的资源模块进行分配尝试，并重复检查上一步骤的分配是否满足约束。0035在上述技术方案的基础上，所述检查上一步骤的分配是否满足约束，采。
16、用如下验证策略：说明书2/7 页5CN 116610437 A50036验证是否满足安全等级，如不满足则验证不通过；0037验证是否满足剩余资源约束，如不满足则验证不通过；0038验证是否模块中有已分配应用，有已分配应用的情况下，验证是否与已分配应用存在隔离约束，如果存在隔离约束则验证不通过，否则验证通过。0039在上述技术方案的基础上，所述完成资源初始分配之前，还包括如下步骤：0040输入数据确认；所述输入数据包括：0041平台资源模块属性，来自综合模块化航电平台的资源模块属性；0042平台架构定义，来自综合模块化航电平台的拓扑架构；0043驻留应用/功能需求，来自驻留应用的资源需求；004。
17、4输入设计约束，判断是否需要更新设计约束，当需要更新约束时，输入更新后的设计约束，所述更新后的设计约束来自于上轮分配，应用于方案迭代过程。0045在上述技术方案的基础上，在所述选取指标K作为均衡目标进行均衡优化之前，应验证是否所有应用均已分配。0046在上述技术方案的基础上，均衡优化处理后，以获得的初步分配方案为基础，进行分区及通信调度生成，然后依次验证以下检查：0047通过安全性检查；0048通过可靠性检查；0049通过可调度性检查；0050通过响应时间检查；0051任一项检查不通过则手动调整分配方案，调整时锁定部分分配方案，然后再判断是否更新设计约束；0052检查全部通过则方案导出。005。
18、3本发明所述的一种综合模块化航电系统的资源分配方法，具有以下有益效果：00541、本发明基于早期航电系统资源需求，进行综合模块化航电系统资源分配，基于分配结果给出综合模块化航电系统驻留方案，解决综合模块化航电系统架构设计问题。资源分配方案的优劣直接影响后续资源配置甚至系统集成性能，而系统集成性能将影响飞机性能。本发明可以提高前期资源分配的正确性以及追溯性，降低后续资源配置的迭代过程，提高系统集成效率。00552、本发明通过捕获和确认潜在驻留系统资源和特性需求、平台架构、平台模块属性，基于资源分配方法进行资源初步分配，评估分配结果，并进行分配方案的迭代优化，分配方案的确认与校验，最终给出最优的资。
19、源分配方案，在系统架构设计早期，提出满足资源需求的IMA系统架构方案以及驻留方案，从而避免后期配置的返工，提高系统集成效率。00563、本发明通过开展资源初始分配，以各驻留应用的三大资源需求、特性需求、数据交换时延/抖动/响应速度需求、隔离/绑定需求等作为分配依据，并综合前序相应输入，完成针对特定IMA架构的系统分配方案，形成的分配方案应至少包含：IMA平台硬件连接关系；IMA平台三大资源能力；驻留应用与处理模块的绑定关系。00574、本发明所提架构同时能满足驻留应用的资源需求，安全性需求，数据交换性能需求以及隔离/绑定需求。0058本发明目的是解决系统设计早期，评估资源分配合理性，并确认综合。
20、模块化航电说明书3/7 页6CN 116610437 A6系统架构，以减少后续迭代工作，节省系统设计时间，同时避免设计不合理问题而导致后续的重来。尽量避免后续集成系统需求增多，导致分配重新做，以及过多配置资源的问题，进而在集成过程中，不必因此更新和迭代全部驻留应用的资源分配，提高集成效率。0059本发明主要通过设计一种资源分配方法，将资源分配与驻留应用需求、平台特性以及模块属性进行系统考虑，具有以下优势：0060(1)资源分配方法基于IMA平台模块属性、平台架构以及驻留系统需求的共同约束进行分配；0061(2)基于关键需求指标I(内存需求总量或计算时间需求总量)排序，形成初始分配，选取资源指标。
21、I之外的另外一项指标K作为均衡目标进行均衡优化(若指标I为CPU利用率，则指标K建议为内存使用率，反之亦然)，形成最终的资源分配方案；0062(3)以各驻留应用的三大资源需求、特性需求、数据交换时延/抖动/响应速度需求、隔离/绑定需求等作为分配依据，并综合前序相应输入，完成针对特定IMA架构的系统架构定义。0063(4)提高了资源分配的追溯性，以及IMA系统架构设计的合理性，对于资源可以进行充分利用，在早期发现资源分配的问题，从而避免后期的迭代。附图说明0064本发明有如下附图：0065附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：0066图1本发明所述一种综合模块化航电系统的资源。
22、分配方法的分配过程示意图。0067图2本发明所述一种综合模块化航电系统的资源分配方法的分配策略示意图。0068图3本发明所述一种综合模块化航电系统的资源分配方法的分配验证策略示意图。0069图4本发明所述一种综合模块化航电系统的资源分配方法的资源分配整体流程图。具体实施方式0070以下结合附图对本发明作进一步详细说明。所述详细说明，为结合本发明的示范性实施例做出的说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和。
23、结构的描述。0071本发明给出了一种综合模块化航电系统的资源分配方法，目的是满足驻留系统对资源的需求以及驻留系统自身的安全性、可靠性要求从而支持其功能实现并满足性能指标。驻留应用是指驻留在IMA平台中，使用IMA处理模块计算资源的应用；驻留功能则不需要使用IMA处理模块计算资源，仅使用IMA通信和接口资源。驻留系统包括驻留功能系统和驻留应用系统。0072如图1所示，所述资源分配的输入包括三部分：模块属性、平台架构、资源需求；0073综合模块化航电平台的资源模块属性(图中简称为模块属性)；说明书4/7 页7CN 116610437 A70074综合模块化航电平台的拓扑架构(图中简称为平台架构)；。
24、0075驻留应用的资源需求(图中简称为资源需求)；0076所述资源分配的输出是系统资源分配方案(图中简称为系统方案)，所述分配方案根据资源模块属性、拓扑架构以及资源需求的共同约束得到；0077资源初始分配完成后，以各驻留应用的三大资源需求、特性需求、数据交换时延/抖动/响应速度需求、隔离/绑定需求等作为分配依据，并综合前序相应输入，能够完成针对特定IMA架构的系统架构定义。0078图1中示出的配置工具是资源分配工作之后，基于资源分配方案，以及驻留系统确定的资源需求进行具体资源的配置工作所需使用的工具，并不属于本发明的范畴。资源分配结果评估采用专家系统进行评估，由驻留系统供应商、IMA平台供应商。
25、以及IMA集成者共同进行评估。0079本发明给出了一种综合模块化航电系统的资源分配方法，如图2所示，所述方法基于资源初步分配策略完成资源初始分配，具体包括以下步骤：0080步骤1，潜在驻留应用需求捕获与确认；0081步骤2，平台资源模块属性捕获与确认；0082步骤3，平台架构捕获与确认；0083步骤4，资源初步分配；0084步骤5，分配结果检查；0085步骤6，根据检查结果针对性优化；0086步骤7，分配方案确认与校验。0087本发明所述资源分配方法，从其分配工作的流程看，先完成需求的捕获与确认(潜在驻留应用需求捕获与确认；平台资源模块属性捕获与确认；平台架构捕获与确认；)也就是整个分配工作的。
26、输入，基于分配工作的输入，开展初步的分配、验证、优化，最后形成方案，在初步分配的时候使用资源分配策略，即基于关键需求指标进行排序，使用分配验证策略做约束满足的验证检查，使用关键指标I之外的另外一个指标K做均衡优化，最后形成分配方案。0088资源分配策略：基于关键需求指标I(内存需求总量或计算时间需求总量)排序，形成初始分配，并统计得到各模块CPU使用率与内存使用率，选取另外一项指标K作为均衡目标进行均衡优化(若指标I为内存需求总量，则指标K建议为CPU使用率；若指标I为计算时间需求总量，则指标K建议为内存使用率)，形成最终的资源分配方案。0089资源分配流程：以各驻留应用的三大资源需求、特性需。
27、求、数据交换时延/抖动/响应速度需求、隔离/绑定需求等作为分配依据，并综合前序相应输入，完成针对特定IMA架构的系统架构定义。0090在上述技术方案的基础上，所述完成资源初始分配包括以下步骤：0091针对分配过程的输入的三部分(即前文所述模块属性、平台架构、资源需求)，检查潜在驻留应用清单，确认驻留应用资源需求与特性需求完备性；0092检查资源模块种类与数量，确认资源模块属性完备性；0093检查平台架构信息，确认平台架构表述完备性；0094完成驻留应用队列排序，确定关键资源I并将其作为需求指标I，同时还确定资源说明书5/7 页8CN 116610437 A8指标I之外的另外一项为指标K；009。
28、5将驻留应用根据需求指标I进行分配，完成驻留应用向模块的初步分配；0096选取指标K作为均衡目标进行均衡优化。0097例如：若指标I为CPU利用率，则指标K建议为内存使用率，反之亦然。0098在上述技术方案的基础上，所述完成驻留应用队列排序包括以下步骤：0099在内存需求总量和计算时间需求总量中择一作为关键资源需求指标I，另一个则作为指标K；0100按照对关键资源I的需求量大小进行排序，顺序由大到小排列为Tn，其中n为应用T在队列中的排位；0101检查队列中的驻留应用间是否存在绑定关系，将互相绑定的应用列为一个应用排入队列重新编号；0102检查队列中的驻留应用间是否存在与模块锁定的约束，将已有。
29、锁定关系的所有应用提至队列最前进行排序。0103在上述技术方案的基础上，所述将驻留应用根据需求指标I进行分配包括以下步骤：0104将具有锁定约束的驻留应用按照与模块的锁定关系分配；0105检查所有模块资源占用率情况是否满足约束，所述约束至少应包括资源总量约束以及应用隔离约束；0106更新模块资源I占用率数据；0107从队列中取出最前一位的应用Tn；0108将应用Tn分配至目前资源I占用率最低的资源模块；0109检查上一步骤的分配是否满足约束，所述约束至少应包括资源总量约束以及应用隔离约束，若满足，则完成应用Tn的初步分配，即：完成驻留应用向模块的初步分配；0110若无法满足资源总量约束，则表明。
30、资源模块数量需要增加；0111若满足资源总量约束但无法满足其他约束，则向下一个资源I占用率最低的资源模块进行分配尝试，并重复检查上一步骤的分配是否满足约束。0112在上述技术方案的基础上，如图3所示，所述检查上一步骤的分配是否满足约束，采用如下验证策略：0113验证是否满足安全等级，如不满足则验证不通过；0114验证是否满足剩余资源约束，如不满足则验证不通过；0115验证是否模块中有已分配应用，有已分配应用的情况下，验证是否与已分配应用存在隔离约束，如果存在隔离约束则验证不通过，否则验证通过。0116在上述技术方案的基础上，如图4所示，所述完成资源初始分配之前，还包括如下步骤：0117输入数据。
31、确认；所述输入数据包括：0118平台资源模块属性，来自综合模块化航电平台的资源模块属性；0119平台架构定义，来自综合模块化航电平台的拓扑架构；0120驻留应用/功能需求，来自驻留应用的资源需求；0121输入设计约束，判断是否需要更新设计约束，当需要更新约束时，输入更新后的设说明书6/7 页9CN 116610437 A9计约束，所述更新后的设计约束来自于上轮分配，应用于方案迭代过程。0122所述输入数据即前文所述资源分配的输入包括三部分对应的内容，资源分配以所述输入数据为基础进行分配(基于IMA平台模块属性、平台架构以及驻留系统需求的共同约束进行分配)，并基于关键指标I进行分配。0123在上。
32、述技术方案的基础上，如图4所示，在所述选取指标K作为均衡目标进行均衡优化之前，应验证是否所有应用均已分配。0124在上述技术方案的基础上，如图4所示，均衡优化处理后，以获得的初步分配方案为基础，进行分区及通信调度生成，然后依次验证以下检查：0125通过安全性检查；0126通过可靠性检查；0127通过可调度性检查；0128通过响应时间检查；0129任一项检查不通过则手动调整分配方案，调整时锁定部分分配方案，然后再判断是否更新设计约束；0130检查全部通过则方案导出。0131本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。0132以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。说明书7/7 页10CN 116610437 A10图1说明书附图1/4 页11CN 116610437 A11图2说明书附图2/4 页12CN 116610437 A12图3说明书附图3/4 页13CN 116610437 A13图4说明书附图4/4 页14CN 116610437 A14。