1553B總線消息傳輸優化設計在武器裝備系統中的應用

張蕾

摘 ? 要：為了提高武器裝備系統1553B總線消息傳輸的實時性，降低總線的通信延遲率，本文提出了一種1553B總線消息傳輸優化算法。該算法基于最大分配距離對非周期性消息傳輸進行優化設計。仿真實驗結果表明，利用改進后的算法對1553B總線周期性消息和非周期性消息混合傳輸進行優化，能夠在滿足每條消息最大延遲時間要求的前提下，合理確定每條消息的相位，使得總線各條消息的延遲時間率達到均衡，有效地緩解了總線消息擁塞和飽和現象，解決了總線負載均衡的難題，提高了總線處理異步消息的能力。

關鍵詞：1553B總線 ?武器裝備 ?優化設計 ?非周期性消息

中圖分類號：TP336 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（a）-0075-02

在信息化戰爭的時代背景下，信息作為一種新型資源成為生成戰斗力的主導資源，信息技術作為武器裝備系統的主導資源，信息的傳輸效率和傳輸質量直接關系到戰爭的成敗。1553B總線消息傳輸廣泛應用于武器裝備系統中，應該確保消息傳輸的實時性。通過對1553B總線消息傳輸算法進行優化設計，能夠確保1553B總線上同時收到不同周期不同長度的多種消息時，能夠合理的對多種消息進行優化調度，保證消息傳輸的實時性，提高1553B總線系統的性能，最終提升武器裝備系統的實時性和可靠性。

基于計算量向量算法、RMS調度算法、長釋放時間間隔優先算法、HTSF算法等是1553B總線消息比較常見的優化算法。其中基于RMS調度算法和計算量向量算法都是基于靜態負載均衡的，沒有解決消息的動態負載均衡問題，所以當很多非周期性消息同時進入總線時，就會出現堵塞和飽和現象，影響到消息傳輸的實時性;HTSF算法不僅執行效率低，而且還沒有考慮到在同一時刻會有多條消息同時到達的情況;長釋放時間間隔優先算法無法確保突發消息或者釋放間隔較小的消息在截止期前完成調度。在綜合各種算法特點的基礎上，本文提出一種1553B總線消息優化算法，能夠最大程度的均衡總線負載，降低總線的平均延遲時間，提高1553B總線在武器裝備系統中的利用效率[1]。

1 ?1553B總線傳輸機制分析

1553B總線是時分指令/響應多路傳輸數據的總線，采用集中控制式結構，由傳輸介質、總線控制器（Bus Control，BC）、遠程終端（Remote Terminal，RT）和總線監視器（Bus Monitor，BM）四個部分組成。圖1為1553B總線系統拓撲圖，在1553B總線系統傳輸中，消息是基于半雙工的通信模式按照時間順序依次在總線上進行傳輸的，分為周期性消息和非周期性消息兩類。1553B總線傳輸系統中大多為周期性消息，在發送和傳輸時都是按照固定的周期、相位和順序進行，在傳輸過程中允許存在可容忍的延遲。非周期性消息即少數隨機突發事件消息，如故障、警報等，一般都是在周期消息傳輸過程中隨機插入的突發服務請求[2]。因為非周期性消息對實時性和可靠性有較高要求，所以對非周期性消息和周期性消息同時存在1553B總線傳輸機制建模及性能指標進行研究具有重要意義。

2 ?基于最大分配距離進行非周期性消息調度

在周期性消息和非周期性消息混合傳輸的過程中，在每個小周期內周期性消息傳輸完成后的剩余時間是用來處理非周期性消息的，若第一個小周期內的非周期性消息沒有處理完，總線控制器就會將其放到下一個小周期內處理。如果連續幾個小周期都無法處理該條非周期性消息，很可能導致該非周期性消息處理失敗，造成總線飽和或者堵塞現象。

為了提高1553B總線消息傳輸的實時性，降低總線的通信延遲率，本文提出了一種改進遺傳算法的1553B總線消息傳輸優化算法。該算法基于最大分配距離對非周期性消息傳輸進行優化設計。仿真實驗結果表明，利用改進后的算法對1553B總線周期性消息和非周期性消息混合傳輸進行優化，能夠在滿足每條消息最大延遲時間要求的前提下，合理確定每條消息的相位，使得總線各條消息的延遲時間率達到均衡，有效地緩解了總線消息擁塞和飽和現象，解決了總線負載均衡的難題，提高了總線處理異步消息的能力[3]。

基于最大分配距離的算法如下：

令消息傳輸時間X=Xc+Xs+Xr+Xg+n*Xd。其中，Xc為指令字傳輸時間，Xs為狀態字傳輸時間，Xr為響應時間，Xg為消息間隔時間，Xd為數據字傳輸時間;

設定非周期性消息的個數為m，將m個消息安排在n個小周期上（m≥n），各個小周期上傳輸時間之和分別為A1，A2，…，An;

定義d=|Ai-Aj|，（i，j=1，2，…，n，i≠j）為分配距離，最大分配距離即dmax=|max（Ai）-min（Aj）|;

為了保證分配各組之間的差異達到最小，需保證最大分配距離值最小。將m個消息的傳輸時間由大到小排列，即X1≥X2…≥Xm，;

取出前n個元素，將Xn和Xn+1相加，得到X1，X2，…，Xn+Xn+1這組數，再將該組數按照由大到小順序排列得到Y1，Y2，…，Yn，然后再把Xn+2和Yn相加，…，以此類推。

按照上述算法將m個非周期性消息安排在了n個小周期上。

假設1553B總線上有14條非周期性消息，這些非周期性消息傳輸所需的時間（單位為ms）分別為31，12，15，3，9，29，10，2，6，18，22，14，10，8，將上述消息安排在4個小周期上（A1～A4）上，按照上述“最大分配距離”的算法，具體計算過程見表1。

消息傳輸時間理論均值為：

（31+12+15+3+9+29+10+2+6+18+22+14+10+8）/4=47.25ms

最大分配距離為：

max（49，48，47，45）-min（49，48，47，45）=4ms

從上述表1中可以看出，1553B總線上消息的最大延遲時間為（47.25-45=2.25）ms，采用最大分配距離的方法進行非周期性消息的傳輸，避免了1553B總線上消息傳輸過于密集而導致總線擁塞的情況，從而極大地提高了1553B總線利用率。

3 ?結語

1553B總線是一種集中式控制的串行總線型網絡， 由于其高可靠性和實時性， 在航空、航天、軍事等領域的電子聯網系統中得到了廣泛的應用。把1553B總線系統消息傳輸的優化設計的方法運用到武器裝備系統中必能有效提升總線系統的性能。

參考文獻

[1] 蒲艦舸，雷航. MIL-STD-1553B總線上的實時調度算法[J].成都信息工程學院學報，2005，20（5）：550-554.

[2] 賓辰忠，苗克堅. 基于1553B總線的實時消息流實現與控制[J].計算機測量與控制，2005，13（9）：967-969.

[3] 趙昶宇，顏昌翔，于平. 1553B總線上消息的實時調度[J].光學精密工程，2010，18（3）：732-740.