基于随机网络演算的TTE网络时延分析

时间触发以太网(TTE)是一种新颖的混合型时间触发和事件触发的通信网络,通过引入时间触发(TT)流量,增强了航空电子全双工(AFDX)交换式以太网的确定性。虽然TT流量具有完全的时间确定性,但是与AFDX中虚拟链路(VL)兼容的速率约束(RC)流量仍具有一定非确定性。传统用于AFDX网络实时性能分析的方法在考虑TT流量固定分区调度时隙的影响下已不再适用,为了保障RC流量的实时性能,分别提出了基于确定性网络演算和随机网络演算两种延迟分析模型。在确定性网络演算下,通过构造TT流量的聚合到达曲线和RC流量的服务曲线以得到RC的确定性延迟上界;在随机网络演算下,通过切诺夫(Chernoff)边界定理构造RC流量的两状态伯努利分布模型,得到概率保证下的延迟上界。对比实验结果表明:随机网络演算模型可以有效减小确定性网络演算模型对RC流量性能分析的悲观性,同时从一定程度上验证了两种理论分析模型的正确性。     

基于WDM网络的航空电子网络研究

分析了WDM网络对未来航空电子网络的适应性,重点研究了航电WDM网络的网络特性和网络结构设计等关键技术,还分析了基于ShuffieNet型规则虚拓扑的航电网络的实时性能,最后搭建了试验平台并验证了该网络的高带宽、低延迟的网络性能。     

基于短帧优先调度的AFDX端系统发送策略

通过分析AFDX协议格式以及当前端系统常用数据调度方法,提出了短帧优先调度策略,策略充分利用了AFDX协议虚拟链路特点,优先发送短帧,从而降低了部分链路的延迟上界,有助于减少等待时间,提高网络带宽利用率。应用网络演算理论建立了基于短帧优先调度策略的端系统模型,推导了不同虚拟链路的延迟上界表达式,并进行了与系统数据发送相关的一系列仿真研究,结果表明调度策略降低了端到端系统的发送延迟,是航空数据网络实时传输系统的优选策略。     

航空电子全双工交换式以太网端系统研究与设计

航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet,简称AFDX)是新一代机载数据总线的最佳选择.AFDX端系统(End System,简称ES)是各个航空电子子系统和AFDX网络之间信息交换的接口部件,为信息在各个子系统和AFDX网络之间的传递提供了数据通道,是保障AFDX网络服务质量的关键.对AFDX端系统进行了深入的研究,基于ARINC664规范第7部分,提出了一种AFDX端系统的设计方案,并对端系统虚拟链路层进行了分析设计.在测试平台上对端系统的验证结果表明本文提出的方案可行,满足ARINC664规范要求.     

基于OpenFlow的AFDX网络虚拟链路动态优先级接纳控制

为了在航空电子全双工交换式以太网(AFDX)中更加灵活地对虚拟链路(VL)实行接纳控制,将OpenFlow引入AFDX网络中,建立了相应的网络模型、消息模型和流量模型。利用网络演算方法分析了优先级VL在基于OpenFlow的AFDX网络中的端到端延迟上界,结合粒子群优化算法,提出了动态优先级接纳控制算法。理论分析结果表明:与动态非优先级接纳控制方法和传统静态优先级分配方法相比,本算法的消息延迟分别降低了49.2%和26.4%,并且本算法能够更加灵活地对VL实行接纳控制,提高网络资源的利用率。最后通过仿真对理论分析的结果进行了验证。本算法为提高接纳控制方法的性能提供了参考,增强了AFDX网络的通信效率与实时性能。     

AFDX总线网络在CJ818飞机设计上的应用

以介绍我国"大型飞机重大科技专项"的立项和航空电子系统的发展为背景,描述了几种航空电子网络互连技术的发展和特征,并对美国ARINC664标准规范所阐述的航空电子全双工交换式以太网(AFDX)协议及关键技术做了简要提炼,及对AFDX在当前民用飞机航空电子网络的应用状况和特点予以描述。在此基础上提出了CJ818飞机的综合模块化航空电子系统网络架构的初步设计构想和工作原理,说明其作为"先进综合式"系统所具备的特点,总结了国内在航空电子研究领域内存在的差距。     

基于FPGA的千兆级AFDX端系统设计与实现

传统航空电子全双工交换式以太网(AFDX)带宽为10 Mbit/s或100 Mbit/s。为满足机载网络对带宽增长的需求,必须进行千兆级AFDX的研究。AFDX端系统是AFDX网络的重要组成部分,为航空电子子系统接入AFDX网络提供了接口,保证航空电子子系统之间进行安全可靠的数据交换。着重研究了千兆级AFDX端系统,给出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的千兆级AFDX端系统的设计。     

千兆三余度AFDX 帧管理的形式化建模与验证

为了提升新一代航空电子全双工交换以太网（AFDX）网络的传输速率和余度设计可靠性，在AFDX 网络标准的基础上（ARINC 664 p7），建立千兆三余度AFDX 网络的帧管理机制模型并进行了形式化建模， 而且实现了AFDX 网络标准中描述的SkewMax 机制。使用UPPAAL 形式化工具对千兆三余度AFDX 网络帧 管理机制进行形式化验证，验证帧管理机制的完整性检查及冗余管理功能的可用性。结果表明，千兆三余度 AFDX 网络帧传输过程中不存在死锁。此外，针对标准AFDX 的冗余管理中一个帧的丢失可能会导致其冗余备 份的丢失的现象，提出在接收端设置一个队列，记录那些比连续帧更晚到达的冗余备份的帧序号，从而减少不 必要的丢帧，提高QoS 和数据完整性。形式化验证的结果可以作为千兆AFDX 网络标准制定和实际应用的参考。     

航空电子多信道实时分组调度方法

 针对航空电子波分复用（WDM）网络,提出了一种新的多信道实时调度策略实时多信道加权轮转调度（RMWRR）,将多信道分成强实时信道组和尽力服务信道组,通过调整强实时信道组的权值分配和在尽力服务信道组进行权值补偿的方法,在满足强实时消息强实时约束的同时,提高了带宽利用率,可以适应动态消息的权值变化。对经过流量整形的非强实时消息,RMWRR在尽力服务信道组对其提供延迟上界。通过理论分析,推导了RMWRR的强实时调度条件和尽力服务延迟上界。仿真和算例分析验证了该调度策略的强实时约束下的低资源占用和非强实时下的低延迟特性。     

分布式IMA的网络分区方法及其实时性能分析

 针对分布式综合模块化航空电子(IMA)体系结构,在时间、空间分区以及带宽分区的基础上,提出了网络分区的概念,并建立了相应的网络模型、消息模型、流量模型及调度模型。利用网络演算方法,推导了航空电子混合消息集在网络分区下端到端(ETE)延迟的计算公式;搭建典型网络,通过理论计算对比了网络分区与带宽分区的实时性能。计算结果表明:网络分区下两条硬实时数据流的延迟较带宽分区分别降低了33.5%和74.2%;而弱硬实时与软实时数据流的延迟增加约30%。最后通过OPNET仿真对理论分析所得结果进行了验证,证明网络分区方法符合分布式IMA的分布式架构要求,并满足了系统混合关键性的需求。     

AFDX网络端系统测试监视系统研究

针对当前广泛应用于民用飞机的航电全双工交换式以太网（AFDX网络）,设计了一个AFDX网络终端系统测试监视系统,通过对AFDX终端系统进行试验,实现了测试结果的实时回馈,提高了测试工作的效率和自动化程度,是一种可行的AFDX网络终端系统测试监视系统。     

AFDX网络一体化测试监视系统研究

AFDX网络的测试和验证已成为民用飞机航电系统研制的难点和关键问题.为了对AFDX网络系统进行监视及测试,搭建了AFDX网络通信仿真测试系统,仿真了AFDX数据包的发送、接收、测试及监控.通过试验,收到了良好的效果,可作为民用飞机机载网络的测试方案.     

光纤通道交换网络WRR实时调度算法分析

 随着综合航电系统的发展,1553B总线已经不能满足发展的需要,光纤通道交换式网络作为新一代高性能网络通信协议被引入到航电系统中,其性能指标与整个航电系统的总体指标有着密切的关系.为了解决系统消息实时发送的问题,研究了光纤通道交换网络实时条件下加权轮询调度算法的通信性能,利用随机Petri网对光纤通道交换网络的调度过程进行了建模,通过对模型的仿真和分析,得到了数据传输量及传输时限变化时系统网络负载、延迟时间、超时消息所占比例等重要性能指标,并分析了调度算法的性能.仿真结果证明光纤通道交换式网络具有高速稳定性,加权轮询调度算法能够满足消息传输的实时性、公平性要求.     

40G以太网在航电系统中的应用初探

随着飞机整体性能的提升，航电系统的发展日新月异，对总线网络提出了越来越高的要求。基于远端内存直接访问技术传输机制的以太网以其高带宽、低延时以及生态开放性的特点，在航电系统总线中逐渐得到推广。本文介绍了航电总线网络的发展，对典型的航电总线进行了对比分析，开展了10G/40GE交换工程样机的研制和测试工作，为下一代航电系统总线网络的选型提供了参考。     

Optical fiber wavelength division multiplexing

During flight, aircraft avionics transmit and receive RF signals to/from antennas over coaxial cables. As the density and complexity of onboard avionics increases, the electromagnetic interference (EMI) environment degrades proportionately, leading to decreasing signal-to-noise ratios (SNRs) and potential safety concerns. The coaxial cables are inherently lossy, limiting the RF signal bandwidth while adding considerable weight. To overcome these limitations, we have investigated a fiber optic communications link for aircraft that utilizes wavelength division multiplexing (WDM) to support the simultaneous transmission of multiple signals (including RF) over a single optical fiber. Optical fiber has many advantages over coaxial cable, particularly lower loss, greater bandwidth, and immunity to EMI. In this paper, we demonstrate that WDM can be successfully used to transmit multiple RF signals over a single optical fiber with no appreciable signal degradation. We investigate the transmission of FM and AM analog modulated signals, as well as FSK digital modulated signals, over a fiber optic link (FOL) employing WDM. We present measurements of power loss, delay, SNR, carrier-to-noise ratio (CNR), total harmonic distortion (THD), and bit error rate (BER). Our experimental results indicate that WDM is a fiber optic technology suitable for avionics applications.     

AFDX交换机测试分析系统设计

AFDX网络由端系统、交换机和传输链路组成,交换机是AFDX网络的中枢构件。本文首先研究了AFDX交换机的功能和性能,在此基础上,设计了AFDX交换机测试分析系统,测试软件基于多框架、多视图、单文档,采用面向对象技术实现了交换机配置文件的处理、数据帧的捕获和解析、VL转发特征测试、技术时延测试、流量管制测试等一系列功能。最后进行了测试分析试验,试验展示了该测试分析系统对于AFDX交换机的测试效果。     

基于多令牌协议航电WDM光环网波长分配方法

 针对航空电子光网络的实时性问题,建立了航空电子波分复用(WDM)环网模型,以实时消息流矩阵作为网络的输入,依据静态光网络最小化波长数目的优化目标,提出了一种基于多令牌协议的光网络波长分配方法,并推导了航电光网络中光通道的端到端传输时延计算公式。通过对理论计算和仿真结果的分析,此协议下的波长分配方法在网络中可以实现波长重用,比传统环网的波长数目平均降低了58.1%,优化了波长数目,并且多令牌控制协议满足航空电子网络对消息实时性的要求。此方法对于航空电子光网络的设计与性能分析具有参考价值。     

面向风险均衡的AFDX虚拟链路路径寻优算法

为确保综合模块化航空电子系统的安全性需求能够在全双工交换式以太网中得到一致性保证,提出了一种面向风险均衡的路径规化（RBPP）算法,以满足各航电功能间的安全隔离要求,同时分散风险,避免局部物理链路的风险集中,提高系统安全性。以民机失效状态类别划分为基础,建立了航电功能、分区、端系统、虚拟链路（VL）风险模型;RBPP以均衡各物理链路风险为目标,同时综合考虑网络实时性、链路负载能力等因素,采用粒子群算法进行优化目标求解。利用仿真优化方法对RBPP算法进行了实现,在典型工业航空电子全双工交换式以太网（AFDX）网络架构及A380AFDX网络架构下进行仿真分析,结果显示多播VL的简化处理的会使网络风险增加;在1 000条VL配置下与负载均衡（LB）算法和最短路径（SP）算法进行了分析对比,结果显示RBPP算法在满足各航电功能间的隔离需求的同时,链路风险均衡能力在两种网络拓扑下分别比负载均衡算法提高了10.7%和23.4%,比最短路径算法分别提高了35.4%和47.9%。