航空电子系统混合实时任务的双层调度

针对航空电子系统的实时性需求,提出满足综合模块化航空电子(IMA)构架的双层任务调度算法.通过加权轮转调度激活分区,并为分区提供固定的时间窗口,增强了系统的可预测性;分区内部采用可抢占的固定优先级调度,减少了高优先级任务的响应时间.算法支持混合任务集的调度:对周期的强实时任务,建立具有任意时限的任务模型,增强了模型的通...     

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。     

综合模块化航空电子系统节能分层调度的设计(英文)

近年来,综合模块化航空电子(Integrated Modular Avionics,IMA)构架逐渐流行,并通过引入资源分区的概念取代了传统的联合式系统构架。研究了IMA构架下分层调度的设计问题。调度模型通过强时间分区,使多个强实时应用方便地集成在一个单处理器平台。推导出分区周期、分区系数以及可调度性在实时条件下的数学关系,并提出了分区参数的优化算法。考虑具有任意时限的实时任务模型,提高了算法的通用性。在分层调度的基础上,通过有效利用松弛时间,提出一种能量优化方法,进一步减少了飞行器上嵌入式系统的能耗。实验结果表明,本文提出的系统设计方法在保证硬实时需求的基础上,有效的降低能耗达 14%。     

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。     

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。     

性能保证条件下航空电子高速交换机的加速方法

 以保证航空电子互连网络的确定性延迟和高带宽为目的,建立航空电子交换式以太网（AFDX）承载于波分复用（WDM）之上的架构,兼容AFDX的延迟确定性和WDM的带宽可扩性,满足航空电子互连网络对实时性和高带宽的要求。通过对实时通信中周期性数据帧的分析,提出光波聚合加速方法,对输入端到达的数据帧进行重新分配和整型,充分利用每条光波的带宽资源,减少交换使用的波长数。在性能保证条件（100%通过率下保证有界延迟）下,对使用光波聚合方法的交换机制进行了数学推导。最后通过计算机仿真,以网络延迟时间率和加速因子为性能衡量指标推证了该加速方法的优越性和可行性。     

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。     

AFDX虚拟链路路径实时寻优算法

航空电子全双工交换式以太网(AFDX)使用虚拟链路(VL)进行消息数据流通信,为提高AFDX的网络实时传输性能,以VL路径配置寻优为基础,提出了一种基于遗传算法的AFDX VL路径优化算法(POGA)。POGA以提高网络实时性为优化目标,并综合考虑网络负载均衡,以VL的路径信息作为染色体,通过遗传算子进行遗传寻优操作,选择促使AFDX网络实时性能最优的VL路径作为优化结果。利用仿真优化方法对POGA进行了实现,在典型AFDX网络1 000条VL的配置下,与负载均衡算法和最短路径算法进行了分析对比,结果显示分别有76.4%和77.4%的VL的传输实时性得到了增强,网络的实时传输性能分别提高了13.2%和12.9%。     

基于网络演算的多窗口分区可调度性分析

ARINC653-2规范定义综合模块化航空电子（IMA）实时操作系统采用分区和任务两层调度方案,在该框架下的任务可调度性分析是保证航空电子系统实时性、可靠性的关键。目前的可调度性分析无法计算多窗口分区下任务最大响应时间（WCRT）。为此,基于网络演算模型对服务能力的封装,定义处理平台服务曲线为平台所能提供计算资源的服务函数,定义分区任务到达曲线为分区任务对平台计算资源的需求函数。分析处理平台的服务曲线和分区任务的到达曲线,计算得到任务的最大响应时间,继而进行可调度性判断,由此从服务能力和服务需求角度诠释分区系统任务最大响应时间分析的物理意义。设计了主时间框架下分区包含多个激活窗口的验证案例,结果表明：本方法可以得到与传统WCRT分析同等的精度,并且能够准确计算分区包含多激活窗口条件下的任务最大响应时间,实现了网络演算视角下分区系统可调度性的解释。     

下一代综合模块化航空电子系统关键技术研究

随着高新技术的不断发展,航空电子机载系统能支持越来越复杂的功能,当前的综合模块化航空电子(IMA)系统架构采用模块化的设计以及开放式的架构,在提高航空电子系统可靠性的同时大大降低了功耗及成本。但随着飞行任务的日益复杂以及机载系统功能的不断增加,当前的IMA系统在面对复杂的应用需求时出现了无法突破的技术瓶颈。基于当前IMA系统的技术瓶颈,详细描述了下一代IMA系统的架构设计细节,总结了实施下一代IMA系统将面临的技术挑战,从高速网络,高性能多核处理器以及多核虚拟化等方面分析了有望发挥重要作用的关键技术,并提供了关键技术可行的研究思路,为下一代IMA系统的相关研究提供参考。     

Credit Determination of Fibre Channel in Avionics Environment

Fibre channel (FC) is the main candidate architecture for “unified network”. Flow control deals with the problem in which a de- vice receives frames faster than it can process them. Credit is an important service parameter for fibre channel flow control. Configuring the credit reasonably can avoid buffer overflow in nodes. This paper derives the mathematic relationships among credit, bandwidth and message sets under real-time condition according as three main topologies of fibre channel, and proposes the credit determination and the optimal credit for typical message sets. This study is based on the features of hard real-time communications in avionics environ- ment.     

民用飞机综合模块化航电系统分区和资源分配的研究

对比航电传统系统架构,分析了综合模块化航电系统(Integrated Modular Avionics,简称IMA)架构的优点;针对IMA系统功能的高集成度带来的资源分配难度和安全性要求,提出了IMA系统分区和资源分配策略,并给出了具体方法,对民用飞机IMA系统设计具有一定的指导意义和实用价值。     

分布式实时飞行仿真中的联接技术

分布式仿真系统可采用的联接方式主要有物理共享内存总线、消息传递网络和复制共享内存网络三种。物理共享内存总线和消息传递网络在分布式实时仿真中存在技术上的不足．但它们之间具有一定的互补性．复制共享内存网络将它们两者的优点有机地结合起来．成为一种适用于实时系统分布式仿真的理想方式．文章对这些技术分别进行了阐述。最后，针对分布式飞行仿真的特殊要求．介绍了复制共享内存网络的具体应用。     

基于TTE网络的分布式系统分区同步方法

先进分布式综合飞行器管理系统对通信网络的实时性和确定性有严格要求。研究了时间触发以太网(TTE)的同步服务、提出了在符合ARINC653标准的分区操作系统下,基于TTE网络的分布式系统分区同步方法,建立分区同步测试平台,并对分区同步精度进行测试分析。测试结果表明,基于TTE网络的分布式系统分区同步的精度和抖动均可达到μs级,可满足先进分布式综合飞行器管理系统的网络时间同步的要求。     

小型涡扇发动机分布式控制系统总线触发机制研究

为分析比较2种总线触发机制(时间触发和事件触发)对航空发动机实时控制的影响,以某小型涡扇发动机为对象,采用智能节点型分布式结构,构建了其分布式控制系统数字仿真平台;利用True Time/Matlab工具箱展开网络实时仿真研究,系统各节点通过CAN总线进行数据通信。以此仿真平台为基础,对2种触发机制下发动机的转速响应以及对应的时延统计结果表明:在事件触发机制下发动机转速超调量比时间触发机制下的大2.32%;在不同网络负载下,在事件触发机制下的时延大小和尖峰数均大于在时间触发机制下的。最终认为时间触发机制更适合于航空发动机分布式控制系统。     

面向IMA网络文件系统的双服务器结构设计

为了提高面向IMA网络文件系统的可靠性和实时性,设计了一种双服务器结构的网络文件系统。客户优先访问主服务器,在得不到主服务器响应时,访问从服务器;主服务器在无法满足同时有多个访问请求时,把一部分的访问请求分给从服务器;主服务器和从服务器通过数据实时更新和定时检测更新,保持数据的高度一致。