光纤通道节点端口状态机的分析、建模与仿真

随着航电系统的发展,传统的通信网络已经不能满足发展需要,光纤通道(FC)技术已成为航电系统新一代高性能网络的研究方向.研制机载FC网络,其中一个重要环节是FC协议分析,FC节点端口状态机作为FC-2层中最为基础但最为复杂的功能块需要重点突破.分析了FC节点端口状态机的状态组成,基于0PNET Modeler仿真软件,说明了FC端口状态机的建模和仿真结果,通过仿真分析为下一步深入研究FC协议积累了一些理论基础.     

光纤通道在航电设备中的应用和设计

随着信息技术的不断发展,现代战争对信息的传输和处理速度有了更高的要求。光纤通道作为新一代航电系统网络和总线新技术,它具有兼容性好、延迟低、可靠性高、传输速度快和传输距离远等优点,本文介绍了光纤通道的协议结构、拓扑结构、分类服务；并结合航空电子设备的具体需求,提出了应用光纤通道的方案。     

机载网络时间触发通信调度设计优化与评价方法

机载网络是航空电子系统实现信息传输与功能综合的关键组成,引入时间触发（TT）机制并安排合理通信调度可以有效保证机载网络实时可靠通信,但需要首先面对多种调度设计方法的选择问题。在总结了时间触发通信过程与特征的基础上,以时间触发以太网为分析对象,给出了基于可满足性模理论（SMT）、混合整数规划（MIP）和启发式算法等不同约束引导下的调度模型,并形成了基于强化学习（RL）的调度方法;从调度设计的求解能力与性能保障角度出发,建立了包括求解时间、可求解规模、传输延迟和调度模式的评价指标。以工业规模网络为研究案例对不同调度方法进行了验证分析,在评价指标的引导下对比分析了各种方法的适用场景,其中SMT方法可支持小规模案例,MIP方法具有明显的TT消息传输和调度求解运算优势,以遗传算法为典型的启发式方法和RL方法可实现大规模案例调度,虽然其TT延迟略高于MIP方法,但速率约束消息延迟优化程度分别达到7.97%和12.35%。在此基础上,进一步探讨了未来航电系统机载网络时间触发通信调度设计优化技术的发展趋势。     

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。     

基于CRC校验的航电网络传输通道安全性分析

完整性概率是民用飞机与系统安全性的评价指标之一。循环冗余校验(CRC)是航空电子系统通信网络中广泛应用的完整性设计措施。针对缺乏CRC校验定量安全性分析的现状,基于标准CRC校验的性能,研究了业务数据在航空电子系统通信网络传输过程中出现错误且被CRC漏检的概率。结合案例分析了CRC校验对航电网络传输通道完整性需求的影响。分析结果表明通过在应用层采取CRC校验等设计措施,并确保业务数据在网络传输过程中发生错误且被CRC漏检的概率满足顶层分配的完整性需求,则网络传输通道或链路层可无需考虑针对特定业务数据的完整性需求,进而缓解对网络传输通道的安全性需求。分析思路为航电网络CRC校验设计及安全性分析提供参考。     

数字视频总线在综合航电系统中的应用研究

针对现有机载视频传输系统存在的不足,提出了基于光纤通道FC的数字视频传输系统硬件架构,介绍了现有数字视频传输协议,比较分析了基于光纤通道-音频视频协议FC-AV的视频帧传输模式和基于航电数字视频总线的视频行传输模式下的传输协议设计及其对硬件设计的影响。     

光纤通道技术在航电系统中的应用

根据航电系统对总线和网络的需求,介绍了光纤通道的特性,对光纤通道的典型的结构进行了分析,指出在综合航空电子系统中采用光纤通道作为系统互连网络是一种很好的选择。     

航电环境下双冗余交换式FC网络的建模与仿真

通过分析光纤通道(Fibre Channel,FC)网络架构、协议及其冗余机制,将双冗余交换式FC网络抽象成链路、端口、终端、交换机和数据模型,开发航空电子环境下的双冗余交换式FC网络的仿真工具,仿真工具提供网络的吞吐量、数据传输延迟等网络性能评价指标。将实例网络实测和仿真的结果进行比较得出:时延误差和吞吐量误差在合理的随机变化范围内,其随通信负载的变化趋势一致,说明所建仿真模型能够反映航空电子FC网络的工作特性。     

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。     

基于静态优先级的调度

应用实时系统,如航空电子系统,不仅要满足调度任务的强实时约束,而且要具有较强的系统功能,即需要较高的系统任务可调度利用率。本文首先给出实时任务调度算法的分类及基于优先级调度算法的性能分析;然后详细描述了静态优先级任务系统的调度算法,以及在诸如航空电子系统数据传输网络设计中调度方案的选择。     

基于传输性能降级约束的机载网络可靠性研究

为提高因出现故障而导致网络设备资源不足时机载网络的可靠性,定义了两种机载网络传输性能降级约束,降级约束使用3个参数精确描述机载网络中消息实例传输成功或失败的数量及其分布.提出动态失效、关键函数和最小确定性将来序列等概念来对网络传输性能降级约束进行理论分析:通过计算关键函数值预先确定下一条消息实例传输失败是否会产生动态失...     

面向无人机蜂群的航电云多层任务调度模型

在航空作战体系中，基于航电云的无人机（UAV）蜂群作战是提高未来无人机综合作战能力的一种新模式。针对无人机蜂群作战的航电云架构，如何将云端作战任务派发到无人机且保证作战任务完成时间是其中关键。在无人机蜂群分层分簇网络结构和模块级资源虚拟化的基础上，对传统单层平台级任务调度模型进行改进，提出了一种细化到模块级的多层任务调度模型，将作战任务从云端逐层调度到无人机功能模块上执行。利用OMNeT++对无人机蜂群多层任务调度模型以及传统的单层任务调度模型分别进行仿真，云端以攻击使命组为例构建使命组集进行分配，并对任务吞吐量、消息平均端到端延时和任务完成时间进行性能对比。仿真结果表明：与平台级单层任务调度相比，在执行任务方面，模块级多层任务调度模型将单个任务平均完成时间降低了46.2%，将使命组完成时间降低了52.1%，在保证任务吞吐量的基础上具有对复杂任务更稳定的调度能力；在网络性能方面，模块级多层任务调度模型消息端到端延时更低，延时分布更集中，提高了网络消息传输的实时性。     

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.     

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。     

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。     

光纤通道在基于MIL-STD-1553的航空电子系统网络中的应用

光纤通道作为新一代的航空电子系统通信网络技术,具有传输速度高、延时低、传输距离远和可靠性高等特性,高达4G bps的数据传输带宽,为其上层通信协议提供了一种通用的高速率的数据传输通道。FC-1553作为光纤通道上层通信协议之一,对MIL-STD-1553通信协议具有完全的兼容性,它继承了传统MIL-STD-1553通信协议的基本特征,实现了向光纤通道链路层的映射,从而扩展了通信网络的结构,提高了网络的通信能力。本文首先介绍MIL-STD-1553和光纤通道的基本特性,然后描述在光纤通道中对1553通信协议的映射,最后,提出了基于光纤通道和MIL-STD-1553的航空电子系统通信网络结构。     

片间综合化互连时间触发通信调度方法

未来先进的分布式综合化航空电子系统需要实现跨越计算体系结构的信息综合,对微小型智能器件间的综合化互连提出要求。通过构建一种具有开放式接口的芯片间综合化互连结构,提出一种相应的时间触发（TT）通信调度方法。首先建立片间综合化互连模型和时间触发流量传输模型,给出负载均衡的选径方法;随后依据传输路径中各级节点各流量的发送时间偏移量计算流量传输的等待时间可行值,利用遗传算法优化调整各芯片发送端口的调度表相位,更新各流量在发送端口的时间偏移量,缩短最坏情况下的最大等待时间,得到具有全局优化意义的时间触发调度表。与使用Yices等SMT形式化求解器的TT调度表生成方法相比,本方法不会出现长时间不停机而无法判定的问题,且不论对于对称或非对称结构,案例研究表明本方法的可调度规模至少增加30%。此外,以流量传输等待时间占周期的比例作为归一化的传输延迟度量,与既有的基于特征任务的调度方法相比,案例研究表明本方法得到的传输延迟最多仅为后者的2%。     

基于分区代理机制的FC通信虚拟化方案设计

随着航电系统的发展,处理平台的集成度逐步提高,多核处理器集成多个应用将是未来应用的趋势。 但在使用多核处理器的系统中,由于多个处理器核并行运行,需要解决通信资源在多个处理器核之间的共享问 题。本文提出了一种基于分区代理机制的FC 通信虚拟化方案设计,可以实现多核架构下多应用、多分区共享 FC 网络接口设备进行通信。