基于分层的网络拓扑结构可视化方法研究

网络的拓扑结构对于网络管理系统必不可少,将复杂的网络拓扑结构可视化是迅速掌握网络拓扑结构的高效方法.针对这个问题提出了一个适合中小规模网络拓扑显示的可视化方法,该方法的特点是以分层的方式来进行网络拓扑的显示,主要设备和次要设备分属于不同的显示层次;并且主要设备又按照自顶向下的层次化结构显示,使得整个拓扑清晰、明了;同时对于已显示的拓扑允许网络管理员灵活地改变显示位置.详细阐述了该方法的主要思想以及实现过程中用到的关键技术.      

基于度中心性的AFDX网络拓扑生成

航空电子系统随着任务需求和技术的发展不断向深度综合演进,其系统的复杂性给网络的设计和验证带来了巨大的挑战,如何通过网络生成实现受限资源条件下航电信息交互的实时性能保障是目前亟待解决的问题。针对目前存在的无法对航电网络进行实时性调控的拓扑设计方法进行改进,依据终端节点之间所有虚拟链路的最大通信帧长之和的大小关系,提出一种基于度中心性理论的航空电子全双工交换式以太网（AFDX）网络拓扑生成算法。将终端节点之间数据帧长作为节点度的衡量标准,对所有终端节点进行集合划分,并根据集合中终端节点的数据帧长对交换机进行连接。采用确定性网络演算以及仿真的方法对基于度中心性的AFDX网络拓扑生成算法进行效能评估。利用确定性网络演算方法,在小规模虚拟链路（VL）的组网下,结果显示:基于度中心性的拓扑生成算法生成的网络拓扑中75%的VLs实时性能优于原始人工设计的网络拓扑,且端到端延迟平均减小9.37%。利用OMNet++仿真方法,在1 400条虚拟链路的组网规模下,结果显示:基于度中心性的拓扑生成算法生成的网络拓扑中94.3%的VLs实时性能优于人为规划网络拓扑,且端到端延迟平均减小50.2%。由此表明:基于度中心性的拓扑生成算法很大程度上提高了网络的实时性能保障。      

自组织网络中的分布式能量感知拓扑控制算法

为了有效利用无线自组织网络的能量,将最小连通支配集和计算几何学相结合,提出了一种自组织网络中的分布式能量感知拓扑控制算法.首先选举能量寿命较长的节点构建能量感知最小连通支配集,保证支配节点有充足的能量完成路由转发任务.之后在能量感知最小连通支配集上面构建Delaunay三角剖分,降低节点数据发送能耗,保证链路的能量有效性和网络拓扑的平面性.在原有连通支配集失效的情况下,选举能量寿命较长的替代节点进行拓扑重构,实现动态网络能量均衡.仿真结果表明,本算法在获得小的支配集的同时延长了网络寿命.      

航电系统SCI环型互连的可靠性建模研究

研究了SCI(可扩展一致性接口)环型互连的可靠性建模问题.结合SCI协议及航电系统ICD(接口控制文件)设计文件,提出了基于消息流的源-目的可靠度概念,建立SCI环型互连系统的可靠性模型,并针对3种环型拓扑进行了可靠性的建模分析,指出该可靠度指标对消息流的制定及航电系统任务的可靠度分配具有重要指导意义.      

航电系统SCI互连的可靠性模型研究

研究未来航电系统关键协议——SCI(可扩展的一致性接口)的可靠性建模问题.从SCI互连的基本模型出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了系统的可靠性模型,并针对航电系统中SCI的蝶型互连进行了可靠性分析,指明该方法在航电系统设计阶段对于任务划分和拓扑选择都将起到指导作用.      

轮盘概念设计中拓扑和形状同时优化方法

为了减小人为选择参数对优化结果的影响,针对航空发动机轮盘概念设计阶段的结构优化问题,提出了拓扑和形状同时优化(STSO)法.该方法是在变密度(SIMP)法的基础上,通过分析优化目标和约束的灵敏度,用序列二次规划优化(SQP)法进行求解.接着,以板壳结构为例,对比分析了STSO法和分步优化法的结果,说明了拓扑和形状同时优化方法的优点.最后,将同时优化方法应用于轮盘结构概念设计,对比分析了使用拓扑和形状同时优化方法与单独拓扑优化方法进行轮盘结构优化的结果,探讨了不同振型对应的频率约束对优化结果的影响.结果表明,不同振型对应的频率约束下优化结果的结构形式呈现多样性;相较于单独拓扑优化方法,STSO法收敛速度较快、结果也更精确;但是由于形状优化变量取值范围选取不当,有可能会出现网格畸变过大,而导致STSO法所得的结果无效.      

电小天线宽带匹配网络的优化设计

提出了一种新型的适合于电小天线匹配的网络拓扑结构并成功地进行了验证.采用了实频数据法和直接优化法相结合的优化方法来设计电小天线的宽带匹配网络.从电小天线的特性出发,分别采用全段匹配和分段匹配的方法设计其网络拓扑结构,利用算法的寻优特性针对电小天线进行宽带匹配设计,显著提高了电小天线的使用效率和性能,并且利用仿真软件进行了计算和验证,最后对这两种方法进行了比对.设计结果表明:经过优化设计后,该电小天线的电压驻波比在100~180MHz内小于2.5且其效率基本上大于30%.所提出的网络拓扑结构非常适用于电小天线的宽带匹配,在设计电小天线以及其它天线的宽带匹配网络上具有很大的应用前景.     

航空电子环境下FC网络的建模与仿真

机载网络是航空电子系统的重要部分.从航电系统对数据传输的需求出发,研究了光纤通道(FC,Fibre Channel)网络复杂混合拓扑的建模与仿真.在协议分析的基础上,将不同拓扑结构的网络抽象成终端与交换机模型的组合,并分别建模.基于离散事件系统仿真方法构建了适合航空电子环境的FC网络仿真平台,并提供网络吞吐量、延迟和实时性等性能指标的评价方法.仿真结果与实测数据相对比,误差小于10％,验证了模型的有效性.使用仿真模型进行案例分析,对机载FC网络做出性能评价.      

利用重要性贡献矩阵确定通信网中最重要节点

针对已有的节点重要性评价方法,基于节点的移除可能导致网络拓扑结构变化的不足,提出了一种利用节点间关联特性的通信网络节点重要性评价方法.该方法定义的节点重要性贡献矩阵(NICM,Node Importance Contribution Matrix)考虑了网络中不同节点间的联接关系对节点重要性的影响,每个节点对其相邻节点重要程度的贡献与该节点的度有关,节点的初始重要性设为该节点的介数.利用该算法对典型网络的节点重要性进行了分析,并且与移除节点的方法进行了对比.实验结果表明,所提出的算法无须考虑网络拓扑结构的变化,结果精确并能正确评价节点对网络资源的控制能力.     

FC互连的可靠性建模

对于光纤通道 (FC)互连的可靠性计算问题,从FC的基本模型出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了FC互连系统的可靠性模型,并给出了系统可靠度矩阵的表达形式.针对FC互连3种基本拓扑结构:点到点、仲裁环和交换网络,根据可靠性模型直接给出了表达式;针对FC组合拓扑结构连通性的特点,在可靠性模型中引入桥端口的概念,给出了组合拓扑结构互连可靠性模型的表示方法;针对FC协议中的交换网络和仲裁环组合拓扑结构互连给出了建模实例,通过分析桥端口对任务路径的影响,得到了桥端口对于FC互连可靠性影响最大的结论.基于任务的可靠性建模和计算方法在航电系统设计阶段对于任务划分和拓扑选择都将起到指导作用.     

卫星高功能密度综合电子系统设计

微小卫星综合电子系统承载了卫星大部分功能，是卫星任务处理和控制的中心，未来新的智能化应用、星群应用、通信服务等需求也将由卫星执行，对综合电子系统提出了新的要求。分析了国外典型小卫星综合电子系统，具有功能综合度高、多数功能集中在一台计算机中、卫星功能软件化的特点。设计了基于软件定义的综合电子系统一体化结构，硬件采用高度集成的模块化设计，软件采用分层和组件化设计，将系统功能进行分层，通过软件定义组件的方式实现各层功能和业务。高功能密度综合电子系统由一个通用化的高性能硬件平台和各种可加载的APP软件组成，除传统功能外，还可扩展自主任务管理、星间组网和载荷管理等功能，不仅使卫星的集成度和功能密度大幅提升，还能实现卫星功能重构，达到一星多用、一星多能的目的，有利于紧急时期卫星系统快速构建与应用，对于未来星座组网应用也具有一定意义。     

空间系绳碎片碰撞生存能力研究

空间系绳结构和几何尺寸对其在复杂空间环境中抵抗碎片碰撞的能力有显著影响.本文根据系绳-碎片碰撞模型和泊松分布,计算了双股系绳和带状系绳被碎片割断的概率,分析了太空碎片对系绳生存能力可能造成的影响.双股系绳是由两条平行系绳每隔一段距离打结连接构成,带状系绳可视为一种横截面为矩形的特殊单股系绳.首先对单股系绳被碎片割断的概率进行建模,然后构建双股系绳和带状系绳生存能力函数,最后根据空间碎片环境模型,对比分析具有不同结构、不同尺寸的系绳的生存能力.仿真结果表明,相较于单股系绳,双股系绳和带状系绳的生存能力有明显提高.      

深空探测器模块化结构动力学研究

随着深空探测器技术的不断发展,深空探测器设计逐渐转向模块化和标准化。串联结构是模块化深空探测器常见并较为合理的结构形式,而如何将运载对探测器整体模态频率的指标要求合理转化为对探测器各个模块结构的设计要求是当前工作中的一项挑战。根据子结构综合模态法并基于固定边界法和悬臂梁理论,提出了探测器子结构模块动力学模态指标的分配方法。采用3种子结构模块极限处理方法,用全解析方式推导了子结构模块的基频表达式,并分析了子结构模块的动力学特性与探测器整体结构动力学特性之间的关系。提出的子结构模块的动力学指标分解方法操作简单,精度较高,可为串联式模块化深空探测器的设计提供关键性的指导。     

航空电子WDM网络多信道强实时调度设计

对航空电子强实时网络,提出了一种广播选择型和波长路由型混合波分复用体系结构和其调度结构模型.针对航电多信道强实时消息,提出了多信道负载比例轮转调度方法,以消息的负载比例在多信道上分配权值.分析了子系统内部消息和子系统外部消息在体系结构中调度模式的不同,推导了经过单次调度的子系统内部消息和经多次调度的子系统外部消息的多信道强实时调度约束条件,从而满足了航电系统所有消息的端对端的实时传输.针对航电实际系统,从系统资源和稳定性等角度提出了关键性参数的设计优化方法.最后用一个航电消息集实例进行具体说明.     

航空电子WDM光网络可靠性建模

为了构建先进综合化航空电子系统的统一网络,提出了基于WDM （Wave-length Division Multiplexing）光网络的航电骨干网与外接边缘网互连方式的航电统一网络,并采用多跳ShuffleNet网络作为航电光骨干网的模型.针对综合化航电网络的可靠性问题,建立了基于航电任务与任务路径的可靠性建模方法,给出了保证任务执行成功的可靠度计算公式.以ShuffleNet航电光骨干网作为建模实例,通过对航电任务可靠度的分析计算,得到了系统任务的执行时间、网络规模、任务路径的跳数对系统可靠度影响最大,而同等条件下光纤链路的复用波长数对任务可靠度影响不明显的结论.仿真结果显示,基于任务的可靠性建模与计算方法可以为航电系统的可靠性分析提供理论基础.     

机载UMS分布式容错计算机系统设计

综合控制管理是机载机电设备发展的趋势.针对航空机电设备综合控制管理预研项目,利用分布式容错技术、高可靠航空电子总线技术和嵌入式实时多任务操作系统应用技术,设计并实现了一个分布式容错计算机系统.讨论了系统的工作特点、系统结构、通信网络、冗余管理和实时容错分布执行软件.