AFDX端系统发送单元的研究与实现

AFDX网络已成为客机、运输机综合化航空电子系统的主干网络,AFDX端系统(ES)是其重要的组成部分。介绍了ARINC664标准对ES设计关键的虚拟链路、子虚拟链路、带宽和抖动要求,论述了ES发送单元的结构、组成和流程分析,重点描述了虚拟链路和子虚拟链路的发送调度机制和实现方法。采用FPGA实现了AFDX端系统发送单元的功能目标,为研制自主化的ES产品奠定了基础。     

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。     

AFDX总线网络数据传输分析

对AFDX总线进行了系统性介绍,其中包括AFDX总线虚拟链路的配置和调度及总线的冗余管理,对总线时延及时间抖动进行了分析,对总线中的数据原语类型、数据结构及消息帧结构进行了研究,在此基础上对AFDX总线上数据的传输进行了详细的分析,总结了民用客机综合航电系统采用AFDX总线的可行性。     

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航空总线仿真测试技术研究

为了对AFDX总线的网络系统进行测试,采用德国AIM公司所研制的仿真测试软件fdXplorer及API-FDX-2仿真测试板卡,搭建虚拟的机载数据总线的通信仿真测试系统,仿真AFDX数据包的发送、接收和监控。     

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%。     

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.     

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.