FC-AE-1553网络传输性能评价

为了提高航天航空网络传输性能,提出一种通用的FC-AE-1553网络传输效率计算方法并研制高性能FC-AE-1553节点卡.首先,对FC-AE-1553网络的消息传输过程进行详细分析,分析信息类型,给出传输帧的格式建议,通过分析FC-AE-1553协议中各类消息传输的时间参数,结合FC标准中对通信时间的要求,提出FC-AE-1553网络交换中各种消息类型的通信时间计算公式.然后, 针对无差错传输和有差错传输两种情况,给出了网络传输效率的计算方法.最后,通过仿真分析数据帧净荷长度、节点处理时间、交换中序列数量、传输误码率、丢包率等参数对FC-AE-1553网络传输效率的影响,给出了网络优化设计的建议.依托某航天工程任务,研制了基于XC5VFX100T和MPC8536E的FC-AE-1553节点卡.实验结果表明:丢包对传输效率的影响可忽略;数据帧净荷为2 048 B,数据帧数量为16时,传输效率可达到77.2%.      

空间通信协议分析与一体化网络安全问题探讨

目前国际互联网体系结构及其协议虽然取得了巨大成功，但是当面对诸如长延时、多丢失、网络分区或节点生存周期短等环境时运行却不尽人意，尤其在缺乏基础设施或有限电源功率严格约束的空间环境下运行性能大为降低。文章在定量分析的基础上，讨论了空间通信网络的特点，对CCSDS的SCPS协议进行了简要综合分析，并且提出空间网络与地面网络互连时解决安全问题的一种可能途径。     

自组织网络中UPMA协议的群间仿真

基于有效竞争预约接入、无冲突轮询传输的思想,结合分层分布式网络结构为自组织网络提出了依据用户妥善安排的多址接入(UPMA)协议,UPMA协议可以支持节点移动性和多跳网络拓扑,并使用网络仿真工具OPNET仿真评估了它的群间通信性能.该协议利用分群算法将多跳网络拓扑形成轮询所需要的两跳分群结构,包括预约接入和无冲突的轮询服务阶段.有分组发送的节点在每帧的竞争接入时隙中竞争接入.如果成功,则进入轮询服务过程;否则,在本帧重新开始的接入阶段中进行冲突避免和分解的预约接入过程.仿真结果表明,UPMA协议显著提高了多跳群间的业务传输效率,可以提供较高的端到端信道利用率、较低的端到端平均消息时延和较小的平均消息丢弃率.      

基于OPNET的CAN网络建模与仿真

为分析控制器局域网(Controller Area Network, CAN)协议,评价CAN网络性能,提出在OPNET网络仿真环境中CAN网络模型的建模方法.采用网络层次化建模方法构建节点模型.介质访问控制(Medium Access Control, MAC)子层中设计MAC、错误处理和帧间空间模块,保证系统结构清晰.通过进程设计,MAC模块中实现了网络实时性模型;错误处理模块中实现了连续错误下网络不可用模型.定义和编辑链路及数据帧模型.根据实例模型进行网络模型的配置和仿真.仿真结果与实例测试结果一致,验证了网络模型的有效性.通过分析具体网络仿真环境下的仿真结果,对CAN网络性能进行了讨论.该模型提供了独立可编辑的节点模型,链路模型和数据帧模型,可实现灵活的网络配置,用于不同网络拓扑分析.     

利用月面链路的月球车定位体制

提出一种利用月面月球车-着陆器UHF(Ultra High Frequency)近程通信链路的高精度测距、测角的新方法,实现月球车的精密定位.该体制采用直序扩频和CCSDS(Consultative Committee for Space Date Systems) Proximity-1协议实现月球车-着陆器之间的数据交互,利用双向异步传输帧非相干扩频测距方法实现精密测距,利用着陆器双天线形成短基线实现对月球车方位角的精密测量.讨论了用于测距的CCSDS Proximity-1协议帧结构、双向异步传输帧测距原理、方位角的载波相位差分干涉测量原理,以及建立月面着陆参考系并给出月球车精确定位的方法.研究表明,所提出的方法功能集成度高、信道资源利用率高、设备简单、性能指标满足月球探测二期月球车的月面定位、通信任务需求.      

共轴式无人直遥测自适应帧同步器及性能分析

某共轴式双旋翼无人直升机(简称无人直)遥测帧同步器以EPROM完成帧同步图样的相关检测,以软件实现帧同步逻辑和各种控制,以FPGA构成外围电路,能够自动适应无人机在不同工作状态下传送不同帧长和不同格式的遥测数据,并能支持较高的码速率(可达4 Mbps).通过性能分析,优化设计了各种帧同步参数.经过试飞,证明该遥测帧同步器性能良好,工作稳定,符合设计要求.     

高轨卫星星载计算机优化设计与实现

首先对当前星载计算机系统在高轨卫星领域的应用现状进行了分析,主要涉及处理器最小系统的存储器设计、数据共享及总线协议设计等。针对上述3个方面存在的不足,提出了处理器最小系统存储器优化设计方案,解决了存储器应用与选型的困境;采用“存储器+FPGA电路”的设计方法,实现了主备机数据共享;提出了一种自适应总线协议设计方法,解决了1553B总线协议通用性较差等问题。提出的设计方法,在中国下一代大容量通信卫星平台的星务计算机系统中得以应用,并取得了较好的效果,为星载计算机系统后续优化设计工作提供了新的思路。     

无线传感器网络中的跨层路由协议

为了减少无线传感器网络中的干扰产生,降低由此引起多次重传后的分组丢弃从而导致的额外重传时延和能量消耗,改善网络的传输效率和能量效率,提出了一种基于跨层设计的干扰感知路由(IAR,Interference-Aware Routing)协议.与现有的基于竞争的路由协议不同,IAR协议引入节点干扰度和能量度作为选路代价,通过干扰和能量感知的路由选择机制实现路由建立.利用节点收到的发送请求、清除发送和应答分组的计数作为干扰度的计算依据,从而在路由选择中避开了干扰易发生区域;利用下一跳候选节点的初始和剩余能量作为能量度的计算依据,从而均衡了各节点的能量消耗,延长了整个网络的寿命.仿真结果表明,与动态码字路由和ad-hoc按需距离矢量路由协议相比,IAR协议提高了能量效率、改善了网络的吞吐量、分组投递率和时延等性能.     

PDR监控系统的快速以太网通信设计

根据脉冲多普勒雷达(PDR)信号处理机的回波数据信号量大的特点,采用FPGA控制以太网控制器DM9000A实现了以太网MAC层和PHY层的功能。同时,FPGA还实现了UDP/IP协议栈的功能,最终完成雷达监控系统与显示终端计算机以网络的方式实现互相通信。通过仿真分析得出,这种FPGA的协议栈实现方式与嵌入式协议栈的实现方式相比,提高了通信速率,满足了雷达回波数据(约20Mbps)的高速连续数据流的传输要求。     

确定性无线传感器网络定向扩散路由协议

提出了一种新的确定性无线传感器网络定向扩散路由协议以延长网络生存期.Sink以泛洪方式周期性地广播Interest,网络节点依据收到Interest的时间先后设置与邻近节点的梯度值,最先到达的梯度值最大.选择梯度最大方向上的节点建立数据传输路径.通过调整剩余能量的阈值限制低能量节点加入路径以均衡节点能耗.定性分析和仿真结果表明,在单sink单事件及多sink多事件应用场合,所提出的协议在能耗及可靠性方面均优于定向扩散协议,且更易于实际实现.同时定性分析还说明所提协议能获得更好的时延及时延抖动性能.      

光学捷联基准导航计算机设计与实现

为满足当前光学捷联基准解算精度高、低功耗、小型化的需求,设计了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）和数字信号处理器（DSP）为核心的嵌入式导航计算机。对导航计算机（ENC）硬件设计进行了阐述,并重点研究了导航计算机信息处理模块（MPM）和数据采集通信模块（DCM）的协同使用,充分体现了DSP和FPGA联合使用的优点。其次,研究了基于主惯导航向和计程仪速度组合的Kalman滤波器设计,以解决长时间工作对系统精度的影响。最后,将该导航计算机实际应用于捷联基准中,通过半实物仿真试验,验证了导航计算机硬件方案的可行性和Kalman滤波器设计的合理性。结果表明,基于FPGA和DSP双核的嵌入式导航计算机性能稳定,设计合理,满足光学捷联基准高精度、低功耗的使用要求。     

基于稳定分簇的移动自组织网络路由协议

移动自组织网络的动态拓扑特性给其分簇路由协议的设计带来了一定的挑战,而分簇算法作为分簇路由协议中重要的技术手段,如何建立一种有效稳定的分簇机制,对分簇路由协议的性能至关重要。本文在大规模网络环境下,提出一种稳定的分簇算法,并在此基础上提出一种分簇路由协议。为提高网络性能,该分簇路由协议簇间采用被动模式,簇内采用主动模式,并且各个分簇由簇首、网关、访客和普通簇节点组成。仿真结果表明:该分簇算法减少了簇的数量和簇成员在簇间的切换次数,提高了分簇的稳定性。相应的分簇路由协议较该类协议也降低了网络的平均端到端时延和平均路由开销,提高了数据包接收的成功率。      

基于FPGA的红外目标识别神经网络加速器设计

在红外目标识别领域,基于卷积神经网络的深度学习算法的识别精度已远远超过了传统模式识别算法,但神经网络的实现需要庞大的计算和存储,难以在无人机等嵌入式平台上进行部署。针对此问题,将通道级量化策略和梯度的近似优化训练引入到了低比特神经网络模型的建立中,并提出了一种可充分利用硬件计算资源的FPGA加速器,其整体平均性能为65.6GOPS。与其他相关工作的对比表明,低比特量化方法及其FPGA加速器实现,可以为嵌入式红外目标识别系统提供一种能效高、识别精度高的解决方案。     

面向空间应用高可靠图像数传设备的设计与实现

针对空间高速图像数传任务需求, 设计并实现了一种采用SpaceWire总线传输协议的高速图像数传设备. 该设备的硬件以FPGA为控制核心, 完成对SpaceWire协议芯片的初始化配置、收发数据包处理、中断和异常状态处理等操作. 重点阐述了FPGA的可靠性设计, 包括状态机设计、异步时钟域设计和数据包传输与链路错误的恢复设计. 测试表明该设备能够稳定可靠地实现140 Mbit/s的图像数据传输, 对于链路的突发错误在一定时间内具有错误数据恢复能力, 能够有效保证传输数据的正确性和稳定性.      

移动IP中移动主机定位方法研究

当前的网络互联协议(如IP、IPX等)不支持移动主机与网络上其他主机之间进行互操作.移动IP协议为Internet上的主机提供移动性支持,并保证主机在子网间移动过程中不改变家乡地址及对IP层之上协议的透明性.移动Internet中移动主机定位策略是对移动IP协议的重要扩展.介绍了移动IP的基本构架和代理发现机制,在此机制基础上提出"地址滑动窗口"方法来进行主机定位,并且定义了蜂窝移动Internet.     

专用指令集在基于FPGA的神经网络加速器中的应用#br#

近年来，表现出极其优越性能的神经网络算法对硬件算力的要求逐渐提高.在一些低功耗场景如星载系统中，拥有可编程重构、高并行等特性的FPGA是神经网络算法较为合适的硬件加速平台.为了解决传统神经网络硬件加速器设计中片内资源消耗大、各功能模块耦合性高等问题，设计实现了一套专用AI指令集并应用在了基于FPGA的神经网络加速器的设计中.文章首先介绍了该指令集的设计方案.整个指令集由指令寄存器、指令解释器、指令转发模块、内存管理单元和多个模块构成.通过该指令集可实现对不同模块的复用，降低模块之间的耦合性.并以YOLOV3 Tiny网络模型为例，对比了平铺式和指令控制式两种加速方案的逻辑资源的消耗.验证了应用专用指令集可以减少约50%的FPGA逻辑资源的使用.