强实时条件下光纤通道仲裁环带宽分配方法

光纤通道是一个为适应高性能信息传输要求而提出的计算机通讯协议,仲裁环是光纤通道的基本拓扑结构之一.为解决网络消息集实时发送的问题,研究了光纤通道仲裁环拓扑在强实时条件下的通信性能.依据实时系统中的周期任务模型和光纤通道仲裁环协议规定的访问公平机制,采用负载匹配算法提出了一种适用于仲裁环网络的带宽分配方法.推导并证明了采用该方法时在最坏情况下消息集强实时的网络可达负载率不低于50％.     

基于可编程控制网关的一体化网络体系结构

当前IP网络和非IP网络长期共存,协议体系和通信体制互不相同,异构网络的互联互通困难.针对这个问题, 首先从异构网络间连接的关键节点——网关出发,通过将网关底层的数据转发和控制功能分离,并将网关上层的管控功能和应用服务功能抽取出来,提出了一种基于可编程控制网关的一体化网络体系结构.该系统结构将网络分为一体化网络协同管控单元、子网间可编程控制网关节点和异构子网3层,设计了基于典型异构网络的互联协议栈,以集成不同的网络协议.进一步在一体化网络构架的基础上,给出并分析了异构网络的抽象与描述、基于可编程网关的异构子网智能适配技术、一体化网络的资源管理与协同优化理论等关键技术.最后基于民用航空通信给出了一个异构互联示例,表明一体化网络体系结构的可行性.      

IPSec设计及实现

IP安全协议IPSec是一种可无缝为IP引入安全机制的协议套件,是目前唯一一种适用于所有Internet通信的安全技术,它除适用于目前的IP版本(IPv4)之外,也适用于下一代IP(IPv6).分析了IP安全协议的体系结构,对IP安全协议的实现方式、各个组成部分进行了讨论,给出了IP安全协议的实现机制及其应用方式,最后简单地探讨了IP安全协议的局限性和未来发展的方向.      

BACnet与Internet的互联

对比分析了目前2种BACnet(楼宇自动控制网络数据通信协议)与Internet的互联技术,即B/IP PAD(BACnet/Internet协议包封装/拆装设备)和BACnet/IP,并指出了这2种技术所存在的问题.提出了一种基于BACnet网关的互联模型,此网关工作在BACnet网络层,需要配置一个独立的IP地址和一个BACnet网络号,同时也必须维护一个对等网关的IP地址与BACnet网络号的本地数据库.该模型通过BACnet网关来完成不同协议之间的语义转换、广播及管理等功能,为BACnet网络与Internet之间提供了统一的网络接口,增强了楼宇控制网络与Internet融合的能力,并大大简化了BACnet网络与Internet的互联过程.在研究此模型的体系结构和工作流程的基础上探讨了该模型的实现方法.     

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。     

工业以太网EtherCAT冗余和热插拔技术

EtherCAT是一种实时工业以太网协议,使用冗余技术是实现热插拔和提高通信可靠性的重要手段.首先介绍了实时工业以太网EtherCAT的组成、工作原理和报文结构,研究了使用环型网络拓扑结构实现基于EtherCAT的工业自动化控制系统故障容错及热插拔技术,分别规划了在网口故障、链路故障和节点故障时冗余帧传播机制、故障点定位和恢复策略.开发了链路冗余EtherCAT主站驱动程序,将常规EtherCAT主站驱动程序做了修改,加入链路冗余机制,对上层应用屏蔽了冗余信息和操作.最后完成了冗余和热插拔的性能测试实验,结果表明系统性能优越,运行稳定.     

基于双CAN总线的数字伺服通信协议

分析了目前国外先进数控系统现场总线的通信特性,提出和定义了一种基于双CAN(Controller Area Network)总线的数控系统位置控制通信协议——CANsmc(CAN for Synchronous Motion Control).CANsmc采用主从式的双通道网络,由一个主站和最多61个从站组成,实现了带有广播同步电报的轮询式通信.协议以通用的CAN总线芯片为硬件基础,利用CAN芯片通信报文的描述符定义出CANsmc的通信报头.CANsmc共定义了3种电报类型:主站同步电报MST,主站数据电报MDT和伺服电报DT.主站通过主通道向从站发送MST和MDT,从站在收到MDT后通过从通道向主站反馈DT.最后,建立了一个CANsmc实验验证系统,用软件的方式实现了CANsmc协议,主站基于PC机ISA总线,从站是一个位控卡,可以实现位置、速度、回参考点等多种控制.实验证明,CANsmc总线可以满足先进工业机器人和数控机床控制系统的应用要求.      

光纤通道网络实时性能分析

针对航空电子光纤通道网络的实时性问题,建立了光纤通道的网络演算模型,分析了在交换机不同服务策略下系统各类数据流的延迟上界情况,给出了计算在交换机不同服务策略下各类数据流延迟上限的数学方法.分析结果表明与先到先服务(FCFS,First Come First Service)服务策略相比,非抢占式静态优先级(NPP,Non-Preemptive Priority)服务策略可以降低高优先级数据的延迟上界,能更好地满足高优先级数据的强实时性要求.通过与仿真结果比较可知,仿真结果与此数学方法的分析结果一致,此方法适于分析系统中各类消息的延迟上界情况,可用于光纤通道网络设计和性能评价.      

航空电子系统的光纤网络结构与技术

针对先进航空电子系统对数据网络的高速和混合通信的需求,基于分布式控制、实时存取和故障容忍的设计思想,进行了分布式光纤网络的结构设计和协议选择.重点分析了光纤链路、介质访问控制协议、拓扑、容错技术和网络管理软件.分析结果表明,基于1394b总线的分布式容错光纤网络能提供确定和可靠的通信,同时该吉比特光纤链路满足误码率要求且功率余量达13dB.因此它是具有高带宽、低延迟和易扩展优势的高综合网络结构.      

天地一体化网络地面软网关技术及其应用

对天地一体化网络进行研究,重点对基于IP over CCSDS 协议的天地网关技术进行了分析,在此基础上提出了地面网关软件化技术。文章提出并实现了网关软件化实现过程中关键技术“数据链路层协议解析”和“网络层IP 数据包透明穿越”。与传统地面网关硬件实现相比,该技术具有成本低廉,使用配置灵活,可移植性强的特点,同时,该技术对使用环境和用户数量的变化具有高适应性,具有良好的应用前景。通过视频天地通信实例验证了地面软网关技术的有效性。     

面向空间通信的DTN一体化传输性能约束研究

相比于地面网络，空间通信链路具有较长的延迟、频繁的中断、较高的误码率及上下行链路非对称等特性，互联网成熟的网络技术并不适用，对网络可靠传输性能的保障提出了挑战。不同于空间IP协议体系方案，针对空间通信链路特性，采用多种传输机制兼容的DTN（delay tolerant networking）协议架构。重点针对链路非对称、和信道误码率等特性，研究对保障可靠传输的TCP和LTP两种传输机制的性能制约，并给出LTP（Licklider transport protocol）机制的跨层包尺寸优化模型。基于半实物仿真平台，构建静止轨道GEO以下的空间通信场景，进行真实数据流仿真，分析链路因素对协议传输性能的影响。仿真结果表明，在近地端误码率和信道非对称比例较小的空间通信场景中，仍可以采用TCP机制保障可靠传输，但对于误码率和信道非对称比例较高的通信场景，应考虑采用LTP传输机制保障通信的有效性和可靠性。     

基于流量线性相关的IP网物理拓扑发现算法

IP网络物理拓扑发现通常依据设备的地址转发表(AFT, Address Forward Table)实现,相关数据通过简单网管协议(SNMP, Simple Network Management Protocal)获取.但在实际网络中,由于各种因素这种方法发现的结果往往不精确甚至有错误.提出基于网络流量特征的拓扑发现算法.首先将网络设备接口流量随时间的变化看作随机过程,给出接口速率的相关函数定义;然后证明了物理直连的设备接口间的网络流量具有最高的线性相关性;进而提出了基于接口流量线性相关性的IP网络物理拓扑直连关系的发现算法,实现对物理拓扑的最似然估计.最后,在实际网络中对该算法进行了验证.      

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.      

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.     

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%.      

IPX实时通信软件的设计与实现

分析了基于IPX(Internetwork Packet eXchange)协议的实时通信编程原理,讨论了针对某网络所开发的实时通信软件IPXSR的设计思想、特点、实现技术和调用方法.目前该软件已经通过了验收和鉴定,在实际系统中得到应用,效果良好.并能够方便地移植到其他的物理网络系统中,具有较大的实用价值.