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。     

优先级驱动的泛化航电网络实时性能分析

交换式网络利用空分交换结构大大提高了网络的整体通信容量,已成为新一代航空电子系统组网互联的典型手段,可以采用泛化网络演算实施典型组网特性下的机载网络实时性能画像和预测,但缺乏优先级策略下的网络实时性能分析手段。在对机载交换式网络优先级控制策略特征参数抽象化的基础上,利用网络演算理论实施了高低优先级控制的泛化网络演算建模,在突发度包络函数的边界约束下完成了不同优先级流量占比的端到端确界延迟分析,并给出了优先级占比分配方案推荐。在典型机载网络拓扑结构下利用随机生成案例对优先级驱动的泛化网络演算模型进行实验验证。结果表明：相比于采用详细流量配置的演算结果,本文提出的泛化网络演算的有效性超过33%,实现了基于组网特征的机载网络性能预估。     

一种多核分区操作系统的绑定组调度方法

伴随机载计算平台对算力提升的显著需求,综合化模块化航空电子系统(IMA)采用多核处理器和相应的多核分区操作系统成为必然趋势,从而对目前仅适用于单核处理模式的多分区调度算法产生了进一步的能力扩展需求。面向多核处理的多分区调度算法需要在发挥多核处理效能的同时,继续维持机载安全关键系统的实时性和确定性特征。为此,提出一种基于...     

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。     

基于发布订阅架构的在线时间触发调度方法

混合关键性消息的调度优化是其应用于航空电子系统的关键，而日益增加的动态应用更加依赖于时间触发调度的在线求解。现有时间触发网络调度多基于离线调度设计，面对大规模组网应用其调度表生成耗时较长且生成后难以在线调整。为了更快地求解调度表，并适应在线调整需求，结合数据分发系统中的发布/订阅机制，构建了基于发布/订阅架构的时间触发网络模型；在其基础上提出了基于统一时间分片的时间触发调度在线求解算法，将连续时间离散为时间分片，并基于统一长度约束优化调度求解空间，极大地减少了调度表生成时间；进一步，根据时间分片长度度量链路负载情况，在消息调度过程中实现链路负载均衡的目的，在保障时间触发消息传输延迟需求的条件下降低速率约束消息的端到端延迟。实验结果表明：对于包含300条消息的网络，所提算法的求解速度是可满足性模理论求解的数千倍，同时速率约束消息的最坏端到端延迟比可满足性模理论求解降低了17.4%。对于包含2 000条时间触发消息的网络，所提方法生成调度表的时间为100 ms数量级。     

航空电子全双工交换式以太网标准研究

介绍AFDX的标准化文档ARINC 664系列规范的构成与发展过程,以及国内外在交换式以太网的平台电子应用领域的研究和标准化的进展情况,重点阐述为了适用航空电子"(时间)确定性网络"的需求,相关的规范(主要是ARINC 664第7部分)对网络流量控制与调度机制的实时性能保证机制的标准化规定,并展望经过实时性能改造的交换式以太网技术及其标准化工作在我国发展大中型飞机中的应用前景。     

航空电子全双工交换式以太网标准研究(续)

介绍AFDX的标准化文档ARINC664系列规范的构成与发展过程,以及国内外在交换式以太网的平台电子应用领域的研究和标准化的进展情况,重点阐述为了适用航空电子"(时间)确定性网络"的需求,相关的规范(主要是ARINC664第7部分)对网络流量控制与调度机制的实时性能保证机制的标准化规定,并展望经过实时性能改造的交换式以太网技术及其标准化工作在我国发展大中型飞机中的应用前景。     

航空电子全双工交换式从太网标准研究

介绍AFDX的标准化文档ARINC 664系列规范的构成与发展过程,以及国内外在交换式以太网的平台电子应用领域的研究和标准化的进展情况,重点阐述为了适用航空电子"(时间)确定性网络"的需求,相关的规范(主要是ARINC 664第7部分)对网络流量控制与调度机制的实时性能保证机制的标准化规定,并展望经过实时性能改造的交换式以太网技术及其标准化工作在我国发展大中型飞机中的应用前景.     

机载令牌传递网络的计算机仿真研究

从机载令牌传递网络的基本原理出发,建立了网络模型,按照计算机仿真的一般方法建立了系统的仿真模型,给出了仿真程序的实现,进而对仿真模型的有效性进行了验证,并给出了机载环境下的性能仿真。     

面向未来飞机的机载网络存储系统研究

根据未来飞机航电系统的拓扑结构以及机载各类数据特征,提出了一种高性能、高吞吐量和高可靠性的机载网络存储系统设计方法,从而满足了未来飞机对高性能存储系统的需求,允许机载各个设备客户端对服务器进行透明的文件访问,实现了跨平台的数据共享,为网络存储系统关键技术在航空产品上的进一步应用提供了技术基础。     

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...     

适应拓扑变化的拥塞最小化网络更新策略

软件定义网络的出现推动了航空集群机载网络的发展，同时也为机载网络的一致性更新带来了挑战。针对拓扑变化导致的网络更新期间可用路径失效问题，提出适应拓扑变化的拥塞最小化网络更新策略。首先，为减少可用路径失效带来的数据包丢失，在更新之前采用重路由机制进行处理；然后，针对重路由机制可能引起的网络拥塞，设计了贪婪流迁移算法缓解拥塞；最后，通过瞬时拥塞最小化更新算法完成整个网络更新。仿真结果表明：与传统的拥塞一致性更新算法相比，所提更新策略用规则开销、瞬时网络拥塞方面的少量提高换取了网络更新期间数据包丢失的显著降低。     

软件定义网络在无人机地面站的应用研究

借鉴软件定义网络（SDN）的思想,提出一种网络智能流量控制方法并研制出智能流量控制软件。它综合采用网络态势感知技术、显式拥塞通告技术、数据中心传输控制协议和多队列调度技术来实现了网络态势动态感知和网络流量全局控制。该软件在半实物仿真软件定义网络环境中进行了测试,测试结果满足了预期的指标;该软件还在某无人机地面站中进行了验证,显著提高了测控数据在网络中传输的确定性。     

TTE通信技术在混合安全关键系统的应用

确定性通信是构建混合安全关键系统的关键技术。分析了混合安全关键系统对网络通信的要求,探讨了时间触发以太网的体系结构、时钟同步机制、数据传输控制机制、余度与故障控制机制等,针对混合安全关键系统的要求,详细分析了时间触发以太网的实时性、确定性、高可靠性等特性。分析表明:时间触发以太网是构建混合安全关键系统的优选通信网络,能有效降低系统集成复杂性和费用。     

基于多分区操作系统的多核确定性调度方法设计

为提高多分区操作系统环境下多核处理器的应用带来的操作系统任务调度的确定性,研究了多分环境下多核操作系统结构,从处理器核心和分区的资源分配和分区调度表的时间同步角度出发,采用了静态配置、处理器绑定和时间窗口调度方法,实现了处理器资源的确定性分配,解决了调度表之间的时间同步问题。测试结果表明,方法有效提高了分区环境下多核操作系统任务调度的确定性。     

楼宇自动抄表系统初探

基于数字化电度表、计算机网络技术及电力系统电网调度管理网技术，提出了电力公司的自动收费系统的设计方案。介绍了系统的组成和功能，并对“用户段”系统的组网关键技术要点进行了描述。该系统可推广至各种公用事业的自动收费系统中。     

面向对象的机载实时控制计算机的研究

如何把面向对象程序设计的方法，运用到实时控制计算机中去，是目前被高度重视的一个研究方向。本文根据机载实时控制计算机具有实时性、确定性功能分布及系统复杂性等特点，对面向对象程序设计机制在机载实时控制计算机环境中的应用进行了深入的研究与探讨。     

机载多媒体网络传感器技术研究

为了解决机载设备获取的视频图像不清晰、数据容量小等问题,本文研究了机载多媒体网络传感器的实现技术,给出了机载多媒体现场记录系统的总体技术方案,并讨论了显示器、存储单元及MCU单元选择等问题.网络传感器技术能够提高机载图像和数据获取及记录的能力;机载多媒体现场记录系统是实现机载图像和数据获取的一种高效可行的方法.     

民机机载系统网络安保适航政策分析

随着信息化、网络化技术的不断发展,机上互连接口的数量和种类越来越多,在带来性能提升的同时也引入了安保风险,给民机安全性带来了挑战。梳理了新一代民机内部网络域、外部网络域的接口类型,总结了国际民航组织、美国联邦航空局、欧洲航空安全局等各机构针对网络安保问题的审定政策,分析机载网络安保相关的工业标准及审定要求,给出了在实际审定中的审定要素和要求。本研究可为我国民机机载系统网络的适航审定提供理论支撑。     

机载总线网络及其发展

从当今机载电子系统对信息传递的需求出发,纵观航空电子综合化系统的发展阶段,说明为了适应新一代航空电子系统的大容量、深层次的信号与信息综合的要求,机载互连手段从较低速率的总线向宽带网络发展成为必然的趋势。介绍了光纤通道(FiberChannel,FC)、可扩展性一致性接口(ScalableCoherentInterface,SCI)以及波分复用光网络等宽带互连方案,给出它们的研究动向,说明它们作为先进综合式航空电子系统统一网络(UniversalAvionicsNetwork,UAN)的候选所具有的特点。