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.      

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.     

一种光纤通道轻量IP上层协议

在光纤通道网络平台上选用一种可用于性能测试的上层协议是网络测试手段的关键.IP上层协议技术已经十分成熟,在IP上层协议的基础上提出了一种光纤通道轻量IP上层协议,详细地规定了轻量IP上层协议的通信模式和数据格式。利用光纤通道接口设备IP驱动程序,通过中间层驱动插入的方法实现了光纤通道轻量IP上层协议的数据通信,并通过FC分析仪检测到实现结果符合设计的要求.最后分析了轻量IP上层协议短消息传输效率高、通信模式灵活简便、节点标识易于实现的优点,所以轻量IP上层协议适用于光纤通道网络性能的测试.      

星间链路抗干扰性能分析

星间链路中干扰是影响链路测量准确度的重要因素.抗干扰性能分析可以通过链路卫星空间状态信息和通信规划,分析不同类型的干扰对链路的干扰概率和干扰强度,最终得出链路对不同类型干扰的抗干扰能力.基于星间链路模型,结合链路通信规划,选择对链路系统影响较大的互干扰和单频干扰,分析了系统在运行周期内的干扰特性.经验证得出该链路模型和通信规划受互干扰影响较小,地面强干扰对系统影响可能导致单颗卫星短暂无法正常工作,但不会对整个星座性能产生影响.     

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。     

总线容错机制及其验证方法

卫星系统广泛采用容错技术以提高系统的可靠性,而总线通信的稳定性和可靠性对于系统任务的成功至关重要．工程研制中,通常采用总线容错技术对系统通信故障进行识别和屏蔽．介绍了基于故障仿真技术的总线容错机制验证方法,包括故障规格分析技术、故障用例生成技术和故障仿真技术,利用该方法对某星载软件的总线通信功能进行了容错测试,验证了方法的有效性和实用性．     

分布式卫星嵌入式计算机系统结构设计方法

针对分布式卫星的运行环境和任务特点,综合考虑分布式卫星嵌入式计算机系统在可靠性、安全性和实时性方面的要求,提出了一种基于三级容错的主辅式双系统体系结构设计方法。论文分析了分布式卫星的特点和星上嵌入式计算机系统的设计要求,对三级容错设计、主辅式双系统安全设计以及基于可信平台模块(TPM)的辅系统设计进行了详细的阐述。该设计方法已成功应用于地面原理验证系统中,结果表明其可以很好地解决分布式卫星嵌入式计算机系统的可靠性、安全性和实时性问题。     

SpaceWire CODEC的容错设计和实现

对SpaceWire CODEC进行容错设计是提高其可靠性的重要途径.分析SpaceWire协议的容错性能,介绍SpaceWire CODEC的容错设计方法,通过故障汇入和仿真验证了容错设计的有效性.     

深空星间链路信道建模及硬件模拟器研制

针对深空通信信道距离长、信噪比低、链路损耗巨大等特点,提出了太阳闪烁与多径效应影响下的深空星间链路信道理论模型。在此基础上,构建了一个基于硬件现场可编程门阵列和控制计算机的深空星间链路信道模拟器,有效模拟了深空星间通信的多径衰落、传播路径损耗和信道延迟,规避了投入高、风险高、耗时长的实地通信实验。实测结果表明,该深空星间链路模拟器输出的载噪比及误比特率波形与理论结果吻合,可用于实验室条件下对深空星间链路的实时模拟复现。     

航空电子限时令牌太赫兹互连的实时性能分析

在航空电子设备内部采用太赫兹通信技术实现cm级的板间或芯片互连可以减少引脚和接插件，缩小电子设备的体积，并降低维护成本。针对采用全向天线收发和开关键控（OOK）调制的近距离太赫兹通信网络，通过考虑分子吸收噪声和损耗的点到点通信链路分析，给出太赫兹信道容量计算结果；结合节点间的限时令牌多路访问协议，依据信道容量采用服务曲线模型进行最坏情况下总流量分析（TFA）和隔离流量分析（SFA）；充分考虑概率保证下应用层通信任务的突发度，得到限时令牌太赫兹互连的实时性能分析方法。案例研究表明：相较于时分多址（TDMA）方式，基于限时令牌协议的无冲突多路访问机制可以适应物理层容量和应用层负载的随机变化，保证了更小的延迟，有利于实现航空电子芯片间和板间的太赫兹互连组网和实时通信。     

基于循环神经网络的SPMA协议信道状态智能检测改进算法

为实现对时敏目标的快速探测、定位和打击,战术瞄准网络技术(TTNT)对战术信息接入信道、交互传输的实时性、可靠性提出高要求。TTNT采用基于统计优先的多址接入(SPMA)协议,通过周期性计算统计平均的思想,估计当前信道状态,控制战术信息接入信道的时机。该思想仅适用于流量相对平稳的情况,在流量非平稳时会导致较大的信道状态检测误差。针对此问题,引入流量预测技术,提出基于循环神经网络的SPMA协议信道状态智能检测改进算法。利用循环神经网络的学习特点学习历史流量数据的隐含特征,构建流量预测器对瞬时时刻的流量脉冲到达数进行实时预测,从而准确获取当前信道状态。实验结果表明：所提算法对信道状态的检测结果更接近真实值,显著降低了信道忙闲状态的误判率。     

基于以太网器件的高性能工业现场总线FED

研究一种采用通用以太网物理层元件和FPGA器件构成的现场总线FED(Fieldbus based on Ethernet Devices),在片上系统(SOC,System On Chip)上开发出实用的现场总线通信装置.FED不需要复杂的驱动程序就可以实现链路层通信,在链路层基础上可以根据控制需要设计应用层通信协议.FED采用基于带飞读写功能的集总帧结构,使用主从式通讯.FED系统由1个主站和最多255个从站组成,实现了100 Mbit/s的高速实时通信.建立了实验系统,验证了FED总线可以满足数控机床等工业自动化设备的控制需求.     

天基网络体系及自适应资源动态管理

随着天基网络应用范围的不断扩大和承担任务重要性的持续提升,天基网络及通信卫星星座建设将在未来网络通信中发挥越来越重要的作用.天基资源管理技术对于天基网络业务负载的实时性和高效性保证具有重要的意义.文章就天基网络的现状和业务特点进行分析,针对天基信息网络的资源管理系统功能和特点,对资源动态管理技术,包括实现场景、功能重构...     

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.      

导航星座星间星地一体化数据交互技术研究

导航星座时分轮询建链体制星间链路与非时分固定建链体制传统星地链路,数据交互机制区别显著,不利于导航星座与地面联合数据交互的高效实现.提出利用与星间链路信号体制一致的星地链路,将星间链路范围扩展至地面,以少量的地面站资源和统一的网络规划,实现星间、星地链路数据传输处理机制统一化以及网络资源调度管理一体化的方法,可支持全球...     

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.      

LA-CDMA蜂窝移动通信系统的无线定位技术

讨论了蜂窝移动通信系统中无线定位技术在智能交通系统(ITS)中的应用.特别针对了在我国具有自主知识产权的第三代移动通信系统,LA-CDMA系统中附加无线定位功能的原理与方法,提出了在正向链路和反向链路中分别实现定位服务方法,并指出各自的优点和缺点,同时分析了在CDMA蜂窝网络中定位所遇到的各种问题.     

科技资源信息检索关键技术

科技资源具有地理分布广、异构、复杂、海量的特点,为了高效查找和使用科技资源,提出了实现科技资源组织、表示、传输和访问的有效方法.设计了数据层、数据连接层和表示层3层体系架构,使检索系统具有开放性和扩展性.利用元数据技术实现科技资源的统一组织和表示,并基于轻量级目录访问协议LDAP(Lightweight Directory Access Protocol)的目录服务机制实现了科技资源元数据的存储和访问.提出了科技资源信息检索的多级缓冲机制和结果排序模型,对数据查询的性能进行了分析和优化,提高了查询速度,并可优先返回价值高的查询结果.