航电系统SCI环型互连的可靠性建模研究

研究了SCI(可扩展一致性接口)环型互连的可靠性建模问题.结合SCI协议及航电系统ICD(接口控制文件)设计文件,提出了基于消息流的源-目的可靠度概念,建立SCI环型互连系统的可靠性模型,并针对3种环型拓扑进行了可靠性的建模分析,指出该可靠度指标对消息流的制定及航电系统任务的可靠度分配具有重要指导意义.      

FC互连的可靠性建模

对于光纤通道 (FC)互连的可靠性计算问题,从FC的基本模型出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了FC互连系统的可靠性模型,并给出了系统可靠度矩阵的表达形式.针对FC互连3种基本拓扑结构:点到点、仲裁环和交换网络,根据可靠性模型直接给出了表达式;针对FC组合拓扑结构连通性的特点,在可靠性模型中引入桥端口的概念,给出了组合拓扑结构互连可靠性模型的表示方法;针对FC协议中的交换网络和仲裁环组合拓扑结构互连给出了建模实例,通过分析桥端口对任务路径的影响,得到了桥端口对于FC互连可靠性影响最大的结论.基于任务的可靠性建模和计算方法在航电系统设计阶段对于任务划分和拓扑选择都将起到指导作用.     

航空电子WDM光网络可靠性建模

为了构建先进综合化航空电子系统的统一网络,提出了基于WDM （Wave-length Division Multiplexing）光网络的航电骨干网与外接边缘网互连方式的航电统一网络,并采用多跳ShuffleNet网络作为航电光骨干网的模型.针对综合化航电网络的可靠性问题,建立了基于航电任务与任务路径的可靠性建模方法,给出了保证任务执行成功的可靠度计算公式.以ShuffleNet航电光骨干网作为建模实例,通过对航电任务可靠度的分析计算,得到了系统任务的执行时间、网络规模、任务路径的跳数对系统可靠度影响最大,而同等条件下光纤链路的复用波长数对任务可靠度影响不明显的结论.仿真结果显示,基于任务的可靠性建模与计算方法可以为航电系统的可靠性分析提供理论基础.     

IEEE-1394b互连网络的可靠性建模

对于IEEE-1394b互连的可靠性计算问题,从IEEE-1394b的拓扑结构出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了IEEE-1394b互连系统的可靠性模型,并给出了系统可靠度矩阵的定义.针对IEEE-1394b协议的特性,提出了IEEE-1394b互连系统的互连矩阵定义.对IEEE-1394b互连系统在航电系统的典型应用进行建模分析,给出其任务路径集和单一路径失效概率,得到了任务路径的可靠度.通过分析中继端口单元对任务路径的影响,得到了中继端口单元对于IEEE-1394b互连可靠性影响最大的结论.      

一种数据链用户保障策略研究与设计

针对数据链性能质量和服价问题,提出一种基于可靠性理论的数据链用户冗余策略,并建立 数学模型.模型综合平衡了冗余运行和正常维护的关系,从而大大改进了系统的性能.模型采 用一定的状态检查和验证策略,有效保证网络的正常工作.设备之间各自独立,相互协作, 合作完成容错任务.该模型与特定的系统应用环境无关,提供了一个通用的容错系统框架, 并给出实例说明其计算方法.      

SCI网络拓扑结构的可生存性

从航空电子系统的需求出发,研究了适于航电系统的SCI(Scalable Coherent Interface)网络拓扑结构的可生存性.选择了由双节点或skip-a-node结构形式构成的网格形、蝶形等适于SCI网络的拓扑形式并构造了二种网络拓扑结构以便于不同结构的可生存性比较.同时考虑边及节点损坏的情况,利用图的邻接矩阵对网络连通关系进行了计算和分析,找到并印证了具有高可生存性的拓扑形式,同时发现相同结构下小环方向的改变对可生存性也有影响.      

容错待命储备系统的任务可靠性计算

讨论了待命储备系统具有容错性能时的任务可靠性计算, 由于故障检测器、切换器和待命器件是否可靠,直接影响该容错系统的可靠性.为了正确评估系统的任务可靠性,这里考虑了检测器和切换器存在一定的误警率和误切换率. 据我们所知,Markov模型是处理这个问题的主要工具,而国内很少有这方面的讨论.本文用Markov理论来确定系统的状态及其状态转移矩阵, 从而容错可靠性的计算问题得到解决,此外还讨论了有关误差概率的计算模型.     

基于满意度的贮备多阶段任务系统可靠性优化

分析了多阶段任务系统成功运行的条件;在冷贮备系统的可靠性计算模型的基础上提出了单元是二态,失效率服从指数分布的冷贮备多阶段任务系统的可靠性计算模型;建立了系统可靠度、体积、重量和价格的子满意度函数,并利用层次分析法确定各个子满意度函数的影响因子;构建了基于综合满意度函数的贮备多阶段任务系统可靠性冗余优化模型,应用微粒群算法对模型进行求解.算例通过一个3个阶段的冷贮备系统来阐述该方法的应用,并验证了模型的合理性及算法的有效性.      

航空电子WDM网络多信道强实时调度设计

对航空电子强实时网络,提出了一种广播选择型和波长路由型混合波分复用体系结构和其调度结构模型.针对航电多信道强实时消息,提出了多信道负载比例轮转调度方法,以消息的负载比例在多信道上分配权值.分析了子系统内部消息和子系统外部消息在体系结构中调度模式的不同,推导了经过单次调度的子系统内部消息和经多次调度的子系统外部消息的多信道强实时调度约束条件,从而满足了航电系统所有消息的端对端的实时传输.针对航电实际系统,从系统资源和稳定性等角度提出了关键性参数的设计优化方法.最后用一个航电消息集实例进行具体说明.     

基于MCP的无人机系统可靠性指标分析计算

为计算无人机系统的可靠性指标,论述了现代无人机系统的组成,利用可以收集到的国外无人机外场使用数据,结合无人机系统的不同工作模式,建立了系统的任务可靠性模型,以任务成功概率(MCP)计算为出发点,对无人机系统的平均致命性故障间隔时间(MTBCF)和平均无故障工作时间(MTBF)进行了初步分析计算.      

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。     

基于强化学习的时间触发通信调度方法

未来航空电子系统中将会更广泛地选择基于时间触发的通信机制进行信息传输,以保证信息交互的确定性。如何合理地进行时间触发通信调度设计是时间触发应用于航空电子互连系统的关键。针对时间触发调度的周期性任务,提出了一种基于强化学习的周期调度时刻表生成方法。首先,将流量调度任务转换为树搜索问题,使之具有强化学习所需要的马尔可夫特性;随后,利用基于神经网络的强化学习算法对调度表进行探索,不断缩短延迟时间以优化调度表,且在训练完成后,可以直接使用到消息分布相近的任务中。与使用Yices等可满足模理论（SMT）形式化求解时间触发调度表方法相比,所提方法不会出现无法判定的问题,能够保证时间触发调度设计结果的正确性和优化性。对于包含1 000条消息的大型网络,所提方法的计算速度为SMT方法的数十倍以上,并且调度生成消息的端到端延迟在SMT方法的1%以下,大大提高了消息传输的及时性。      

芯片间时间触发通信综合规划方法及其优化

随着片上系统（SoC）的处理能力逐渐接近传统的综合核心处理模块,航空电子系统向着微小型综合化的芯片间系统发展;时间触发交换式互连可以保证芯片间消息传递的严格时间确定性。考虑芯片间互连交换结构轻量化和收发端口有限的特点,在拓扑、路由和调度时刻等网络资源相互制约的条件下,提出了芯片间时间触发通信综合规划方法,即根据时间触发消息集合和芯片端口配置,同时求解得到芯片间网络拓扑结构、消息路由和调度时刻表的规划结果。其中,采用免疫算法整体优化了各条消息在网络资源分配过程中的求解次序。仿真实验表明,与不考虑整体优化的综合规划方法相比,优化后的规划结果在减少拓扑结构中多余路径开销的同时,避免消息传输路径拥堵,降低消息端到端延迟,保证了消息集的可调度性。      

高可靠性航空电子设备热分析中的有限体积法

阐述了热对系统可靠性的影响,对比了数值法求解温度场分布的优缺点.针对航空电子设备热分析中同时要求满足高的分析精度和快的计算速度的问题,提出用有限体积法求解温度场分布的计算方法.根据典型航空电子设备的结构特点,建立了温度场的数学模型,给出了边界条件.在此基础上,用有限体积法对待求解方程离散化,给出了离散化过程中网格划分及边界的处理方法.结合实例进行了温度场求解,计算结果与热测量结果进行了对比,得到了较高的分析精度,验证了方法的有效性.最后对计算误差进行了分析,并提出了进一步热设计的合理化建议.      

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.      

基于AFDX的航空电子系统可调度性分析

航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)是新一代大型飞机机载网络的首选方案,构建其上的航空电子系统应保证强实时应用在时限内完成.针对现有AFDX实时性研究仅给出网络延迟上界的不足,综合考虑了任务的响应时间以及实时消息在AFDX网络中的传输延迟.建立了使用AFDX网络的航空电子系统模型,分析了分布式任务序列的整体时间需求.应用全局分析思想,给出任务序列的最坏情况响应时间,为系统实时性的评价和优化提供了理论依据.仿真结果表明该分析给出了紧凑的任务序列响应时间上界.