航空电子MB-OFDM-UWB无线互连信道分析与仿真

多频带正交频分复用超宽带（MB-OFDM-UWB）是航空电子内部无线互连（WAIC）的候选通信体制之一,不同于普通的室内无线信道,超宽带信号在金属和复合材料的机舱内部存在复杂的反射和多径干扰。给出一种适用于WAIC应用的MB-OFDM-UWB无线通信系统物理层方案,并参照IEEE802.15.4a标准提出一种适应航空电子机舱内部特征的多簇多径UWB信道模型;通过基于接收球的反射角误差法仿真得到无线信道的冲激响应,确定了机舱环境下信道模型的簇到达率、径到达率和混合因子;进而采用Simulink进行MB-OFDM-UWB信号系统仿真,表明在110 Mb/s码速率条件下,当误码率低于国际电信联盟（ITU）标准规定的10^-6,机舱环境下的信噪比应比普通室内环境高1 dB。另外,在研究过程中,为了确认电磁仿真中接收球半径的有效性,针对基准环境将仿真结果与文献报道的实测结果进行了对比。     

改进的多处理器混合关键性系统可调度性分析

针对混合关键性系统的多重认证需求,研究多核处理器平台中全局调度算法fixed-priority and Earliest Deadline First by Virtual Deadline（fpEDF-VD）的可调度性分析问题。fpEDF-VD结合处理器利用率和虚拟截止期两个方面来计算任务优先级,系统可调度性取决于是否存在可行的虚拟截止期调整参数。考虑到现有可调度分析方法仅测试有限数量的调整参数候选值,不能有效地判定系统可调度性,故提出了一种改进的判定方法。该方法基于传统（非混合关键）任务调度算法fpEDF的可调度利用率约束条件,利用函数图像分析研究不同关键性级别的系统可调度性需求,并在此基础上给出有效虚拟截止期调整参数的确切范围。通过实例分析及与现有判定方法的比较,验证了该方法的正确性和高效性。与理论分析一致,基于随机生成任务集的仿真实验结果表明改进后的方法具有更优越的可调度性能,能显著地提高任务集的可调度接受率。      

基于优先级赤字轮询调度的WAIC网络延迟分析

航空电子机内无线通信（WAIC）在降低飞机重量和节省成本等方面的优势让其在航空电子系统的应用上具有可观的前景。为了研究基于802.11的WAIC网络的传输延迟并保证其可靠性,提出了一种优先级赤字轮询调度（PDRR）的介质访问控制（MAC）协议。首先,通过确定性网络演算方法为MAC层协议的活动建立了到达曲线和服务曲线模型。其次,充分考虑无线通信物理层的特点和所结合信道反转方法,给出了WAIC网络流量调度最坏情况下的端到端延迟的评价方法,可以发现信道反转后稳定的信道容量提供了较为保守的延迟界限。最后,通过案例分析对比了高优先级的WAIC节点与普通优先级节点的延迟界限以及信道反转的影响。结果表明:高优先级节点比普通优先级节点具有更好的实时性,并且可以通过增加平均信噪比来改善传输的延迟界限。      

基于DDQN的片上网络混合关键性消息调度方法

对片上网络（NoC）承载的混合关键性消息进行实时调度是其应用于航空电子系统片上多核通信的关键。为解决可满足性模理论（SMT）法求解效率低、低优先级消息等待延迟大的问题,提出了一种基于双深度Q网络（DDQN）的混合关键性消息调度方法。将虫孔交换机制下的消息调度问题建模为马尔可夫决策过程,建立包含环境、动作、状态、奖励的多层感知调度模型;随机生成多组分布不同的混合关键性消息作为训练样本,采用DDQN算法求解该调度模型;在此基础上,提出并实现了带孔隙DDQN算法,在保证时间触发（TT）消息可调度前提下为速率约束（RC）消息预留用于虫孔交换的时隙。算例研究表明:所提方法的求解时长及TT消息确定性端到端延迟的平均值均低于SMT法;带孔隙DDQN算法的RC消息延迟较不带孔隙DDQN算法和SMT法显著降低。      

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。      

航电环境下双冗余交换式FC网络的建模与仿真

通过分析光纤通道(Fibre Channel,FC)网络架构、协议及其冗余机制,将双冗余交换式FC网络抽象成链路、端口、终端、交换机和数据模型,开发航空电子环境下的双冗余交换式FC网络的仿真工具,仿真工具提供网络的吞吐量、数据传输延迟等网络性能评价指标。将实例网络实测和仿真的结果进行比较得出:时延误差和吞吐量误差在合理的随机变化范围内,其随通信负载的变化趋势一致,说明所建仿真模型能够反映航空电子FC网络的工作特性。     

国外通用开放式结构标准的应用情况

SAE AS4893标准定义的通用开放式结构（GOA）是嵌入式系统的层次化体系结构模型。通过对GOA领域目录集的开发与维护标准化过程的分析,结合GOA在航空电子领域的应用案例展示其标准化技术的应用现状;并考虑到先进综合式航空电子系统在任务功能划分和系统工程方法方面的应用要求,探讨并展望GOA标准化技术应用于新一代航空电子系统开发过程中的注意事项。     

无线航空电子机内通信MIMO信道仿真

无线航空电子机内通信（WAIC）宽带互连可选用多天线无线局域网（WLAN）。在航空电子设备舱,无线电信号在机舱结构和航电设备架之间的反射是造成多径衰落的主要因素,而且在进行多入多出（MIMO）传输时,不同天线接收信号间的相关性一般不可忽略。根据航电设备架和设备布置的几何位置关系及其材质,建立了三维模型,采用接收球反射角误差法模拟信号在航电舱内的传播路径。针对不同航电设备安装密度条件,分别考虑均匀线性和圆形天线的信号接收情况进行仿真,使用聚类对数据预处理,得到多簇多径信道模型,并使用多径衰落和时延分布描述的航电舱WAIC信道特性,统计分析得到MIMO信道传输矩阵,以及接收机天线间相关性对信道性能的影响。仿真分析表明,当航电设备安装密度大于60%时,信道条件可近似采用完全满载时的信道参数。文中的仿真分析方法为航电设备架附近的MIMO无线传输特性分析和设计提供了参考。     

片间综合化互连时间触发通信调度方法

未来先进的分布式综合化航空电子系统需要实现跨越计算体系结构的信息综合,对微小型智能器件间的综合化互连提出要求。通过构建一种具有开放式接口的芯片间综合化互连结构,提出一种相应的时间触发（TT）通信调度方法。首先建立片间综合化互连模型和时间触发流量传输模型,给出负载均衡的选径方法;随后依据传输路径中各级节点各流量的发送时间偏移量计算流量传输的等待时间可行值,利用遗传算法优化调整各芯片发送端口的调度表相位,更新各流量在发送端口的时间偏移量,缩短最坏情况下的最大等待时间,得到具有全局优化意义的时间触发调度表。与使用Yices等SMT形式化求解器的TT调度表生成方法相比,本方法不会出现长时间不停机而无法判定的问题,且不论对于对称或非对称结构,案例研究表明本方法的可调度规模至少增加30%。此外,以流量传输等待时间占周期的比例作为归一化的传输延迟度量,与既有的基于特征任务的调度方法相比,案例研究表明本方法得到的传输延迟最多仅为后者的2%。     

AFDX流量管制信用量设置的模型检查

航空电子全双工交换式以太网（AFDX）实时通信中,交换节点采用信用量令牌桶（creditedtoken bucket）进行流量管制。分别对基于帧和基于字节的信用量令牌桶流量管制进行时间自动机建模,并构建模型的并发交互场景;采用测试自动机,进行有界活性（bounded liveness）模型检查。通过形式化验证,发现流量管制通过约束突发度限制多路复用输出排队的时延抖动,但信用量值的设置必须考虑输入虚拟链路（VL）的时延抖动,否则可能导致已经聚合的流量中属于不同VL的帧的先后次序被破坏,反而造成更大的时延抖动。通过分析时延抖动对信用量设置的影响,归纳并给出流量管制信用量设置的注意事项。