多机航空电子网络架构与评价方法的研究

针对多飞行器协同作战中关键交互技术需求,以协同任务为驱动提出设备级多机航空电子网络架构。在该架构中,通过改进的拍卖式快速任务规划算法可以完成任务与承担飞行器的匹配,因此,可将飞行器间的协同交互代价转换成机载设备间的交互代价。其次,以交互通信代价目标函数为依据,提出基于协同任务的航空电子网络服务质量的评价方法。系统仿真结果表明了该架构以及评价方法的简洁性,在反映多飞行器协同作战实质的同时,也对网络质量进行了合理的评估。

分布式综合化航空电子网络拓扑优化技术

针对分布式综合化(DIMA)架构下实时动态消息流和网络资源能力,优化航空数据和通信网络(AD-CN)拓扑问题,提出一种基于业务拓扑、网络拓扑以及延迟、线缆约束下的多目标网络拓扑优化算法。该算法能够基于驻留任务的信号、逻辑连接、物理连接关系,在资源约束下优化机载网络拓扑。算法通过组合优化方法计算折中全局最优解集(Pareto最优)。对于大规模机载网络架构优化,为了减少计算规模和提高计算时间,又提出一种预计算路径算法。算法通过类A320机载网络拓扑场景和类A380机载网络拓扑场景进行验证。结果表明,相比手动功能映射和网络拓扑优化设计,优化效率能提高10%~30%。

综合航空电子网络阻塞性分析与研究

为了改善航空电子网络中消息传输过程中的阻塞现象,要求网络具有良好的消息传输能力,提出了利用最短路径长度搜索策略传输消息的方法。首先,分析了航空电子网络产生阻塞的原因;然后,介绍了几种常用的路径搜索策略,选用一种最适用于综合航空电子网络消息传输的搜索策略;最后,建立了航空电子网络阻塞模型,着重分析了网络阻塞的过程以及各时间步网络中节点的粒子数。仿真验证表明,所提方法可以合理规划消息的传输路径,减轻信息的阻塞,以保证信息传输的实时性和可靠性。

基于OBDD的航空电子网络可靠性分析

针对航空电子网络通信任务的实时性需求,建立具有时延约束的面向任务的网络可靠性模型,并从共因失效(common cause failure,CCF)的角度分析了部件故障相关性,提出一种基于有序二叉决策图(ordered bi-nary decision diagram,OBDD)的航空电子网络可靠性评价方法——时延约束边扩张算法。算法结合时延约束,利用边扩张构建网络OBDD,递归遍历OBDD结构计算部件故障统计独立条件下航空电子网络可靠度,并在此基础上引入CCF分析,利用同一OBDD结构综合评价航空电子网络可靠性。通过实例阐述了算法的原理,实验表明算法能有效评价航空电子网络的可靠性。

软件定义多平台航空电子网络架构

针对当前航空电子网络无法满足复杂战场环境下航空编队协同作战需求的现状,对综合模块化系统航空电子网络与软件定义网络进行介绍,从航空编队协同作战实际应用的角度出发,分析传统航空电子网络架构在编队协同作战条件下的局限性。结合航空编队协同作战的信息交互需求,构建软件定义多平台航空电子网络架构,并在此基础上分别对该架构的数据平面与控制平面进行设计与描述。仿真结果表明,该网络架构可使信息接收平台在单位时间内获取的信息价值更高,并保证信息快速收敛于当前执行任务,为软件定义多平台航空电子网络应用于未来战场中的航空编队协同作战提供理论支撑。

光纤通道技术在统一航空电子网络中的应用

论文介绍了应用于"统一航空电子网络"的光纤通道技术,首先简要叙述了光纤通道的协议、拓扑结构、数据格式。之后,详细介绍了MIL-STD-1553到FC-AE-1553的映射,以及FC-AE-1553上层映射协议时钟。最后得出结论:FC-AE是UAN高速总线的最佳选择,对管线通道技术的研究,为统一航空网络的发展奠定了理论基础。

航空电子音视频传输AVB以太网络

航空电子网络上音视频应用的需求日益剧增,对网络的带宽及服务质量都提出了更高的要求。音视频传输AVB(Audio Video Bridge)以太网络在传统以太网上提供时间同步和低延迟的音视频流服务,因而受到航电应用的关注。分析了AVB协议,针对航电环境下信息交换需解决的问题,提出了时间触发AVB网络方案,研究了其实时性传输机制和流量映射等模型;结合某综合航电系统的案例,构建了AVB网络的系统架构,仿真结果表明时间触发AVB网络有望满足分布式综合模块化航空电子(DIMA)系统实时性需求,并且比AFDX网络具有优越性。

航空电子AFDX与AVB传输实时性抗干扰对比

为满足未来航电系统音视频信息传输的需求,考虑车载嵌入式系统的候选实时多媒体网络AVB在航电环境中的应用,并对AVB与AFDX的传输进行了对比研究。首先构建AVB与AFDX标准对比;其次提出基于网络演算的AVB和AFDX端到端延迟计算方法;然后通过定义不同的消息传输场景,采用理论方法分析消息传输实时性的干扰要素;最后利用仿真方法予以验证。在典型1 000条虚拟链路的组网规模下,结果显示:AFDX高优先级流量的端到端延迟优于AVB,对于低优先级流量端到端延迟,则AVB和AFDX各有优劣;但受突发的流量影响,在增加50条各0.22 Mbit/s带宽的低优先级流量干扰情况下,高优先级流量平均端到端延迟的变化率在AVB中为0.25%,在AFDX中为0.38%;在增加50条各0.22 Mbit/s带宽的高优先级流量干扰情况下,低优先级流量平均端到端延迟的变化率在AVB中为5.17%,在AFDX中为10.25%。结果表明:时间敏感消息在AVB网络中传输实时性的抗干扰能力优于AFDX。

未来十年航空电子综合系统发展趋势

分析了未来作战军事需求和未来航空电子面临的挑战,并提出了满足未来军事需求和迎接挑战的五项措施,即开放式航空电子系统结构,综合核心处理,统一航空电子网络,智能化的座舱以及传感器综合,提出了未来十年可能实现的航空电子系统结构.

基于分组匹配的复杂网络性能一致性评价

基于航空电子全双工交换式以太网(AFDX)的航空电子综合化系统中,在设计和部署过程对交换网络的性能进行评估和优化是系统功能验证和认证的关键。在网络仿真和网络演算的基础上,建立了网络性能评价指标体系,提出了基于延迟时间率分组的网络实时性保障能力的整体评价方法,对网络通信任务延迟时间率的分布情况进行了有效概括;同时提出了基于密度分布的网络性能一致性评价方法,实现了网络仿真和网络演算结果一致性符合度的评价。

改进的TTE网络RC流量延迟上界整体分析方法

时间触发以太网(TTE)中的速率约束(RC)流量受到按预先定义时刻发送的高优先级时间触发(TT)流量的抢占,采用传统的固定优先级/先入先出(FP/FIFO)的模型进行整体法(holistic)分析,得到的RC流量延迟上界值过于保守。根据RC流量在网络的传输过程中受到TT流量消息抢占的具体情况进行分析,提出适用于TTE网络RC流量的改进整体法。将网络拓扑的TT调度时刻表作为参数,分析RC流量在特定时间抖动区间内TT流量的抢占情况,通过遍历RC流量发送相位得出最坏情况延迟。理论分析和案例仿真验证结果表明,采用该方法得到的RC流量的端到端延迟上界值更加合理。

支持多种FC-4层协议的光纤通道接口卡实现

为满足航电网络中多种上层协议的应用需求,给出了一种支持包含IPFC(IP over Fibre Channel)、FCAV(Fibre Channel Audio Video)、ASM(Anonymous SubscriberMessaging)的多种FC-4层协议的光纤通道(Fibre Channel,FC)接口卡的设计方案,并详细阐述了FC固件及PPC(Power PC)软件的实现方案。通过对接口卡的功能和性能测试,证明接口卡的通信符合协议要求,有较高的实时性和可靠性,为FC在航电领域的应用提供了参考。

时间触发以太网探究

对于分布式机载强实时高安全控制系统而言,节点间通信的实时性与确定性是系统实现的关键。时间触发以太网以其特有的优势,可保障数据通信的强实时性,提高网络服务质量,为航空电子网络指明了升级方向。文章首先对比了时间触发机制与事件触发机制,指出了时间触发以太网的优势,然后简要介绍了时间触发以太网,最后对时间触发以太网消息收发机制与应用做了描述。

基于信用量消耗边界探测的流量管制测试研究

针对航空电子全双工交换式以太网交换节点流量管制功能,采用信用量消耗边界探测机制实现流量管制功能测试,提出了数据帧转发模型、数据帧边界转发模型、数据帧管制模型和数据帧边界管制模型等4种流量管制测试模型,从微观角度观测交换节点对"违规"流量管制处理的结果。开发了流量管制功能测试系统,验证了流量管制模型边界探测机制的正确定和有效性,克服了基于数据帧输入和输出计数统计的宏观测试精确性不足的问题。与理论处理结果进行了对比,结果表明,该系统能够很好地实现交换节点流量管制功能的测试和评估。

基于FC-AE-ASM协议的FPGA统一升级方法

随着航空电子网络的快速发展,现场可编程逻辑门阵列(FPGA)由于其优越性能得到了广泛应用,FPGA设备目标码升级工作的重要性也越来越高。某应用中FPGA有逻辑、固件和配置表三种不同的目标码,传统升级方法对不同的目标码要采取不同的通信协议,从而使其升级的流程更为复杂。针对系统架构中的难点,提出了基于FC-AE-ASM协议的FPGA统一升级方法,使FPGA设备实现从数据加载设备上统一远程传输逻辑、固件、配置表并进行固化。在功能实现的基础上,文章对基于FC-AE-ASM协议的FPGA统一升级方法和传统升级方法的时间性能进行了分析和比较。

一种通用FC交换机性能测试方法设计

随着综合化航空电子系统的不断发展,FC交换机作为航空电子网络任务系统设备中的关键成员,各个子系统设备需要通过FC交换机作为媒介实现数据信息以及设备资源的交互和共享,因此对航空电子FC网络交换机的测试是至关重要的。提出了一种通用的FC交换机性能测试的方法,根据实际应用抽象出性能测试的网络负载流量模型、测试指标和测试步骤,并且对测试方法进行了总结和分析。通过给出的性能测试方法,对航空电子应用网络以及任务系统中有关FC交换机性能测试的评估具有指导性意义。