基于AFDX网络通信技术的ARINC615A数据加载客户端的实现

随着航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet,AFDX)网络在航电通信网络设备中的广泛使用,给出一种基于ARINC6I5A-3标准协议的数据加载客户端软件的实现方式,详细描述了ARINC6I5A协议中Find操作、信息操作、上传操作、介质自定义下载以及操作者自定义下载的具体实现过程,保证了航空电子设备和软件加载客户端交换数据的安全可靠性。该数据加载客户端的设计架构对航电系统数据传输类工具的开发具有一定的参考价值。

基于时间窗的AFDX端系统调度策略设计实现

AFDX引入虚拟链路实现物理带宽资源的逻辑分隔时,数据帧的异步到达和多路复用输出会造成虚拟链路的时延抖动现象,并最终导致流量端到端延迟分析的不确定性。针对AFDX数据帧传输抖动、时延波动的确定性问题,设计了基于时间窗的AFDX端系统调度策略,该方法可以有效减小数据帧的传输抖动,并提供确定性。对该调度策略进行了分析和仿真验证,结果表明该调度策略可以对端系统数据发送端的最差情况抖动做出有效的约束,提高整个AFDX的确定性及可靠性。

AFDX协议性能分析及调度算法研究

本文围绕航空电子网络数据传输协议AFDX的关键技术——虚电路调度算法,进行了深入分析,提出了AFDX静态优先级队列调度算法AVLSP.运用Network Calculus理论与方法,对AVLSP算法进行理论证明,并构建仿真平台,对所提出的AVLSP调度算法进行仿真验证,结果证明AVLSP调度算法有效地减少了紧急数据的最大延迟抖动,较好地满足了航空电子网络数据传输的实时性要求.

时间触发AFDX网络的设计和实时性分析

时间触发机制可以近一步提高航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)的确定性,保障时间关键消息具有完全的时间确定性.将时间触发机制引入了AFDX网络,设计了时间触发ADFX网络(TTAFDX,Time-Trig-gered AFDX)的体系结构,包括协议栈、虚拟链路类型、端系统调度、交换机调度、透明通信机制和降级通信机制,并且设计了端系统和交换机的时刻调度算法.对TTAFDX网络从理论和仿真实验两方面进行了分析,验证了TTAFDX网络对时间关键消息的完全时间确定性的保障.

AFDX交换机在强实时条件下的分组调度

研究了航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex SwitchedEthernet)交换机分组调度方法的实时性能,采用实时通信中的周期性任务模型,依据AFDX协议"确定性网络"中关于交换机支持双优先级消息调度原则,推导出了相应的交换机关键参数的数学表达,提出了强实时约束下基于双优先级调度的负载匹配的分组调度方法(DP-LM,Du-al Priority-Load Match),比较了单/双优先级分组调度的不同(消息调度、关键参数和匹配方法),算例结果表明:由于低优先级消息的引入将会对高优先级消息的实时传输产生重要影响.

AFDX交换机的队列整形调度研究

AFDX交换机的静态优先级非抢占式队列调度(SPUS)算法不能消除输出分组中的随机抖动。为此,采用将虚拟时钟作为分组调度发放合法时间的方法对SPUS算法进行改进。在发往级联端口的分组输出之前,先经过整形调度使数据流均匀地输出,以确保交换机的服务质量。仿真结果表明,改进后的算法可消除输出分组随机抖动,适用于交换机级联端口。

基于FPGA的AFDX端系统协议芯片的设计与实现

航空电子全双工交换以太网(AFDX)是下一代航空数据网络的最佳选择,AFDX端系统保证了AFDX网络航电系统之间数据交换的安全和可靠性;为了研制具有我国自主产权的新型机载数据网络端系统协议芯片,基于ARINC664规范第7部分,提出符合该规范的基于FPGA的AFDX端系统协议芯片和相应AFDX端系统板卡的设计方案,并给出关键模块的具体实现;通过对端系统协议芯片进行测试验证,证明该端系统协议芯片符合AFDX协议标准,具有较高的通信性能及稳定性,可为新一代航空电子设备中的数据通信提供保障。

保证速率的AFDX交换机实时调度算法

针对AFDX(Avionics Full Duplex Switched Ethernet)网络关键技术——交换机实时调度算法,提出一种保证速率的优先级实时调度算法(PRTRG,Priority Real Time sched-uling algorithm based on Rate-Guaranteed),并运用网络演算理论分析了此调度算法的实时性.在AFDX网络典型配置下,与(FIFO,First In First Out)结果进行分析对比,证明PRTRG算法有效地减少了高优先级数据的端到端延迟上界,同时保证了低优先级数据端到端延迟的确定性,并且阻止了数据流拥塞的扩散,在交换机内部实现了流量隔离.

基于离散事件方法的AFDX建模与仿真

采用了建模仿真的方法来分析航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avi-onics Full Duplex switched ethernet)协议.通过对AFDX协议的抽象,基于离散事件的建模方法,以基本的网络元素来抽象化网络中的端系统、交换机等设备,以离散事件来描述网络设备的行为,以此构建了AFDX网络模型,并依据模型实现了仿真.网络演算是一种理论计算AFDX最坏延迟界限的方法,将典型场景下仿真得到的结果与理论计算的结果进行比较,验证了模型.通过不同流量方案下仿真结果的对比,对AFDX进行了传输特性的分析.

时间触发AFDX调度设计及实时性分析

针对时间触发航空电子全双工交换式以太网(TTAFDX)的特点,设计基于帧长度优先原则的系统调度策略,解决时间触发虚拟链路的调度问题。搭建典型网络,采用网络演算方法对TTAFDX和使用静态优先级调度策略的AFDX进行实时性比较,结果表明,TTAFDX中时间触发虚拟链路的延迟主要由固定延迟部分组成,而速率限制虚拟链路的实时性较AFDX中的低优先级虚拟链路也有所提高,证明TTAFDX调度策略在兼容AFDX的同时能够改善网络的时间确定性,适用于具有硬实时传输要求的航空电子系统。

计算AFDX延迟的网络演算方法

介绍了航空电子全双工以太网的关键概念,并指出应用此技术时必须给出其数据帧延迟上界。分析了数据包在航空电子全双工以太网中的处理过程。给出了由网络演算方法得出的数据帧在数据接收、数据过滤、数据交换,端口存贮转发过程中的延迟。最后指出运用此方法得到的结果可作为适航依据。

面向完整性要求的航空电子全双工交换式以太网可靠性评价参数研究

为探讨对航空电子全双工交换式以太网(AFDX)数据传输完整性的评价方法,从完整性概念出发,针对AFDX的实际特征构建了AFDX可靠性模型;从反映网络各类性能传输能力和不同度量范围的可靠性2个方面定义了面向完整性要求的AFDX可靠性评价参数,将AFDX可靠性划分为数据完整可靠性、及时可靠性、次序可靠性和正确可靠性4类,其中,根据对虚拟链路考察范围的不同,每一项可靠性中又包含单条虚拟链路可靠性、指定k条虚拟链路可靠性和全部虚拟链路可靠性;给出了各个参数的定义和数学表达,明确了可靠性参数与性能参数之间的关系。

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 SwitchedEthernet)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.

基于轨迹方法的AFDX网络路由配置算法

针对航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)的网络关键技术——虚拟链路(VL,Virtual Link)的静态路由算法,提出了一种基于AFDX轨迹方法的VL路由配置算法——TRJ算法,保证配置VL的端端确定性最大延迟满足给定的时延约束.TRJ算法计算每条VL基于轨迹方法得到的初始延时约束比,按照延时约束比从小到大的顺序结合轨迹方法进行VL静态路由配置.在AFDX网络典型配置下,将该路由算法与最小跳路由和均衡路由算法进行比较,结果表明最小跳路由算法用了最少的资源,均衡路由算法平衡了网络流量,但只有该算法保证了所有VL的端端最大延迟满足时延约束,证明该算法的有效性.

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。

基于FPGA的AFDX虚拟链路层实现方法

航空电子全双工交换式以太网(AFDX)为航空电子设备之间的数据交换提供电气和协议标准。在研究AFDX虚拟链路层协议的基础上,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的AFDX虚拟链路层软件设计框架,给出基于FPGA的AFDX虚拟链路层发送模块和接收模块的设计与软件实现,应用结果表明,该设计框架可促进AFDX端系统的研发。

面向AFDX网络的交换机流量管制算法

综合化航空电子系统采用ARINC664航空电子全双工交换网(AFDX)构建主干数据通信网络,该网络具有通信带宽高、传输延迟确定、扩展能力强等特点。AFDX交换机采用流量管制技术检测虚链路的数据传输是否满足流量规则约束,能避免虚链路超限使用带宽,有效保证不同虚链路传输带宽隔离和通信确定性。文章基于ARINC664规范,提出了一种AFDX交换机流量管制的设计与验证方法。验证结果表明,该方法能够在正常、Account共享的场景下,对输入AFDX交换机的流量进行有效管制。

民用飞机高速航电系统AFDX网络设计与分析

针对AFDX网络在民用飞机综合化航空电子系统中应用,在对AFDX网络协议技术特点分析的基础上,提出了交换机体系架构和端系统体系架构的实施方案。分析了交换机帧过滤、流量警管、帧调度与转发的实现方式,论述了端系统虚拟链路调度、余度管理和协议栈的实施机制。研制了AFDX网络交换机和端系统,并开发了支持网络应用的配置仿真以及数据加载工具,提供了AFDX网络在航电系统应用的全套解决方案。通过AFDX网络测试平台对研制的交换机与端系统产品进行了验证测试,实际测试结果表明,AFDX网络交换机、端系统产品的设计完全符合ARINC664规范设计要求,能够满足高速航空电子网络数据传输的实时性、确定性与可靠性要求。

一种AFDX网络虚拟链路的路由配置算法

针对航空电子全双工交换式以太网(AFDX)中,虚拟链路(VL)的静态路由配置,提出了一种配置算法:对所有VL按照最大可使用带宽从大到小的顺序进行配置;对当前VL的配置,将其最大可使用带宽预先计算到所有的链路利用率中,把基于负载均衡和最小跳数的加权代价函数嵌入Floyd-Warshall(FW)算法中,得到每对节点间的最小代价值和对应的路由路径;根据此结果,生成VL的次优最小代价树作为配置的路由。在OPNET平台上进行建模仿真,仿真结果验证了该算法的有效性。

网络演算理论及其在分组交换网中的应用

针对分组交换网性能评价问题,首先运用确定网络演算理论与方法,分析了航空全双工交换以太网(AFDX,Avionics Full DupleX Switched Ethernet)中数据传输的性能,证明了AFDX数据传输的确定性,给出了保障可靠数据传输网络参数的配置方案;其次,围绕有线-无线混合(WcW)网中贯穿流的随机特性,利用随机网络演算理论与方法,分析并推导出了WcW网络的数据传输性能边界。