基于时间触发的航空电子全双工交换式以太网调度方法研究

在以太网诞生的30年内,一直保持着它不可撼动的地位,至今仍然强劲的发展趋势。互联网办公、高端设备生产都需要安全可靠地系统赖以支持。航天航空等行业也需要利用以太网去节约成本。航空电子系统的数据流可以分为两个部分,一是时间关键数据流,二为非时间关键数据流。在国内目前的研究中,时间关键数据流的延时上届是可知的。但是却保证不了这个关键数据流的正确性。所以该篇文章研究的方向为将时间触发装置引入航空电子全双工交换式以太网中,对其调度方法进行分析和合理的研究,并对其在实践中的应用进行研讨。     

全双工交换式以太网研究

随着航空需求的不断提高,传统的航空总线协议已经不能满足下一代航空电子系统对高速数据通信的要求,研究下一代航空数据网络是人们一直关注的问题。航空全双工交换式以太网(AFDX)在传统以太网的基础上采用商用现成技术(COTS)和开放式标准,是下一代航空数据网络的最佳选择。文章介绍了AFDX系统的特点、结构,并对AFDX的不确定性给出了可行的改进方案。     

新一代民机航空电子互连技术发展

综述了民机航空电子体系架构从联邦式体系(如A310)、综合模块化航电体系IMA(如B777)乃至分布式综合模块化航电体系DIMA(如A380和研B787)的发展过程,对民机典型互连协议进行了比较,指出航空电子全双工交换式以太网AFDX互连技术能够满足新一代民机航电"信息一体化"的发展需求,并以当代先进大型民机A380为例,说明其如何采用AFDX互连构筑DIMA.最后对我国大型飞机航电系统发展提出一些建议.     

AFDX在航空通信系统中的应用

总结和比较了各种航空信息传输网络的特点和应用领域,分析了国际领先的航空电子全双工交换式以太网(AFDX)的发展及应用,讨论了AFDX的典型构架及设计协议规范依据、网络拓扑结构、硬件设计等设计中的关键技术.     

AFDX网络设备电磁兼容设计方法分析

AFDX网络是当前国际公认的运输机主流机载网络。AFDX作为航电主干网络,连接诸多AFDX网络设备,因此,这些机载设备的电磁兼容问题则显得尤为重要。文章针对AFDX网络设备的电磁兼容问题,从实际工程经验出发,针对AFDX网络设备,分析了时钟电路、接口电路、机械结构及外围电缆的电磁兼容影响,提出了实际的设计方法和典型的应用实例。     

嵌入式网管系统的设计与实现

在分析SNMP网络管理协议的基础上,针对AFDX网络下的网络管理进行了深入的研究,论述了它的基本原理以及在代理中的实现方法.通过原型实验,对该网管代理的性能进行了分析,结果表明:代理能够满足嵌入式环境下的高可靠,低延迟的应用要求.     

以NDIS为基础的AFDX端系统模拟

为了模拟实现AFDX端系统功能,研究了以NDIS驱动为基础的模拟系统.通过对AFDX协议的分析,细化了端系统功能.整个模拟系统分为了应用程序接口、端系统服务例程以及基于NDIS接口的中间层驱动3个模块,研究中完成了AFDX端系统模拟系统的开发.将整套系统部署在具有商用以太网卡的普通PC上,即可进行AFDX端系统的模拟....     

基于WinPcap的AFDX网络监视及误差分析

为了更好地对航空电子全双工以太网(AFDX)的性能进行分析,研究了以Win Pcap为基础的网络监视系统。通过对AFDX协议的分析及Win Pcap的研究,确定了监视软件抓包及帧解析的方法,并在此基础上开发了AFDX网络监视软件。利用专用的AFDX板卡进行了测试,验证了软件的协议解析性能,并对数据包时戳误差进行了分析与校对。结果表明经过系统误差校对,时戳精度可以满足协议要求。     

基于PCI的AFDX端系统模块的设计与实现

航空全双工交换式以太网(AFDX)具有高速、确定性和双余度等特点,是下一代航空总线的最佳选择。文章给出了一种基于PCI总线AFDX端系统模块的实现方法,利用FPGA实现了AFDX协议芯片,测试表明,本AFDX模块实现方法合理、工作可靠。     

AFDX端系统抖动控制技术研究

简化了指定情况下的AFDX端系统抖动指标上界的计算公式,确定发送数据帧的虚链路对抖动指标的影响.提出分区隔离和分散使用两种方法,降低同时传输的虚链路数量.提出一种简化的配置优化方法,同步减小虚链路的带宽分配间隙和最大传输帧长.两种方法都显示降低了数据传输的抖动指标,可以用于指导AFDX端系统抖动的控制,为设计满足抖动指标要求的AFDX端系统及其主机软件提供了技术路线.     

AFDX构架及协议分析

从航空电子集成的角度描述了航空电子全双工交换式以太网(AFDX)通信网络的概念、结构、调度机制和协议栈,给出了AFDX端口和网络交换机的设计思路和实现方案,预计了采用AFDX协议总线构建航空电子系统时系统的失效概率.     

AFDX的分布式仿真

航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)技术基于IEEE802.3以太网和TCP/IP通用原理,对于商用货架(COTS)网络化技术如何应用于未来飞机数据网络给出了定义[1],已经成为了一种新的航空电子数据网络标准。由于AFDX协议以及航空总线布局的复杂性,采用网络仿真技术可以大大缩短网络建设周期,减小网络建设的投资风险。为了模拟AFDX的网络性能,尤其是其在数据通信方面的高可靠性和高实时性,根据AFDX协议及其传输和交换原理,建立了基于高级仿真体系结构(HLA)的AFDX分布式仿真体系,并对各子系统的构成以及仿真执行流程进行了研究。通过对仿真结果的分析,验证了仿真模型的正确性,并表明仿真设计满足系统性能要求。     

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。     

A Virtual MAC Address Scheme for Mobile Ethernet

Heterogeneous wireless access is being integrated into IP networks to support future wireless systems. The enhanced IP technologies being developed must address both handover issues related to mobility management and security issues related to wireless access. We previously proposed a network architecture, Mobile Ethernet, based on wide area Ethernet technologies, that reduces overhead involving handover by managing mobility in the IEEE802 MAC layer. We also proposed a virtual MAC address scheme that introduces a host identifier into layer 2 to accommodate heterogeneous wireless access, manage handover between wireless accesses, provide scalability, and ensure security. In this paper, we design the virtual MAC address scheme for Mobile Ethernet and describe the sequence diagrams of the scheme. We also clarify the effect of our proposed scheme from the viewpoint of scalability by comparing the simulated signaling traffic load at handover with that using FMIPv6. Yoshia Saito received his B.E. and M.E. degrees from Shizuoka University, Shizuoka, Japan, in 2002 and 2003 respectively. He is currently a student in Ph.D. course in the university. From January 2004, he is also working as a visiting researcher at National Institute of Information and Communications Technology, Yokosuka, Japan. His research interests include mobile computing and next generation wireless systems. Masahiro Kuroda received the M.E. degree in systems science from the Tokyo Institute of Technology, Japan, in 1980, the M.S. degree in computer science from University of California, Santa Barbara, CA, in 1989, and received the Ph.D. degree in computer science from Shizuoka University, Japan, in 2000. He joined Mitsubishi Electric Corporation, Kamakura, Japan in 1980. Since then, he was engaged in OS/network developments, mobile network computing R&D, and cellular Java standardizations. He is currently working as a group leader at National Institute of Information and Communications Technology, Yokosuka, Japan. His current research interests includes wireless network, wireless security, mobile systems, ubiquitous systems, and next generation wireless systems architecture. He is a member of the IEEE Computer Society. Tadanori Mizuno received the B.E. degree in industrial engineering from the Nagoya Institute of Technology in 1968 and received the Ph.D. degree in computer science from Kyushu University, Japan, in 1987. In 1968, he joined Mitsubishi Electric Corp. Since 1993, he is a Professor of Faculty of Engineering, Shizuoka University, Japan. He moved to the Faculty of Information, Shizuoka University in 1995. His research interests include mobile computing, distributed computing, computer networks, broadcast communication and computing, and protocol engineering. He is a member of Information Processing Society of Japan, the institute of electronics, information and Communication Engineers, the IEEE Computer Society and ACM.     

时间触发以太网在航空电子系统中的应用

首先,介绍了分布式综合模块化航空电子系统(DIMA)的架构,然后,分析了时间触发以太网(TTE)的特性,最后,针对DIMA架构下的TTE的通信调度问题,提出了基于TTE组循环周期、TT消息调度表周期和剩余时间的调度方法,并对生成的通信调度表进行了分析和评价。     

一种内置FIFO全双工UART的设计与实现

针对处理器与UART接口速度不匹配,设计了一种内置先进先出存储器全双工通用异步收发器,提高了处理器和UART接口的效率。该设计包含发送模块、接收模块、波特率发生器模块、数据存储模块和总线接口模块。整个设计基于Quartus II平台,使用VHDL语言编程实现。经软件仿真,验证了该设计的正确性和可行性。     

网络化数字音频扩声系统的构建

对比模拟扩声系统,分析了网络化数字扩声技术的特点。重点对采用CobraNet网络音频实时传输技术的音频产品进行了分析,并应用这些产品构建了网络化数字音频扩声系统。     

多学科优化技术在航空电子设备设计中的应用

根据航空电子设备的特点,介绍了多学科优化设计技术在航空电子设备设计中的现状与发展,概括了电子设备设计中多学科优化设计的特点,重点论述了多学科技术在电子设备中的应用,包括多学科建模技术、多学科优化方法及优化算法的应用、优化流程定制和多学科优化设计平台.多学科优化技术在电子设备设计中的应用必将提高其设计水平.     

同时同频全双工天线阵列自干扰抑制设计

针对同时同频全双工天线阵列系统中的自干扰问题,开展收发一体天线优化设计,对收发天线间表面波电流的传播途径进行了分析。根据分析结果,在发射天线与接收天线之间设计谐振陷波结构,可有效降低天线之间的自干扰信号电平。通过仿真手段验证了陷波结构对抑制收发天线间自干扰的可行性,达到了42 dB的无源天线隔离度,从而为同时同频全双工天线阵列的设计提供一种可行的应用方案。