AFDX航空通信网络协议研究及FPGA实现

【类型】学位论文

【作者】何晔 

【关键词】 AFDX 终端系统 FPGA 网络演算

【摘要】随着航空电子系统的高速发展，飞机中电子设备呈现出多样化、复杂化的趋势。飞机上传统的通信网络技术通讯速率低、电缆使用量大，越来越不能满足现代航空电子系统的需求，制约了航空电子设备的更新换代。因此，使用新型通信网络优化航空通信网络性能，改善航空电子设备结构成为了研发新一代大型飞机必须攻克的课题。本文研究的主要内容就是新型航空数据网络航空电子全双工交换式以太网（Avionics Full Duplex Switched Ethernet Network， AFDX）在国产大飞机C919上的运用。 首先，在分析课题背景以及研究意义的基础上，阐述了传统通信总线传输速率低的缺陷，以及商用以太网在实时性、确定性上的不足，论证了引入AFDX作为新一代航空数据网络的必要性。 其次，从系统所需实现的功能、性能指标以及现阶段具备的实际条件综合考虑，提出了实现AFDX终端系统的具体硬件及软件方案。根据AFDX终端系统的物理结构将硬件结构分成物理层实现电路，顶层协议实现电路以及电源电路三部分。根据AFDX协议栈物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层五层化结构，系统软件结构分成 AFDX 端口实现、MAC 层实现、冗余管理、完整性检测、虚拟链接模块以及 UDP、IP 打包模块六大部分。除 AFDX 端口外的其他五部分都在FPGA中实现。 再次，根据AFDX与标准以太网的联系和区别，将广泛应用于标准以太网延迟分析的网络演算理论引入AFDX网络，推导出计算AFDX网络在最坏情况下端到端之间系统延迟的数学方法，分析AFDX网络质量。 最后，根据设计方案，完成AFDX终端系统的原始样机的设计。采用AFDX网络分析仪，接收并图形化显示数据，以验证系统通信功能的实现并分析系统状态。通过实例计算AFDX系统端到端的最大延迟，将计算结果和航空标准进行对比，并通过仿真的方法验证了AFDX的可靠性，表明AFDX相对于传统通信网络的优势。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】哈尔滨工业大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】刘晓胜

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