基于TTEthernet的航空电子综合系统建模与性能分析

【类型】学位论文

【作者】武亚亮 

【关键词】 航电系统 TTEthernet 元模型 确定随机Petri网

【摘要】随着科技的进步和现实需求的变化，航空电子系统向综合化、模块化和智能化发展，航电系统的复杂度日益增高，数据量急剧增大，对航电总线带宽和实时性提出了更高的要求，传统总线直连布线方式增加了飞机重量，扩展性差，成本高，且其带宽比较低，已经不能适应航电系统的需求。航电系统的正常运行需要保证实时性、可靠性，但由于综合航电系统复杂度高，难以保证系统设计的正确性，对系统进行建模和分析可以及时发现问题，避免设计失误。综合这两个方面，可以看出，研究新型航空电子总线技术，探索基于新型总线的航电系统的建模和分析方法，具有重大现实意义。时间触发以太网TTEthernet是一种新型的实时以太网，传输速率高，兼容其他以太网协议，并且可以使用商用现货，降低了成本；通过时间触发机制，将以太网消息分为三类：时间触发消息，速率约束消息和事件触发消息，可以满足不同实时性的通信需求；采用交换机制，减少了布线数量，扩展性好。TTEthernet的这些特性非常适用于航空电子系统。本文主要研究基于TTEthernet的航空电子系统的建模和性能分析方法。首先介绍了航空电子系统的发展、组成和设计方法，研究了TTEthernet的通信机制，并介绍了面向实时嵌入式系统建模的UML MARTE扩展和用于系统性能分析的数学工具DSPN。在分析UML MARTE建模元素的基础上，利用UML扩展机制，提出了一种适用于航空电子系统的元模型PMAS。由于UML不是形式化的建模语言，语义描述不精确，缺乏有效的验证和分析方法，本文将UML模型和Petri网结合起来，设计了一种基于性能参数模型PMAS的建模分析方法。根据设计的基于PMAS的建模分析方法，实现了UML建模和Petri网分析工具。其中，UML建模部分主要实现了类图、活动图、顺序图、部署图等图形建模中MARTE的扩展构造型，可以利用UML MARTE对航空电子系统进行静态结构建模和动态行为建模。UML MARTE模型可以直接导入PMAS模型，并将PMAS模型转换为相应的Petri网，然后进行性能分析。利用该建模分析工具，对基于TTEthernet的航空电子系统实例进行了建模，并分析了关键性能指标。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】唐发根

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