航空电子SCI/RT总线性能研究

【类型】学位论文

【作者】崔剑 

【关键词】 SCI 实时系统 流量均衡 仲裁方法 优先级 调度方法

【摘要】采用并行和集中处理技术，提高电子系统的综合性能，是现代航空电子系统的发展方向。为了降低研制和维护成本、提高可靠性和可扩展性，需要使用统一的航空机载数据总线，即统一航空网络（UAN，Unified avionics network）。美军等研究机构经过慎重比较各种主流的商用货架产品，最终倾向于可扩展一致性接口（SCI，Scalable Coherent Interface）和光纤通道（FC，Fibre Channel）两种网络标准。其中SCI总线在性能上具有一定的优势。SCI总线及其实时性扩展SCI/RT总线具有传输速度高，延迟低，可扩展性好，支持缓存一致性操作等优点，在高性能和并行计算领域具有较多的应用。同时，在航空机载领域应用SCI和SCI/RT总线的研究也已经逐渐开展，因此对SCI总线的航空机载应用研究具有重要的意义。TRAIN协议是SCI/RT的候选协议，本论文对SCI和SCI/RT TRAIN进行了相关性能研究，取得了如下成果：1. 对光纤传输的SCI总线进行了研究。由于光纤传输系统的传输带宽高、电磁兼容性好，适合航空机载环境下的应用。研究表明，可以通过采用新型光纤传输器件，扩展光纤SCI总线的传输性能。计算结果表明，采用1550nm波长和DSF光纤的传输系统，可以得到更优异的传输性能；采用现代器件的SCI光接收机，灵敏度比协议标准至少高约1.8dB。对于1Gbps的传输链路，其信道延迟比较节点处理延迟，基本可以忽略。2. 基于OPNET仿真软件，建立了功能比较完备的TRAIN协议模型。该模型支持TRAIN协议的直接传送和仲裁模式两种模式，具有管理者迁移功能，节点支持同时传输多数据包能力。仿真结果说明建立的模型符合SCI/RT TRAIN协议。3. 对TRAIN协议的流量均衡问题进行了研究。研究发现环路负载增加时，每个节点流量的增量是不同的。本文提出了扩展子优先级的流量均衡方法。仿真表明，本方法较协议给出的管理者迁移方法具有更好的性能。4. 对TRAIN协议的传输带宽浪费问题进行了研究，发现环路处于重负载情况时，环路的列车传输空间有浪费情况存在，数据传输出现优先级倒置的情况。本文提出基于广播节点输入队列信息的仲裁传输新方法，提高了环路传输效率。5. 对TRAIN协议的直接传送模式进行了研究，发现标准直接传送模式存在不能释放传输空间的问题，本文提出基于链路矩阵计算的直接传输新方法，提高了直接传送模式的性能。6. 在分析两种主要的实时调度方法，即RMS(monotic rate scheduling)和EDF(earlist deadline first)方法的基础上，对TRAIN协议的调度问题进行了研究。研究中设定了基于EDF方法的两种新调度方法减小低负载情况下的超时率。仿真表明，在环路低负载情况下，两种EDF方式较RMS方式有所改进，但是在中等甚至重负载情况下，RMS调度方法最优。

【学位名称】博士

【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】李铮

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