新型航空电子互连系统关键技术研究

【类型】学位论文

【作者】徐亚军 

【关键词】 航空电子统一网络,光纤通道,可靠性,容错,航空电子互连系统,航空电子,实时系统

【摘要】新型航空电子互连系统是新一代先进综合化航空电子系统的重要组成部分，采用航空电子统一网络技术。不同于一般商用计算机网络的要求，航空电子统一网络特别强调系统的严格实时性、强的容错能力和高可靠性，并且有着不同的系统设计方法。本文主要对新型航空电子互连系统的候选互连协议——光纤通道（FC）的可靠性、容错设计、实时性和网络性能测试手段等进行研究，完成了以下工作：(1)阐述了新型航空电子互连系统的研究方法和关键技术。新型航空电子互连系统以具有开放标准的商用互连网络协议为基础，不仅要保证互连网络的平均吞吐量、平均消息延迟等指标要求，而且还要针对航空电子环境的特殊要求进一步保证系统的严格实时性、高可靠性和强的容错能力。(2)在系统地介绍FC研究现状、协议主要内容、应用和支持背景的基础上，本文针对FC的拓扑结构、上层协议、传输速率和传输介质、服务类及流量控制方式如何在新型航空电子互连系统中应用给出了相应的建议。(3)系统可靠性建模可以指导系统可靠性指标的正确分配。本文在一般分布式网络可靠性建模研究的基础上，充分考虑FC互连拓扑结构的特点，建立了基于任务的FC可靠性模型。根据可靠性模型，给出了FC各种拓扑结构互连时的可靠度表达式。通过引入桥端口的概念，本文还针对FC网络混合拓扑结构给出了一种简化的可靠度近似计算方法。(4)FC网络拓扑结构灵活多样，本文针对不同拓扑结构的冗余方法进行了研究：对FC三种基本冗余拓扑结构的特点进行了分析比较；针对交换网络提出了基本路径冗余结构；针对混合拓扑提出了桥端口冗余结构。冗余方法的研究对于新型航空电子互连系统的容错设计具有重要意义。(5)严格实时性是航空电子统一网络最重要的性能要求之一。本文从FC交换式网络的流量控制方法入手，分析了FC网络中消息的传输延迟特性，提出了基于负载匹配的流量控制方法和保证网络消息集严格实时的充分必要条件。在负载匹配的流量控制方法基础上，还给出了最坏情况下消息集实时的网络可达负载率。(6)为了满足FC网络性能测试的需要，本文在已经成熟的光纤通道IP上层协议映射的基础上，提出了一种轻量IP上层协议映射方法，并通过中间层插入的方法实现了光纤通道轻量IP上层协议映射。(7)网络性能测试是航空电子互连系统性能研究中的基本方法，本文对网络性能测试的方法进行了论述，采用ping-pang和以太网同步两种测试方法分别对光纤通道网络的吞吐量和延迟时间进行了测试。本文还设计实现了FC演示系统和FC测试工具。

【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】张晓林

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