描述:航空电子系统的可靠性很大程度上依赖与负责航空电子子系统之间通信和交互的航电网络的性能,而随着现代具有更全面的功能和更复杂的结构的航电系统的出现,传统的航空电子总线(ARINC429、1553B等)已经难以为新一代航空电子子系统提供充分可靠的通信保证了,首先,传统总线的低带宽不能满足持续增加的航空数据的通信要求。其次,在现代更复杂的航电系统的背景下,传统总线子系统间端到端直接布线的特点使得飞机的重量急剧增加,造成飞机的额外过多的载重和消耗。再次,传统总线扩展性差、布线复杂、成本高昂,也使得其不满足现代航空电子系统的发展方向。航空全双工交换以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet,简称AFDX)在这种背景下应运而生,有效的解决了传统总线中存在的问题,并逐步的被应用到了空客A380、波音787等大型客机上。ARINC664标准的第七部分,定义了AFDX中航空电子子系统之间数据交换的电器和协议规范,但是,由于AFDX采用异步传输模式的理念(Asynchronous transfer mode),不同子系统之间通过同一个主干网进行通信,不同数据帧在交换机上需要信息元中继,共享通信和计算资源,这使得集合数据流的传输出现竞争,从而给AFDX的新理念和新机制的综合可靠性验证提出了新的要求。本文依据AFDX的协议描述和工作机制,使用故障树理论对网络数据帧的可达性进行了分析和建模,并针对航空电子系统对数据传输的强实时性要求,利用网络演算及其概率扩展理论进行了网络时延的分析与计算。论文的主要工作和研究成果如下:(1)使用静态故障树对AFDX网络建模。分析了AFDX网络服务实体的拓扑分布以及工作机制,抽象出了虚拟链路端到端的故障树逻辑架构,分类考虑了由于网路系统功能部件失效造成的数据帧丢失,以及网络功能部件正常工作时由于网络协议造成的丢帧,最后依据各个基本事件的失效率,利用布尔代数的方法进行了数据帧丢失概率的定量计算。(2)根据AFDX网络中存在的事件动态依赖特性,对AFDX静态故障树进行了优化和完善。利用动态故障树对静态故障树中无法描述的动态故障特性进行了建模,主要指故障树中对事件发生序列敏感的功能模块,包括AFDX链路冗余算法模块,各个交换机的冗余备份等,基于马尔科夫链对AFDX动态故障树进行了定性和定量分析。(3)利用网络演算对确定性传输时延进行了分析。针对AFDX的SP-FIFO调度策略,将数据帧在单服务节点上的时延分离为本优先级队列数据流造成的内部时延和其他优先级数据流造成的外部时延,分别考虑了本优先级队列中的最差竞争结果和其他优先级队列最差到达情况,得出了单服务节点上可能的最大时延,同时对确定性时延进行了端到端多跳路径上的扩展,通过黑盒网络系统计算了端到端时延。(4)论文对时延的分布概率进行了基于随机网络演算的分析。针对AFDX网络中不同数据流的安全要求级别和交换机的差分服务架构,分别对飞行控制数据流和其他航空数据流进行了概率约束时延的计算,比较了确定性时延和概率约束时延的差别和适用场景。(5)基于一个AFDX航空网络的工业配置实例,按照虚拟链路数据帧的可达性和可用性要求,完成了综合可靠性分析与验证。
描述:随着航空电子系统的通信业务从传统的话音通信扩展到包括话音在内的多媒体、图片等多元化业务,因而航空电子系统对航空数据网络的可靠性、可扩展性、带宽等要求越来越高。目前广泛应用的ARINC429或Mil-STD-1553总线技术的航空数据网络不能够满足更高的带宽和速率等。为了解决这些问题,一种新型的航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet,简称AFDX)因其成本低、扩展性好、技术完备等显著优点决定其成为构建新一代的航空电子系统的基础。AFDX是一种基于IEEE802.3标准,以及使用集成通信技术的确定性网络。但当使用AFDX总线标准的飞行系统监测到内部或外部的模式转换信号时,系统发生模式转换,即从一种飞行模式转换成另一种飞行模式,随之AFDX网络同样发生模式转换。此时,网络中存在前后两种模式下的传输数据,数据的突发将会使得网络因负载过重而导致数据包的丢失。因而,在这个模式转换的过程,确保网络数据的正常传输是非常重要的。本文主要研究当AFDX网络发生模式转换时,网络中数据如何能够正常传输。论文的主要工作及研究成果如下:(1)研究AFDX网络,特别研究端系统、交换机、虚拟链路的工作机制和特征,然后模型化端系统和交换机,并符号化网络中端系统和交换机。(2)研究实时系统有关模式转换的理论,然后比较实时系统与AFDX网络的异同点,最后提出AFDX网络的模式切换模型,涉及网络模式切换的要求,一些假设条件以及一些定义。(3)对于单个交换机的网络,建立其模式转换下的模型,在所提出的模型上计算来自两种模式的数据的最差响应时间,通过比较所有数据的最差响应时间与它们各自的截止时间来分析网络数据的调度性。然后扩展到多个交换机的网络,同样建立其模式转换下的模型,在所提出的模型上研究网络中来自两种模式的数据的调度性。(4)利用Truetime仿真工具搭建AFDX网络拓扑,模拟网络的模式切换过程,记录两种模式下的数据的最差响应时间。如果网络所有数据的最差响应时间小于其截止时间,那么证明网络在模式切换的过程中数据是可以调度的。
描述:在航空界,语言和航空安全密切联系。事故调查发现造成多起航空事故的因素就是机组和管制员无线电陆空通话交流不畅。为了加强航空安全,国际社会予以航空语言高度重视,国际民航组织(International Civil Aviation Organization.,ICAO)出台了一系列空地通话语言标准。中国民航空中交通管理局依据ICAO语言标准设计并实施了中国民航管制人员英语等级测试系统(Air-traffic-controller English Test System of Civil Aviation Administration of China,AETS)。由于空中交通管制的特殊性,AETS具有很高的风险性(high-stake),测试质量应该接受严格的监管,测试的效度和信度的数据应该受到严格的控制。大多数语言测试做不到这点,AETS做得较好。本文旨在研究AETS的内容效度,研究的结构基于巴克曼内容效度的理论,分为三个部分:内容覆盖面、测试方法因素、内容相关性。为了说明采用巴克曼理论的正确性和必要性,作者回顾了世界语言测试发展的历程。作者采用分析AETS的真题和模拟题的方法来评估测试的内容覆盖面;采用分析调查问卷的方法来研究测试方法因素,问卷的设计理论是基于巴克曼研究的测试方法因素模型;最后,作者制作了题目与目标一致性专家评定表对于内容相关性进行评估,并邀请业内专家根据此表对考题进行了评判。对以上所有调查结果进行全面分析,就可以在一定程度上分析出现阶段AETS内容效度情况。研究结果表明AETS内容效度相对较低,存在缺陷不容忽视。这些缺点应当予以及时完善。