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AFDX网络的容错控制方法研究

作　者: 任亚周
导　师: 胡飞；李健
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: AFDX jitter-EDD SimEvents 端到端延时延时抖动控制可调度性分析
分类号: TP393.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着高性能飞机的快速发展和空域环境的日趋复杂,飞机对航空电子系统的需求越来越多,依赖性越来越强,传统航空电子系统数据通信总线ARINC429和MIL-STD-1553等协议已经无法满足新一代航空系统对通讯系统的要求。因此,航空电子全双工分组交换以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet)(简称AFDX)应运而生。为了满足航空系统对可靠性的苛刻要求,AFDX通信链路采用物理上冗余的技术,一个AFDX系统中有A和B两个独立的交换网络。正常情况下,AFDX终端系统同时在A和B两个网络上进行数据传输。因此,每个终端系统将会收到两份同样的数据包,所以需要在接收端冗余管理模块对数据包进行过滤,把两个数据流整合成一条数据流。但是,这个看似简单的工作,并不简单。冗余管理模块需需要保证以下情况时,网络能够接受正确的数据包,例如随机的不正常的帧、单个帧丢失、端系统重启、switch babbling等情况。本文的主要内容是对AFDX网络和冗余管理机制进行研究,从而提高网络可靠性。本课题主要研究内容和成果如下:(1)通过引入jitter-EDD(Earliest-Due-Date)机制,控制端到端的延迟和延迟抖动,解决有效数据包丢失的问题,从而提高数据的安全性。(2)为了在AFDX中引入jitter-EDD机制,本文对端系统和交换机的架构进行了重新设计,满足了jitter-EDD机制的应用要求。原有的jitter-EDD机制并没有给出具体的端到端的deadline分配机制,因此本文对deadline分配机制也进行了研究,设计了基于权重的deadline分配机制。(3)现有的AFDX航空数据总线系统在可靠性和安全性方面,尚不能满足对于关键性飞行控制系统的苛刻要求。因此,研究网络节点上任务的可调度性就显得很必要,本文给出了多条虚拟链路可调度性的充分必要条件。(4)在研究端到端延时抖动的基础上,设计了新的冗余管理算法,对网络数据包及其冗余数据包进行安全可靠的冗余管理,确保网络可靠的工作。(5)使用SimEvents作为仿真工具,根据A380内部网络拓扑结构,搭建仿真平台。使用错误注入的方法,来验证新冗余管理机制对于各种网络错误的容错效果。经仿真实验证明,该冗余算法有效的提高了网络安全性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 研究目标  10-12
  1.3 国内外研究现状  12-14
  1.4 论文结构  14-15
  1.5 本章小结  15-17
2 AFDX 网络架构与JITTER-EDD 机制  17-31
  2.1 AFDX 网络架构  17-28
    2.1.1 端系统和航空子系统  17-19
    2.1.2 虚拟链路(Virtual Link)  19-22
    2.1.3 AFDX 交换机  22
    2.1.4 虚拟链路调度和Jitter  22-25
    2.1.5 冗余管理  25-28
  2.2 Jitter-EDD 机制  28-30
    2.2.1 Jitter-EDD 网络模型  28-29
    2.2.2 Jitter-EDD 原理  29-30
    2.2.3 Jitter-EDD 问题与改进  30
  2.3 本章小结  30-31
3 AFDX 网络建模  31-37
  3.1 发送端系统  31-32
  3.2 AFDX 交换机  32-34
  3.3 AFDX 接收端系统  34-35
  3.4 本章小结  35-37
4 AFDX 网络模型分析  37-43
  4.1 端到端的延迟分析  37-39
  4.2 Deadline 分配和可调度性分析  39-40
  4.3 冗余管理分析  40-42
  4.4 本章小结  42-43
5 AFDX 网络仿真平台的搭建  43-65
  5.1 SimEvents 介绍  43-48
    5.1.1 SimEvents 一些基本概念  43-45
    5.1.2 SimEvents 主要模块  45-48
  5.2 AFDX 仿真平台搭建  48-64
    5.2.1 发送端系统模型  48-54
    5.2.2 交换机系统模型  54-58
    5.2.3 接收系统模型  58-62
    5.2.4 错误注入模块  62-64
  5.3 本章小结  64-65
6 实验与仿真结果  65-75
  6.1 仿真场景  65-66
  6.2 仿真结果及其分析  66-73
  6.3 本章小结  73-75
7 结论  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-83
攻读学位期间发表的学术论文目录  83-85

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