机载光纤网络系统关键技术研究

发布时间：2019-06-10 02:46

【摘要】：随着航空电子设备数据处理能力和综合化程度的进一步提高,传统的以同轴电缆、双绞线为传输媒介的机载数据链路已不能适应当前机载网络的通信需求。机载光纤网络因其具有传输容量大,抗电磁干扰,体积小,重量轻,功耗低的特点,是当前机载网络通信的主要方式。以机载光纤通道(FC)技术为代表的机载光纤网络系统成为机载网络设计的主流选择。为了配合机载光纤网络系统在某重点型号飞机的实际应用研究和开发,本文对机载光纤网络系统的若干关键技术进行了研究,研究内容覆盖了从需求提取、设计、仿真、开发到实验验证等机载光纤网络系统全研制周期的应用需求,有力地推动了我国航空电子网络光纤化进程。本文的主要创新工作概括如下:1.设计与开发了机载FC网络设计与仿真平台。机载FC网络设计与仿真平台,既能够完成机载FC网络的设计,又提供对设计结果进行功能和性能的仿真和验证,是一个基于计算机模拟的、高效的设计和开发工具,具有设计迭代周期短、开发费用低的特点,是机载FC网络研制工作有效开展的重要保障。2.提出一种保证机载网络强实时性的加权轮转调度算法,解决了机载光纤网络中消息的实时发送问题。根据实时通信中的周期性任务模型,建立了机载网络消息模型,并给出了机载应用环境下的消息调度模型和实时调度的轮转约束条件。除了考虑信道利用率外,还研究了不同的调度参数设计对更多的网络性能指标的影响,如消息的最大延迟等。提出的多信道分配方法在尽量减小拆分次数的前提下,实现了各信道负载率的均衡。3.面向新一代机载网络的发展需求,提出一种子网内波长交换和子网间FC电交换相结合的新型机载光纤交换网络架构方案。提出的一种适于机载环境的基于波导阵列光栅路由器(AWGR)的子网内波长路由实现方法,克服了传统波长交换设备对光开关的依赖。进一步地,提出的一种机载光纤网络WDM光源的实现方法,解决了传统商用WDM光源难于在机载光网络中应用的难题。通过采用确定性网络演算方法对消息延时上界的理论计算和建立系统能耗模型,验证了基于AWGR-FC交换结构的低延迟和低功耗性能。4.设计和开发了机载FC网络研制的重要工具—机载FC网络数据仿真与监控系统。由FIC通信板卡和数据仿真软件组成的机载FC网络数据仿真系统能够模拟机载终端设备,实现满足FC-AE-ASM协议的FC网络数据的发送和接收,支持对整个网络的时钟和网络管理功能。机载FC网络数据监控系统可实现对机载FC网络数据的高速率、多条件的过滤、存储及故障分析,支持高达3TB存储容量、3小时连续存储。采用仿真卡与监控卡,实际搭建了FIC端口性能测试平台,提出了一种测试系统时钟同步情况下的端口性能测试方法,实测结果表明FIC端口具有高带宽、低延迟的特性,能够很好地适应机载FC网络的通信需求。5.提出一种基于FC over WDM的机载光纤网络架构,并给出了具体的系统实现方案,通过采用自主研发的FIC仿真卡搭建地面仿真实验平台,从系统功能和性能两个方面验证了在机载FC光纤网络中引入WDM和光交换技术的可行性。
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【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V243;TN929.11
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本文编号：2496105