afdx网络时延控制与冗余管理

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1、上海交通大学博士后出站报告学科专业：过篡扭科堂皇撞查作者：围造瑞合作导师：胡]麴撞2012年9月DelayControlandRedundancyManagementinAFDXNetworksHairuiZhouSupervisor：ProfessorFeiHuShanghaiJiaoTongUniversityShanghai，200240，September2012上海交通大学博士后出站工作报告AFDX网络时延控制与冗余管理摘要随着航空电子系统日益复杂，通信数据量的急剧增加，传统的ARINC．429和MIL．STD．1553B等数据总线

2、已经无法满足新一代航空电子系统对通信系统的要求，新的数据总线不断涌现。其中航空全双工交换以太网(AvionicsFullDuplexSwitchedEthernet，AFDX)以其技术成熟、价格低廉、开放程度高等诸多优点已经成为下一代大型航空器的通信神经中枢。对于机载数据网络这样一个强实时性系统，判断各种数据是否正确的一个核心标准就是在有限的资源条件下，数据包能否在规定时间内到达指定的目标系统。因此在AFDX网络构建过程中，需要解决的一个关键问题就是对数据包端到端传输时延的精确估计。本文基于网络微积分理论，对AFDX网络端到端最大传输时延进行

3、理论计算与分析，具体研究内容包括：1．AFDX网络实体建模，对AFDX终端系统和交换机进行结构解耦和数学建模，架构起通用的端到端最大传输时延计算方法。2．采用新的数据流建模方法对AFDX虚拟链路进行数学建模，得到新的更加精确的端到端传输时延上界，并与传统计算结果进行比较。3．在AFDX交换机的输出端口实现组合调度策略以实现区分服务，并得出新的调度策略下的端到端传输时延上界。4．使用Matlab／TrueTime构建AFDX网络仿真平台，在实验室仿真环境下实测数据包的端到端传输时延上界。为了进一步强化数据的安全性，AFDX使用两个相互独立的物理

4、网络互为冗余。但是资源竞争会引入时延抖动，两个互为冗余的数据帧到达间隔大于冗余管理参数SkewMax时会造成冗余管理策略失效，有效数据帧丢弃，这是不可容忍的。本文在理论计算AFDX网络端到端最大传输时延的基础上研究端到端时延抖动控制机制，确保互为冗余的数据帧到达间隔小于冗余管理参数SkewMax，提高AFDX冗余管理机制的鲁棒性，具体研究内容包括：1．使用Jitter-EDD(EarliestDueDate)机制控制端到端的时延抖动，．解决有效数帧丢弃，冗余管理策略失效问题，提高数据的安全性。上海交通大学博士后出站工作报告AFDX网络时延控制

5、与冗余管理II2．重新架构AFDX终端系统和交换机的输出端口，嵌入JiRe卜EDD机制。提出基于流量的本地截止时间分配策略，提高系统的可调度性。3．在控制网络端到端时延抖动的基础上，设计了新的冗余管理策略，增强系统的鲁棒性。4．根据空客A380机载网络拓扑构构建仿真实验平台，使用错误注入方法验证新的冗余管理策略可以有效提高数据的安全性。关键词：航空全双工交换以太网，端到端时延，网络微积分，时延抖动控制，冗余管理Ⅱ上海交通大学博士后出站工作报告AFDX网络时延控制与冗余管理AbstractDuetothegrowingcomplexityofa

6、vionicssystemsandtheincreasingamountofcommunicationdatavolume，TraditionalARINC一429andMIL—STD-1553Bhasbeenunabletomeetthecommunicationrequirementsofnextgenerationavionicssystems，newdatabusescontinuetoemerge．Thankstoitsmaturetechnology,lowprices，highopennessandotheradvantages

7、，AvionicsFullDuplexSwitchedEthernet(AFDX)hasbecomethenervecenterforcommunicationsinthenextgenerationlargeaircraft．Sincetheavionicsnetworkisahardreal—timesystem，thecorestandardtojudgewhetherthedatarunscorrectlyiswhethertheflamereachesthetargetsystemwithinthespecifiedtimeunde

8、rlimitedresources．Therefore，inthesystembuildingprocess，akeyproblemistocomputetheen