故障容错光交叉通道数据链路的可靠性

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1、航空学报Aug．252011V01．32No．81524-1530ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)08—1524—07故障容错光交叉通道数据链路的可靠性王新华*，甄子洋，龚华军，杨一栋南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016摘要：光交叉通道数据链路(OCCDL)是光传飞行控制系统余度计算机之间进行数据交换的重要途径。为了提高OCC

2、DL系统的可靠性，提出一种新的具有多链路故障容错能力的OCCDL系统。给出了该OCCDL系统的结构配置，分析了系统正常工作和故障工作情况下的工作流程，设计了系统光开关故障、光链路等关键部分的故障容错逻辑，建立了基于马尔可夫链的OCCDL系统可靠性模型，分析了光链路、光开关、现场可编程门阵列(FPGA)和双口随机存取存储器(RAM)等组成部分的故障概率计算问题。数值仿真结果表明，与传统数据链路系统相比，该OCCDL系统的可靠度和稳定度均得到了显著提高，并且具有良好的实时性和工程实用性等特点。关键词：光传操纵；光交叉通道数据链路；可靠性；马

3、尔可夫过程；故障容错中图分类号：V249．1文献标识码：A光传飞行操纵系统可有效地防御电磁干扰，而且体积小、重量轻、传输容量大，大大改善了飞机的操纵品质和安全性能。因此，采用光传操纵系统是未来飞机的发展趋势‘1。引。文献[3]对三余度飞控系统的交叉通道数据链路(Cross-ChannelDataLiIll【，CCDL)进行了研究，指出CCDL是保证光传余度飞行控制系统正常运转的关键部件。文献[4]给出了一种采用光波分复用器实现单纤双向信息传输和环形网络拓扑结构的光交叉通道数据链路(OpticalCross-ChannelDataLink

4、，OC℃DL)，其优点是减少了光纤数量且具有容错性能，但是仅仅具有单链路故障容错能力。为了进一步提高OCCDL系统的可靠性和容错能力，本文在不增加整体重量和体积的前提下，设计了一种具有多链路故障容错能力的双余度高速∞L信息传输系统。该系统采用光开关和波分复用器来实现故障检测和多故障工作。采用USB(UniversalSerialBus)串行传输协议，保证了信息传输的可靠性[s]。故障诊断与容错逻辑设计能够最大限度地提高完成任务的可靠性和飞行安全性卟。7]，因此该系统采用现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArra

5、y，FPGA)来实现信息传输系统的故障容错设计，其计算速度快且可靠性高[8]。为了检验系统发生故障时性能降级的动态过程，需要建立系统的可靠性模型，考虑到马尔可夫模型在描述容错冗余系统的真实动态过程方面较其他模型有优势[9]，建立了基于马尔可夫链的OCCDL系统可靠性模型。1oCCDL系统组成与工作流程分析本文设计的新型OCCDL系统如图1所示。该系统主要由FPGA模块、双口随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、光／电转换电路、电／光转换电路、2×2光开关和波分复用器(WavelengthDivisionMult

6、iplex，WDM)等部件收稿日期：2010．12—08；退修日期：2010．12．30；录用日期：2011—03—21；网络出版时间：2011—03-2814：27：34网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／deta¨／11．1929．V．201103281427．004．htmlDOI：CNKI：11-1929／V．20110328．1427．004基金项目：航空科学基金(200919522023)；南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目(NS2010076，NP2011012)*通讯作者．Tel．：025-8489

7、2301-5051E-mail：xhwang@nuaa．edu．cn鳓臻格式l王薪华，甄子津，龚华军，等．教障容错光交叉遥莲数据链路薛可靠性[J]．兢空学报，20II，32(8)：1524-1530．WangXin—hua，ZhenZiyang，GongHuajun，eta1．Reliabilityofafaulttolerantopticalcross-channeldatalinkEJ_1．ActaAeronauticaetAstro—nauticaSinica。201I。32(8)：1524．1530．王新华等：故障容错光交叉通道

8、数据链路的可靠性组成。FPGA模块是整个接口电路的核心，负责双口RAM的读写操作、链路故障诊断与容错逻辑计算、光开关控制等功能的实现。双口RAM用于存储各飞控计算机(FlightControlComput—