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基于TTE的确定性机载网络通信系统关键技术研究

批准号:
61701276
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
杨佳利
依托单位:
学科分类:
空天通信
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王吴凡、于少霖、祝波、战裕隆、芦伟

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
实时性差和可靠性低是当前机载网络通信系统面临的两大主要难题,难以满足未来先进航电系统的发展需求。时间触发以太网采用时间触发的通信机制,可有效提高系统实时性、可靠性,实现确定性机载网络通信。本项目拟针对时间触发以太网通信系统中的时间同步、任务调度和可靠通信三个关键技术展开研究: 结合时间触发以太网的通信特点和网络结构,采用二级分层的时间同步策略,利用递推最小二乘法和延迟补偿技术实现高精度的时间同步;利用Petri网对时间触发以太网复杂的通信任务调度问题进行建模,并利用智能优化算法求解高效的任务调度表;采用高可靠的时钟源保证机制、双余度可靠传输技术和基于通信任务调度表的故障诊断及定位方法提高网络通信的可靠性。时间触发以太网是未来机载网络通信系统的主要发展方向,该项研究可为我国航电事业的发展奠定重要的理论和技术基础。
英文摘要
The problems of the airborne communication network are the poor performance of real-time and reliability, which hinder the future development of advanced avionics system. Adopting the time-triggered communication method, the Time-Triggered Ethernet is a deterministic airborne communication system with excellent performance of real-time and reliability. The key technologies of Time-Triggered Ethernet are the time synchronization, schedule optimization and reliable communication methods, which would be studied in our research. Based on the characteristics and network structure of Time-Triggered Ethernet, a two-level time synchronization strategy, recursive least squares time synchronization algorithm and the delay compensation method are proposed to achieve high-precision time synchronization. The complex communication task scheduling problem of Time-Triggered Ethernet is modeled by Petri Net method and optimized by intelligent optimization algorithms. The reliability is improved by clock source assurance mechanism, double redundant transmission technology and fault diagnosis method based on the pre-set task scheduling table. As Time-Triggered Ethernet has a good development prospect in the future, our research would promote the development of China’s avionics industry both in theory and technology.
分布式综合模块化航电系统是未来机载航电系统的主要发展方向,离不开确定性强、可靠性高的机载网络通信系统。时间触发通信机制以全局统一的时间基准为驱动,按照预先生成的通信任务调度表进行通信,可显著提高机载网络通信系统的确定性和可靠性,满足分布式航电系统的发展需求。论文针对采用时间触发通信的机载网络通信系统相关的关键技术,开展了以下研究工作:.1.针对高精度时间同步问题,提出了基于设备功能分类的分步时间同步策略,首先在交换机之间实现时间同步,然后利用主从式同步方式将交换机的时间基准同步至其所连端节点;针对主从式时间同步方法可靠性低的问题,提出了基于时钟速率比值为判定依据的时钟源故障检测方法,实现快速准确地判定时钟源故障。.2.针对时间触发以太网通信任务离线调度优化问题,提出了将交换式网络通信任务离线调度问题转化为时间-链路二维空间下的消息排列问题的求解思路,将数据帧的时间和链路传输过程固定,简化系统中发送时间、链路冲突、传输延迟、传输时序等约束条件,利用随机优化搜索算法进行离线调度优化问题求解。.3.针对机载网络可靠及容错通信问题,分别从可靠性设计、故障诊断、容错机制等方面着手,在物理层、链路层和容错通信层采取了不同的可靠性设计方案,通过层层保障机制提高系统可靠性;在故障诊断方面,提出了基于时间同步状态监控的在线故障诊断方法,以快速准确地定位故障位置。.4. 为验证上述方法的可行性和性能,研制了时间触发以太网光纤通信板卡和交换机,建了时间触发以太网通信系统原型,并进行了测试,测试结果表明,有效数据通信速率可达900Mbps以上,误码率小于10-9(置信度99.9%),系统同步精度可达70ns左右(同步周期10ms),端到端通信延迟在[7.18us, 7.22us]范围之间,延迟抖动40ns,实现了确定性通信。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2018.06.010
发表时间: 2018
期刊: 计算机测量与控制
影响因子: --
作者: [战裕隆, 杨佳利, 朱纪洪]
通讯作者: 朱纪洪
DOI: 10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2019.03.054
发表时间: 2019
期刊: 计算机测量与控制
影响因子: --
作者: [芦伟, 朱纪洪, 杨佳利, 于少霖]
通讯作者: 于少霖
DOI: --
发表时间: 2020
期刊: 计算机工程与设计
影响因子: --
作者: [马跃, 朱纪洪, 杨佳利]
通讯作者: 杨佳利
DOI: --
发表时间: 2019
期刊: 系统工程与电子技术
影响因子: --
作者: [于少霖, 朱纪洪, 杨佳利]
通讯作者: 杨佳利
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