● 摘要
航空电子光纤通道（Fibre Channel，FC）统一网络是新一代先进综合式航空电子系统的重要组成部分，不同于一般的网络应用，航空电子FC网络要求具有严格的实时性、可靠性和强容错能力，并且有着不同的网络设计方法。本文针对FC网络在航空电子环境中的实际应用展开研究，重点研究了航空电子FC网络体系结构、上层协议、交换路由方法、网络设计与仿真工具、网络测试与网络监视，具体完成了以下研究工作：1）对国外FC网络在航空电子系统中的应用情况进行了概述，总结了航空电子FC统一网络的应用需求，提出了一种航空电子FC网络的互连体系结构，使其能够保证航空设备的通信需求，提供较高的实时性和可靠性保证，设计了FC统一网络的拓扑结构，并且对FC网络的容错设计进行了分析。2）对FC-AE中定义的FC-AE-1553协议进行了研究，分析了FC-AE-1553与1553B的映射机制，建立了网络模型和数据传输控制模型，提出了数据传输控制方法，推导出在该方法下数据集合严格实时的充要条件，经过理论分析和仿真验证，证明FC-AE-1553非常适合航空电子系统应用，能够保证数据传输的实时性。3）对FC-AE中定义的FC-AE-ASM协议进行了研究，分析了FC-AE-ASM协议的特征，对协议的通信方式进行了完善和补充，提出了网络消息发送控制算法，以链路占用率为性能衡量指标，证明在最差条件下，采用网络消息发送控制算法后，FC-AE-ASM网络的实时性可以得到保证。采用OPNET Modeler对FC-AE-ASM网络进行了仿真，得出FC-AE-ASM网络不但具有良好的实时性，而且具有较高的吞吐量和大数据块传输能力，非常适合雷达、红外等图像数据的传输。4）在航空电子网络中消息传输的实时性必须得到保证，除了对上层协议的实时性提出要求以外，还需要交换机能够进一步保证消息的实时转发，也就是交换机上要有一套保证消息实时转发的交换路由方法。对航空电子FC网络的特性进行了分析，总结了交换路由的基本原则，提出了静态路由和动态路由相结合的FC网络交换路由方法，设计了航空电子FC网络交换路由系统，对静态路由过程和动态路由过程进行了详细描述，该系统的应用能够保证航空电子FC网络通信任务的强实时性要求。5）新一代航空电子系统是一个全面综合的系统，子系统间使用FC网络互连，实现信息的共享。在航空电子FC网络中，网络拓扑结构比较复杂，单纯依靠经验已无法完成整个航空电子系统的FC网络互连设计。开发了一个进行航空电子FC网络设计的平台，该平台能够进行航空电子FC网络的设计和仿真验证。网络设计人员可以使用FC网络设计与仿真平台定义FC网络体系结构，包括网络的拓扑结构、传输的数据流、网络通信指令等数据文件，并通过网络仿真和优化得到FC网络仿真计算结果和FC网络的最优设计方案。6）设计了航空电子FC网络测试系统，对系统内的测试服务器模块和测试终端模块进行了详细描述。FC网络测试系统主要完成航空电子FC网络的性能测试工作，通过一定的测量设备和一定的测试方法直接从实际的物理网络中测得各项性能指标或与之密切相关的度量，然后经过运算求出相应的FC网络性能指标。7）设计了航空电子FC网络监视系统，对系统内的数据获取模块和数据处理模块进行了详细描述。FC网络监视系统主要完成航空电子FC网络的实时监视工作，通过技术手段监视网络的运行情况，实时获取网络中运行的数据，通过协议分析等技术，监视数据的完整性和网络的健康性，对发现的错误进行报警。