● 摘要
随着技术的进步，直升机的应用场景与应用范围越来越广，直升机群组网技术越来越受重视。本文针对直升机的特点，研究了直升机群互连网络的组网方法与网络性能评价方法，包括：直升机群互连网络体系结构研究，直升机群互连网络 MAC 接入协议研究，多数据链综合技术研究，弱硬实时任务调度研究，直升机群网络可靠性评估以及仿真平台的研究与开发。具体而言，完成了以下工作：1) 对国内外直升机群互连网络的研究现状进行了综述，并分析了直升机群互连网络的网络特点，利用面向服务的思想建立了面向任务的立体网络体系结构，使网络的控制平面和网络的数据传输平面分开，不仅包含了基本的网络通信的传输面，还包含了针对不同任务的任务定制层面以及网络的控制层面，任务定制层面会根据用户的需求，将任务目标模型化为网络可以执行的任务，网络控制层负责控制网络资源，管理网络安全性等，来配合网络其他层面完成用户指定的任务目标。2) 分析了直升机群互连网数据传输的实时性以及保密性要求，提出了一种满足时延约束的 MAC 接入协议。MAC 协议通过重新设计的信标帧结构向从节点通知详细的服务时间从而降低了能量消耗，提高了保密性能；通过引入 EDF 策略以满足不同延迟需求的数据包要求。分析了数据可被实时调度的信道利用率上界，并实验分析了不同监听时长对能耗和延迟的影响，同时比较了三种不同协议的性能，结论显示了本协议在节能、时延保证方面优势。3) 分析了实际应用中不同数据链间难以互联互通的现状，提出了一种通过多数据链平台分发任务的模式，并提出了一种基于粒子群的任务分配算法，模拟计算结果表明，本文提出的任务分配算法可以满足在不违反任何约束的情况下将所有任务分配到不同的数据链。4) 针对无线传输的信道不确定性，结合网络数据需求，提出了一种基于信道感知的数据流 (m,k)-firm 保证调度策略。调度首先根据数据要求，静态划分各消息的优先级类型。在消息优先级静态划分后，调度器根据信道状态动态调整消息的优先级来减少在差信道状态下的强制类型消息传输从而减少数据流的动态失效，引入自动重传技术来加强强制消息的实时可靠传输，并分析了次调度算法的算法复杂度，最后采用仿真验证的方式评价了本章提出的调度策略。5) 综合考虑航空电子网络实时性以及部件故障相关性，建立了面向任务的航空电子网络可靠性模型，提出了一种基于 OBDD 的时延约束网络的可靠度评价方法。算法采用边扩张分解方法创建网络的 OBDD，通过遍历 OBDD 结构综合评价航空电子网络可靠性。利用 OBDD 结构和 Hash 表减少冗余等价状态，避免同构子图的重复计算，且算法只需创建和保存一个 OBDD 结构及其邻接矩阵，节省计算时间和存储空间。6) 针对对战场广域数据链进行了模拟，建立了 C4ISR 网络通讯体系架构，并通过仿真运行监测网络、节点、数据的运行状态，为信息化作战仿真建立了配套的网络环境，通过对作战想定进行解析，建立了作战平台节点模型、业务模型、拓扑，以及链路选择、切换和调度的规则和路由规则，并实时的将网络仿真状态信息进行图形化显示，同时提供了与外部仿真源的交互接口，最终完成了对战场广域数据链的数字模拟。