题目：时间触发AFDX网络关键技术研究

近年来航空电子领域里分布式综合模块化航空电子系统（Distributed Integrated Modular Avionics，DIMA）的提出，以及严格确定性通信需求的增加，对航空电子网络提出了新的要求和挑战。时间触发通信技术是由时间驱动传输的通信机制，可以增强网络的时间确定性，提高网络实时服务质量和错误隔离能力，能够很好的满足新兴的航空电子系统架构理念和严格确定性通信需求，为航空电子网络指明了升级方向。本文将时间触发通信机制引入先进综合航空电子系统的互连网络——航空电子全双工交换式以太网（Avio¬nics Full Duplex Switched Ethernet，AFDX），旨在为下一代航空电子系统提供互连方案。本文在深入研究AFDX网络和时间触发以太网（Time-Triggered Ethernet，TTE）的体系结构和传输机制的基础上，将时间触发通信机制引入了AFDX网络中，构造了时间触发AFDX网络的体系结构，并对时间触发AFDX网络进行了全面的实时性分析，时刻调度算法研究，路由算法研究和仿真建模研究，具体完成了以下工作：（1）通过对航空电子系统和航空电子网络的发展历程进行回顾，以及对未来航空电子系统的发展方向——DIMA进行研究，指出了时间触发通信技术是AFDX网络的升级方向，并提出了在实时性、确定性、兼容性、透明通信和降级通信等方面的升级目标，综述了升级之后网络关键技术的研究内容。（2）研究了AFDX网络和TTE网络的体系结构、流量特征和传输机制，以及TTE中的时间同步服务，结合了AFDX网络的升级目标，构建了时间触发AFDX网络的体系结构，其具体内容包括：构建了时间触发VL和流速限制VL，分别覆盖时间触发通信需求和事件触发下带宽保障的通信需求，其中流速限制VL兼容了AFDX网络中的VL；构建了协议栈，在虚拟链路层中增加了VL时刻调度子层，负责按规划时刻来发送时间触发VL，在空闲时刻发送流速限制VL；构建了时刻调度表、端系统和交换机的调度规则，以及时刻调度算法；提出了透明通信机制，时间触发AFDX网络可以与AFDX网络直接互连通信；提出了降级通信机制，时间触发交换机在丢失同步状态，可以工作在普通交换机模式。时间触发AFDX网络具有良好的向下兼容性，且能与AFDX网络透明地进行通信；采用了时间触发通信机制，具有严格的确定性，提高了时间关键消息的服务质量；满足了DIMA故障隔离、灵活布置和分布式综合化资源使用的需求。（3）研究了AFDX网络的实时性分析技术，即VL延时上界计算方法——网络演算方法和轨迹方法。针对网络演算方法的流量建模，提出了VL精确流模型，该流模型的到达曲线拥有更小的包络，基于该流模型，网络演算方法能够计算出更紧的延时上界。在参考轨迹方法计算思路的基础上，提出了一种新的VL延时上界计算方法——最坏路径方法，即在VL轨迹上构建最拥塞的传输背景，在最拥塞背景下得到的延时值就是VL的延时上界。基于在轨迹上构造最拥塞场景的计算思路，推导出了最坏路径方法针对VL突发度延时上界和VL总延时上界的计算公式，并用仿真实验证明了最坏路径方法可以与轨迹方法互补使用，以求得更紧的VL延时上界。（4）对时间触发AFDX网络中时间触发消息、时间触发VL、流速限制消息和流速限制VL进行了实时性分析。构建这四个对象的传输过程模型，推导出时间触发消息和时间触发VL的确定延时计算公式；结合AFDX网络延时上界计算方法，提出了流速限制消息和流速限制VL的延时上界计算公式。（5）研究了时间触发AFDX网络中VL的静态路由算法，基于“面向流量”和“面向资源”两种优化方向，提出了流量均衡和最小跳加权综合的VL多播静态路由算法——LBMH算法。该算法在节约利用网络资源的同时能够缓解局部流量拥塞，做到合理利用网络资源。结合VL延时上界计算方法——轨迹方法，提出了一种满足延时上界约束的VL单播静态路由算法——TRJ算法，在网络资源充足的前提下，该算法保证配置后的所有VL的延迟上界不超过规定的延时约束。（6）进行了时间触发AFDX网络仿真建模研究和配置仿真平台设计研究。研究了网络仿真技术，构建了完备的仿真模型，包括互联构型模型、端系统模型、分区模型、交换机模型等。采用离散事件仿真机制来调度仿真模型中的具体事件，来精确模拟时间触发AFDX网络通信的全过程。对时间触发AFDX配置仿真平台的进行了总体设计，包括功能模块划分和定义、网络配置流程设计和程序框架设计。