● 摘要
随着航空电子综合化技术的发展和飞机承担任务的多样化和复杂化，传统的综合模块化航空电子体系结构正在逐步向着先进的分布式综合模块化航空电子体系结构（Distributed Integrated Modular Avionics，DIMA）发展。DIMA结合了联合式和综合式的优点，在物理上将综合处理模块分布在飞机的若干区域，进一步提高了飞机内部航空电子系统的综合化程度，并且提高了系统整体的容错性。然而，其仍然存在机外资源综合一体化的瓶颈，并且其维护和更新成本比较高昂。
本文针对下一代航空电子系统的需求，基于目前航空电子系统的发展趋势，将云计算技术引入航空电子系统，提出了一种异构跨平台的航空电子体系架构，称为航空电子云，并对其同步算法、适应性改造方法和实时性分析等关键技术进行了研究。同时开发了一种异构通信系统仿真平台，用于对该异构航空电子系统的设计与研究提供支持。
针对航空电子云分布协同处理对节点时间同步的需求，结合传统集中式和分布一致式时间同步方法的优点，提出了一种面向航空电子云的混合式时间同步算法。依据航空电子云的特点，建立了相应的网络模型、时钟模型和延时模型。利用贝叶斯估计方法，对该算法中时间同步消息的接收处理延时进行了补偿，进一步提高了时间同步的性能。作为仿真案例，搭建了航空电子云的典型网络，仿真结果表明该算法与传统算法相比，具有更好的同步精度和收敛速度。
针对航空电子云动态网络拓扑对路由动态配置的需求，分析了航空电子云网络软件定义化的可行性。在此基础上，将复杂异构的航空电子云网络拓扑简化为交换式结构，以航空电子全双工交换式以太网（Avionics Full DupleX switched Ethernet，AFDX）为例研究了将软件定义网络技术（Software Defined Networking，SDN）和OpenFlow协议引入航空电子领域的方法。将难点概括为OpenFlow通道的部署问题，为其建立了相应的OpenFlow通道模型、消息模型和流量模型。基于遗传模拟退火算法提出了一种适用于航空电子云的OpenFlow通道部署算法，并利用仿真实验对其有效性进行了验证。针对航空电子应用对实时性的需求，对OpenFlow协议中的容错机制进行了适应性改造，提出了一种主链路恢复方法和一种辅助链路消息重配置方法，并通过仿真实例分析了改进后容错机制的性能。
针对航空电子云服务对实时性的需求，以AFDX网络为例，结合粒子群算法，提出了一种虚拟链路动态优先级接纳控制算法，以虚拟链路的延时均衡为优化目标。依据SDN的结构特点，为其搭建了相应的网络模型、消息模型和流量模型。利用网络演算方法，分析了网络中端到端的延迟上界。作为对比案例，搭建了基于OpenFlow的AFDX典型网络，并从理论分析和仿真实验两个方面对该算法的性能进行了比较分析，结果表明该算法与传统接纳控制算法相比，具有更小的消息传输延迟。
针对航空电子云跨平台的结构特点，研究了异构通信系统中传输误码率、网络拓扑矩阵、路由路径等关键参数的计算方法。在此基础上，充分考虑了数据传输过程中信道、链路和组网对传输时延的综合影响，提出了一种面向航空电子云的异构通信系统端到端时延的计算方法，并给出了其操作流程。以某项目中的子系统为例，通过仿真实验对该方法的有效性进行了验证。