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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
随着军事技术、计算机技术、电子技术和网络技术的发展，航空电子系统逐渐趋向于先进综合式的体系结构，许多新的技术和概念引入到了航空电子领域。机载网络作为航空电子综合化的基础设施和中枢系统，为了适应这种先进的综合化趋势，融合了当前的先进科学技术，在保证实时性、可靠性的基础上，使用交换式拓扑结构代替原有总线型拓扑结构，提供更高的带宽保证，便于航空电子系统升级和扩展。机载网络在体现先进性的同时，也加剧了设计的复杂性。因此，如何将上层通信协议与光层传输机制相融合，并且提供高带宽和强实时的性能保证，逐渐成为研究的热点。本文在深入分析航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet, AFDX)协议、光纤通道(fibre channel，FC)协议和波分复用（wavelength division multiplexing，WDM）传输机制的基础上，提出机载宽带多信道分层交换式网络，针对大型客机、大型运输机提出了AFDX over WDM的架构，针对先进的战斗机提出了FC over WDM的架构，兼容FC/AFDX的延迟确定性和WDM的带宽可扩性，满足了先进综合式航空电子对机载网络的实时性和高带宽要求。本文从系统设计和性能分析两个方面展开，具体完成了以下研究工作：(1) 通过对航空电子系统和机载网络的发展历程进行综述，指出了机载宽带多信道分层交换式网络的基本概念和内涵，分析了产生背景和意义，并且给出了机载网络常用的研究方法。(2) 提出了机载宽带多信道分层交换式网络的总体架构。分别从终端节点、交换节点和链路三个方面对总体架构进行详细描述，并给出AFDX/FC over WDM的适应性分析。(3) 概述了常用的建模语言，并提出了基于AADL的顶层设计架构。简述了蓝印系统的概念，并提出基于蓝印系统模型的建模方法。简述了ICD的概念，并给出使用ICD建模时的流程和设计准则。(4) 采用适用于实时交换的周期性数据流模型，提出了基于负载匹配的输出轮询调度算法。该算法仅使用一次仲裁即可达到交换机输入/输出端口的最大匹配(100%)，且时间复杂度仅为O(1)。(5) 通过对实时通信中周期性数据帧的分析，提出了基于“光波聚合”的加速方法，对到达的数据帧进行重新分配和整型，充分利用每条光波的带宽资源，减少交换时使用的波长数，达到了100%通过率并符合实时性要求的性能保证交换。(6) 给出了针对交换机端口进行整网网络的区域分割机制，提出了多级交换结构分割结构下的延迟预测调度算法，使用该算法可以保证每个业务流的可用带宽，平衡流与流之间的冲突，而且可以提供业务流的优先级服务。(7) 针对FC交换式网络的虚拟通道(Virtual Channel, VC)机制，结合网络演算理论和信誉量漏桶方法，提出了虚拟通道的分配策略。在强实时条件约束下以减小业务流量的端到端延迟时间为优化目标，解决了VC架构的三项技术难题：VC数目的确定、VC的信誉量(Credit)的保证、以及每条VC的路径选择。(8) 提出了基于可用度模型的故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)方法。通过广义随机Petri网和连续马尔科夫链建立可用度模型和健康状态转换图，通过求解微分方程得到可用度数值。与通用的可修系统稳态可用度模型对比，得到“可用度-维修率-故障率”形式的PHM计算模型，利于工程实用。(9) 通过分析机载网络对于延迟确定的需求，提出了基于业务流量特性和实时排队论的端到端延迟上限计算方法，同时推导了网络演算的适应性公式，并根据计算机仿真和物理测试的结果验证了本文得到的端到端延迟上限比网络演算的结果更接近真实值。(10) 实现了机载网络的统一设计与管理平台，采用数据驱动结构的方式运行，使设计以任务为基础，符合系统论中“人机结合、以人为本”的设计原则，使最终方案与设计者的理念紧密结合。 |
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发表于 2022-9-9 10:47:22
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