航天器通用SpaceWire总线路由单元的研究与实现

为满足日益增长的航天器各系统间高速数据多路传输的需求,对SpaceWire高速数据总线特点进行了研究,提出了一种航天器通用SpaceWire总线路由单元的设计方法,采取了标准化SpaceWire总线接口,支持多个SpaceWire接口的自适应路由功能,可实现组网设备的即插即用。同时采用中央控制器进行高级协议算法处理,支持网络分布式中断管理功能,实现网络节点的事件触发式交互控制功能,总线数据包能够按照配置参数能够在任意SpaceWire端口间的一对一路由传输、一对多组播传输。经试验测试路由单元可以支持路由端口数最多达18个,每路接口工作速率最大可达到200Mbps,其提供的通用功能能够满足大部分航天器SpaceWire网络的需求。     

星载SpaceWire网络备份容错协议设计

在航天领域,可靠性是所有仪器设备的关键性能;采用冗余备份是保证设备可靠性最直接有效的一种办法;SpaceWire因其灵活性好、可扩展性强在航天领域被越来越多地应用;文章介绍了一种SpaceWire网络备份的方式以及在此种结构中时间码(timecode)保留位的使用方法;通过timecode的使用,区分出两种工作状态;在正常工作状态时保证系统高效率,而当网络中出现链路故障时通过应对措施保证可靠性;实例分析结果证明在合理的单链路故障率范围内,此网络备份容错协议明显提高了系统的可靠性。     

一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术

为满足航天器有效载荷间高速数据多路传输未来发展和空间抗辐射的需求,研究了一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术。在SpaceWire总线标准网络层分析的基础上,对cell矩阵无阻塞路由增添HanMing编码实现纠一检二,当检测出大于一个错误不能纠正时,采用局部重构的方式对有误的单个cell单元进行三重冗余重构,同时采用Partition Pin来代替传统的总线宏作为静态模块和动态模块的传输枢纽,并对容错前后路由器的资源和延时时间进行了评估和比较。实验结果表明,比将整个路由cell矩阵三模冗余,该方法能够节约硬件资源和减少延迟时间。     

基于SpaceWire的链路状态算法研究与设计

在距离矢量路由算法的基础上,对SpaceWire路由器的路由更新策略进行改进,引入链路状态路由算法。分析该算法的执行过程和Dijkstra算法的基本原理,完成运行该算法的路由选择模块设计,并借助网络模型对其进行仿真。验证结果表明,该模块能够自动获取当前网络状况信息,并据此计算新路由,改善SpaceWire网络的自适应性,从而提高SpaceWire网络的数据传输效率。     

一种星载软件重构系统的设计与实现

针对航天器寿命延长与功能复杂度提升带来的对软件在轨重构和升级的迫切需求,基于SpaceWire设计了一种对星载软件升级与重构进行统一管理的网络,并设计实现了一款通用的软件维护控制器;星载软件重构网络通过SpaceWire路由器连接大容量存储模块以及星载计算机、载荷处理器等需要进行软件重构的终端设备,大容量存储器作为共享的存储资源池,用于接收各类星载设备的重构和升级软件程序,直接将软件程序通过SpaceWire分发到相应的设备,软件维护控制器位于终端设备内部,对软件重构数据进行统一格式封装,支持软件升级数据的片段化更新、软件ECC编码存储、软件APP切换控制等功能,解决星载软件升级缺乏统一操作流程、缺乏通用通信协议、缺乏高可靠设计支持的困境,并且该控制器采用抗辐射加固ASIC设计,满足宇航使用环境要求,为实现星载软件的灵活、便捷在轨重构奠定基础。     

一种适于最佳双环网的容错路由算法

本文提出了一种新的适用于C.S.Raghavendra等人提出的最佳双环网的容错路由算法,并证明了该算法总能导致信包传递沿着一条最优的路径。     

应用SpaceWire网络的智能处理通用平台设计

针对大规模星座的智能处理通用平台高速数据交互的需求,设计应用SpaceWire网络实现外部载荷设备、智能处理通用平台及内部各模块间的互联互通;采用标准物理接口、SpaceWire路由逻辑寻址方式、标准CCSDS协议和RMAP协议,使得用户未知网络连接细节即可实现即插即用;当冷备份的模块故障时可以通过切机操作对系统重构,设计SpaceWire网络自主寻址机制重新规划传输路径;同时对SpaceWire网络应用设计进行硬件防静电、软件状态监测等可靠性设计;与无网络连接的同类型系统进行比较,该设计优势明显,接口种类少、协议标准、支持应用重构且支持系统扩展;设计测试用例对数据传输速率、切机后自主寻址以及应用重构等功能进行验证,测试结果表明功能都满足要求;该设计在大规模卫星设计中具有很好的应用前景.     

一种具有容错功能的快速总线裁决机构

本文重点探讨了具有容错功能的总线裁决机制。在一种全模块化的快速裁决器的基础上，提高了对裁决器故障进行快速诊断的设计方案，以及对偶然性和固定性错误进行处理的。     

基于k-Petersen图的超节点网络容错机制*

针对已有容错机制动态维护复杂、带宽消耗大的问题,提出一种新的容错机制。首先,利用改进后的k-Petersen图,构建了超节点层拓扑结构,使网络具有高容错的特性;同时, 给出超节点选择和超节点负载均衡方法,减少了超节点因负载过重而失效的情况;另外,给出超节点失效恢复算法和容错路由算法,解决了网络中失效超节点的恢复问题和网络路由问题。理论分析和实验结果显示,该网络具有易维护、高容错的特点。     

A fault-tolerant routing scheme in dynamic networks

In dynamic networks,links and nodes will be deleted or added regularly.It is very essential for the routing scheme to have the ability of fault-tolerance.The method to achieve such a goal is to generate ore than one path for a given set of source and destination.In this paper,the idea of inderval routing is used to construct a new scheme(Multi-Node Label Interval Routing Scheme,or MNILIR scheme)to realizee fault-tolerance.Interval routing is a space-efficinet routing method for netwroks ,but the method is static and determinative,and it cannot realize faulttoloerance.In MNLIR scheme some nodes will have more than one label,thus some parirs of destination and source will have more than one path;the pairs of nodes, which have inheritance relation,will have the shortest path.Using this character,MNLIR scheme has better overall routing performance than the former interval routing scheme,which can be proven by simulations.The common problem concerning the insertion and deletion of nodes and links is considered in this paper.So if the networks have some changes in topology,MNLIR scheme may find alternative path for certain paris of nodes.In this way,fault-tolerance can be realized with only a little space added to store the multi-node labels.     

SpaceWire总线在遥感卫星数传系统中的设计应用

SpaceWire总线是一种面向航天应用的基于LVDS串行传输的新型技术,解决了目前数据传输系统的总线带宽不足问题,并提供一种通用接口标准以简化和规范异种设备之间的互连.文章介绍了SpaceWire总线的技术特点,并对该总线在某型号卫星数传系统中的设计应用进行了分析和研究.     

基于反推方法的一类自适应神经网络容错控制

针对一类可控标准型基础上添加非线性模型误差与故障项的MIMO非线性系统,结合反推技术,提出了神经网络自适应控制方案,对模型误差与故障项进行在线估计。文中鲁棒项用于补偿逼近模型误差,当检测出系统故障时,通过调整各步骤的虚拟控制量来补偿故障项,消除故障项对系统的影响。通过理论证明实现了提出的控制方法使得各残差信号一致有界,并最终收敛到一个小的邻域内。实例仿真表明该方案的可行性。     

分布式计算集群容错系统的设计与实现

为了提高分布式计算集群系统的可靠性，增强系统的容错能力，使系统在局部出错的情况下仍能稳定正常运行，建立了一个容错系统模型，该模型采用两级容错机制即节点级容错和任务级容错。此模型为分布式计算集群系统下的容错的进一步研究建立了基础。     

混合机制下的SpaceWire传输延时仿真分析

为确保SpaceWire网络中高实时性消息的确定性端到端传输延时,提出将网络消息分为时间触发消息和事件触发消息的设计方法。通过对时间触发消息发送时刻的调度以及对虫洞路由器工作时间轴的规划,实现对网络消息传输的控制,设计开发一套仿真系统;构建3类网络场景,对消息传输延时仿真结果进行分析评价,验证了该系统兼并事件触发网络与时间触发网络的特点;提出一种基于SpaceWire组路由特点的网络重构方案,仿真实验验证了该方案的可行性。