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1、航空學(xué)報(bào)Aug．252011V01．32No．81524-1530ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章編號(hào)：1000—6893(2011)08—1524—07故障容錯(cuò)光交叉通道數(shù)據(jù)鏈路的可靠性王新華*，甄子洋，龔華軍，楊一棟南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇南京210016摘要：光交叉通道數(shù)據(jù)鏈路(OCCDL)是光傳飛行控制系統(tǒng)余度計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要途徑。為了提高OCC
2、DL系統(tǒng)的可靠性，提出一種新的具有多鏈路故障容錯(cuò)能力的OCCDL系統(tǒng)。給出了該OCCDL系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置，分析了系統(tǒng)正常工作和故障工作情況下的工作流程，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)光開(kāi)關(guān)故障、光鏈路等關(guān)鍵部分的故障容錯(cuò)邏輯，建立了基于馬爾可夫鏈的OCCDL系統(tǒng)可靠性模型，分析了光鏈路、光開(kāi)關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)和雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)等組成部分的故障概率計(jì)算問(wèn)題。數(shù)值仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)相比，該OCCDL系統(tǒng)的可靠度和穩(wěn)定度均得到了顯著提高，并且具有良好的實(shí)時(shí)性和工程實(shí)用性等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：光傳操縱；光交叉通道數(shù)據(jù)鏈路；可靠性；馬
3、爾可夫過(guò)程；故障容錯(cuò)中圖分類(lèi)號(hào)：V249．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A光傳飛行操縱系統(tǒng)可有效地防御電磁干擾，而且體積小、重量輕、傳輸容量大，大大改善了飛機(jī)的操縱品質(zhì)和安全性能。因此，采用光傳操縱系統(tǒng)是未來(lái)飛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)‘1。引。文獻(xiàn)[3]對(duì)三余度飛控系統(tǒng)的交叉通道數(shù)據(jù)鏈路(Cross-ChannelDataLiIll【，CCDL)進(jìn)行了研究，指出CCDL是保證光傳余度飛行控制系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件。文獻(xiàn)[4]給出了一種采用光波分復(fù)用器實(shí)現(xiàn)單纖雙向信息傳輸和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光交叉通道數(shù)據(jù)鏈路(OpticalCross-ChannelDataLink
4、，OC℃DL)，其優(yōu)點(diǎn)是減少了光纖數(shù)量且具有容錯(cuò)性能，但是僅僅具有單鏈路故障容錯(cuò)能力。為了進(jìn)一步提高OCCDL系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)能力，本文在不增加整體重量和體積的前提下，設(shè)計(jì)了一種具有多鏈路故障容錯(cuò)能力的雙余度高速∞L信息傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用光開(kāi)關(guān)和波分復(fù)用器來(lái)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和多故障工作。采用USB(UniversalSerialBus)串行傳輸協(xié)議，保證了信息傳輸?shù)目煽啃訹s]。故障診斷與容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)能夠最大限度地提高完成任務(wù)的可靠性和飛行安全性卟。7]，因此該系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FieldProgrammableGateArra
5、y，F(xiàn)PGA)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳輸系統(tǒng)的故障容錯(cuò)設(shè)計(jì)，其計(jì)算速度快且可靠性高[8]。為了檢驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)性能降級(jí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，需要建立系統(tǒng)的可靠性模型，考慮到馬爾可夫模型在描述容錯(cuò)冗余系統(tǒng)的真實(shí)動(dòng)態(tài)過(guò)程方面較其他模型有優(yōu)勢(shì)[9]，建立了基于馬爾可夫鏈的OCCDL系統(tǒng)可靠性模型。1oCCDL系統(tǒng)組成與工作流程分析本文設(shè)計(jì)的新型OCCDL系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)主要由FPGA模塊、雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RandomAccessMemory，RAM)、光／電轉(zhuǎn)換電路、電／光轉(zhuǎn)換電路、2×2光開(kāi)關(guān)和波分復(fù)用器(WavelengthDivisionMult
6、iplex，WDM)等部件收稿日期：2010．12—08；退修日期：2010．12．30；錄用日期：2011—03—21；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2011—03-2814：27：34網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／deta¨／11．1929．V．201103281427．004．htmlDOI：CNKI：11-1929／V．20110328．1427．004基金項(xiàng)目：航空科學(xué)基金(200919522023)；南京航空航天大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)科研項(xiàng)目(NS2010076，NP2011012)*通訊作者．Tel．：025-8489
7、2301-5051E-mail：xhwang@nuaa．edu．cn鰳臻格式l王薪華，甄子津，龔華軍，等．教障容錯(cuò)光交叉遙蓮數(shù)據(jù)鏈路薛可靠性[J]．兢空學(xué)報(bào)，20II，32(8)：1524-1530．WangXin—hua，ZhenZiyang，GongHuajun，eta1．Reliabilityofafaulttolerantopticalcross-channeldatalinkEJ_1．ActaAeronauticaetAstro—nauticaSinica。201I。32(8)：1524．1530．王新華等：故障容錯(cuò)光交叉通道
8、數(shù)據(jù)鏈路的可靠性組成。FPGA模塊是整個(gè)接口電路的核心，負(fù)責(zé)雙口RAM的讀寫(xiě)操作、鏈路故障診斷與容錯(cuò)邏輯計(jì)算、光開(kāi)關(guān)控制等功能的實(shí)現(xiàn)。雙口RAM用于存儲(chǔ)各飛控計(jì)算機(jī)(FlightControlComput—
