一种航电网络无线化组网分析方法与流程

本发明涉及一种航电网络无线化组网分析方法，属于航空电子系统设计、无线通信技术及权衡研究等领域。

背景技术：

随着技术的发展，航空电子系统的功能日趋复杂，航电系统各模块间的通信要求越来越高，导致航空电子系统需要大量的电线、电缆及光纤等通信介质，这在飞机线路设计、电缆制造等方面大大提高了飞机的制造成本，同时复杂的通信电缆加剧了航电设备检修、维护及升级的难度。另一方面，连接航电设备间的电缆重量占据了整个飞机重量的2％～5％，这也增大了飞机的燃油消耗。

近年来，无线技术得到了飞速发展，将其应用于飞机内的航电网络中，可以有效的减轻飞机重量，显著减少机内航电系统维护和升级的工作量及成本花销。然而，航电网络中存在庞大数量的有线通信路径，且可供选择的无线通信方式也有多种，因此，如何将现有可用于机内的无线通信方式匹配到航电网络中庞大数量的有线通信路径中，实现最优的通信性能，同时使航电网络的成本和重量也达到最优成为了一个亟待解决的问题。

而针对这一问题的研究，目前未曾见到相关的报道，仅有的一些关于飞机机内无线相关的报道，目前还处于机内无线可用频谱讨论的阶段。航电网络中庞大数量的有线通信路径有着各自的通信需求，而各种无线通信技术在通信性能方面也各有所长(如通信速率、实时性等)，因此，航电网络中无线化首先需要进行无线网络匹配选择，本发明提出的一种航电网络无线化组网分析方法旨在解决这一问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对航电网络进行无线化时的网络匹配选择问题，提出一种航电网络无线化组网分析方法。通过航电网络无线化组网分析方法，对现有航电网络进行无线优化，形成安全、高速、可靠的有线无线混合的航电网络优化架构，通过无线网络取代部分有线航电网络，从而提高航电网络可靠性、降低飞机重量以及维护成本。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种航电网络无线化组网分析方法，包含以下步骤：

步骤1)获取航电系统中各模块间的通信路径的相关参数；

步骤2)获取航电系统内各可用的通信方式的相关参数；

步骤3)从通信网络的通信性能、通信端机及通信介质的重量、通信端机及通信介质的成本三个方面，对步骤1)中的通信路径在步骤2)提供的通信方式中进行通信方式的选择优化分析，通信方式得到有线、无线混合航电网络方案并输出。

依据上述特征，航电系统中各模块间的通信路径的相关参数包含航电系统中各模块间的通信路径的数量、通信路径的通信速率需求、通信路径的通信延时需求、通信路径的通信误码率需求、通信路径的通信距离。

依据上述特征，航电系统内各通信方式的相关参数包含通信方式的最大通信速率、通信方式的最大通信延时、通信方式的最大误码率、通信方式通信端机的重量、通信方式通信介质的重量、通信方式通信端机的成本、通信方式通信介质的成本。

优选地，步骤3)具体包含以下步骤：

i.将航电系统中各模块间的通信路径逐条与航电系统内各通信方式进行性能权衡分析，由

若

则第k种通信方式满足通信路径i的通信性能需求，并将所有满足通信路径i的通信性能需求的通信方式的编号的集合表示为peci，集合内通信方式的数量总和表示为si；其中，vmi为第i条通信路径的通信速率需求，dmi为第i条通信路径的通信延时需求，emi为第i条通信路径的通信误码率需求，vck为第k种通信方式的最大通信速率，dck为第k种通信方式的最大通信延时，eck为第k种通信方式的最大误码率；

ii.由

计算出每条通信路径i上，满足性能-重量最优的通信方式，并表示为pwi；其中，dmi为第i条通信路径的通信距离(单位为米)，wctk为第k种通信方式通信端机的重量，wcmk为第k种通信方式通信介质的单位长度(米)的重量；

iii.由

计算出每条通信路径i上，满足性能-成本最优的通信方式，并表示为pci；其中，cctk为第k种通信方式通信端机的成本，ccmk为第k种通信方式通信介质的单位长度(米)的成本；

iv.由

其中，α为通信方式重量权重系数，1-α为通信方式成本权重系数，且α∈(0，1)；计算出每条通信路径i上，满足性能-重量-成本最优的通信方式，并表示为pwci；

v.生成无线优化组网方案，记为na：

a)性能-重量最优组网方案

napw＝[pw1pw2…pwi]；

b)性能-成本最优组网方案

napc＝[pc1pc2…pci]；

c)性能-成本-重量最优组网方案

napwc＝[pwc1pwc2…pwci]。

本发明的有益效果在于：

本发明针对航电网络机内无线化组网研究中的无线通信方式选择过程，提出基于权衡分析模型的网络选择机制，为航电网络机内无线化研究提供了有力支撑，填补了现有研究的不足。本发明在权衡分析模型中，基于航电系统的网络性能、重量、成本三个维度进行组网分析，相比单维度优化分析更具参考价值，能更有效的支撑航电网络机内无线化研究，从而有助于提高航电网络可靠性、降低飞机重量以及维护成本。

附图说明

图1是实施例中航电网络无线化组网分析方法的流程图。

图2是实施例中优化分析的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种航电网络无线化组网分析方法的具体步骤为：

步骤1)获取航电系统中各模块间的通信路径的相关参数。假设目标的航电系统模块间有m条有效通信路径，i为通信路径的编号，且i≤m，航电系统中各模块间的通信路径的相关参数包含第i条通信路径的通信速率需求vmi，第i条通信路径的通信延时需求dmi，第i条通信路径的通信误码率需求emi，第i条通信路径的通信距离dmi(单位为米)。

步骤2)获取航电系统内各可用的通信方式的相关参数。假设航电系统机内通信方式共有n种，包含1553总线通信、afdx通信、光纤通信、zigbee无线网通信、uwb无线通信、毫米波无线通信等，k为通信方式的编号；航电系统内各通信方式的相关参数包含第k种通信方式的最大通信速率vck，第k种通信方式的最大通信延时dck，第k种通信方式的最大误码率eck，第k种通信方式通信端机的重量wctk，第k种通信方式通信介质的单位长度(米)的重量wcmk，第k种通信方式通信端机的成本cctk，第k种通信方式通信介质的单位长度(米)的成本ccmk；

步骤3)从通信网络的通信性能、通信端机及通信介质的重量、通信端机及通信介质的成本三个方面，对步骤1)中的通信路径在步骤2)提供的可用通信中进行通信方式的选择优化分析，通信方式得到有线、无线混合航电网络方案并输出。

如图2，优化分析过程具体步骤如下：

i.进行航电网络通信性能权衡分析

对航电系统中各模块间的通信路径逐条与所有航电系统内各通信方式进行性能权衡分析，对由

若

则第k种通信方式满足通信路径i的通信性能需求，并将所有满足通信路径i的通信性能需求的通信方式的编号的集合表示为peci，集合内通信方式的数量总和表示为si；

ii.进行性能-重量最优模型(minpw)求解

对集合peci中的各通信路径进行性能-重量最优模型求解，对由

计算出每条通信路径i上，满足性能-重量最优的通信方式，并表示为pwi，其中min()可通过现有计算方法实现；

iii.进行性能-成本最优模型(minpc)求解

对集合peci中的各通信路径进行性能-成本最优模型求解，对由

计算出每条通信路径i上，满足性能-成本最优的通信方式，并表示为pci，其中min()可通过现有计算方法实现；

iv.进行性能-重量-成本最优模型(minpwc)求解

对集合peci中的各通信路径进行性能-重量-成本最优模型求解，对由

其中α为通信方式重量权重系数，1-α为通信方式成本权重系数，且α∈(0，1)；计算出每条通信路径i上，满足性能-重量-成本最优的通信方式，并表示为pwci，其中min()可通过现有计算方法实现；

v.生成无线优化组网方案，记为na

a)性能-重量最优组网方案

napw＝[pw1pw2…pwi]

其中，napw为性能-重量最优组网方案，i为通信路径的编号；

b)性能-成本最优组网方案

napc＝[pc1pc2…pci]

其中，napc为性能-成本最优组网方案，i为通信路径的编号；

c)性能-成本-重量最优组网方案

napwc＝[pwc1pwc2…pwci]

其中，napwc为性能-重量-成本最优组网方案，i为通信路径的编号。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。