软件通信体系结构核心框架及监控平台设计与实现

论文摘要

随着无线电通信技术特别是硬件技术的快速发展,软件无线电技术特别是基于软件通信体系结构的软件无线电技术已经成为了现代通信系统的发展趋势和主要方向。本文以中国电子科技集团某研究所基于SCA规范的软件无线电集成开发平台作为项目背景,跟踪国外软件无线电和软件通信体系结构技术的发展动态,遵循最新的软件通信体系结构规范,设计和实现了一个完整的基于SCA规范的软件无线电运行平台和核心框架监控平台。首先,本文深入的研究了软件通信体系结构规范特别是在基于分布式、嵌入式平台上的设计和实现问题,在仔细的阅读和分析了加拿大通信研究中心(CRC)为国际软件无线电论坛所实现的软件通信体系结构核心框架开源演示系统的基础上,深入的理解了软件通信体系结构并针对分布式、嵌入式平台上的特点设计和实现了软件通信体系结构核心框架。同时,本软件无线电运行平台实现对现有SCA规范了进行了兼容扩展,从而有效的支持向FPGA、DSP等物理设备上部署非SCA兼容组件以及多种处理总线和控制总线相分离,为整个软件无线电集成开发平台提供了良好的支撑和运行环境;然后,本文设计和实现基于SCA的软件无线电系统核心框架监控平台。软件无线电系统监控平台是软件无线电系统的重要组成部分,通过监控平台能够以可视化的方式查看系统的设备、核心框架服务以及波形应用的运行状态,并且能方便的安装、创建、启动、停止、释放和卸载波形应用。此外,由于现代通信系统特别是军事通信系统对系统可靠性有着越来越高的要求,针对当前SCA规范在故障恢复方面的不足,本文提出了一种基于SAD文档描述语义的核心框架扩展方案,在完全保持SCA规范兼容性的前提下,实现了包括热备份和冷备份在内的组件运行时自适应重构方案,从而实现系统动态重构和动态容错功能,有效的提高了系统可靠性并降低了维护成本。最后,本文对本课题的主要工作及其特点进行了总结并同国外类似研究进行了比较,分析了当前的基于软件通信体系结构的软件无线电系统的研究热点和发展方向,并指出了进一步的工作的主要方向和所面临的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究水平和现状
• 1.3 课题来源和主要研究工作
• 1.4 本文特点和创新
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 软件无线电概述
• 2.1 软件无线电的提出
• 2.2 软件无线电的特点和优势
• 2.3 理想软件无线电的功能结构
• 2.4 软件无线电的主要应用及其发展历程
• 2.4.1 软件无线电在军事通信上的应用—联合战术无线电系统
• 2.4.2 软件无线电在移动通信领域的应用
• 2.5 小结
• 第三章 软件通信体系结构及其相关技术
• 3.1 硬件体系结构
• 3.2 软件体系结构
• 3.2.1 总体软件结构
• 3.2.2 板级支持包（总线层）
• 3.2.3 网络协议栈和串口服务
• 3.2.4 操作系统
• 3.2.5 CORBA 中间件层
• 3.2.6 核心框架层
• 3.2.7 应用层
• 3.3 核心框架
• 3.3.1 核心框架的结构关系
• 3.3.2 核心框架接口
• 3.3.3 SCA 域描述文件
• 3.4 应用程序编程接口（API）规范
• 3.4.1 构造块（Building Block）服务定义
• 3.4.2 API 之间的关系
• 3.5 CORBA 技术在SCA 中的应用
• 3.5.1 CORBA 体系结构概述
• 3.5.2 CORBA 技术在SCA 中的应用
• 3.6 小结
• 第四章 基于SCA 的软件无线电集成开发平台核心框架及监控平台需求分析
• 4.1 系统总体需求
• 4.2 系统功能需求
• 4.3 系统非功能需求分析
• 4.4 小结
• 第五章 软件无线电集成开发平台核心框架及其监控平台设计与实现
• 5.1 系统体系结构设计
• 5.2 SCA 核心框架控制接口的设计和实现
• 5.2.1 框架控制接口设计概述
• 5.2.2 设备（Device）接口
• 5.2.3 设备管理器（DeviceMananger）接口
• 5.2.4 核心框架域管理接口
• 5.2.5 Application 接口
• 5.2.6 ApplicationFactory 接口
• 5.3 SCA 核心框架服务接口的设计和实现
• 5.4 SCA 核心框架波形应用接口的设计和实现
• 5.4.1 核心框架波形应用接口概述
• 5.4.2 波形应用的开发框架
• 5.4.3 波形应用接口的设计和实现
• 5.5 波形应用组件生命周期的设计和实现
• 5.5.1 波形应用创建
• 5.5.2 波形应用的启动和停止
• 5.5.3 波形应用的属性配置和查询
• 5.5.4 波形应用的卸载
• 5.6 域描述文件解析器的设计及实现
• 5.6.1 域描述文件解析器设计概述
• 5.6.2 域描述体parser 模块的设计和实现
• 5.6.3 域描述体resovler 模块的设计和实现
• 5.7 运行时可重构的SCA 规范兼容扩展
• 5.7.1 SCA 的应用加载卸载方式及其不足
• 5.7.2 扩展SCA 核心框架实现自适应重构和动态容错
• 5.8 支持SCA 非兼容组件
• 5.9 小结
• 第六章 核心框架运行示例和某波形应用案例
• 6.1 系统概况
• 6.2 软件无线电运行平台的启动
• 6.2 波形应用的创建和启动
• 6.3 波形应用的监控和配置
• 6.4 波形应用的关闭和卸载
• 6.5 波形应用的自适应重构和动态容错
• 6.6 小结
• 第七章 系统特性和类似研究工作
• 7.1 系统特性
• 7.2 国外类似研究工作及其进展
• 7.3 小结
• 第八章 结论和进一步的工作
• 8.1 本文工作总结
• 8.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读研期间的科研成果、论文发表和获奖情况