AFDX網絡交換機測試監視系統研究

郭惠軍　方習高

【摘 要】航空電子全雙工交換式以太網絡（AFDX網絡）是一種新型的機載網絡，對該網絡的測試主要是為了保證數據傳輸的確定性和可靠性。對AFDX網絡的特點進行了分析，提出了AFDX網絡交換機的測試需求，設計了一個AFDX網絡交換機測試監視系統，并給出了測試方案和操作步驟。文中提出的測試系統已成功應用于工程實踐中，提高了測試工作效率和自動化程度，是一種可行的AFDX網絡交換機測試監視系統，AFDX是當今航電總線類產品中的最新產品，是國際公認的新一代飛機首選的通信網絡，也是未來航電總線產品的主流。

【關鍵詞】航空電子全雙工交換式以太網；交換機；測試監視；自動化

0 引言

航空電子全雙工以太網（Avionics Full Duplex Switched Ethernet， AFDX）是適用于大中型飛機航空電子系統的網絡互連技術，它采用雙余度、全雙工、接入和骨干交換，以及虛擬鏈路流量隔離等技術解決了綜合化互連對于網絡容量和可擴展性、實時性等方面的要求，AFDX是當今航電總線類產品中的最新產品，是國際公認的新一代飛機首選的通信網絡，也是未來航電總線產品的主流。

AFDX網絡由3部分組成：端系統（End System，ES）、鏈路（Link）和交換機（Switch）。ES的主要功能是提供航空電子設備子系統和AFDX互聯網絡之間的接口；鏈路是ES與交換機之間的物理通路；交換機主要負責AFDX網絡設備數據幀的接收和轉發。作為AFDX通信節點的各類型主機間通過ES通信，ES通信由交換機中轉。AFDX網絡交換機是構成網絡最核心的組成部分

本論文從分析AFDX網絡交換機的測試需求出發，明確AFDX網絡交換機的測試目標，完成AFDX交換機的配置信息定制與顯示、幀過濾特征測試、高低優先級處理測試、緩沖能力測試、技術時延測試、流量管制測試等功能，組建AFDX交換機測試子系統，實現了對交換機的自動化測試和分析。

1 交換機測試需求分析

從AFDX網絡的特點可以看出AFDX網絡的測試主要是為了保證數據傳輸的確定性和可靠性。交換機是一個存儲轉發設備，通過接收和轉發數據完成數據包從源端系統到目的端系統的傳輸，并在轉發過程中執行流量監控和過濾功能，對數據包進行調度，避免網絡沖突造成的丟包、錯包現象[2-3]。

AFDX網絡交換機對網絡的通信性能起決定性影響，考慮到AFDX交換機嚴格遵守ARINC 664 Part 7規范，因此對AFDX網絡交換機的測試主要包含以下幾方面要求：

1）VL單播/多播過濾特性測試：根據特定測試時間段，針對指定的一條或多條VL，檢查其目的端口以及非目的端口數據幀的轉發情況；

2）網絡流量管制測試：通過注入正?；蜻`例的數據幀，測試交換機對于數據幀BAG過濾是否符合標準協議和配置文件的要求；

3）端口緩沖能力測試：按照交換機的配置，測定交換機指定端口對于入線數據包的積壓大于緩沖長度情況下的幀處理情況，并將測試結果送到測試數據處理模塊做進一步的處理工作，評價交換機端口數據緩沖的表現；

4）技術時延測試：根據特定測試時間段和配置參數，對指定VL，監測并統計其數據幀進出交換機的時間差，分析計算交換機技術時延以及抖動方差；

5）高低優先級幀處理測試：測定指定VL進出交換機的時間差，然后改變VL的優先級，再測量改變優先級后VL進出交換機的時間差，評價交換機針對VL不同優先級幀的處理情況。

2 測試方案

根據AFDX網絡交換機的測試需求，AFDX交換機測試系統從功能角度應該包括流量注入和交換機測試兩部分，以實現AFDX交換機測試功能。因此AFDX交換機測試系統至少包括AFDX交換機測試系統主機和人機交互設備、AFDX端系統模擬器、AFDX端系統接口卡、高速網絡測試分支器、網絡流量注入主機和人機交互設備等，

AFDX網絡流量注入功能提供被測交換機運行時輸入流量的模擬，AFDX網絡流量注入工具通過端系統模擬器和背景流量注入器兩方面提供流量模擬功能。端系統模擬器模擬一個ES的流量行為，背景流量注入器通過交換機進行基于端口的流量分配，實現分布式背景流量的輸出過程。AFDX交換機測試功能通過AIM公司的TAP頭分支器對被測交換機的輸入流量和輸出流量進行捕獲和分析，并根據測試用例完成交換機的測試。

本交換機測試系統可以接入其它真實AFDX網絡，由交換式網絡提供背景流量注入的實現。在對交換機各個端口進行測試的過程中，當端口沒有連接具體外部設備時，交換機測試主機可以不通過TAP頭分支器直接與交換機端口相連，實現轉發流量特征的測試。

在具體搭建本AFDX交換機測試系統時，系統由2個節點主機、一個流量注入主機、一個測試主機、3塊AFDX接口卡、一塊高速網絡接口卡、2個TAP頭分支器、一臺高性能交換機、一套人機交互設備、一套視頻切換矩陣等設備組成。

3 交換機測試

AFDX交換機測試系統具有操作良好的人機界面程序，在進行交換機測試之前，首先利用工具軟件對網絡中的端系統和交換機進行配置信息加載，根據交換機配置信息，結合典型測試流程[4]，實現交換機功能和行為的監視測試。在交換機測試之前，可由用戶加載或新建配置文件，實現被測交換機配置信息的錄入，并與實際測試的結果進行對比，形成測試報告。AFDX交換機測試工具支持沒有配置文件信息下的基本幀監視功能，同時支持對捕獲的流量特征信息進行保存和提取操作，數據的讀取和存儲以文件形式進行。當用戶加載配置文件后，可以啟動測試流程，實現VL單播/多播過濾特性測試、網絡流量管制測試、端口緩沖能力測試、技術時延測試、高低優先級幀處理測試等，用戶可以選擇查看各種統計信息，并對測試的結果進行保存和導出。所有測試結束后，生成測試結果報告，并可導出測試結果。

4 結語

AFDX網絡雖然在國外得到了成功應用，但是國際上只有公開的協議標準，沒有測試方面的標準和文獻，AFDX網絡要真正投入工程應用，必須對其功能和性能進行全面的驗證測試[5]。

目前，本系統已經在實驗室成功地應用到AFDX網絡交換機的測試。航空電子系統仿真測試已成為目前民用飛機設計及制造中的一個關鍵環節，其中獨立交換機的測試和整網系統的測試具有同樣的重要性。本文在討論交換機測試需求的基礎上設計了AFDX 網絡交換機測試系統并進行了仿真測試，為下一步開發一個特定的民用飛機AFDX網絡測試系統奠定了基礎。

【參考文獻】

[1]王世奎，李雯，王建宇.AFDX網絡交換機驗證測試平臺的設計與實現[J].測控技術，2011，30（S0）：114-116.

[2]葉佳字，陳曉剛，張新家.基于AFDX的航空電子通信網絡的設計[J].測控技術， 2008，27（6）：56-60.

[3]王輝，陳卓，劉寧.AFDX網絡終端軟件測試策略的研究與應用[J].航空電子技術，2006，37（4）：33-37.

[4]趙永庫，唐來勝，李貞.AFDX網絡測試技術研究[J].計算機測量與控制，2012， 20（4）：945-947.