AFDX網絡監視系統設計與實現

郭惠軍，趙春玲中國商飛上海飛機設計研究院，上海 201210

AFDX網絡監視系統設計與實現

郭惠軍，趙春玲
中國商飛上海飛機設計研究院，上海 201210

航空電子全雙工交換式以太網絡（AFDX網絡）是通過對以太網在實時性、可靠性等方面進行改進而建立起來的一種新型的高性能航空數據網絡。對該網絡的監視、測試已成為民用飛機航電系統研制的難點和關鍵問題。從分析民用飛機AFDX網絡監視的實際需求出發，設計了一個AFDX網絡監視系統，并給出了測試方案和操作步驟；該系統是一個綜合化、自動化的平臺，可以提供豐富的網絡監視統計視圖。文中提出的網絡監視系統已成功應用于工程實踐中，通過試驗，收到了良好的效果，是一種可行的AFDX網絡監視系統。

航空電子全雙工交換式以太網；民用飛機；監視；自動化

AFDX網絡，航空電子全雙工以太網（Avionics Full Duplex Switched Ethernet）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網絡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產品，更是以后航電總線產品的主流。

AFDX網絡運行時間（run-time）海量的數據和規模，及交換互連的空分結構，導致測試和監視不同于小規模的總線互連網絡，無法通過網絡中的一點的接入，獲得網絡全局的通信狀況信息。以上，應該采取在運行時間有選擇地對系統進行監視的方法，完成AFDX網絡監視系統的研發。

本論文從分析AFDX網絡監視需求出發，重點研究民用飛機航電網絡流量監視方法，根據AFDX網絡配置信息，完成對AFDX網絡對監控數據的分析，實現監控運行時間的數據流量，組建整體網絡監視環境，構建AFDX網絡監視系統平臺。

1 總體框架與功能介紹

AFDX網絡是根據商用以太網適應性改造的，采用特定的概念及特性等， 用以提供安全的數據傳輸來保障航空電子系統所需要的特殊要求。利用專門為航空電子應用程序設計的結構進行所有有必要的協議分析，實現觀察網絡中虛擬鏈路的信息等。AFDX網絡監視系統應該根據AFDX網絡配置信息，對網絡上實時運行的數據流進行監視和分析，并提供數據保存和查看功能。

針對上述AFDX網絡監視系統功能需求，AFDX網絡監視系統功能架構應主要包括：數據流捕獲模塊、監視配置顯示模塊、數據流解析模塊、數據流統計模塊、監視數據庫管理模塊、配置信息導入導出模塊等六大功能模塊。數據流捕獲模塊通過TAP分支器的實現探針所在鏈路上流量信息的捕獲過濾功能。監視配置顯示模塊提供AFDX監視工具的配置接口功能，同時針對數據流解析模塊和數據流統計模塊的處理結果進行顯示處理。數據流解析模塊按照ARINC 664 Part7規范實現幀協議解析，同時利用用戶定制的信息，實現數據內容的解析。數據流統計模塊根據捕獲的數據幀的分布情況，按照物理鏈路、VL、消息、故障四大塊進行流量特征的統計和分析。監視數據庫管理模塊提供數據庫查詢和分析的功能，同時采用單獨線程實現數據幀信息在數據庫的存盤操作。文件導入導出模塊實現工程配置文件的導入解析和導出。

2 系統設計與實現

根據AFDX網絡監視系統功能模塊設計需求，AFDX網絡監視系統從物理實現角度應該主要包括流量注入、網絡監視和網絡管理三大部分，以實現AFDX網絡監視完整功能。因此AFDX網絡監視系統至少包括AFDX網絡監視系統主機和人機交互設備、高性能靜態可配置交換機、監控采集板卡和設備、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、采集數據存儲數據庫等。

AFDX網絡運行時不存在設備（或者故障設備）的流量行為模擬功能由AFDX網絡流量注入工具來完成，通過背景流量注入器和系統模擬器來提供流量模擬功能，通過SNMP服務實現對主流網管代理的檢測，通過TAP頭分支器對流量進行檢測，根據用戶配置信息，進行內容解釋和顯示。

在具體搭建本AFDX網絡監視系統時，系統由一個節點主機、一個流量注入主機、一個監視主機、一個網絡管理主機、3塊AFDX接口卡、一塊高速網絡接口卡、一個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 網絡監視測試

AFDX網絡監視系統具有操作良好的人機界面程序和后臺SQL Server數據庫，在進行網絡監視測試之前，首先利用工具軟件對工程配置文件和流量數據庫進行信息加載，根據網絡配置信息，結合典型監視流程［4］，實現AFDX網絡數據幀的實時監視和統計分析，并通過直觀的界面顯示被檢測數據的物理意義解釋。

在網絡監視測試之前，可由用戶加載或新建工程配置文件，導入流量數據庫，對于待采集監控的網絡流量

信息進行過濾配置、數據內容定義以及ICD顯示面板編輯等操作。在網絡監視過程中，用戶可選擇查看各種統計信息，并可以將工程配置信息導出保存到文件，將捕獲的網絡流量信息保存到數據庫，支持用戶對流量數據庫信息進行察看和分析，實現對捕獲流量數據的存儲和管理。

本AFDX網絡監視系統提供了豐富的監視統計視圖，可以給用戶提供完備的監視角度，所有監視結束后，生成監視結果報告，并可導出監視結果。采用本網絡監視系統對AFDX網絡進行監視，獲得了理想的實驗結果，達到了設計目的。

4 結論

AFDX網絡雖然已成為現代民用飛機航空電子系統的主干網絡，但是國際上只有公開的協議標準，沒有測試監視方面的標準和文獻［5］，為了能夠支持網絡驗證測試活動，必須對網絡進行全方位的數據采集和監視。

本文在從民用飛機AFDX網絡監視的實際需求出發重點研究了AFDX網絡監視的方法，設計了AFDX網絡綜合自動化監視系統，并進行了仿真測試，獲得了較好的實驗結果，為后續民用飛機AFDX網絡測試系統的研發奠定了基礎。

［1］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.

［2］ARINC 664.Aircraft Data Network， Part 7: Avionics Full Duplex Switched Ethernet （AFDX） Network［Z］.June 27 2005.

［3］陽新華，熊華鋼，鄧一鳴，等.交換式以太網傳輸數據生成和性能評價方法研究［J］.遙測遙控，2004，25（6）：51-55.

［4］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.

［5］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.

TP3

A

1674-6708（2016）168-0101-01

郭惠軍，工程師，研究方向為通信與信息系統。

趙春玲，副總設計師、研究員，研究領域為電子系統工程。