AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭惠軍，趙春玲中國商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210

AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭惠軍，趙春玲
中國商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210

航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)絡(luò)（AFDX網(wǎng)絡(luò)）是通過對以太網(wǎng)在實(shí)時(shí)性、可靠性等方面進(jìn)行改進(jìn)而建立起來的一種新型的高性能航空數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。對該網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)視、測試已成為民用飛機(jī)航電系統(tǒng)研制的難點(diǎn)和關(guān)鍵問題。從分析民用飛機(jī)AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視的實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)了一個(gè)AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)，并給出了測試方案和操作步驟；該系統(tǒng)是一個(gè)綜合化、自動化的平臺，可以提供豐富的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視統(tǒng)計(jì)視圖。文中提出的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)已成功應(yīng)用于工程實(shí)踐中，通過試驗(yàn)，收到了良好的效果，是一種可行的AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)。

航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)；民用飛機(jī)；監(jiān)視；自動化

AFDX網(wǎng)絡(luò)，航空電子全雙工以太網(wǎng)（Avionics Full Duplex Switched Ethernet）是適用于大中型飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，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(shù)解決了綜合化互連對于網(wǎng)絡(luò)容量和可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性等方面的要求。AFDX網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今航電總線類產(chǎn)品中的最新產(chǎn)品，是國際公認(rèn)的新一代飛機(jī)首選的通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，更是以后航電總線產(chǎn)品的主流。

AFDX網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間（run-time）海量的數(shù)據(jù)和規(guī)模，及交換互連的空分結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致測試和監(jiān)視不同于小規(guī)模的總線互連網(wǎng)絡(luò)，無法通過網(wǎng)絡(luò)中的一點(diǎn)的接入，獲得網(wǎng)絡(luò)全局的通信狀況信息。以上，應(yīng)該采取在運(yùn)行時(shí)間有選擇地對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視的方法，完成AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)的研發(fā)。

本論文從分析AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視需求出發(fā)，重點(diǎn)研究民用飛機(jī)航電網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)視方法，根據(jù)AFDX網(wǎng)絡(luò)配置信息，完成對AFDX網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控運(yùn)行時(shí)間的數(shù)據(jù)流量，組建整體網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視環(huán)境，構(gòu)建AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)平臺。

1 總體框架與功能介紹

AFDX網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)商用以太網(wǎng)適應(yīng)性改造的，采用特定的概念及特性等， 用以提供安全的數(shù)據(jù)傳輸來保障航空電子系統(tǒng)所需要的特殊要求。利用專門為航空電子應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行所有有必要的協(xié)議分析，實(shí)現(xiàn)觀察網(wǎng)絡(luò)中虛擬鏈路的信息等。AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)AFDX網(wǎng)絡(luò)配置信息，對網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)流進(jìn)行監(jiān)視和分析，并提供數(shù)據(jù)保存和查看功能。

針對上述AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)功能需求，AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)功能架構(gòu)應(yīng)主要包括：數(shù)據(jù)流捕獲模塊、監(jiān)視配置顯示模塊、數(shù)據(jù)流解析模塊、數(shù)據(jù)流統(tǒng)計(jì)模塊、監(jiān)視數(shù)據(jù)庫管理模塊、配置信息導(dǎo)入導(dǎo)出模塊等六大功能模塊。數(shù)據(jù)流捕獲模塊通過TAP分支器的實(shí)現(xiàn)探針?biāo)阪溌飞狭髁啃畔⒌牟东@過濾功能。監(jiān)視配置顯示模塊提供AFDX監(jiān)視工具的配置接口功能，同時(shí)針對數(shù)據(jù)流解析模塊和數(shù)據(jù)流統(tǒng)計(jì)模塊的處理結(jié)果進(jìn)行顯示處理。數(shù)據(jù)流解析模塊按照ARINC 664 Part7規(guī)范實(shí)現(xiàn)幀協(xié)議解析，同時(shí)利用用戶定制的信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的解析。數(shù)據(jù)流統(tǒng)計(jì)模塊根據(jù)捕獲的數(shù)據(jù)幀的分布情況，按照物理鏈路、VL、消息、故障四大塊進(jìn)行流量特征的統(tǒng)計(jì)和分析。監(jiān)視數(shù)據(jù)庫管理模塊提供數(shù)據(jù)庫查詢和分析的功能，同時(shí)采用單獨(dú)線程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀信息在數(shù)據(jù)庫的存盤操作。文件導(dǎo)入導(dǎo)出模塊實(shí)現(xiàn)工程配置文件的導(dǎo)入解析和導(dǎo)出。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)需求，AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)從物理實(shí)現(xiàn)角度應(yīng)該主要包括流量注入、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和網(wǎng)絡(luò)管理三大部分，以實(shí)現(xiàn)AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視完整功能。因此AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)至少包括AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)主機(jī)和人機(jī)交互設(shè)備、高性能靜態(tài)可配置交換機(jī)、監(jiān)控采集板卡和設(shè)備、AFDX端系統(tǒng)模擬器、AFDX端系統(tǒng)接口卡、高速網(wǎng)絡(luò)測試分支器、網(wǎng)絡(luò)流量注入主機(jī)和人機(jī)交互設(shè)備、采集數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫等。

AFDX網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)不存在設(shè)備（或者故障設(shè)備）的流量行為模擬功能由AFDX網(wǎng)絡(luò)流量注入工具來完成，通過背景流量注入器和系統(tǒng)模擬器來提供流量模擬功能，通過SNMP服務(wù)實(shí)現(xiàn)對主流網(wǎng)管代理的檢測，通過TAP頭分支器對流量進(jìn)行檢測，根據(jù)用戶配置信息，進(jìn)行內(nèi)容解釋和顯示。

在具體搭建本AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)由一個(gè)節(jié)點(diǎn)主機(jī)、一個(gè)流量注入主機(jī)、一個(gè)監(jiān)視主機(jī)、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理主機(jī)、3塊AFDX接口卡、一塊高速網(wǎng)絡(luò)接口卡、一個(gè)TAP頭分支器、一臺高性能交換機(jī)、一套人機(jī)交互設(shè)備、一套視頻切換矩陣等設(shè)備組成。

3 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視測試

AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)具有操作良好的人機(jī)界面程序和后臺SQL Server數(shù)據(jù)庫，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視測試之前，首先利用工具軟件對工程配置文件和流量數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息加載，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置信息，結(jié)合典型監(jiān)視流程［4］，實(shí)現(xiàn)AFDX網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀的實(shí)時(shí)監(jiān)視和統(tǒng)計(jì)分析，并通過直觀的界面顯示被檢測數(shù)據(jù)的物理意義解釋。

在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視測試之前，可由用戶加載或新建工程配置文件，導(dǎo)入流量數(shù)據(jù)庫，對于待采集監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)流量

信息進(jìn)行過濾配置、數(shù)據(jù)內(nèi)容定義以及ICD顯示面板編輯等操作。在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視過程中，用戶可選擇查看各種統(tǒng)計(jì)信息，并可以將工程配置信息導(dǎo)出保存到文件，將捕獲的網(wǎng)絡(luò)流量信息保存到數(shù)據(jù)庫，支持用戶對流量數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行察看和分析，實(shí)現(xiàn)對捕獲流量數(shù)據(jù)的存儲和管理。

本AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)提供了豐富的監(jiān)視統(tǒng)計(jì)視圖，可以給用戶提供完備的監(jiān)視角度，所有監(jiān)視結(jié)束后，生成監(jiān)視結(jié)果報(bào)告，并可導(dǎo)出監(jiān)視結(jié)果。采用本網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)對AFDX網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視，獲得了理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

4 結(jié)論

AFDX網(wǎng)絡(luò)雖然已成為現(xiàn)代民用飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)，但是國際上只有公開的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，沒有測試監(jiān)視方面的標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)［5］，為了能夠支持網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證測試活動，必須對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全方位的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視。

本文在從民用飛機(jī)AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視的實(shí)際需求出發(fā)重點(diǎn)研究了AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視的方法，設(shè)計(jì)了AFDX網(wǎng)絡(luò)綜合自動化監(jiān)視系統(tǒng)，并進(jìn)行了仿真測試，獲得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為后續(xù)民用飛機(jī)AFDX網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

［1］葉佳字，陳曉剛，張新家.基于AFDX的航空電子通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)［J］.測控技術(shù)，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(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)生成和性能評價(jià)方法研究［J］.遙測遙控，2004，25（6）：51-55.

［4］王輝，陳卓，劉寧.AFDX網(wǎng)絡(luò)終端軟件測試策略的研究與應(yīng)用［J］.航空電子技術(shù)，2006，37（4）：33-37.

［5］趙永庫，唐來勝，李貞.AFDX網(wǎng)絡(luò)測試技術(shù)研究［J］.計(jì)算機(jī)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?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)。

趙春玲，副總設(shè)計(jì)師、研究員，研究領(lǐng)域?yàn)殡娮酉到y(tǒng)工程。