AFDX网络协议及关键技术的研究

发布时间：2019-11-30 06:29

【摘要】：机载通信网络技术是实现航空电子系统间大容量的高速数据交换的枢纽和核心,其性能和功能决定航空电子系统综合化程度的高低,是现代先进飞机航空电子综合化的关键技术之一。源于商用以太网技术、在国际民机中广泛使用的AFDX网络技术,具有低成本、高带宽、低延迟、确定性、高可靠性等诸多优点。文中在论述现有总线网络技术的基础上,介绍了AFDX技术。重点叙述了AFDX网络体系结构,给出了AFDX网络工作机制和流程,重点分析研究了AFDX网络协议及关键技术,为AFDX网络协议处理芯片的设计、实现、验证及系统应用提供了理论基础。
【图文】：

航空电子,网络拓扑,子系统,端系统

输的发展需求［3］。1AFDX网络概述AFDX应用于模块化航空电子系统架构中的通用通信系统。AＲINC664－Part7定义了AFDX的基本概念，规定了AFDX体系架构、功能和通信机制。1．1AFDX网络体系架构AFDX采用以交换机为中心的全双工、星型、双余度拓扑结构。AFDX网络系统主要由端系统(EndSys-tem，ES)、AFDX交换机(SWitch，SW)以及通信链路组成，如图1所示。图1AFDX网络拓扑ES负责数据的收发，为航空电子子系统与AFDX的连接提供安全、可靠的数据交换“接口”;SW负责数据交换、调度和监控;通信链路提供可靠的物理连接，是子系统间信息交互通道［4－5］。如图1所示，AFDX不同于传统以太网，是一种双余度网络，端系统分别通过两组独立的交换机接入网络，相同路径上的交换机通过一根双绞线连接。采取物理连接余度的AFDX，使每个端系统都可通过独立的两条物理链路访问网络中的其他端系统，提高了网络系统的可靠性［6］。在AFDX中，某些端系统可通过网关与普通以太网设备相连，用于航电子系统数据配置、下载和记录。1．2AFDX网络工作机制和流程AFDX网络的工作流程由上电自检测、配置表加载、数据通信、网络管理等构成。AFDX网络是一种静态配置的确定性网络，工作前将配置表分别固化在SW\ES中，配置表规定了端系统和交换机的工作方式、路由转发、警管过滤、端口速率、虚链路优先级、最大抖动、延迟等信息。配置后网络中每个设备均根据自己的配置表进行工作。上电后，端系统和交换机节点首先进行设备初始化和自检测操作，然后加载已经固化好的配置表，并依据网络中ES的位置信息在配置表中选择该节点对应的通信表，端系统根据通信表建立通信端口和虚链路，交换机根据通信表创建路由转发表，在端系统、交换机间构建相互通?

示意图,协议栈

子系统中实现［10］。图2AFDX协议栈结构3AFDX网络关键技术3．1确定性航空电子系统包括许多周期性、强实时控制系统，要求设备间的信息交互是低延迟、低抖动和时间确定的。任何功能分系统必须在一定时间内完成信息收发，数据收发不应造成阶跃或瞬态，影响系统的控制效果或作战效能。商用通信网络做到“尽量”准时，就可满足要求。一般采用“尽可能传输”策略，保证网络通信带宽利用率，实时性要求不高。而机载通信网络，必须满足系统时间确定性要求。AFDX是一种“确定性网络”。“确定性”主要指时间和路由的确定性，确定性由以下机制保障:除了配置表中约定的固定路由外，还限定了每条虚链路的带宽，每个端系统的收发延迟，抖动上界及转发延迟。如图3所示，AFDX网络在端系统中采用虚连路和带宽分配机制保证收发数据的确定性，在交换机中采用流量警管和帧过滤机制保证数据交换的确定性。另外，对不同优先级的任务，通过BAG参数配置，，分配独立带宽保证任务实时性。图3虚链路示意图3．2数据完整性机载通信网络在保证数据准时到达的同时，还要确保数据正确和完整。在点到点、点到多点，数据的路由是固定的，数据传输是按照先来先传输的原则进行，数据传输次序不发生变化，数据正确性由通信网络的固有可靠度和纠错措施来保障［11］。AFDX交换机的通信路由采用静态配置，同一条虚链路上的消息经过的路径是固定的，保证了一条虚·48·计算机技术与发展第26卷

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