摘 要： 飛行試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)化iNET測(cè)試系統(tǒng)正逐漸取代傳統(tǒng)的PCM測(cè)試系統(tǒng)，成為當(dāng)前飛行試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的主要架構(gòu)；試飛網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試的單架次iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)激增，為了滿足采用新一代網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)的飛行試驗(yàn)工程對(duì)海量試飛測(cè)試iNET數(shù)據(jù)的即時(shí)處理需求，針對(duì)試驗(yàn)iNET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用了基于內(nèi)存映射的海量試驗(yàn)數(shù)據(jù)快速存取及定位方法，設(shè)計(jì)了試飛iNET數(shù)據(jù)快視分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了飛行試驗(yàn)iNET數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)快視，解決了海量iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)即時(shí)處理難題，滿足了現(xiàn)代飛行試驗(yàn)iNET數(shù)據(jù)即時(shí)處理需求。

關(guān)鍵詞： 內(nèi)存映射； iNET協(xié)議； 即時(shí)處理； 飛行試驗(yàn)； 測(cè)試系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN98?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）04?0044?04

Abstract： The networked iNET test system for flight test is gradually replacing the traditional PCM test system and becoming the current main architecture of the testing system in flight test. The single sortie iNET test data of networked testing in flight test is increased sharply. To meet the immediate processing requirement of flight test engineering adopting the new generation architecture of networked testing system for iNET data in flight test， a quick access and positioning method （based on memory mapping） for massive flight test data is adopted according to the characteristics of flight test iNET network data to design the quick view analysis technology of the flight test iNET data. The dynamic quick view of flight test iNET data was achieved， and the immediate processing problem of mass iNET test data was solved. The immediate processing requirement of modern flight test iNET data has been satisfied.

Keywords： memory mapping； iNET protocol； immediate processing； flight test； testing system

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)iNET架構(gòu)技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的PCM構(gòu)架技術(shù)，成為新一代飛行試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)，同時(shí)現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)采用新技術(shù)、新材料、新設(shè)備越來越多，飛行試驗(yàn)科目、測(cè)試的參數(shù)、測(cè)試數(shù)據(jù)種類以及測(cè)試數(shù)據(jù)總量越來越多，試驗(yàn)記錄的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試iNET[1?2]數(shù)據(jù)總量是過去的數(shù)十倍，高達(dá)上百個(gè)GB。在飛行試驗(yàn)工程領(lǐng)域，對(duì)飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理從質(zhì)量、速度以及數(shù)據(jù)分析的方式等方面提出了很高的要求，對(duì)iNET數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)采集技術(shù)、高效數(shù)據(jù)處理方法已經(jīng)成為新一代飛機(jī)飛行試驗(yàn)的重要內(nèi)容之一。

在飛行試驗(yàn)過程中，快視分析即對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)瀏覽，并可進(jìn)行快進(jìn)、后退、實(shí)時(shí)拖動(dòng)等操作，即時(shí)將工程師關(guān)心的試驗(yàn)參數(shù)、時(shí)間等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)以圖、表動(dòng)態(tài)顯示，并將該分析的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

在飛行試驗(yàn)過程中，測(cè)試系統(tǒng)記錄的飛行試驗(yàn)全狀態(tài)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)一直是試飛工程師分析試驗(yàn)科目的依據(jù)，如何對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，以便試飛工程師在最短的時(shí)間內(nèi)獲得試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，是飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理專業(yè)一直重點(diǎn)研究的方向。在傳統(tǒng)的飛行試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)[3]構(gòu)架中，相對(duì)來說因試驗(yàn)數(shù)據(jù)量小、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單固定，整架次的試飛數(shù)據(jù)處理可以很快的完成，所以試飛工程師對(duì)試飛數(shù)據(jù)的即時(shí)處理需求不是很強(qiáng)烈。但是現(xiàn)在隨著新一代網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)[4]iNET應(yīng)用于飛行試驗(yàn)，特別是iNET數(shù)據(jù)量的激增、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靈活多變，雖然對(duì)iNET數(shù)據(jù)算法及試飛數(shù)據(jù)處理模式進(jìn)行了大量的優(yōu)化和改善[5?8]；但單次試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理難度和耗時(shí)越來越長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)iNET數(shù)據(jù)處理的要求也越來越高。在數(shù)據(jù)處理的這種新的形式下，對(duì)海量iNET數(shù)據(jù)進(jìn)行快視瀏覽分析，為試飛工程師提供即時(shí)數(shù)據(jù)處理服務(wù)，以便試飛工程師即時(shí)對(duì)接下來的試驗(yàn)安排進(jìn)行決策就尤為重要。

1 飛行試驗(yàn)iNET數(shù)據(jù)

1.1 iNET簡(jiǎn)介

美軍在20世紀(jì)90年代開始，以空天地一體網(wǎng)絡(luò)化試驗(yàn)與鑒定為主線，開展了美國(guó)國(guó)防部的CTEIP 項(xiàng)目之一的基礎(chǔ)倡議2010 （FI2010）工程，其中CIA（CTEIP Integrated Architecture）是試驗(yàn)集成結(jié)構(gòu)框架的簡(jiǎn)稱，其核心研究的內(nèi)容是增強(qiáng)遙測(cè)集成網(wǎng)絡(luò)iNET（integrated Network EnhancedTelemetry）。我國(guó)飛行試驗(yàn)長(zhǎng)期以來普遍使用的是IRIG106遙測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)，其測(cè)試結(jié)果形成標(biāo)準(zhǔn)的PCM數(shù)據(jù)流傳輸和記錄。隨著網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)在國(guó)際先進(jìn)飛機(jī)上的成功應(yīng)用和我國(guó)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)的成熟，為了解決飛行試驗(yàn)大容量參數(shù)測(cè)量問題，在飛行試驗(yàn)中采用了網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)的iNET測(cè)試系統(tǒng)。

1.2 試飛測(cè)試系統(tǒng)iNET數(shù)據(jù)

隨著網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用，試飛測(cè)試能力大幅提升，試驗(yàn)數(shù)據(jù)呈數(shù)十倍增長(zhǎng)，單架次數(shù)據(jù)量高達(dá)120 GB。網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)將測(cè)量結(jié)果形成iNET結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸和記錄，iNET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的符合遙測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的PCM數(shù)據(jù)流截然不同，具有完全不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有數(shù)據(jù)量大、參數(shù)多、數(shù)據(jù)包分散、數(shù)據(jù)包靈活等顯著特點(diǎn)，iNET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 內(nèi)存映射技術(shù)

內(nèi)存映射是由一個(gè)文件到一塊內(nèi)存的映射，將不必再對(duì)文件執(zhí)行I/O操作，取消了將文件數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存、數(shù)據(jù)從內(nèi)存到文件的回寫以及釋放內(nèi)存塊等步驟。在飛行試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)架下，采集的iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)激增，特別是對(duì)于非結(jié)構(gòu)化的試飛測(cè)試數(shù)據(jù)來說，頻繁的操作是試飛數(shù)據(jù)分析的一個(gè)特點(diǎn)。傳統(tǒng)的試飛數(shù)據(jù)處理中采用的讀取技術(shù)在這種情況下，其處理速度不能適應(yīng)在新的形勢(shì)下現(xiàn)代飛行試驗(yàn)工程對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求，其效率不能讓試飛工程師滿意。而使用內(nèi)存映射文件在處理大數(shù)據(jù)量的文件時(shí)能起到相當(dāng)重要的作用，可以解決傳統(tǒng)試飛數(shù)據(jù)處理不能解決的難題。

內(nèi)存映射文件實(shí)現(xiàn)主要使用了以下5個(gè)API函數(shù)：CreateFile（），CreateFileMapping（），MapViewOfFile（），UnmapViewOfFile（），CloseHandle（）。

隨著網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試的試驗(yàn)數(shù)據(jù)量激增，內(nèi)存映射技術(shù)為海量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的快視讀取提供了解決方案。

3 飛行試驗(yàn)快視分析

在飛行試驗(yàn)中對(duì)試飛測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人來說，特別是在一架新的試驗(yàn)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行初期，測(cè)試系統(tǒng)和試驗(yàn)機(jī)子系統(tǒng)的交聯(lián)，加裝的測(cè)試傳感器和試驗(yàn)環(huán)境的交聯(lián)，往往會(huì)出現(xiàn)參數(shù)測(cè)量誤差等問題。這時(shí)飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的快視分析是試飛工程師定位并排除測(cè)試故障的重要工具。同時(shí)在試驗(yàn)后，試飛數(shù)據(jù)的快視分析也一直是試飛工程師快速做出決策的重要輔助手段之一。

3.1 傳統(tǒng)PCM快視分析

在傳統(tǒng)的PCM構(gòu)架技術(shù)的飛行試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)中，由于試驗(yàn)的數(shù)據(jù)量較小，同時(shí)PCM結(jié)構(gòu)相對(duì)iNET結(jié)構(gòu)來說較為簡(jiǎn)單，通常對(duì)PCM試驗(yàn)數(shù)據(jù)做長(zhǎng)周、短周的分析就可以滿足試飛工程師即時(shí)數(shù)據(jù)分析需求。因數(shù)據(jù)量較小，全程試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理耗時(shí)不多，故無需在快視分析中單獨(dú)對(duì)PCM試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵時(shí)間處理，也無需在快視分析時(shí)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)拖動(dòng)、快進(jìn)、后退等復(fù)雜操作，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的曲線也沒有要求。

3.2 新形勢(shì)下iNET快視分析

在采用了iNET網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)之后，iNET數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；同時(shí)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)量、數(shù)據(jù)量激增，試飛工程師進(jìn)行快視分析時(shí)，要求可以對(duì)iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵時(shí)間處理，對(duì)iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)拖動(dòng)、快進(jìn)、后退等操作；同時(shí)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的曲線繪制也有要求，所以iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)快視分析必須解決這些問題，滿足試飛工程師的即時(shí)處理需求。

4 飛行試驗(yàn)iNET數(shù)據(jù)快視分析的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 海量iNET數(shù)據(jù)快速讀取和定位技術(shù)

在處理飛行試驗(yàn)海量iNET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時(shí)，需進(jìn)行大量的I/O文件操作。如果按照傳統(tǒng)的文件指針模式去提取iNET數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理效率上有可能不能滿足飛行試驗(yàn)海量iNET數(shù)據(jù)處理的需求。針對(duì)快速讀取海量原始iNET數(shù)據(jù)，內(nèi)存映射文件模式避免頻繁的對(duì)文件執(zhí)行I/O操作，快速地將試驗(yàn)原始iNET數(shù)據(jù)讀取到內(nèi)存。結(jié)合iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用內(nèi)存映射文件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)快速地讀取和定位，其實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。當(dāng)試飛工程師對(duì)試飛iNET數(shù)據(jù)軟件界面操作時(shí)，利用界面的進(jìn)度條進(jìn)行信息交換。在試飛工程師操作后，設(shè)定界面進(jìn)度條的百分比是Per，同時(shí)設(shè)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)大小為DaSize，需定位的位置為PoSize可得：

4.2 iNET完整幀分析技術(shù)

通過文件快速定位之后，將文件指針移動(dòng)到試飛工程師指定的文件位置，通常該指定位置不是一個(gè)完整試驗(yàn)數(shù)據(jù)iNET的包頭第一個(gè)字節(jié)處，需要進(jìn)行iNET完整幀分析，快速找到iNET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的第一個(gè)字節(jié)。

結(jié)合圖1的iNET數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，使用多重關(guān)鍵字段進(jìn)行完整幀分析，其算法如下：

（1） 從當(dāng)前的PointSize處開始，取16 B的數(shù)據(jù)，并與struct pcaprec_hdr_s進(jìn)行比對(duì)。因?yàn)槿绻鹖NET數(shù)據(jù)包是完整的，那么該數(shù)據(jù)包保存在文件中的長(zhǎng)度就會(huì)等于在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)拈L(zhǎng)度，所以判斷條件是：[pcaprec_hdr_s.incl_len==pcaprec_hdr_s. orig_len] （2）

（2） 如果式（2）中判斷的值相等則第一層PCAP協(xié)議判斷通過，如果不相等則說明PointSize處不是一個(gè)完整的iNET的開始，則使用式（3）對(duì)起始位置進(jìn)行后移：

[PointSize=PointSize+1] （3）

循環(huán)判斷直到式（2）值相等，PCAP協(xié)議判斷通過。

（3） 從PointSize處開始，讀取數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為pcaprec_hdr_s.incl_len字節(jié)，結(jié)合圖1的iNET數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)中的PacketLength進(jìn)行包長(zhǎng)判斷，判斷條件是：

[pcaprec_hdr_s.incl_len==PacketLength+16] （4）

（4） 如果式（4）中判斷的值相等則第二層iNET協(xié)議通過；如果不相等則回到式（1）中PointSize+1處重復(fù)第（1）步，從新開始完整幀分析，直到通過第二層iNET協(xié)議判斷。

（5） 圖1的iNET數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)中的EndField為一個(gè)特定的值，在飛行試驗(yàn)中通常設(shè)定其為0xFFFF，所以最后一步在當(dāng)前讀取到內(nèi)存中的數(shù)據(jù)判斷其最后2 B是否為設(shè)定的特定值。

（6） 如果第（5）步中的判斷沒有通過，回到式（1）中PointSize+1處重復(fù)第（1）步，重新開始完整幀分析，直到通過判斷，獲得一個(gè)完整的iNET數(shù)據(jù)包。

4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)

經(jīng)過iNET完整幀分析，可以獲得完整的iNET數(shù)據(jù)包，對(duì)iNET數(shù)據(jù)包需要按試飛工程師的選擇進(jìn)行分析，需滿足關(guān)鍵時(shí)間處理源碼顯示、參數(shù)提取并保存結(jié)果、動(dòng)態(tài)曲線顯示等，為了獲得最高的效率和最優(yōu)的處理，采用了多線程并行處理技術(shù)，源碼顯示和參數(shù)提取為一個(gè)處理線程，動(dòng)態(tài)曲線為一個(gè)處理線程，算法如下：

（1） 創(chuàng)建2個(gè)線程Thread1和Thread2；

（2） 將完整的iNET數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)分別傳遞給線程Thread1和Thread2；

（3） 線程Thread1對(duì)iNET數(shù)據(jù)進(jìn)行界面實(shí)時(shí)刷新顯示，同時(shí)按照試飛工程師提取的參數(shù)對(duì)iNET數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并按要求進(jìn)行輸出保存；

（4） 線程Thread2對(duì)iNET數(shù)據(jù)按試飛工程師關(guān)心的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新繪圖顯示；

（5） 線程Thread1和Thread2進(jìn)行同步分析，直到試飛工程師的下一個(gè)指令或者試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)尾。

5 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

使用C++語言開發(fā)了iNET數(shù)據(jù)快視分析軟件[9]，分析軟件實(shí)現(xiàn)界面如圖3所示。應(yīng)用該軟件對(duì)某試驗(yàn)機(jī)測(cè)試的iNET數(shù)據(jù)進(jìn)行快視分析，并計(jì)算試驗(yàn)機(jī)的氣壓高度，其計(jì)算結(jié)果見圖4。同時(shí)，對(duì)該試驗(yàn)iNET數(shù)據(jù)進(jìn)行了試驗(yàn)科目[10?11]的參數(shù)快視分析，對(duì)該試驗(yàn)進(jìn)行即時(shí)處理，快速響應(yīng)試飛工程師的數(shù)據(jù)處理需求，實(shí)時(shí)地將科目參數(shù)進(jìn)行處理并保存成結(jié)果工程量文件，滿足了試飛工程師對(duì)海量iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)快視分析的需求。iNET快視分析結(jié)果表明：采用基于內(nèi)存映射的iNET快視分析算法正確，數(shù)據(jù)結(jié)果處理準(zhǔn)確。基于以上算法開發(fā)的飛行試驗(yàn)iNET試驗(yàn)數(shù)據(jù)快視分析軟件已在多個(gè)型號(hào)試飛中推廣使用。

6 結(jié) 語

本文介紹了在現(xiàn)代飛行試驗(yàn)中海量網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試iNET數(shù)據(jù)快視分析面臨的難題，分析了傳統(tǒng)PCM快視分析、iNET數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、PCAP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用內(nèi)存映射技術(shù)，解決了iNET數(shù)據(jù)快視的關(guān)鍵問題，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了iNET數(shù)據(jù)快視分析軟件，解決了現(xiàn)代飛行試驗(yàn)iNET數(shù)據(jù)的快速瀏覽、即時(shí)處理的難題。經(jīng)某試驗(yàn)機(jī)試飛實(shí)際驗(yàn)證，該軟件滿足了試飛工程師的快視分析需求，為現(xiàn)代飛行試驗(yàn)提供了技術(shù)保障。

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