郭惠軍，趙春玲中國商飛上海飛機設計研究院，上海 201210

AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

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(wǎng)絡（AFDX網(wǎng)絡）是通過對以太網(wǎng)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(shù)據(jù)網(wǎng)絡。對該網(wǎng)絡的監(jiān)視、測試已成為民用飛機航電系統(tǒng)研制的難點和關鍵問題。從分析民用飛機AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視的實際需求出發(fā)，設計了一個AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)，并給出了測試方案和操作步驟；該系統(tǒng)是一個綜合化、自動化的平臺，可以提供豐富的網(wǎng)絡監(jiān)視統(tǒng)計視圖。文中提出的網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)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(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)。

航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)；民用飛機；監(jiān)視；自動化

AFDX網(wǎng)絡，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航空電子系統(tǒng)的網(wǎng)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(wǎng)絡容量和可擴展性、實時性等方面的要求。AFDX網(wǎng)絡是當今航電總線類產(chǎn)品中的最新產(chǎn)品，是國際公認的新一代飛機首選的通信網(wǎng)絡產(chǎn)品，更是以后航電總線產(chǎn)品的主流。

AFDX網(wǎng)絡運行時間（run-time）海量的數(shù)據(jù)和規(guī)模，及交換互連的空分結構，導致測試和監(jiān)視不同于小規(guī)模的總線互連網(wǎng)絡，無法通過網(wǎng)絡中的一點的接入，獲得網(wǎng)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(tǒng)進行監(jiān)視的方法，完成AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)的研發(fā)。

本論文從分析AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視需求出發(fā)，重點研究民用飛機航電網(wǎng)絡流量監(jiān)視方法，根據(jù)AFDX網(wǎng)絡配置信息，完成對AFDX網(wǎng)絡對監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析，實現(xiàn)監(jiān)控運行時間的數(shù)據(jù)流量，組建整體網(wǎng)絡監(jiān)視環(huán)境，構建AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)平臺。

1 總體框架與功能介紹

AFDX網(wǎng)絡是根據(jù)商用以太網(wǎng)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(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用程序設計的結構進行所有有必要的協(xié)議分析，實現(xiàn)觀察網(wǎng)絡中虛擬鏈路的信息等。AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)應該根據(jù)AFDX網(wǎng)絡配置信息，對網(wǎng)絡上實時運行的數(shù)據(jù)流進行監(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)絡監(jiān)視系統(tǒng)功能需求，AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)功能架構應主要包括：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)計模塊、監(jiān)視數(shù)據(jù)庫管理模塊、配置信息導入導出模塊等六大功能模塊。數(shù)據(jù)流捕獲模塊通過TAP分支器的實現(xiàn)探針所在鏈路上流量信息的捕獲過濾功能。監(jiān)視配置顯示模塊提供AFDX監(jiān)視工具的配置接口功能，同時針對數(shù)據(jù)流解析模塊和數(shù)據(jù)流統(tǒng)計模塊的處理結果進行顯示處理。數(shù)據(jù)流解析模塊按照ARINC 664 Part7規(guī)范實現(xiàn)幀協(xié)議解析，同時利用用戶定制的信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的解析。數(shù)據(jù)流統(tǒng)計模塊根據(jù)捕獲的數(shù)據(jù)幀的分布情況，按照物理鏈路、VL、消息、故障四大塊進行流量特征的統(tǒng)計和分析。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，同時采用單獨線程實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀信息在數(shù)據(jù)庫的存盤操作。文件導入導出模塊實現(xiàn)工程配置文件的導入解析和導出。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

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

AFDX網(wǎng)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(wǎng)絡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服務實現(xiàn)對主流網(wǎng)管代理的檢測，通過TAP頭分支器對流量進行檢測，根據(jù)用戶配置信息，進行內(nèi)容解釋和顯示。

在具體搭建本AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)時，系統(tǒng)由一個節(jié)點主機、一個流量注入主機、一個監(jiān)視主機、一個網(wǎng)絡管理主機、3塊AFDX接口卡、一塊高速網(wǎng)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(wǎng)絡監(jiān)視測試

AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視系統(tǒng)具有操作良好的人機界面程序和后臺SQL Server數(shù)據(jù)庫，在進行網(wǎng)絡監(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)庫進行信息加載，根據(jù)網(wǎng)絡配置信息，結合典型監(jiān)視流程［4］，實現(xiàn)AFDX網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀的實時監(jiān)視和統(tǒng)計分析，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)絡監(jiān)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(shù)據(jù)庫，對于待采集監(jiān)控的網(wǎng)絡流量

信息進行過濾配置、數(shù)據(jù)內(nèi)容定義以及ICD顯示面板編輯等操作。在網(wǎng)絡監(jiān)視過程中，用戶可選擇查看各種統(tǒng)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(wǎng)絡流量信息保存到數(shù)據(jù)庫，支持用戶對流量數(shù)據(jù)庫信息進行察看和分析，實現(xiàn)對捕獲流量數(shù)據(jù)的存儲和管理。

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

4 結論

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

本文在從民用飛機AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視的實際需求出發(fā)重點研究了AFDX網(wǎng)絡監(jiān)視的方法，設計了AFDX網(wǎng)絡綜合自動化監(jiān)視系統(tǒng)，并進行了仿真測試，獲得了較好的實驗結果，為后續(xù)民用飛機AFDX網(wǎng)絡測試系統(tǒng)的研發(fā)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(wǎng)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(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(tǒng)。

趙春玲，副總設計師、研究員，研究領域為電子系統(tǒng)工程。