AFDX网络配置测试技术研究

终端系统作为AFDX网络数据传输的关键部分,其优劣决定着整个AFDX网络的通信性能。为了测试验证端系统功能,评估AFDX网络的传输性能,提出了一种AFDX网络配置测试方法。设计端系统的配置测试规范,建立端系统测试总体框架,对端系统的测试响应机制进行研究,规范化测试流程,生成的配置文件作为算法设计的输入信息。设计激励数据生成算法,建立激励数据生成框架,对数据发送的约束条件进行形式化定义,利用SMT求解器,生成激励数据发送时刻表。激励数据发送时刻表作为输入,利用TestCenter网络测试平台进行仿真实验,实验结果证明该方法能模拟当前AFDX网络配置在高负载数据流下的有效性。

一种基于AFDX总线的消息创建与传递过程研究

航空电子全双工交互式以太网(AFDX)总线技术通过工业标准以太网衍生而来,已逐步成为目前应用较广的航电网络数据传输方式。AFDX总线技术在通信协议和网络结构定义中引入了全双工、交互式、虚拟链路、双冗余、固定带宽分配、消息余度管理及高完整性校验等内容,很好地满足了机载设备产品对数据收发过程的高带宽、低延迟、高安全性、高可靠性、强实时性及确定性传输的要求。

基于度中心性的AFDX网络拓扑优化

随着航空技术的飞速发展,航空电子全双工交换以太网(AFDX)取代了传统航电传输总线标准,成为新一代机载设备网络。针对目前航电网络的带宽资源分配不均的问题,提出了一种基于度中心性理论的AFDX网络拓扑优化算法,并依据某型号真实网络拓扑中终端之间的虚拟链路关系对其进行了仿真和实验。通过将带宽资源占用率较高的终端调整至一个交换机,使目标交换机级联带宽降低了11.7%和9.72%;并通过基于OPNET的全数字仿真平台对本算法进行了仿真验证,全网交换机带宽占用率均有不同程度的降低。结果表明,上述方法能够对网络拓扑架构进行优化,不仅能够解决飞机网络局部带宽分配不足的问题,同时能够优化网络性能,具有重要的工程实践意义。

千兆三余度AFDX帧管理的形式化建模与验证

为了提升新一代航空电子全双工交换以太网(AFDX)网络的传输速率和余度设计可靠性,在AFDX网络标准的基础上(ARINC 664 p7),建立千兆三余度AFDX网络的帧管理机制模型并进行了形式化建模,而且实现了AFDX网络标准中描述的SkewMax机制。使用UPPAAL形式化工具对千兆三余度AFDX网络帧管理机制进行形式化验证,验证帧管理机制的完整性检查及冗余管理功能的可用性。结果表明,千兆三余度AFDX网络帧传输过程中不存在死锁。此外,针对标准AFDX的冗余管理中一个帧的丢失可能会导致其冗余备份的丢失的现象,提出在接收端设置一个队列,记录那些比连续帧更晚到达的冗余备份的帧序号,从而减少不必要的丢帧,提高QoS和数据完整性。形式化验证的结果可以作为千兆AFDX网络标准制定和实际应用的参考。

AFDX网络设备故障诊断技术

AFDX网络作为机载主干通信网络,如果出现故障,将影响整个航电系统的功能。AFDX网络设备故障诊断对于机载通信的稳定运行和航空子系统故障管理具有重要意义。聚焦网络设备故障诊断技术,研究了一套基于网络演算法的AFDX网络设备故障诊断技术。通过设计故障特征参数标识故障类型,给出检测结果和故障特征参数的关联关系;使用被动式采集的方式对关键元器件、通信过程以及设备性能进行状态检测;针对所收集的检测数据,分别给出故障诊断方法并对偶发性异常进行识别和抑制;设计网络故障诊断测试用例,从实时性和并发性2个角度进行测试验证,测试用例的通过率达到98%,且未发生致命、严重级别的BUG,较小级别的BUG不超过5个且均已修复,验证结果证明了方法的有效性。

SNMP协议在AFDX网络中的应用

AFDX高速网络已成为现代飞机航电系统的主干网络架构,终端设备数量多、自动化程度参差不齐。为解决AFDX网络统一管理的问题,文章基于SNMP协议给出了网络管理的方案,具有管理信息库、构型管理、故障管理和配置管理等功能。结果表明中SNMP协议不仅能够实时监控AFDX网络终端工作状态,而且具有成本低、通用性高、实现容易等特点。

基于AFDX网络通信技术的ARINC615A数据加载客户端的实现

随着航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet,AFDX)网络在航电通信网络设备中的广泛使用,给出一种基于ARINC6I5A-3标准协议的数据加载客户端软件的实现方式,详细描述了ARINC6I5A协议中Find操作、信息操作、上传操作、介质自定义下载以及操作者自定义下载的具体实现过程,保证了航空电子设备和软件加载客户端交换数据的安全可靠性。该数据加载客户端的设计架构对航电系统数据传输类工具的开发具有一定的参考价值。

AFDX交换机测试系统的原理及方法

AFDX是空客公司根据航空电子发展的需求以以太网为基础,通过在实时性、可靠性等方面进行改进而建立起来的一种高性能航空数据总线,基于该总线的航空电子系统通过AFDX总线交换机可实现终端间的网络化互联。在实际应用中,由于AFDX总线交换机的性能指标直接影响着整个系统的传输性能,因此需要对AFDX总线交换机的性能进行综合测试。为此,本文首先详细的介绍了ARINC664协议对AFDX交换机功能和性能的分解,进而对AFDX交换机的测试需求及测试方法进行了分析,在此基础上,构建了一套AFDX交换机测试系统,并对其软硬件组成及测试方法进行了详细介绍。

AFDX端系统关键技术的研究与实现

分析AFDX协议关键技术,围绕其端系统的构建,给出一个实用的AFDX端系统架构。针对AFDX的地址映射和实时性机制,提出AFDX端系统关键模块的发送协议处理算法和流量整形综合调度算法。基于Linux操作系统,对该AFDX端系统架构进行仿真验证,结果证明其较好地满足了航空电子网络数据传输的实时性和可靠性需求。

AFDX构架及协议分析

从航空电子集成的角度描述了航空电子全双工交换式以太网(AFDX)通信网络的概念、结构、调度机制和协议栈,给出了AFDX端口和网络交换机的设计思路和实现方案,预计了采用AFDX协议总线构建航空电子系统时系统的失效概率。

AFDX网络系统建模与仿真实现

对于AFDX这种新型航空数据网络系统,采用网络仿真技术对其进行实时性和确定性研究是非常必要的。实现AFDX系统的仿真,首先需要AFDX的网络仿真模型,建模成为了仿真系统实现的核心问题。在研究和分析AFDX系统及仿真需求的基础上,采用UML语言,并运用例图、类图、状态图和动态序列图建立了完整的AFDX网络仿真模型,并依据所建的模型实现了AFDX网络系统的仿真。通过仿真分析了AFDX网络端到端的时延和抖动,验证了AFDX网络的性能。

AFDX交换机在强实时条件下的分组调度

研究了航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex SwitchedEthernet)交换机分组调度方法的实时性能,采用实时通信中的周期性任务模型,依据AFDX协议"确定性网络"中关于交换机支持双优先级消息调度原则,推导出了相应的交换机关键参数的数学表达,提出了强实时约束下基于双优先级调度的负载匹配的分组调度方法(DP-LM,Du-al Priority-Load Match),比较了单/双优先级分组调度的不同(消息调度、关键参数和匹配方法),算例结果表明:由于低优先级消息的引入将会对高优先级消息的实时传输产生重要影响.

AFDX端系统协议软件设计与实现

网络作为航电系统的核心部分,其性能直接影响航电系统。AFDX网络是新一代航空电子系统的传输网络技术,具有高速、确定性和稳定性的特点。在深入研究AFDX网络协议的基础上,结合航电网络的实际应用,根据AFDX端系统关于冗余管理、完整性检测和VL隔离的特点,提出了一种AFDX端系统协议软件的设计方法。该方法通过采样、队列和SAP三类端口实现了AFDX标准数据的发送和接收功能,支持10(Mb.s-1)/100(Mb.s-1)的数据传输,并采用了VL管理、冗余管理和完整性检测方法,有效提高了数据传输的确定性和稳定性。多次的功能和性能测试表明,该软件设计方法实现了ARINC664 P7协议规定的AFDX端系统协议栈功能,具有良好的正确性和可靠性。

基于时延分析的AFDX智能网络管理模型全局调度算法研究

为了更好地解决航空电子AFDX网络在应用上的不确定性问题,通过对AFDX网络时延进行分析,在建立AFDX智能网络管理模型的基础上提出了全局调度算法,该算法从AFDX网络全局角度出发,动态实时地调整调度算法、平衡网络负载,通过NS-2进行网络仿真,结果显示此算法能够有效地减少数据的最大延迟抖动,明显提高了AFDX网络的数据传送效能,更好地满足了航空电子网络数据传输的实时性要求,使AFDX网络运行更加高速可靠。

AFDX终端系统实现方案研究

航空电子全双工交换式以太网(AFDX)作为一个网络协议,用来定义各航空电子子系统之间进行数据交换所应遵循的电气要求和协议规范;它是在IEEE802.3以太网技术的基础上增加了一些特殊的功能来提供一个具有确定性服务保证的网络;该方案首先对AFDX网络的组成结构进行了简单的介绍,然后根据对AFDX协议规范的研究,分析了AFDX终端系统的工作流程和性能指标,最后提出了终端系统的硬件设计方案;为了使终端系统设计达到最优性能,文章还给出了软件设计方案。

基于AFDX网络终端系统SoC的FPGA原型验证

基于商业以太网技术的AFDX网络,具有高带宽,低延迟,强实时性,高可靠性的特点已应用于在空客A380等型号上。ARINC664 Part7协议定义了AFDX网络的终端系统,交换机,以及通信机制。其中AFDX网络终端系统(ES,EndSystem)为航电系统上层应用与AFDX网络之间提供信息收发的通道。基于ARM9的AFDX-ES SoC是国内首款AFDX终端系统智能协议芯片,结合项目实践以SoC验证方法学为指导,以应用需求和ARINC664 Part7协议标准为依据,介绍了在FPGA环境下搭建验证平台,开发测试向量实施验证的过程,并对验证结果进行了分析,为成功流片提供了可靠保证。

基于AFDX的高速数据采集记录系统设计与实现

分析了AFDX(avionics full duplex switched Ethernet)高速数据采集记录系统的需求,设计了系统的执行流程,确定了系统的模块组成,介绍了各模块的实现方案。利用多线程、循环缓冲区等技术,实现AFDX总线高速长时间无故障数据采集。该数据采集记录系统采用MFC实现,并利用了TeeChart控件。

AFDX端系统通信端口的设计与实现

航空电子全双工交换以太网(AFDX)通信端口作为AFDX端系统提供给应用程序的接口,对于AFDX网络消息的传递有着重要的作用。针对AFDX端系统仿真接口板卡的AFDX协议栈在板上实现的特点,提出了一种满足AFDX协议的通信端口的实现方法。端口在端系统驱动中通过加载配置,创建端口、端口发送/接收3个步骤实现,经过应用程序测试验证了其正确性和可靠性。

AFDX网络端到端时延分析方法

针对AFDX网络时延分析问题,研究应用确定性网络演算理论的端到端AFDX网络传输时延分析方法。建立AFDX网络数据传输元模型,确定数据帧网络传输的各个网络元件,分析数据帧传输路径上各网络元件的最大处理时延,累加计算获得整个网络的端到端最大时延。多路复用排队时延是主要的可变时延,也是AFDX网络时延分析的关键。针对典型的先进先出策略和静态优先级排队复用策略,基于网络演算理论,给出其最大时延计算方法。最后,对该方法进行实例分析,表明该方法能够有效计算AFDX网络最差情况下的端到端数据传输时延。

基于轨迹方法的AFDX网络路由配置算法

针对航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)的网络关键技术——虚拟链路(VL,Virtual Link)的静态路由算法,提出了一种基于AFDX轨迹方法的VL路由配置算法——TRJ算法,保证配置VL的端端确定性最大延迟满足给定的时延约束.TRJ算法计算每条VL基于轨迹方法得到的初始延时约束比,按照延时约束比从小到大的顺序结合轨迹方法进行VL静态路由配置.在AFDX网络典型配置下,将该路由算法与最小跳路由和均衡路由算法进行比较,结果表明最小跳路由算法用了最少的资源,均衡路由算法平衡了网络流量,但只有该算法保证了所有VL的端端最大延迟满足时延约束,证明该算法的有效性.