【摘要】：機(jī)載通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)航空電子系統(tǒng)間大容量的高速數(shù)據(jù)交換的樞紐和核心,其性能和功能決定航空電子系統(tǒng)綜合化程度的高低,是現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)航空電子綜合化的關(guān)鍵技術(shù)之一。源于商用以太網(wǎng)技術(shù)、在國(guó)際民機(jī)中廣泛使用的AFDX網(wǎng)絡(luò)技術(shù),具有低成本、高帶寬、低延遲、確定性、高可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)。文中在論述現(xiàn)有總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上,介紹了AFDX技術(shù)。重點(diǎn)敘述了AFDX網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),給出了AFDX網(wǎng)絡(luò)工作機(jī)制和流程,重點(diǎn)分析研究了AFDX網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及關(guān)鍵技術(shù),為AFDX網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理芯片的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證及系統(tǒng)應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

輸?shù)陌l(fā)展需求［3］。1AFDX網(wǎng)絡(luò)概述AFDX應(yīng)用于模塊化航空電子系統(tǒng)架構(gòu)中的通用通信系統(tǒng)。AＲINC664－Part7定義了AFDX的基本概念，規(guī)定了AFDX體系架構(gòu)、功能和通信機(jī)制。1．1AFDX網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)AFDX采用以交換機(jī)為中心的全雙工、星型、雙余度拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。AFDX網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由端系統(tǒng)(EndSys-tem，ES)、AFDX交換機(jī)(SWitch，SW)以及通信鏈路組成，如圖1所示。圖1AFDX網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銭S負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)，為航空電子子系統(tǒng)與AFDX的連接提供安全、可靠的數(shù)據(jù)交換“接口”;SW負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換、調(diào)度和監(jiān)控;通信鏈路提供可靠的物理連接，是子系統(tǒng)間信息交互通道［4－5］。如圖1所示，AFDX不同于傳統(tǒng)以太網(wǎng)，是一種雙余度網(wǎng)絡(luò)，端系統(tǒng)分別通過(guò)兩組獨(dú)立的交換機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)，相同路徑上的交換機(jī)通過(guò)一根雙絞線連接。采取物理連接余度的AFDX，使每個(gè)端系統(tǒng)都可通過(guò)獨(dú)立的兩條物理鏈路訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中的其他端系統(tǒng)，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性［6］。在AFDX中，某些端系統(tǒng)可通過(guò)網(wǎng)關(guān)與普通以太網(wǎng)設(shè)備相連，用于航電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)配置、下載和記錄。1．2AFDX網(wǎng)絡(luò)工作機(jī)制和流程AFDX網(wǎng)絡(luò)的工作流程由上電自檢測(cè)、配置表加載、數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)管理等構(gòu)成。AFDX網(wǎng)絡(luò)是一種靜態(tài)配置的確定性網(wǎng)絡(luò)，工作前將配置表分別固化在SW\ES中，配置表規(guī)定了端系統(tǒng)和交換機(jī)的工作方式、路由轉(zhuǎn)發(fā)、警管過(guò)濾、端口速率、虛鏈路優(yōu)先級(jí)、最大抖動(dòng)、延遲等信息。配置后網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備均根據(jù)自己的配置表進(jìn)行工作。上電后，端系統(tǒng)和交換機(jī)節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行設(shè)備初始化和自檢測(cè)操作，然后加載已經(jīng)固化好的配置表，并依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中ES的位置信息在配置表中選擇該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的通信表，端系統(tǒng)根據(jù)通信表建立通信端口和虛鏈路，交換機(jī)根據(jù)通信表創(chuàng)建路由轉(zhuǎn)發(fā)表，在端系統(tǒng)、交換機(jī)間構(gòu)建相互通?

子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)［10］。圖2AFDX協(xié)議棧結(jié)構(gòu)3AFDX網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)3．1確定性航空電子系統(tǒng)包括許多周期性、強(qiáng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，要求設(shè)備間的信息交互是低延遲、低抖動(dòng)和時(shí)間確定的。任何功能分系統(tǒng)必須在一定時(shí)間內(nèi)完成信息收發(fā)，數(shù)據(jù)收發(fā)不應(yīng)造成階躍或瞬態(tài)，影響系統(tǒng)的控制效果或作戰(zhàn)效能。商用通信網(wǎng)絡(luò)做到“盡量”準(zhǔn)時(shí)，就可滿足要求。一般采用“盡可能傳輸”策略，保證網(wǎng)絡(luò)通信帶寬利用率，實(shí)時(shí)性要求不高。而機(jī)載通信網(wǎng)絡(luò)，必須滿足系統(tǒng)時(shí)間確定性要求。AFDX是一種“確定性網(wǎng)絡(luò)”�！按_定性”主要指時(shí)間和路由的確定性，確定性由以下機(jī)制保障:除了配置表中約定的固定路由外，還限定了每條虛鏈路的帶寬，每個(gè)端系統(tǒng)的收發(fā)延遲，抖動(dòng)上界及轉(zhuǎn)發(fā)延遲。如圖3所示，AFDX網(wǎng)絡(luò)在端系統(tǒng)中采用虛連路和帶寬分配機(jī)制保證收發(fā)數(shù)據(jù)的確定性，在交換機(jī)中采用流量警管和幀過(guò)濾機(jī)制保證數(shù)據(jù)交換的確定性。另外，對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，通過(guò)BAG參數(shù)配置，，分配獨(dú)立帶寬保證任務(wù)實(shí)時(shí)性。圖3虛鏈路示意圖3．2數(shù)據(jù)完整性機(jī)載通信網(wǎng)絡(luò)在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)時(shí)到達(dá)的同時(shí)，還要確保數(shù)據(jù)正確和完整。在點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)，數(shù)據(jù)的路由是固定的，數(shù)據(jù)傳輸是按照先來(lái)先傳輸?shù)脑瓌t進(jìn)行，數(shù)據(jù)傳輸次序不發(fā)生變化，數(shù)據(jù)正確性由通信網(wǎng)絡(luò)的固有可靠度和糾錯(cuò)措施來(lái)保障［11］。AFDX交換機(jī)的通信路由采用靜態(tài)配置，同一條虛鏈路上的消息經(jīng)過(guò)的路徑是固定的，保證了一條虛·48·計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展第26卷

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