郭惠軍　方習(xí)高

【摘 要】航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)絡(luò)（AFDX網(wǎng)絡(luò)）是一種新型的機(jī)載網(wǎng)絡(luò)，對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試主要是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性和可靠性。對(duì)AFDX網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測(cè)試需求，設(shè)計(jì)了一個(gè)AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)測(cè)試監(jiān)視系統(tǒng)，并給出了測(cè)試方案和操作步驟。文中提出的測(cè)試系統(tǒng)已成功應(yīng)用于工程實(shí)踐中，提高了測(cè)試工作效率和自動(dòng)化程度，是一種可行的AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)測(cè)試監(jiān)視系統(tǒng)，AFDX是當(dāng)今航電總線(xiàn)類(lèi)產(chǎn)品中的最新產(chǎn)品，是國(guó)際公認(rèn)的新一代飛機(jī)首選的通信網(wǎng)絡(luò)，也是未來(lái)航電總線(xiàn)產(chǎn)品的主流。

【關(guān)鍵詞】航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)；交換機(jī)；測(cè)試監(jiān)視；自動(dòng)化

0 引言

航空電子全雙工以太網(wǎng)（Avionics Full Duplex Switched Ethernet， AFDX）是適用于大中型飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，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(shù)解決了綜合化互連對(duì)于網(wǎng)絡(luò)容量和可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性等方面的要求，AFDX是當(dāng)今航電總線(xiàn)類(lèi)產(chǎn)品中的最新產(chǎn)品，是國(guó)際公認(rèn)的新一代飛機(jī)首選的通信網(wǎng)絡(luò)，也是未來(lái)航電總線(xiàn)產(chǎn)品的主流。

AFDX網(wǎng)絡(luò)由3部分組成：端系統(tǒng)（End System，ES）、鏈路（Link）和交換機(jī)（Switch）。ES的主要功能是提供航空電子設(shè)備子系統(tǒng)和AFDX互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的接口；鏈路是ES與交換機(jī)之間的物理通路；交換機(jī)主要負(fù)責(zé)AFDX網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)幀的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。作為AFDX通信節(jié)點(diǎn)的各類(lèi)型主機(jī)間通過(guò)ES通信，ES通信由交換機(jī)中轉(zhuǎn)。AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)最核心的組成部分

本論文從分析AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測(cè)試需求出發(fā)，明確AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測(cè)試目標(biāo)，完成AFDX交換機(jī)的配置信息定制與顯示、幀過(guò)濾特征測(cè)試、高低優(yōu)先級(jí)處理測(cè)試、緩沖能力測(cè)試、技術(shù)時(shí)延測(cè)試、流量管制測(cè)試等功能，組建AFDX交換機(jī)測(cè)試子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交換機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試和分析。

1 交換機(jī)測(cè)試需求分析

從AFDX網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)可以看出AFDX網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試主要是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性和可靠性。交換機(jī)是一個(gè)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，通過(guò)接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)包從源端系統(tǒng)到目的端系統(tǒng)的傳輸，并在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中執(zhí)行流量監(jiān)控和過(guò)濾功能，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行調(diào)度，避免網(wǎng)絡(luò)沖突造成的丟包、錯(cuò)包現(xiàn)象[2-3]。

AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的通信性能起決定性影響，考慮到AFDX交換機(jī)嚴(yán)格遵守ARINC 664 Part 7規(guī)范，因此對(duì)AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測(cè)試主要包含以下幾方面要求：

1）VL單播/多播過(guò)濾特性測(cè)試：根據(jù)特定測(cè)試時(shí)間段，針對(duì)指定的一條或多條VL，檢查其目的端口以及非目的端口數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)情況；

2）網(wǎng)絡(luò)流量管制測(cè)試：通過(guò)注入正常或違例的數(shù)據(jù)幀，測(cè)試交換機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)幀BAG過(guò)濾是否符合標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和配置文件的要求；

3）端口緩沖能力測(cè)試：按照交換機(jī)的配置，測(cè)定交換機(jī)指定端口對(duì)于入線(xiàn)數(shù)據(jù)包的積壓大于緩沖長(zhǎng)度情況下的幀處理情況，并將測(cè)試結(jié)果送到測(cè)試數(shù)據(jù)處理模塊做進(jìn)一步的處理工作，評(píng)價(jià)交換機(jī)端口數(shù)據(jù)緩沖的表現(xiàn)；

4）技術(shù)時(shí)延測(cè)試：根據(jù)特定測(cè)試時(shí)間段和配置參數(shù)，對(duì)指定VL，監(jiān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)其數(shù)據(jù)幀進(jìn)出交換機(jī)的時(shí)間差，分析計(jì)算交換機(jī)技術(shù)時(shí)延以及抖動(dòng)方差；

5）高低優(yōu)先級(jí)幀處理測(cè)試：測(cè)定指定VL進(jìn)出交換機(jī)的時(shí)間差，然后改變VL的優(yōu)先級(jí)，再測(cè)量改變優(yōu)先級(jí)后VL進(jìn)出交換機(jī)的時(shí)間差，評(píng)價(jià)交換機(jī)針對(duì)VL不同優(yōu)先級(jí)幀的處理情況。

2 測(cè)試方案

根據(jù)AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測(cè)試需求，AFDX交換機(jī)測(cè)試系統(tǒng)從功能角度應(yīng)該包括流量注入和交換機(jī)測(cè)試兩部分，以實(shí)現(xiàn)AFDX交換機(jī)測(cè)試功能。因此AFDX交換機(jī)測(cè)試系統(tǒng)至少包括AFDX交換機(jī)測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)和人機(jī)交互設(shè)備、AFDX端系統(tǒng)模擬器、AFDX端系統(tǒng)接口卡、高速網(wǎng)絡(luò)測(cè)試分支器、網(wǎng)絡(luò)流量注入主機(jī)和人機(jī)交互設(shè)備等，

AFDX網(wǎng)絡(luò)流量注入功能提供被測(cè)交換機(jī)運(yùn)行時(shí)輸入流量的模擬，AFDX網(wǎng)絡(luò)流量注入工具通過(guò)端系統(tǒng)模擬器和背景流量注入器兩方面提供流量模擬功能。端系統(tǒng)模擬器模擬一個(gè)ES的流量行為，背景流量注入器通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行基于端口的流量分配，實(shí)現(xiàn)分布式背景流量的輸出過(guò)程。AFDX交換機(jī)測(cè)試功能通過(guò)AIM公司的TAP頭分支器對(duì)被測(cè)交換機(jī)的輸入流量和輸出流量進(jìn)行捕獲和分析，并根據(jù)測(cè)試用例完成交換機(jī)的測(cè)試。

本交換機(jī)測(cè)試系統(tǒng)可以接入其它真實(shí)AFDX網(wǎng)絡(luò)，由交換式網(wǎng)絡(luò)提供背景流量注入的實(shí)現(xiàn)。在對(duì)交換機(jī)各個(gè)端口進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，當(dāng)端口沒(méi)有連接具體外部設(shè)備時(shí)，交換機(jī)測(cè)試主機(jī)可以不通過(guò)TAP頭分支器直接與交換機(jī)端口相連，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)流量特征的測(cè)試。

在具體搭建本AFDX交換機(jī)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)由2個(gè)節(jié)點(diǎn)主機(jī)、一個(gè)流量注入主機(jī)、一個(gè)測(cè)試主機(jī)、3塊AFDX接口卡、一塊高速網(wǎng)絡(luò)接口卡、2個(gè)TAP頭分支器、一臺(tái)高性能交換機(jī)、一套人機(jī)交互設(shè)備、一套視頻切換矩陣等設(shè)備組成。

3 交換機(jī)測(cè)試

AFDX交換機(jī)測(cè)試系統(tǒng)具有操作良好的人機(jī)界面程序，在進(jìn)行交換機(jī)測(cè)試之前，首先利用工具軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的端系統(tǒng)和交換機(jī)進(jìn)行配置信息加載，根據(jù)交換機(jī)配置信息，結(jié)合典型測(cè)試流程[4]，實(shí)現(xiàn)交換機(jī)功能和行為的監(jiān)視測(cè)試。在交換機(jī)測(cè)試之前，可由用戶(hù)加載或新建配置文件，實(shí)現(xiàn)被測(cè)交換機(jī)配置信息的錄入，并與實(shí)際測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，形成測(cè)試報(bào)告。AFDX交換機(jī)測(cè)試工具支持沒(méi)有配置文件信息下的基本幀監(jiān)視功能，同時(shí)支持對(duì)捕獲的流量特征信息進(jìn)行保存和提取操作，數(shù)據(jù)的讀取和存儲(chǔ)以文件形式進(jìn)行。當(dāng)用戶(hù)加載配置文件后，可以啟動(dòng)測(cè)試流程，實(shí)現(xiàn)VL單播/多播過(guò)濾特性測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)流量管制測(cè)試、端口緩沖能力測(cè)試、技術(shù)時(shí)延測(cè)試、高低優(yōu)先級(jí)幀處理測(cè)試等，用戶(hù)可以選擇查看各種統(tǒng)計(jì)信息，并對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行保存和導(dǎo)出。所有測(cè)試結(jié)束后，生成測(cè)試結(jié)果報(bào)告，并可導(dǎo)出測(cè)試結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

AFDX網(wǎng)絡(luò)雖然在國(guó)外得到了成功應(yīng)用，但是國(guó)際上只有公開(kāi)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有測(cè)試方面的標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)，AFDX網(wǎng)絡(luò)要真正投入工程應(yīng)用，必須對(duì)其功能和性能進(jìn)行全面的驗(yàn)證測(cè)試[5]。

目前，本系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室成功地應(yīng)用到AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的測(cè)試。航空電子系統(tǒng)仿真測(cè)試已成為目前民用飛機(jī)設(shè)計(jì)及制造中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中獨(dú)立交換機(jī)的測(cè)試和整網(wǎng)系統(tǒng)的測(cè)試具有同樣的重要性。本文在討論交換機(jī)測(cè)試需求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了AFDX 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)測(cè)試系統(tǒng)并進(jìn)行了仿真測(cè)試，為下一步開(kāi)發(fā)一個(gè)特定的民用飛機(jī)AFDX網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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