AFDX网络监视系统设计与实现

郭惠军，赵春玲中国商飞上海飞机设计研究院，上海 201210

AFDX网络监视系统设计与实现

郭惠军，赵春玲
中国商飞上海飞机设计研究院，上海 201210

航空电子全双工交换式以太网络（AFDX网络）是通过对以太网在实时性、可靠性等方面进行改进而建立起来的一种新型的高性能航空数据网络。对该网络的监视、测试已成为民用飞机航电系统研制的难点和关键问题。从分析民用飞机AFDX网络监视的实际需求出发，设计了一个AFDX网络监视系统，并给出了测试方案和操作步骤；该系统是一个综合化、自动化的平台，可以提供丰富的网络监视统计视图。文中提出的网络监视系统已成功应用于工程实践中，通过试验，收到了良好的效果，是一种可行的AFDX网络监视系统。

航空电子全双工交换式以太网；民用飞机；监视；自动化

AFDX网络，航空电子全双工以太网（Avionics Full Duplex Switched Ethernet）是适用于大中型飞机航空电子系统的网络互连技术，它采用双余度、全双工、接入和骨干交换，以及虚拟链路流量隔离等技术解决了综合化互连对于网络容量和可扩展性、实时性等方面的要求。AFDX网络是当今航电总线类产品中的最新产品，是国际公认的新一代飞机首选的通信网络产品，更是以后航电总线产品的主流。

AFDX网络运行时间（run-time）海量的数据和规模，及交换互连的空分结构，导致测试和监视不同于小规模的总线互连网络，无法通过网络中的一点的接入，获得网络全局的通信状况信息。以上，应该采取在运行时间有选择地对系统进行监视的方法，完成AFDX网络监视系统的研发。

本论文从分析AFDX网络监视需求出发，重点研究民用飞机航电网络流量监视方法，根据AFDX网络配置信息，完成对AFDX网络对监控数据的分析，实现监控运行时间的数据流量，组建整体网络监视环境，构建AFDX网络监视系统平台。

1 总体框架与功能介绍

AFDX网络是根据商用以太网适应性改造的，采用特定的概念及特性等， 用以提供安全的数据传输来保障航空电子系统所需要的特殊要求。利用专门为航空电子应用程序设计的结构进行所有有必要的协议分析，实现观察网络中虚拟链路的信息等。AFDX网络监视系统应该根据AFDX网络配置信息，对网络上实时运行的数据流进行监视和分析，并提供数据保存和查看功能。

针对上述AFDX网络监视系统功能需求，AFDX网络监视系统功能架构应主要包括：数据流捕获模块、监视配置显示模块、数据流解析模块、数据流统计模块、监视数据库管理模块、配置信息导入导出模块等六大功能模块。数据流捕获模块通过TAP分支器的实现探针所在链路上流量信息的捕获过滤功能。监视配置显示模块提供AFDX监视工具的配置接口功能，同时针对数据流解析模块和数据流统计模块的处理结果进行显示处理。数据流解析模块按照ARINC 664 Part7规范实现帧协议解析，同时利用用户定制的信息，实现数据内容的解析。数据流统计模块根据捕获的数据帧的分布情况，按照物理链路、VL、消息、故障四大块进行流量特征的统计和分析。监视数据库管理模块提供数据库查询和分析的功能，同时采用单独线程实现数据帧信息在数据库的存盘操作。文件导入导出模块实现工程配置文件的导入解析和导出。

2 系统设计与实现

根据AFDX网络监视系统功能模块设计需求，AFDX网络监视系统从物理实现角度应该主要包括流量注入、网络监视和网络管理三大部分，以实现AFDX网络监视完整功能。因此AFDX网络监视系统至少包括AFDX网络监视系统主机和人机交互设备、高性能静态可配置交换机、监控采集板卡和设备、AFDX端系统模拟器、AFDX端系统接口卡、高速网络测试分支器、网络流量注入主机和人机交互设备、采集数据存储数据库等。

AFDX网络运行时不存在设备（或者故障设备）的流量行为模拟功能由AFDX网络流量注入工具来完成，通过背景流量注入器和系统模拟器来提供流量模拟功能，通过SNMP服务实现对主流网管代理的检测，通过TAP头分支器对流量进行检测，根据用户配置信息，进行内容解释和显示。

在具体搭建本AFDX网络监视系统时，系统由一个节点主机、一个流量注入主机、一个监视主机、一个网络管理主机、3块AFDX接口卡、一块高速网络接口卡、一个TAP头分支器、一台高性能交换机、一套人机交互设备、一套视频切换矩阵等设备组成。

3 网络监视测试

AFDX网络监视系统具有操作良好的人机界面程序和后台SQL Server数据库，在进行网络监视测试之前，首先利用工具软件对工程配置文件和流量数据库进行信息加载，根据网络配置信息，结合典型监视流程［4］，实现AFDX网络数据帧的实时监视和统计分析，并通过直观的界面显示被检测数据的物理意义解释。

在网络监视测试之前，可由用户加载或新建工程配置文件，导入流量数据库，对于待采集监控的网络流量

信息进行过滤配置、数据内容定义以及ICD显示面板编辑等操作。在网络监视过程中，用户可选择查看各种统计信息，并可以将工程配置信息导出保存到文件，将捕获的网络流量信息保存到数据库，支持用户对流量数据库信息进行察看和分析，实现对捕获流量数据的存储和管理。

本AFDX网络监视系统提供了丰富的监视统计视图，可以给用户提供完备的监视角度，所有监视结束后，生成监视结果报告，并可导出监视结果。采用本网络监视系统对AFDX网络进行监视，获得了理想的实验结果，达到了设计目的。

4 结论

AFDX网络虽然已成为现代民用飞机航空电子系统的主干网络，但是国际上只有公开的协议标准，没有测试监视方面的标准和文献［5］，为了能够支持网络验证测试活动，必须对网络进行全方位的数据采集和监视。

本文在从民用飞机AFDX网络监视的实际需求出发重点研究了AFDX网络监视的方法，设计了AFDX网络综合自动化监视系统，并进行了仿真测试，获得了较好的实验结果，为后续民用飞机AFDX网络测试系统的研发奠定了基础。

［1］叶佳字，陈晓刚，张新家.基于AFDX的航空电子通信网络的设计［J］.测控技术，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］阳新华，熊华钢，邓一鸣，等.交换式以太网传输数据生成和性能评价方法研究［J］.遥测遥控，2004，25（6）：51-55.

［4］王辉，陈卓，刘宁.AFDX网络终端软件测试策略的研究与应用［J］.航空电子技术，2006，37（4）：33-37.

［5］赵永库，唐来胜，李贞.AFDX网络测试技术研究［J］.计算机测量与控制，2012，20（4）：945-947.

TP3

A

1674-6708（2016）168-0101-01

郭惠军，工程师，研究方向为通信与信息系统。

赵春玲，副总设计师、研究员，研究领域为电子系统工程。