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AFDX網絡係列產品
發布時間:2017/3/15 10:01:08 點擊數:1084
AFDX概述
航空電子全雙工交換式以太網 (Avionics Full Duplex Switched Ethernet,AFDX) 是一種在工業標準以太網的基礎上經過補充、修改和限定而形成的適用於航空電子係統互連的確定性網絡。AFDX網絡具有高帶寬、低延遲、強實時性、確定性、高可靠性的技術特點,采用全雙工接入和骨幹交換的關鍵技術,解決了點對點的總線型傳輸模式下布線複雜、連接器件多、傳輸速率低、距離短等技術瓶頸,滿足未來綜合化互聯係統對於網絡容量、可擴展性、實時性等方麵的技術要求,成為我國大型飛機、直升機和客機網絡的首選。

AFDX組成

AFDX網絡是一種以交換機為中心的雙冗餘、星型拓撲網絡,包括端係統(End system)、交換機 (Switch)和傳輸鏈路三部分,網絡組成如圖1所示。端係統是實現航空電子子係統間數據共享的接口,主要完成AFDX網絡通信的協議解析和數據收發功能。交換機是航空電子係統間大容量高速數據交換的樞紐,完成AFDX網絡數據幀的路由轉發、過濾、警管功能,並對AFDX網絡傳輸進行監控和捕獲,確保各航電子係統之間安全可靠的數據通信。傳輸鏈路是AFDX網絡設備之間進行互聯的通信介質,通常使用專用線纜。

AFDX協議簡介
AFDX網絡協議滿足航空數據網絡ARINC664協議族的第七部分。在通信協議和拓撲結構上采用全雙工、雙餘度、虛鏈路帶寬固定分配、完整性檢查和餘度管理等措施,使之滿足航空電子係統通信對高帶寬、低延遲、強實時性、確定性、高可靠性的通信服務要求。
AFDX協議層次

物理層:采用以太網協議(IEEE802.3標準);
鏈路層:在以太網協議基礎上增加VL(虛擬鏈路技術);
網絡層:IP協議;
傳輸層:UDP協議(三類端口:采樣、隊列、SAP)。
AFDX關鍵技術
AFDX關鍵技術包括端係統和交換機的關鍵技術。
☞端係統協議關鍵技術
     ▶ 虛擬鏈路VL
VL定義了一個從一個源端係統到一個或多個目的終端係統的邏輯通路,通過控製帶寬分配間隙(BAG)和最大幀長(Lmax),對AFDX網絡帶寬進行控製。每一個VL在邏輯上是隔離的,每個VL都有專門的帶寬,在有效的帶寬內相互不影響。
某條虛鏈路帶寬最大可用帶寬=Lmax /BAG。

       ▶ 通訊端口
AFDX網絡支持三類通信端口:采樣端口、隊列端口、SAP端口。

采樣端口:

隊列端口:

SAP端口:用來在AFDX網絡間進行通信,可以通過網關或路由器訪問其它網絡;SAP端口和隊列端口的區別在於使用SAP端口可以定義IP目的地址和UDP目的地址,便於和兼容網絡進行通信。
      ▶ 流量控製
在每個端係統的輸出端,與某條特定的VL相關聯的幀的流量用兩個參數描述:帶寬分配間隔(BAG)和抖動(Jitter)。如果經過調度器的幀沒有抖動,BAG反映了在同一個VL中兩個相鄰的幀的起始二進製之間的最小時間間隔。

     ▶ 調度
如果一個發送端係統有多條虛擬鏈路,就需要進行調度,調度器是用來對來自於規整器的不同流量進行多路複用。

     ▶ 抖動
在調度單元,對於特定的VL,幀在一定的時間段內被輸出。這個時間段被稱作最大允許抖動。
      ▶ 餘度管理
AFDX端係統支持兩個物理端口A和B。發送時,某條VL可配置是否采用冗餘端口進行發送;接收時,端係統接收采用先有效者贏的策略,選擇其中一路數據幀,提交上層處理。
備份策略:如下圖所示,交換機1和交換機2互為備份,端係統A通過兩個冗餘端口發送相同的數據,分別經過交換機1和2到達端係統B的兩個冗餘端口。

     發送餘度管理:發送時,每個幀都被複製一份,同時從不同的網絡發送出去,保證如果一個網絡出現故障,通信可以從另一個網絡正常進行。兩個網絡是完全獨立的,任何一個網絡上的故障不會對另一個網絡產生影響。網絡數據在發送時,在幀FCS之前增加序列號SN,幀格式如下。


     接收餘度管理:根據“先到先有效”的原則去除掉多餘或不合法的數據幀。

     ▶ 完整性檢查
這個功能模塊是檢查兩個端口接收幀的完整性,過濾無效幀。以幀序列作為判斷幀完整性的依據,SN從1到255循環,根據上一個幀的序列號PSN,判斷當前幀是否有效。如果當前接收到的SN位於[PSN“+”1,PSN“+”2],則認為這個SN是有效的,否則這一幀將被丟棄。對SN為0的幀視為有效幀,ES複位後收到的該VL的第一個幀為有效幀。
完整性檢查和餘度管理模塊相互獨立工作。
☞交換機協議關鍵技術
AFDX網絡交換機包括交換(警管、過濾)、配置、監控、捕獲、內嵌端係統等五大功能模塊。


     交換功能:根據配置表,將數據幀從輸入端口轉發到一個或多個輸出端口,包括輸入端口本身;
      過濾功能:對進入交換機的幀進行完整性檢查,丟棄違反規則的幀;
      警管功能:對進入交換機的幀進行流量控製,丟棄超過帶寬的幀,以確保網絡對於錯誤的排除;
      端係統功能:與外界通信,實現交換機的網絡管理和數據加卸載功能;
      監控功能:監控交換機的統計信息和工作狀態;
      捕獲功能:對交換機任意端口或VL數據的實時采集與輸出:
      ① 使用捕獲配置表,對經過交換機的幀進行捕獲,通過捕獲端口輸出;
      ② 支持兩種捕獲模式:基於VL的捕獲和基於端口的捕獲。

     配置加載:交換機至少包含2個配置文件:默認配置文件和OPS配置文件。交換機使用配置表中的參數進行過濾和管製功能,交換功能,端係統功能;
      模式/管腳編程:交換機支持6種模式:INIT、OPS、DL、SHOP、PASSIVE和QUIET,采用如下圖的方式進行切換。

AFDX網絡產品
經過多年的研究與積累,目前在AFDX網絡產品研製方麵,翔騰微電子已形成了關鍵IP、核心芯片、板級產品、配套軟件及係統應用的“一站式”解決方案,具有完全的自主知識產權。

     AFDX仿真係統平台完成機載及地麵測試的各個環節,主要有以下功能:
      ● 核心係統:完成最主要的數據信息交互工作,各端係統為掛載到AFDX網絡上的記載設備,交換機負責完成各端係統傳輸數據的集合與中轉;
      ● 數據加載:將配置表加載至交換機和各端係統;
      ● 網絡配置:完成網絡配置,即根據網絡規劃生成配置表;
      ● 網絡管理:完成網絡管理工作,即對網絡運行的健康狀態進行管理;
      ● 網絡仿真與測試:完成網絡仿真與測試工作,即對網絡故障或事務進行定位和分析;
      ● 網絡監聽:通過數據分析設備采用非侵入式對網絡傳輸進行監聽和分析。

後續將對AFDX網絡技術及係列產品進行詳細介紹,敬請關注!








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