CN101977132A - 一种交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，该装置由测试配置评估模块、串口总线接口、测试序列注入模块、信息捕获分析模块和交换网络接口组成；其中测试配置评估模块位于上位机中；串口总线接口、测试序列注入模块、信息捕获分析模块和交换网络接口位于下位机中。被测交换网络中被测交换节点通过交换网络接口与本发明装置相连，上位机和下位机通过串口总线接口相连。本发明基于航空电子总线网络测试技术，支持交换网络流量管制功能测试流程设计和测试流量自动生成和注入，通过对交换节点进出的数据帧进行统计，观察数据帧管制结果，并与理论计算结果进行对比，实现交换节点流量管制功能的具体测试和评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于航空电子全双工交换式以太网虚拟链路流量管制功能的测试装置，更特别地说，是指一种采用微观模型构建信用量消耗边界条件实现流量管制功能测试的测试装置。
背景技术
采用接入交换和骨干交换结合的空分交换技术与单网段全双工接驳方式，航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full DupleX switched Ethernet)完全克服了共享介质以太网CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)机制固有的介质访问时间不确定性，同时采用虚拟链路(Virtual Link，VL)对链路带宽资源进行有效地分配和隔离，极大地增强了网络的实时性，使其成为航空电子网络互连的“确定性网络”。航空电子全双工交换网络实时性的性能保证机制由ARINC 664 part 7规范进行定义，并反映在VL的行为中。在端系统(End System，ES)通过VL对流量进行分配和规整(traffic regulated)，从而限制虚拟链路上瞬时的帧速率；在交换结构中，通过基于令牌桶(token bucket)的流量管制方法对流量进行管制(traffic policing)和过滤，从而实现流量的隔离和保护。
VL是指从数据源发出的一路数据包流量，可以是一对多的多址广播；VL是由一条或多条子虚拟链路(sub-VL)合并而成。在逻辑上，VL类似于ARINC 429的单双工一对多链路，而多条sub-VL则可比拟为在一条ARINC 429总线上传输的多路消息；但在物理上，多路VL共用一条以太网链路，并通过交换节点进行交换与多播。从消息发送源规定属于同一条VL相继两帧的最小间隔不能小于某一个设定值，称为带宽分配间隔TBAG(Bandwidth Allocation Gap，BAG)，使得在每个BAG间隔中，发送的帧的数目不会多于一个；同时规定VL允许承载的最大和最小物理链路帧长度为Smax和Smin(等于帧长度加上前导字、定界符和物理链路帧间间隔)，则该VL承载的流量最大能利用的带宽为Smax/TBAG。
VL承载的流量经由ES物理端口聚合输出，以及后续交换节点中多路流量向同一端口输出的复用排队，其帧的传输将会受到其它共用网段流量的影响，反映在物理链路上为同一VL下前后两个数据包之间的间隔将可能小于BAG，这个间隔与BAG之间的差异值称为VL的时延抖动(Jitter)，时延抖动增大了流量端到端延时的不确定性，一般时延抖动的最大值Jmax将由设计者进行验算和配置。为了保证VL帧与帧之间间隔满足流量约束条件，同时在空分交换结构中隔离不同VL承载的流量，在交换节点上采用信用量令牌桶的方法进行流量管制功能的实现，典型的实现方式包括基于字节(Byte-based)和基于帧(Frame-based)两种形式。
交换节点的管制功能为每个VL设定一个“帐户”(account)，以Smax/TBAG的速率进行充值，但最大不超过Smax×(1+Jmax/TBAG)；当该VL承载的一个数据帧到达交换节点时，管制功能模块查看该VL“帐户”中的信用量，当当前“帐户”信用量大于数据帧消耗值时，该帧数据被允许转发输出，并在“帐户”中减去其所对应的消耗量；当信用量不足时，该帧数据被拒绝，从而约束VL承载流量的带宽消耗，使正常工作的VL不受“违规”流量的阻塞影响。
交换节点流量管制功能实现的好坏将对整个航空电子网络的实时性和确定性造成重大影响，基于帧计数统计的流量管制测试方法仅仅记录进入交换节点数据帧个数和交换节点实际转发数据帧个数，从宏观统计角度观察流量管制功能的实现，缺乏微观探测测试模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，该装置构建信用量消耗边界条件来实现流量管制功能的测试，采用了嵌入式可编程器件进行测试序列输出和测试数据捕获，实现了交换节点中多条VL的流量管制功能测试目的，克服了基于数据帧输入和输出计数统计的宏观流量管制功能测试精确性不足的问题。该装置提高了测试的自动化程度和测试精度。本发明根据交换节点流量管制模型进行数据流的注入，从微观模型中观测交换机节点对“违规”流量管制处理的结果，实现交换网络虚拟链路流量管制功能的测试和评估。
本发明的一种交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，该装置由测试配置评估模块(101)、串口总线接口(102)、测试序列注入模块(103)、信息捕获分析模块(104)和交换网络接口(105)组成；其中测试配置评估模块(101)位于上位机(107)中；串口总线接口(102)、测试序列注入模块(103)、信息捕获分析模块(104)和交换网络接口(105)位于下位机(108)中；被测交换网络(109)中被测交换节点(120)通过交换网络接口(105)与下位机(108)相连，上位机(107)和下位机(108)通过串口总线接口(102)相连；测试人员通过人机接口(106)进行控制/配置信息(161)的输入，以及查看流量管制功能测试评估结果信息(162)；
测试配置评估模块(101)包括有测试流程配置单元(110)、测试验证评估单元(111)和测试序列生成单元(112)；测试配置评估模块(101)从人机接口(106)接收测试人员的控制/配置信息(161)，将配置好的测试序列和测试人员输入的测试控制命令从串口总线接口(102)发送给下位机(108)，并通过串口总线接口(102)接收下位机(108)发送的交换节点实际转发数据帧的测试信息；测试人员通过对测试流程配置单元(110)提供的四种测试案例原型进行定制和组合，实现测试流程的配置操作；这些测试流程配置信息，将传递给测试验证评估单元(111)进行测试流程原理的第一次反馈验证过程；测试人员在测试序列生成单元(112)中进行测试流程的串行化处理，从而构成测试序列信息，并反馈到测试验证评估单元(111)中进行测试流程原理的第二次反馈验证过程；经过验证后的测试序列通过串口总线接口(102)注入到下位机的测试序列注入模块(103)中；
测试流程配置单元(110)输入的配置信息包括有VL基本属性、测试模式、测试案例；
所述的VL基本属性反映了交换节点转发VL的特征，具体包括有VL的ID号、VL的最大时延抖动Jmax、VL的帧间间隔TBAG、VL的最大帧长度Smax和VL的最小帧长度Smin；
所述的测试模式包括有基于帧/基于字节的流量管制模型、时延抖动模糊度Jbase和测试案例最小间隔时间Tcase；
所述的四种测试案例原型是指帧转发案例原型、帧边界转发案例原型、故障帧管制案例原型、故障帧边界管制案例原型；
测试序列注入模块(103)包括有流量注入器(113)、发送定时器(114)和协议编码器(115)；测试序列注入模块(103)接收串口总线接口(102)传递过来的测试序列信息和控制命令，根据测试序列中各个帧的时间偏移量，通过交换网络接口(105)进行测试数据帧的输出；流量注入器(113)接收到测试配置评估模块(101)生成的测试序列信息，提取时间偏移量信息和帧配置信息，分别保存到两个FIFO对列中，分别为：Time_Trig和Frame_Inj，并将时间偏移量信息Time_Trig发送到发送定时器(114)；在发送定时器(114)实现帧发送时间的精确定时功能；发送定时器(114)维护一个高精度的时钟clk信息和本地测试时间，并设置本地测试时间为0；当发送定时器(114)接收到测试开始命令后，向流量注入器(113)触发第一帧数据发送标识，然后在后续clk时间达到过程中更新本地测试时间，并检查Time_Trig队列头部时间与本地测试时间的差值，当差值小于一个clk周期时，则认为两者时间相等，从而向流量注入器(113)发送数据发送标志；当流量注入器(113)接收到发送定时器(114)给出的数据帧发送标志时，实现帧配置对列中位于队列头部的数据帧发送，经过协议编码器(115)对待发送帧的VLID、SN，以及帧长度信息，按照航空电子网络协议进行编码，并交付交换网络接口(105)从而实现测试帧的最终输出；
信息捕获分析模块(104)包括有协议解析器(119)和若干状态存储器；信息捕获分析模块(104)通过交换网络接口(105)实时接收物理链路上的信号，并对数据包进行解析处理，提取数据包特征信息，将这些特征信息存储到内部维护的状态存储器中；当流量管制功能测试结束后，通过串口总线接口(102)向测试配置评估模块(101)发送测试信息，从而实现流量管制功能测试的评估处理；在协议解析器(119)中根据数据航空电子交换网络帧格式，提取VLID、数据帧SN信息，并将这些信息和数据帧的捕获时间Timestamp一起传递到各个状态存储器中。
本发明交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置的优点在于：
(1)本发明装置考虑到流量管制功能的微观模型，从流量管制信用量的增长和消耗的具体实施过程入手，通过测试案例原型来逼近流量管制模型的边界条件，克服了仅仅对数据帧转发和丢弃情况进行统计，从宏观角度验证流量管制功能的不足，所用测试方法显著提高了交换节点流量管制测试的精度。
(2)本发明装置的测试流程配置单元提供帧转发案例原型、帧边界转发案例原型、故障帧管制案例原型和故障帧边界管制案例原型，通过测试案例原型组合和参数配置，可以快速实现流量管制功能测试的多种测试流程定制，简化了测试流程配置复杂度，增强了流量管制功能测试配置的自动化程度。
(3)本发明装置通过嵌入式可编程平台进行测试数据帧的注入和数据帧捕获，利用可编程器件的并行处理资源实现数据帧的准确注入和高精度的数据帧时辍打印服务，显著增强了测试装置的测试可信度和测试精度。
(4)本发明装置提供单任务测试模式和多任务测试模式两种模式来构建测试序列，通过控制各个VL承载数据帧聚合到物理端口的输出时间冲突，实现了同时针对交换节点多条VL的流量管制功能进行测试的目的，增强了测试装置的测试适应性和可扩展性。
附图说明
图1是本发明一种交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置的结构框图。
图2为本发明帧间间隔、最大时延抖动和时延抖动模糊度之间关系图。
图3为本发明帧转发案例原型原理及配置方法。
图4为本发明帧边界转发案例原型原理及配置方法。
图5为本发明故障帧管制案例原型原理及配置方法。
图6为本发明故障帧边界管制案例原型原理及配置方法。
图7为本发明测试流程序列化为测试序列的原理及方法。
图8为本发明上位机与下位机通信报文格式。
图9为本发明协议编码器的实现结构框图。
图10为本发明协议解析器的实现结构框图。
图11为本发明一种交换网络虚拟链路流量管制功能的测试流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明基于航空电子总线网络测试技术，通过对交换节点虚拟链路信用量充值和消耗模型进行模拟，采用帧转发案例原型、帧边界转发案例原型、故障帧管制案例原型和故障帧边界管制案例原型探测和构建了流量管制功能边界转发和边界过滤条件，实现了基于微观模型的测试案例的定制过程；通过控制各个VL承载数据帧聚合到物理端口的输出时间冲突，调整数据帧的初始相位，实现了测试流程序列化编排；将序列化后测试流程下载到嵌入式可编程器件，提取测试序列各个帧的发送时间，利用可编程并行化处理资源进行帧格式封装及测试帧输出，实现了测试序列的准确注入；对交换节点输出数据帧进行捕获，利用嵌入式可编程器件进行时辍打印和VLID特征提取，完成捕获数据帧的捕获状态存储；对理论测试结果和实际测试结果进行比对，实现了交换节点流程管制功能测试结果的输出和评估。
参见图1所示，本发明是一种交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，该装置由测试配置评估模块101、串口总线接口102、测试序列注入模块103、信息捕获分析模块104和交换网络接口105组成；其中测试配置评估模块101位于上位机107中；串口总线接口102、测试序列注入模块103、信息捕获分析模块104和交换网络接口105位于下位机108中。被测交换网络109中被测交换节点120通过交换网络接口105与下位机108相连，上位机107和下位机108通过串口总线接口102相连。测试人员通过人机接口106进行控制/配置信息161的输入，以及查看流量管制功能测试评估结果信息162。
本发明的测试配置评估模块101实现测试流程的定制和测试结果的评估与显示功能。从人机接口106接收测试人员的测试配置信息和测试控制信息(控制/配置信息161)，将配置好的测试序列和测试人员输入的测试控制命令从串口总线接口102发送给下位机108，并通过串口总线接口102接收下位机108发送的交换节点实际转发数据帧的测试信息。测试配置评估模块101包含3个功能子单元，分别是：测试流程配置单元110、测试验证评估单元111和测试序列生成单元112。
测试人员向测试配置评估模块101中测试流程配置单元110输入的配置信息包括：VL基本属性、测试模式、测试案例。VL基本属性反映了交换节点转发VL的特征，具体包括：VL的ID号、VL的最大时延抖动Jmax、VL的帧间间隔TBAG、VL的最大帧长度Smax和VL的最小帧长度Smin。这些配置信息在测试流程配置单元110中通过列表的方式对VL基本属性进行维护和显示。测试模式定制流量管制功能测试装置的测试模型，测试模型需要和交换节点流量管制的理论模型和实施参数一致，具体包括：流量管制模型(基于帧/基于字节)、时延抖动模糊度Jbase和测试案例最小间隔时间Tcase。测试案例最小间隔时间为BAG倍数，规定测试案例最小间隔时间必需要大于或者等于2×TBAG，使得下一个测试案例第一帧到达交换节点时，流量管制模型维护的VL的信用量已经增长到最大值。按照ARINC 664 Part 7协议规范，交换节点对于时延抖动处理的模糊度最大不能超过100μs。测试流程配置单元110提供4种测试案例原型，具体包括：帧转发案例原型、帧边界转发案例原型、故障帧管制案例原型、故障帧边界管制案例原型。测试人员通过对测试案例原型进行排列和组合，从而构建典型测试流程，在这个组合过程中，可以对每个实例化的测试案例进行参数定制，对其具体测试行为进行细化和定制。
测试人员通过对测试流程配置单元110提供的四种测试案例原型进行定制和组合，实现测试流程的配置操作。这些测试流程配置信息，将传递给测试验证评估单元111进行测试流程原理的第一次反馈验证过程：根据交换节点每条VL信用量的增长和消耗规则，以及测试人员配置的测试流程的帧间间隔，进行信用量充值和使用情况模拟，对数据帧丢弃和转发结果进行理论计算，并通过人机界面向测试人员进行结果显示，测试人员通过对测试流程中各个数据帧的理论管制结果与测试要求进行比对，观察每一个数据帧的理论转发或丢弃情况是否与测试想定一致，对于不一致的情况重新修改配置参数，从而完成第一次反馈验证过程。
测试人员在测试序列生成单元112中进行测试流程的串行化处理，从而构成测试序列信息，并反馈到测试验证评估单元111中进行测试流程原理的第二次反馈验证过程：根据用户配置的测试流程，控制各个VL承载数据帧聚合到物理端口的输出时间冲突，调整各个数据帧的初始相位，安排数据帧的输出序列，同时这个输出序列也将是测试数据注入到交换节点的测试序列，测试配置评估模块101将调整好的测试序列通过人机界面向测试人员进行结果显示，测试人员通过对测试序列中各个数据帧的理论管制结果与测试要求进行比对，观察每一个数据帧的理论转发或丢弃情况是否与测试想定一致，对于不一致的情况重新修改配置参数，从而完成第二次反馈验证过程。经过验证后的测试序列通过串口总线接口102注入到下位机的测试序列注入模块103中。从下位机的信息捕获分析模块104返回回来的测试信息也将通过串口总线接口102反馈到测试验证评估单元111中，测试信息具体包括：帧捕获时间、VLID、VL帧顺序号(SN)。经过理论测试结果和实际测试结果的比对，将交换节点流量管制功能的测试评估结果通过人机接口106向测试人员进行显示。
测试序列生成单元112根据测试案例最小间隔时间Tcase进行测试序列的串行化输出，测试序列生成单元提供两种串行化方式：一：单任务测试模式、二：多任务测试模式。在单任务测试模式中，配置的各个VL的测试案例依次输出，在同一个测试案例的输出时段内，交换节点的信用量消耗和增长只需要针对其中一个VL进行，同一个VL相关的测试案例之间的间隔为Tcase；在多任务测试模式中，各个VL的测试案例中的测试序列会混合输出，在测试序列帧间间隔保证的基础上，对测试数据帧的初始相位进行调整，从而控制各个VL测试数据帧在物理端口输出的时间冲突，在测试的过程中，交换节点的信用量消耗和增长可能会针对多个VL进行，从而实现多条VL的流量管制测试目的，但是对于同一个VL相关的测试案例之间的最小间隔不小于Tcase条件。
在本发明中，所述测试配置评估模块101实现测试流程的配置和测试结果验证评估，并通过人机接口106与测试人员进行交互。测试人员通过人机接口106输入测试配置信息，测试配置评估模块将测试配置信息组装成测试流程，并对测试流程进行串行化处理从而构成测试序列，经过验证后的测试序列通过串口注入到下位机的测试序列注入模块中。从下位机信息捕获分析模块返回回来的测试信息，通过串口传递到测试配置评估模块，测试配置评估模块根据流量管制理论结果和实际测试结果进行对比，对交换节点的流量管制功能进行评估，并通过人机接口对测试结果进行显示处理。测试配置评估模块对测试流程的原理进行两次反馈验证，一：根据交换节点每条VL信用量的增长和消耗规则，以及测试人员配置的测试流程的帧间间隔，进行信用量充值和使用情况模拟，对数据帧丢弃和转发结果进行理论计算，并通过人机界面向测试人员进行结果显示；二：根据用户配置的测试流程，控制各个VL承载数据帧聚合到物理端口的输出时间冲突，调整各个数据帧的初始相位，安排数据帧的输出序列，同时这个输出序列也将是测试数据注入到交换节点的测试序列，测试配置评估模块将调整好的测试序列通过人机界面向测试人员进行结果显示。经过测试人员验证后的测试流程将被进一步组装成测试序列，实现具体的测试过程。
测试人员输入的配置信息包括：VL基本属性、测试模式、测试案例。VL基本属性反映了交换节点转发VL的特征，具体包括：VL的ID号、VL的最大时延抖动Jmax、VL的帧间间隔TBAG、VL的最大帧长度Smax和VL的最小帧长度Smin。这些配置信息在测试流程配置单元中通过列表的方式对VL基本属性进行维护和显示。测试模式定制流量管制功能测试装置的测试模型，测试模型需要和交换节点流量管制的理论模型和实施参数一致，具体包括：流量管制模型(基于帧/基于字节)、时延抖动模糊度Jbase和测试案例最小间隔时间Tcase，测试案例最小间隔时间为BAG倍数，规定测试案例最小间隔时间必需要大于或者等于2×TBAG，使得下一个测试案例第一帧到达交换节点时，流量管制模型维护的VL的信用量已经增长到最大值。按照ARINC 664 Part 7协议规范，交换节点对于时延抖动处理的模糊度最大不能超过100us。测试流程配置单元提供4种测试案例原型，具体包括：帧转发案例原型、帧边界转发案例原型、故障帧管制案例原型、故障帧边界管制案例原型。测试人员通过对测试案例原型进行排了和组合，从而构建典型测试流程，在这个组合过程中，可以对每个实例化的测试案例进行参数定制，对其具体测试行为进行细化和定制。
帧转发案例原型根据VL的BAG间隔时间周期的发送测试帧序列，根据流量管制模型，以BAG间隔为周期的帧到达序列，都将被交换节点正确转发，不违背VL合同带宽的征用。测试人员在对案例原型作进一步的配置过程中，可以设定的参数包括：测试帧长度、帧重复次数。
帧边界转发案例原型根据流量管制的边界条件设置测试帧序列，测试交换节点指定VL当前信用量略大于达到帧待消耗信用量时的帧转发处理情况。对于基于帧的流量管制模型，第二帧与第一帧之间达到时间的差值取
其中运算式子表示：如果x＜0，则
如果x＞0，则
对于基于字节的流量管制模型，第二帧与第一帧之间达到时间的差值取其中S1为第一帧的帧长度，S2为第二帧的帧长度。当第一帧取最大帧长时，上式简化为
帧边界转发案例原型将根据测试人员输入的第一帧帧长度和第二帧帧长度自动计算前后两帧之间的间隔。在第二帧后，测试人员可以进一步定制若干帧间隔为BAG，帧长度为Smax的测试序列，以检测后续帧在信用量消耗边界下的帧管制情况，在这个过程中，测试人员可以定制后续跟随帧的个数。根据流量管制模型，对于帧边界转发原型，所有数据帧都应该被正确转发。
故障帧管制案例原型主体测试序列是以BAG为间隔的周期帧序列，然后在前后两帧之间插入违规流量，测试交换节点对于违规数据帧的处理情况。对于基于帧的流量管制模型，用户可以设定测试帧长度和违规流量与前一帧的间隔时间Terror，对于这个设定的时间值需要满足0＜Terror＜TBAG-(Jmax+Jbase)，从而使得以BAG为间隔的周期帧序列被正确转发，而相邻两帧之间插入的违规流量被合理丢弃。对于基于字节的流量管制模型，故障帧管制案例原型设定以BAG为间隔的周期帧序列的帧长度都为Smax，而前后两帧之间插入的故障帧与前一帧的间隔时间需要满足0＜Terror＜TBAG×Serror/Smax-(Jmax+Jbase)，从而使得以BAG为间隔的周期帧序列被正确转发，而相邻两帧之间插入的违规流量被合理丢弃。故障帧管制案例原型将根据测试人员输入的故障帧长度Serror、间隔时间Terror和流量管制模型，去验证输入信息的正确性。在故障帧管制案例原型的配置过程中，测试人员需要定制故障帧重复次数。
故障帧边界管制案例原型根据故障帧流量管制的边界条件设置测试帧序列，测试交换节点指定VL当前信用量略小于达到帧待消耗信用量时的帧丢弃处理情况。对于基于帧的流量管制模型，第二帧与第一帧达到时间的差值取为TBAG-(Jmax+Jbase)，第三帧与第一帧达到时间的差值为
因此第三帧与第二帧达到时间的差值为
如果Jmax＞Jbase，则第三帧与第二帧达到时间的差值为2×Jbase。考虑到数据帧的实际帧长度，如果物理端口以线速率发送数据也不能在
的时间内完成第二帧的发送时，即(S2为发送第二数据帧的物理帧长度，C为物理链路码速率)，则第三帧紧邻第二帧进行发送，后面跟随的数据帧与第三帧的到达时间的差值为i×TBAG，i为跟随数据帧的序号。对于基于字节的流量管制模型，第二帧与第一帧达到时间的差值取为
第三帧与第一帧达到时间的差值取为
因此第三帧与第二帧达到时间的差值为
当S3＝S2时，第三帧与第二帧到达时间的差值同样为
为了满足测试条件，对于故障帧边界管制案例原型第三帧和第二帧的帧长需要满足条件S3≥S2。测试人员在第三帧之后可以进一步定制若干帧间隔为BAG，帧长度为Smax的测试序列，以检测后续帧在信用量消耗边界下的帧管制情况。根据流量管制模型，在故障帧边界管制案例原型中，第二帧将会被交换节点丢弃，其余帧被交换节点正确转发。
由测试人员经过测试案例原型的配置和组合形成的测试流程，将在测试验证评估单元中进行理论计算，分析帧到达的时间与信用量增长和消耗的关系，给出各个数据帧理论转发和丢弃的结果，并将分析结果反馈到测试流程配置单元，并显示给测试用户查询，完成第一次的测试流程原理反馈验证过程。
由测试人员经过配置的测试流程还将输入到测试序列生成单元中，测试序列生成单元对测试流程进行串行化输出，从而构成测试序列，完成VL流量管制测试配置过程。测试序列生成单元根据测试案例最小间隔时间Tcase进行测试序列的串行化输出，测试序列生成单元提供两种串行化方式：一：单任务测试模式、二：多任务测试模式。在单任务测试模式中，配置的各个VL的测试案例依次输出，在同一个测试案例的输出时段内，交换节点的信用量消耗和增长只需要针对其中一个VL进行，同一个VL相关的测试案例之间的间隔为Tcase；在多任务测试模式中，各个VL的测试案例中的测试序列会混合输出，在测试序列帧间间隔保证的基础上，对测试数据帧的初始相位进行调整，从而控制各个VL测试数据帧在物理端口输出的时间冲突，在测试的过程中，交换节点的信用量消耗和增长可能会针对多个VL进行，从而实现多条VL的流量管制测试目的，但是对于同一个VL相关的测试案例之间的最小间隔不小于Tcase条件。
经过测试序列生成单元序列化后的测试序列将输入到测试验证评估单元中，对帧到达时间、帧间间隔，以及帧输出的时间争用情况进行验证分析，并与第一次验证分析结果进行对比，通过测试流程配置单元的显示功能向测试人员进行反馈，完成第二次的测试流程原理反馈验证过程。
从下位机返回的测试信息通过RS232接口传递到测试配置评估模块的测试验证评估单元中，测试信息为VL配置集合中各个VL承载数据帧的捕获信息，具体包括：帧捕获时间、VLID、VL帧顺序号(SN)。测试验证评估单元根据各个VL承载的数据帧的实际转发情况，与理论分析结果进行对比，给出其中的差异情况，并向测试人员进行测试结果的反馈。
本发明的串口总线接口102根据RS232协议实现上位机107和下位机108的通信，可以采用Xilinx的UART核(通用异步收发器IP核)实现串口通信目的，其特点是串口波特率、符号规则都可以灵活地定制，同时具有16字节的接收FIFO和16字节的发送FIFO。受约束的配置量包括：波特率、数据位长度、奇偶校验位和停止位。从上位机107向下位机108传递的信息为验证后的测试序列，测试序列信息包括：帧序号、VLID、帧长度、时间偏移量、SN。对于第一帧的时间偏移量为0。从下位机108向上位机107传递的信息为交换节点实际转发数据包的测试信息，测试信息以VLID为分类标志，具体包括：VLID、帧捕获时间、帧SN。
本发明的交换网络接口105，将被测交换节点120接入到流量管制功能测试装置中，根据不同的网络协议，采用不同的接口IP核。对于普通以太网，以及AFDX网络，可以采用Xilinx的三态TEMAC核实现接口处理功能。TEMAC接口连接到一个外部物理层(PHY)芯片以提供速率为10/100/1000Mbps的BASE-T功能，同时它还支持速率为10/100Mbps的半双工操作以及各种速率条件下的全双工操作。
所述交换网络接口105根据航空电子总线网络协议，实现流量管制功能测试装置与交换网络中待测节点的对接。通过本接口实现测试序列的注入，同时将交换节点转发数据帧导入到流量管制功能测试装置的数据捕获端口，完成测试数据的回环对接。
本发明的测试序列注入模块103接收串口总线接口102传递过来的测试序列信息和控制命令，根据测试序列中各个帧的时间偏移量，通过交换网络接口105进行测试数据帧的输出。测试序列注入模块103包含3个功能子单元，分别是：流量注入器113、发送定时器114和协议编码器115。流量注入器113接收到测试配置评估模块101生成的测试序列信息，提取时间偏移量信息和帧配置信息，分别保存到两个FIFO对列中，分别为：Time_Trig和Frame_Inj，并将时间偏移量信息Time_Trig发送到发送定时器114。在发送定时器114实现帧发送时间的精确定时功能。发送定时器114维护一个高精度的时钟clk信息和本地测试时间，并设置本地测试时间为0。当发送定时器114接收到测试开始命令后，向流量注入器113触发第一帧数据发送标识，然后在后续clk时间达到过程中更新本地测试时间，并检查Time_Trig队列头部时间与本地测试时间的差值，当差值小于一个clk周期时，则认为两者时间相等，从而向流量注入器113发送数据发送标志。当流量注入器113接收到发送定时器114给出的数据帧发送标志时，实现帧配置对列中位于队列头部的数据帧发送，经过协议编码器115对待发送帧的VLID、SN，以及帧长度信息，按照航空电子网络协议进行编码，并交付交换网络接口105从而实现测试帧的最终输出。
所述测试序列注入模块103通过串口总线接口102接收测试配置评估模块生成的测试序列信息，根据测试序列各个帧的时间偏移量，实现测试序列定制输出。测试序列注入模块接收到上位机来的测试序列信息后，提取其中的时间偏移量信息和帧配置信息，并通过两个FIFO队列对时间偏移量信息和帧配置信息进行存储。测试序列注入模块根据时间偏移量FIFO队列中的信息，按照帧待发送时间触发流量注入过程；每一次定时时间的到达，测试序列注入模块实现帧配置FIFO队列中头部帧数据的发送，并且时间定时触发顺序与帧配置FIFO队列中帧配置信息的存储顺序一致，从而实现测试序列向被测交换节点准确注入的过程。
流量注入器113根据串口输入的测试序列信息，分离时间偏移量信息和帧配置信息，分别保存到Time_Trig和Frame_Inj的FIFO队列中，并将Time_Trig信息传递到发送定时器。发送定时器维护一个高精度的时钟clk信息和本地测试时间，并设置本地测试时间为0。当发送定时器接收到测试开始命令后，向流量注入器触发第一帧数据发送标识，然后在后续clk时间达到过程中更新本地测试时间，并检查Time_Trig队列头部时间与本地测试时间的差值，当差值小于一个clk周期时，则认为两者时间相等，从而向流量注入器发送数据发送标志。流量注入器113根据发送定时器114的定时信息，向协议编码器115发送待发送帧信息，协议编码器115根据待发送帧的VLID、SN，以及帧长度信息，按照航空电子总线网络协议进行编码，并交付交换网络接口实现测试帧的最终输出。
所述信息捕获分析模块104通过交换网络接口105实时接收交换节点转发链路上的信号，并对接收到的数据帧进行协议解析，提取VL标识，按照VLID为分类依据，将各个数据帧的捕获信息分别存储到对应的状态存储器中。捕获信息具体包括：时戳Timestamp、VLID、SN。这些捕获信息完整的描述了数据帧的转发情况。当测试结束后，信息捕获分析模块将各个状态存储器中存储的捕获序列信息通过串口总线接口向上位机进行传递，实现最终流量管制功能的测试和评估。
本发明的信息捕获分析模块104通过交换网络接口105实时接收物理链路上的信号，并对数据包进行解析处理，提取数据包特征信息，将这些特征信息存储到内部维护的状态存储器中；当流量管制功能测试结束后，通过串口总线接口102向测试配置评估模块101发送测试信息，从而实现流量管制功能测试的评估处理。信息捕获分析模块104包括协议解析器119和若干状态存储器，即116、117、118。状态存储器的个数将限制本流量管置测试装置的最大测试能力，在具体实施过程中，可通过外部的RAM增大测试装置的状态存储空间，增强测试装置对VL个数的接纳程度。在协议解析器119中根据数据航空电子交换网络帧格式，提取VLID、数据帧SN信息，并将这些信息和数据帧的捕获时间Timestamp一起传递到各个状态存储器中。
图2给出本发明帧间间隔、最大时延抖动和时延抖动模糊度之间关系。在每一个帧间间隔TBAG 201时间段内，数据帧(黑色方块)205的到达时刻在最大时延抖动Jmax202的窗口(灰色背景窗口)204内出现。在对最大时延抖动进行处理的过程中，受到硬件资源的约束，交换节点所能维护的最大时延抖动辨识度不能无限接近配置值，同时受到硬件资源处理的同步性，交换节点对时延抖动处理保持一个模糊度Jbase203。在本发明的测试装置的具体实施过程中，需要考虑到时延抖动模糊度203对测试案例的影响。
图3给出了帧转发案例原型的原理及配置方法：(a)对应于测试数据帧时序图、(b)对应于基于帧的流量管制模型、(c)对应于基于字节的流量管制模型。帧转发案例原型测试交换节点对正常流量的转发处理情况。帧转发案例原型根据所配置VL的BAG间隔305周期的发送测试数据帧，测试人员可以配置多个测试数据帧，即301、302、303、304，并且可以配置每个测试数据帧对应的帧长度，即306、307、308、309。在测试案例原型第一帧301到达时，交换节点维护的VL的信用量处于最大值
在基于帧的流量管制模型中，每次数据帧的到达都将消耗掉一个Smax311的信用量，在下次数据帧达到时，交换节点当前维护的VL的信用量又增长了
因此交换节点流量管制模型将不会对以BAG间隔305的数据帧由于信用量不足而丢弃；对于基于字节的流量管制模型，每次数据帧的到达将消耗掉数据帧物理帧长度的信用量，即306、307、308分别对应于312，313，314，而这个消耗值最大也不会超过Smax，因此交换节点维护的VL的信用量也不会在下次数据帧到达时由于信用量不足而丢弃数据包。对于帧转发案例原型所有设置的数据帧理论上都应该被交换节点正确转发。测试人员在帧转发案例原型中需要配置的参数包括：测试帧长度、测试帧个数。
图4给出了帧边界转发案例原型的原理及配置方法：(a)对应于基于帧的测试数据帧时序图、(b)对应于基于帧的流量管制模型、(c)对应于基于字节的测试数据帧时序图、(d)对应于基于字节的流量管制模型。帧边界转发案例原型根据流量管制的边界条件设置测试帧序列，测试交换节点指定VL当前信用量略大于到达数据帧信用量消耗值时的帧转发处理情况。测试人员可以设定第一帧、第二帧的帧长度，在图4中表现为测试人员可以设定基于帧的流量管制模型下第一帧401和第二帧402的帧长度407和408，以及设定基于字节的流量管制模型下第一帧413和第二帧414的帧长度419和420。在测试案例原型第一帧，即401、413到达时，交换节点维护的VL的信用量处于最大值
即411、423。测试流程配置单元110会自动计算第一帧和第二帧之间的帧间间隔T1，即405和417，对于基于帧的流量管制模型，405取值为
对于基于字节的流量管制模型，417取值为
通过配置第一帧和第二帧之间的间隔时间，使得第二帧达到交换节点后，交换节点所维护的当前VL的信用量值小于时延抖动模糊度，满足信用量消耗判断的边界条件，反应在图4中，即基于帧的流量管制模型下每一次数据帧的到达都消耗Smax412信用量，对于基于字节的流量管制模型，第一帧和第二帧分别消耗信用量S1424和S2425。在后续帧(第三帧到第n帧)，即对于基于帧的流量管制模型下为403和404，基于字节的流量管制模型下为415和416的数据帧到达过程中，由于每个数据帧的长度为Smax，在图4中基于帧的流量管制模型对应为409和410，基于字节的流量管制模型对应为421和422，因此对于基于帧的流量管制模型和基于字节的流量管制模型，交换节点信用量的消耗值都为Smax，即412和426，因此后续帧同样考察交换节点在信用量消耗边界条件下的流量管制情况。对于帧边界转发案例原型所有设置的数据帧理论上都应该被交换节点正确转发。测试人员在帧边界转发案例原型中需要配置的参数包括：第一帧帧长度、第二帧帧长度、后续测试帧个数。
图5给出了故障帧管制案例原型的原理及配置方法：(a)对应于测试数据帧时序图、(b)对应于基于帧的流量管制模型、(c)对应于基于字节的流量管制模型。案例原型主体测试序列是以TBAG505为间隔的周期帧序列501，每个数据帧的长度为Smax503。在前后两个间隔为TBAG的帧之间插入违规数据帧502，测试交换节点对违规流量进行屏蔽的功能，由一个正常帧和一个后续跟定违规帧构成一对正常帧/违规帧组合。测试人员可以设定违规数据帧的长度Serror504和违规帧与前一个正常帧的帧间间隔Terror506。在测试案例原型第一帧501到达时，交换节点维护的VL的信用量处于最大值
对于基于帧的流量管制模型，Terror需要满足：0＜Terror＜TBAG-(Jmax+Jbase)，使得前一个正常帧消耗掉Smax508信用量后，对于违规帧的到达，交换节点维护的VL的信用量不足以满足违规帧的信用量消耗，即信用量Ac＜Smax509。按照流量管制模型，违规数据帧将被丢弃，而VL的信用量不会被违规帧消耗，一直增长到最大值，并在后续的正常帧到达过程中被消耗掉。对于基于字节的流量管制模型，Terror需要满足：0＜Terror＜TBAG×Serror/Smax-(Jmax+Jbase)，设定的条件同样使得违规帧到达交换节点时，交换节点所维护的VL的信用量不足以满足违规帧的信用量消耗值510，从而丢弃违规数据帧。对于故障帧管制案例原型在理论上周期正常帧序列将被交换节点正确转发，而相邻两个正常帧之间插入的违规数据帧将被交换节点丢弃。测试人员在故障帧管制案例原型中需要配置的参数包括：违规帧帧长度Serror、违规帧间隔时间Terror、正常帧/违规帧组合个数。
图6给出了故障帧边界管制案例原型的原理及配置方法：(a)对应于基于帧的测试数据帧时序图、(b)对应于基于帧的流量管制模型、(c)对应于基于字节的测试数据帧时序图、(d)对应于基于字节的流量管制模型。故障帧边界管制案例原型根据故障帧流量管制的边界条件设置测试帧序列，测试交换节点指定VL当前信用量略小于到达数据帧待消耗信用量时的帧丢弃处理情况。对于基于帧的流量管制模型，测试人员可以设定第一帧601、第二帧602和第三帧603的帧长度，即分别为609、610、611，对于基于字节的流量管制模型，测试人员同样可以设置第一帧616、第二帧617和第三帧618的帧长度，即分别为624、625、626。在测试案例原型第一帧，即601、616到达时，交换节点维护的VL的信用量处于最大值
测试流程配置单元110会自动计算前三帧之间的帧间间隔，对于第二帧，即602和617为违规流量帧，在故障帧边界管制案例原型中模拟帧丢弃边界条件，即615和630，使得基于帧的流量管制模型下，第一帧601消耗掉Smax614信用量后，对于第二帧602违规帧的到达，交换节点虚拟链路当前所持有的信用量不足，而第三帧到达后，信用量刚好够数据帧转发消耗需要；对于基于字节的流量管制模型，同样使得第一帧616消耗掉S1628信用量后，对于第二帧617到达，交换节点虚拟链路当前所持有的信用量不足，而第三帧到达后，信用量刚好够数据帧转发消耗需求629。第二帧(违规帧)与第一帧(正常帧)之间的帧间间隔Terror，即605和620，在基于帧的流量管制模型中605取值为TBAG-(Jmax+Jbase)，在基于字节的流量管制模型中620取值为
第三帧，即603和618为正常转发数据帧，在故障帧边界管制案例原型中模拟帧转发边界条件，第三帧与第二帧组合，加强了故障帧边界丢弃条件的探测力度。第三帧与第一帧之间的间隔T3，即607和622，在基于帧的流量管制模型中607取值为
在基于字节的流量管制模型中622取值为
据此可得第二帧和第三帧之间的间隔时间T2-3，即606和621，在基于帧的流量管制模型中，606取值为
在基于字节的流量管制模型中，621取值为在具体实施故障帧边界管制案例原型的过程中，考虑到数据帧的实际帧长度，如果物理端口以线速率发送数据也不能在T2-3的时间内完成第二帧的发送时，即S2/C＞T2-3(S2为发送数据帧的长度，C为物理链路码速率)，则第三帧紧邻第二帧进行发送。对于第三帧后续的测试数据帧，反映在图6中为604和619，数据帧长度取值为Smax，分别为612和627，与前一帧的时间间隔为TBAG，即分别为608和623，对于基于帧的流量管制模型和基于字节的流量管制模型，每次数据帧的到达交换节点信用量的消耗值都将为Smax631，因此后续帧继续保持对交换节点正常转发数据帧功能的边界条件进行测试。对于故障帧边界管制案例原型在理论上除了第二帧，其他数据帧都将被交换节点正确转发，第二帧将被交换节点流量管制模型丢弃。测试人员在故障帧边界管制案例原型中需要配置的参数包括：第一帧帧长度、第二帧帧长度、第三帧帧长度、后续测试帧个数。
图7给出了测试流程序列化为测试序列的原理及方法：(a)对应于单任务测试模式序列化、(b)对应于多任务测试模式序列化。测试人员对交换节点关于虚拟链路VLi708和VLj709的流量管制功能进行测试。在单任务测试模式下，VLi708和VLj709相关的测试案例701和702、703和704按照组合顺序依次排列，同一个VL下的测试案例之间的间隔等于配置的Tcase，在图中显示为Tcase(i)705和Tcase(j)707。不同VL测试案例之间的间隔TIFG706满足交换网络协议中对于前导字、定界符、链路校验、物理链路等相关的帧间间隔(IFG)。经过测试案例的串行化排列，形成测试序列710。在多任务测试模式下，VLi708和VLj709相关的测试案例，即711、712、713和714将穿插输出，但保证每个案例内部配置的帧间间隔保持不变，在这个过程中将调整各个案例的初始相位，避免物理端口同一时间竞争输出的情况。对于同一个VL下的各个测试案例，由于在串行化输出过程中需要规避输出时间冲突，其相关测试案例之间的间隔保证不小于配置的测试案例最小间隔时间Tcase，在图中表现为715和716。经过测试案例的串行化排列，形成测试序列717。
图8给出了上位机与下位机通信报文格式：(a)对应于测试序列报文、(b)对应于控制命令报文、(c)对应于测试信息报文。对于测试序列，报文标识801在具体实施过程中定制为0xAA；每一个测试序列报文发送一个数据帧的定制情况，其字节数802是固定值为13；后续2个字节为测试序列中定制帧的序号803，可以最多保持65535个数据帧的识别；分配2个字节存储数据帧的VLID804信息，VLID取值范围为：1～65535；采用2个字节定制测试数据帧的帧长度805，帧长度取值范围为1～65535，足以覆盖交换式以太网，以及AFDX网络协议中有关字节长度定义的范围；采用4个字节存储测试数据帧的发送时间，相对于第一帧数据，发送时间表现为时间偏移量806，其最小精度为1us，可以记录的时间范围为：0～4294.967295s，以满足长时间的测试需求；采用1个字节定制测试数据帧的SN807，取值范围是：0～255，符合AFDX网络协议规范。对于控制命令，报文标识808在具体实施过程中定制为0xBB；每一次控制命令发送一个控制命令报文，其字节数809为固定值7；采用1个字节定义控制命令操作码810，用于标识不同的控制命令；带配置信息/反馈信息的控制命令在4个字节的内容811字段中进行存储和传输。对于测试信息，报文标识812在具体实施过程中定制为0xCC；测试信息由下位机向上位机传送对交换节点实际转发数据帧的捕获信息，发送内容以VLID为分类标志，报文字节数813视该VL承载的数据帧实际捕获个数而定，等于捕获个数乘以5，再加上6的结果值；采用2个字节存储测试信息所在的VLID814；后续跟着2个字节存储捕获的数据帧个数815，最多保持65535个数据帧的识别；对于每个捕获的数据帧，通过4个字节的字段存储帧捕获时间816，利用1个字节存储数据帧的SN817号。对于数据帧的捕获时间，其最小精度为1us，4个字节的纪录范围可以满足长时间的测试需求。
图9给出了测试序列注入模块中协议编码器的实现结构框图。从流量注入器113输出的测试数据帧信息包括：VLID、数据帧长度和SN信息，这些信息将输出到协议编码器115中。clk为全局时钟901，协议编码器115在全局时钟的触发下根据具体交换网络协议进行数据帧的组装工作。协议编码器115中帧长度解释器902将输入的数据帧长度信息进行解释，分成数据帧逻辑长度和帧间物理间隔长度两部分，并将分析后数据帧逻辑长度信息输出到内容生成器903中。在内容生成器903里将采用随机算法对数据帧的负载字段进行赋值。在编码器904里对数据帧负载和协议信息进行组装，合成完整的测试数据帧信息，在发送标志905的触发下，完整数据帧将输出到交换网络接口105中实现测试数据帧的具体发送过程。作为全局时钟的clk必须保持足够快，从而满足测试序列注入模块中对于数据帧输出时间的采样和响应操作。当协议编码器115完成本次发送标志905的响应处理后，在全局clk时钟的触发下，提前对下一个数据帧进行解释和编码，以等待发送标志的置位操作，从而增强数据帧发送的响应速度，保证测试人员配置的帧间间隔的输出精度。对于输出到交换网络接口105中的数据data906承载测试数据帧的具体信息，而信号有效标志send907要保持到data数据全部发送完毕。
图10给出了信息捕获分析模块中协议解析器的实现结构框图。交换网络接口105对交换节点输出数据帧进行并行化处理，获得数据帧内容1005信息和信息有效标志1004。解码器1003根据数据帧内容1005信息，按照交换网络协议帧格式提取VLID和SN标记，时戳服务器1002根据信息有效标志1004的到达事件从全局时钟901中获取捕获数据帧的相对时间。解码器1003输出的VLID和SN，以及时戳服务器1002提供的捕获时间Timestamp一起输入到信息分配器1001中，根据VLID的不同，分类输出各个VLID承载数据帧的捕获状态1006，这些捕获数据帧状态将归类输出到信息捕获分析模块中104的各个状态存储器，即116、117、118中。作为全局时钟的901与协议编码器119中的全局时钟901为同一个时钟源，全局时钟必须保持足够快，从而满足信息捕获分析模块对于捕获数据帧打印时戳的精度。
图11为本发明一种交换网络虚拟链路流量管制功能的测试处理步骤。在测试前需要检查测试装置上位机107和下位机108的连接情况，并将被测网络中的交换节点120接入到本测试装置的物理端口中，本装置将占用交换节点两个物理端口。具体的流量管制功能测试步骤有：
步骤一：上电上位机107和下位机108，使上位机107和下位机108进入正常工作状态；
步骤二：在测试流程配置单元110配置VL属性和测试模式信息，定制测试案例参数，组建测试流程；
所述的VL属性包括有VL的ID号、VL的最大时延抖动Jmax、VL的帧间间隔TBAG、VL的最大帧长度Smax和VL的最小帧长度Smin；
所述的测试模式信息包括有流量管制模型(基于帧/基于字节)、时延抖动模糊度Jbase和测试案例最小间隔时间Tcase；
所述的定制测试案例参数包括有帧转发案例原型的测试帧长度、测试帧个数，帧边界转发案例原型的第一帧帧长度、第二帧帧长度、后续测试帧个数，故障帧管制案例原型的违规帧帧长度Serror、违规帧间隔时间Terror、正常帧/违规帧组合个数，故障帧边界管制案例原型的第一帧帧长度、第二帧帧长度、第三帧帧长度、后续测试帧个数。
所述的组建测试流程包括对帧转发案例原型、帧边界转发案例原型、故障帧管制案例原型和故障帧边界管制案例原型进行自由组合并设置案例原型个数。
步骤三：在测试验证评估单元111中分析组建的测试流程中各个数据帧流量管制理论结果；
该数据帧流量管制理论结果包括有帧转发案例原型所有设置的数据帧理论上都应该被交换节点正确转发，帧边界转发案例原型所有设置的数据帧理论上都应该被交换节点正确转发，故障帧管制案例原型在理论上周期正常帧序列将被交换节点正确转发，而相邻两个正常帧之间插入的违规数据帧将被交换节点丢弃，故障帧边界管制案例原型在理论上除了第二帧，其他数据帧都将被交换节点正确转发，第二帧将被交换节点流量管制模型丢弃。
步骤四：将测试流程流量管制理论结果与测试要求进行比对，满足测试要求则进入步骤五，否则返回步骤二，修改定制测试案例参数和组建测试流程；
比对条件为对测试流程中各个数据帧的理论管制结果与测试要求进行比对，观察每一个数据帧的理论转发或丢弃情况是否与测试想定一致。
步骤五：在流量序列生成单元112实现测试流程序列化操作，并在测试验证评估单元111中分析测试序列各个数据帧流量管制理论结果；
该数据帧流量管制理论结果与第三步中理论结果一致。
步骤六：将测试序列流量管制理论结果与测试要求进行比对，满足测试要求则进行步骤七，否则返回步骤二，进行测试参数和测试流程修改；
比对条件为对测试序列中各个数据帧的理论管制结果与测试要求进行比对，观察每一个数据帧的理论转发或丢弃情况是否与测试想定一致。
步骤七：通过串口总线接口102实现测试序列到下位机108测试序列注入模块103的下载过程，完成测试序列注入模块103针对测试序列配置信息的初始化处理；
步骤八：下位机108测试序列注入模块103和信息捕获分析模块104接收测试开始命令，测试序列注入模块103输出定制测试数据，信息捕获分析模块104对交换节点实际转发数据包进行捕获与分析；
步骤九：下位机108信息捕获分析模块104接收捕获信息长传命令，将捕获数据帧状态信息传送到上位机107测试配置评估模块101；
步骤十：在测试配置评估模块101中完成实际测试结果和理论分析结果比对，形成流量管制功能测试评估报告。
Claims (8)
1.一种交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，其特征在于：该装置由测试配置评估模块(101)、串口总线接口(102)、测试序列注入模块(103)、信息捕获分析模块(104)和交换网络接口(105)组成；其中测试配置评估模块(101)位于上位机(107)中；串口总线接口(102)、测试序列注入模块(103)、信息捕获分析模块(104)和交换网络接口(105)位于下位机(108)中；被测交换网络(109)中被测交换节点(120)通过交换网络接口(105)与下位机(108)相连，上位机(107)和下位机(108)通过串口总线接口(102)相连；测试人员通过人机接口(106)进行控制/配置信息(161)的输入，以及查看流量管制功能测试评估结果信息(162)；
测试配置评估模块(101)包括有测试流程配置单元(110)、测试验证评估单元(111)和测试序列生成单元(112)；测试配置评估模块(101)从人机接口(106)接收测试人员的控制/配置信息(161)，将配置好的测试序列和测试人员输入的测试控制命令从串口总线接口(102)发送给下位机(108)，并通过串口总线接口(102)接收下位机(108)发送的交换节点实际转发数据帧的测试信息；测试人员通过对测试流程配置单元(110)提供的四种测试案例原型进行定制和组合，实现测试流程的配置操作；这些测试流程配置信息，将传递给测试验证评估单元(111)进行测试流程原理的第一次反馈验证过程；测试人员在测试序列生成单元(112)中进行测试流程的串行化处理，从而构成测试序列信息，并反馈到测试验证评估单元(111)中进行测试流程原理的第二次反馈验证过程；经过验证后的测试序列通过串口总线接口(102)注入到下位机的测试序列注入模块(103)中；
测试流程配置单元(110)输入的配置信息包括有VL基本属性、测试模式、测试案例；
所述的VL基本属性反映了交换节点转发VL的特征，具体包括有VL的ID号、VL的最大时延抖动Jmax、VL的帧间间隔TBAG、VL的最大帧长度Smax和VL的最小帧长度Smin；
所述的测试模式包括有基于帧/基于字节的流量管制模型、时延抖动模糊度Jbase和测试案例最小间隔时间Tcase；
所述的四种测试案例原型是指帧转发案例原型、帧边界转发案例原型、故障帧管制案例原型、故障帧边界管制案例原型；
测试序列注入模块(103)包括有流量注入器(113)、发送定时器(114)和协议编码器(115)；测试序列注入模块(103)接收串口总线接口(102)传递过来的测试序列信息和控制命令，根据测试序列中各个帧的时间偏移量，通过交换网络接口(105)进行测试数据帧的输出；流量注入器(113)接收到测试配置评估模块(101)生成的测试序列信息，提取时间偏移量信息和帧配置信息，分别保存到两个FIFO对列中，分别为：Time_Trig和Frame_Inj，并将时间偏移量信息Time_Trig发送到发送定时器(114)；在发送定时器(114)实现帧发送时间的精确定时功能；发送定时器(114)维护一个高精度的时钟clk信息和本地测试时间，并设置本地测试时间为0；当发送定时器(114)接收到测试开始命令后，向流量注入器(113)触发第一帧数据发送标识，然后在后续clk时间达到过程中更新本地测试时间，并检查Time_Trig队列头部时间与本地测试时间的差值，当差值小于一个clk周期时，则认为两者时间相等，从而向流量注入器(113)发送数据发送标志；当流量注入器(113)接收到发送定时器(114)给出的数据帧发送标志时，实现帧配置对列中位于队列头部的数据帧发送，经过协议编码器(115)对待发送帧的VLID、SN，以及帧长度信息，按照航空电子网络协议进行编码，并交付交换网络接口(105)从而实现测试帧的最终输出；
信息捕获分析模块(104)包括有协议解析器(119)和若干状态存储器；信息捕获分析模块(104)通过交换网络接口(105)实时接收物理链路上的信号，并对数据包进行解析处理，提取数据包特征信息，将这些特征信息存储到内部维护的状态存储器中；当流量管制功能测试结束后，通过串口总线接口(102)向测试配置评估模块(101)发送测试信息，从而实现流量管制功能测试的评估处理；在协议解析器(119)中根据数据航空电子交换网络帧格式，提取VLID、数据帧SN信息，并将这些信息和数据帧的捕获时间Timestamp一起传递到各个状态存储器中。
2.根据权利要求1所述的交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，其特征在于：所述测试案例原型采用的最小间隔时间为BAG倍数，规定测试案例最小间隔时间必需要大于或者等于2×TBAG，使得下一个测试案例第一帧到达交换节点时，流量管制模型维护的VL的信用量已经增长到最大值。
3.根据权利要求2所述的交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，其特征在于：测试序列生成单元(112)根据测试案例最小间隔时间Tcase进行测试序列的串行化输出，测试序列生成单元提供两种串行化方式：一：单任务测试模式、二：多任务测试模式；在单任务测试模式中，配置的各个VL的测试案例依次输出，在同一个测试案例的输出时段内，交换节点的信用量消耗和增长只需要针对其中一个VL进行，同一个VL相关的测试案例之间的间隔为Tcase；在多任务测试模式中，各个VL的测试案例中的测试序列会混合输出，在测试序列帧间间隔保证的基础上，对测试数据帧的初始相位进行调整，从而控制各个VL测试数据帧在物理端口输出的时间冲突，在测试的过程中，交换节点的信用量消耗和增长可能会针对多个VL进行，从而实现多条VL的流量管制测试目的，但是对于同一个VL相关的测试案例之间的最小间隔不小于Tcase条件。
4.根据权利要求1所述的交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，其特征在于：所述的帧转发案例原型根据VL的BAG间隔时间周期的发送测试帧序列，根据流量管制模型，以BAG间隔为周期的帧到达序列，都将被交换节点正确转发，不违背VL合同带宽的征用；测试人员在对案例原型作进一步的配置过程中，可以设定的参数包括：测试帧长度、帧重复次数。
5.根据权利要求1所述的交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，其特征在于：所述的帧边界转发案例原型根据流量管制的边界条件设置测试帧序列，测试交换节点指定VL当前信用量略大于达到帧待消耗信用量时的帧转发处理情况；对于基于帧的流量管制模型，第二帧与第一帧之间达到时间的差值取其中
运算式子表示：如果x＜0，则
如果x＞0，则对于基于字节的流量管制模型，第二帧与第一帧之间达到时间的差值取
其中S1为第一帧的帧长度，S2为第二帧的帧长度；当第一帧取最大帧长时，上式简化为帧边界转发案例原型将根据测试人员输入的第一帧帧长度和第二帧帧长度自动计算前后两帧之间的间隔；在第二帧后，测试人员可以进一步定制若干帧间隔为BAG，帧长度为Smax的测试序列，以检测后续帧在信用量消耗边界下的帧管制情况，在这个过程中，测试人员可以定制后续跟随帧的个数；根据流量管制模型，对于帧边界转发原型，所有数据帧都应该被正确转发。
6.根据权利要求1所述的交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，其特征在于：所述的故障帧管制案例原型主体测试序列是以BAG为间隔的周期帧序列，然后在前后两帧之间插入违规流量，测试交换节点对于违规数据帧的处理情况；对于基于帧的流量管制模型，用户可以设定测试帧长度和违规流量与前一帧的间隔时间Terror，对于这个设定的时间值需要满足0＜Terror＜TBAG-(Jmax+Tbase)，从而使得以BAG为间隔的周期帧序列被正确转发，而相邻两帧之间插入的违规流量被合理丢弃；对于基于字节的流量管制模型，故障帧管制案例原型设定以BAG为间隔的周期帧序列的帧长度都为Smax，而前后两帧之间插入的故障帧与前一帧的间隔时间需要满足0＜Terror＜TBAG×Serror/Smax-(Jmax+Jbase)，从而使得以BAG为间隔的周期帧序列被正确转发，而相邻两帧之间插入的违规流量被合理丢弃；故障帧管制案例原型将根据测试人员输入的故障帧长度Serror、间隔时间Terror和流量管制模型，去验证输入信息的正确性；在故障帧管制案例原型的配置过程中，测试人员需要定制故障帧重复次数。
7.根据权利要求1所述的交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，其特征在于：所述的故障帧边界管制案例原型根据故障帧流量管制的边界条件设置测试帧序列，测试交换节点指定VL当前信用量略小于达到帧待消耗信用量时的帧丢弃处理情况；对于基于帧的流量管制模型，第二帧与第一帧达到时间的差值取为TBAG-(Jmax+Jbase)，第三帧与第一帧达到时间的差值为因此第三帧与第二帧达到时间的差值为
如果Jmax＞Jbase，则第三帧与第二帧达到时间的差值为2×Jbase；考虑到数据帧的实际帧长度，如果物理端口以线速率发送数据也不能在
的时间内完成第二帧的发送时，即
(S2为发送第二数据帧的物理帧长度，C为物理链路码速率)，则第三帧紧邻第二帧进行发送，后面跟随的数据帧与第三帧的到达时间的差值为i×TBAG，i为跟随数据帧的序号；对于基于字节的流量管制模型，第二帧与第一帧达到时间的差值取为
第三帧与第一帧达到时间的差值取为
因此第三帧与第二帧达到时间的差值为
当S3＝S2时，第三帧与第二帧到达时间的差值同样为为了满足测试条件，对于故障帧边界管制案例原型第三帧和第二帧的帧长需要满足条件S3≥S2；测试人员在第三帧之后可以进一步定制若干帧间隔为BAG，帧长度为Smax的测试序列，以检测后续帧在信用量消耗边界下的帧管制情况；根据流量管制模型，在故障帧边界管制案例原型中，第二帧将会被交换节点丢弃，其余帧被交换节点正确转发。
8.根据权利要求1所述的交换网络虚拟链路流量管制功能测试装置，其特征在于：交换网络接口(105)对交换节点输出数据帧进行并行化处理，获得数据帧内容(1005)信息和信息有效标志(1004)；解码器(1003)根据数据帧内容(1005)信息，按照交换网络协议帧格式提取VLID和SN标记，时戳服务器(1002)根据信息有效标志(1004)的到达事件从全局时钟(901)中获取捕获数据帧的相对时间；解码器(1003)输出的VLID和SN，以及时戳服务器(1002)提供的捕获时间Timestamp一起输入到信息分配器(1001)中，根据VLID的不同，分类输出各个VLID承载数据帧的捕获状态(1006)，这些捕获数据帧状态将归类输出到信息捕获分析模块中(104)的各个状态存储器；作为全局时钟的(901)与协议编码器(119)中的全局时钟(901)为同一个时钟源，全局时钟必须保持足够快，从而满足信息捕获分析模块对于捕获数据帧打印时戳的精度。
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