CN103684852B - Afdx网络冗余管理模块中的去冗余方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法，包括：设定最大抖动值S；建立列表，其中，所述列表包括n个列表项，每个列表项的宽度为m，所述列表构建在随机存储器ram中，该随机存储器ram的存储单元的深度大于n，宽度大于m，每个所述列表项对应于各自的一个存储单元；根据先接收到的虚链路VL的索引号SN1，在列表中虚链路VL所对应地址的列表项TB内记录索引号SN1的数值和最大抖动值；将后续接收到的虚链路VL的索引号SN2与列表项TB内的读出值进行比较；对列表项中记录的索引号进行更新。本发明还提供了相应的系统。本发明通过索引号SN存储在随机存储器ram中，可以有效减少冗余帧判断时间。
Description
技术领域
本发明涉及航空数据通信，尤其涉及应用AFDX（ARINC664）协议的航空电子设备之间的数据通信，具体涉及AFDX端系统去冗余方法及系统。
背景技术
AFDX是航空用全双工交换式网络（Avionics Full Duplex Switched Ethernet）的简称，最早是由空客公司为其新一代客机A380项目而提出的下一代ADN，它基于以太网IEEE802.3协议，但是对其进行了必要的改进从而保证传输时间的确定性。
AFDX网络采用了具有星型拓扑结构的全双工交换式网络。整个网络由两部分组成，分别是端系统（End System）和AFDX交换机（AFDX Switch），端系统和交换机之间采用全双工连接（双向箭头表示）。为了保证传输的正确性，AFDX网络采用了冗余策略，图5实线表示网络A，虚线表示冗余网络B。
端系统在多个独立的和冗余网络（网络冗余的目的是减轻意外中断的风险，通过即时响应保证生产连续，从而降低关键数据流上任意一点失效所带来的影响）之上进行通信，因此数据流被保护而不受任何网络部件（例如一个链接或一个交换机的）错误的影响。冗余是在每个VL上进行操作的。
发送端系统的应用程序准备数据并发送到通信协议堆栈。一个索引号被添加到每个以太网帧中，而且每个有效的帧的索引号是递增的，范围0～255，增加到255重新回到0，具体位置见下面的帧格式。添加索引号是为了使接收函数在数据包发送到接收函数之前能重建一个没有副本的数据包的单一序列数据流。以这种方式，网络冗余对应用程序来说是透明的，且能在通信协议栈和利用网络服务的应用程序之间建立了一个简单的界面。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法及系统。
根据本发明的一个方面，提供的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法，包括如下步骤：
步骤1：设定最大抖动值S；
步骤2：建立列表，其中，所述列表包括n个列表项，n为大于或等于2的自然数，每个列表项的宽度为m，m为大于或等于2的自然数，所述列表项依照如下方式记录虚链路的索引号的数值T和最大抖动值S：
-将列表项的第T位置“1”，其余位置“0”；以及
-将第T位后续的S-1位低位均置“1”；
步骤3：根据先接收到的虚链路VL的索引号SN1，在列表中虚链路VL所对应地址的列表项TB内记录索引号SN1的数值和最大抖动值；
步骤4：将后续接收到的虚链路VL的索引号SN2与列表项TB内的读出值进行比较，根据如下比较结果相应处理：
-若所述读出值包含所述索引号SN2的数值，则丢弃索引号SN2的所在帧；
-若所述索引号SN2的数值为0，则控制发射端系统复位；
-若所述索引号SN2的数值小于所述读出值，则进入步骤5；
-若所述索引号SN2与所述读出值左移一位有交集，则进入步骤5；
步骤5：对列表项中记录的索引号进行更新，具体为：
-对于接收到的索引号所在帧为0号帧、抖动Skew超时以及单通道接收的情况，则直接将索引号的编码值写入存储器；
-对于抖动skew的值没有达到所述最大抖动Skewmax的值的情况，则将索引号SN2的编码值和列表项中原有数值进行或运算；
-对于索引号SN2为索引号反转的情况，则将列表项中原数值改写，高位去掉一个“1”，低位从原数值第一位【1】开始添加一个“1”；
-对于其余情况，则将列表项中原数值左移一位。
优选地，所述列表构建在随机存储器ram中，该随机存储器ram的存储单元的深度大于n，宽度大于m，每个所述列表项对应于各自的一个存储单元。
优选地，所述n个列表项对应于随机存储器ram的n个连续的存储地址，每个存储地址对应一条虚链路。
优选地，索引号SN1和索引号SN2分别接收自通道A和通道B，当通道A和通道B接收到的相同索引号的帧之间的时间差大于设定的最大抖动值、且通道A和通道B均抖动Skew超时，则仅将传送索引号SN1与索引号SN2之间较小的索引号数值的通道判定为抖动Skew超时。
优选地，索引号反转是指索引号的数值由最大值变到1。
根据本发明的另一个方面，提供的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余系统，包括如下装置：
设定装置，用于设定最大抖动值S；
列表建立装置，用于建立列表，其中，所述列表包括n个列表项，n为大于或等于2的自然数，每个列表项的宽度为m，m为大于或等于2的自然数，所述列表项依照如下方式记录虚链路的索引号的数值T和最大抖动值S：
-将列表项的第T位置“1”，其余位置“0”；以及
-将第T位后续的S-1位低位均置“1”；
记录装置，用于记录索引号SN1的数值和最大抖动值，具体为，根据先接收到的虚链路VL的索引号SN1，在列表中虚链路VL所对应地址的列表项TB内记录索引号SN1的数值和最大抖动值；
比较处理装置，用于将后续接收到的虚链路VL的索引号SN2与列表项TB内的读出值进行比较，根据如下比较结果相应处理：
-若所述读出值包含所述索引号SN2的数值，则丢弃索引号SN2的所在帧；
-若所述索引号SN2的数值为0，则控制发射端系统复位；
-若所述索引号SN2的数值小于所述读出值，则触发列表更新装置执行；
-若所述索引号SN2与所述读出值左移一位有交集，则进触发列表更新装置执行；
列表更新装置，用于对列表项中记录的索引号进行更新，具体为：
-对于接收到的索引号所在帧为0号帧、抖动Skew超时以及单通道接收的情况，则直接将索引号的编码值写入存储器；
-对于抖动skew的值没有达到所述最大抖动Skewmax的值的情况，则将索引号SN2的编码值和列表项中原有数值进行或运算；
-对于索引号SN2为索引号反转的情况，则将列表项中原数值改写，高位去掉一个“1”，低位从原数值第一位【1】开始添加一个“1”；
-对于其余情况，则将列表项中原数值左移一位。
优选地，所述列表建立装置构建在随机存储器ram中，该随机存储器ram的存储单元的深度大于n，宽度大于m，每个所述列表项对应于各自的一个存储单元。
优选地，所述n个列表项对应于随机存储器ram的n个连续的存储地址，每个存储地址对应一条虚链路。
优选地，还包括双通道超时判定装置，双通道超时判定装置用于通道A和通道B均抖动Skew超时，判定超时通道，具体为，索引号SN1和索引号SN2分别接收自通道A和通道B，当通道A和通道B接收到的相同索引号的帧之间的时间差大于设定的最大抖动值、且通道A和通道B均抖动Skew超时，则仅将传送索引号SN1与索引号SN2之间较小的索引号数值的通道判定为抖动Skew超时。
优选地，索引号反转是指索引号的数值由最大值变到1。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过索引号SN存储在随机存储器ram中，实现可以有效减少冗余帧判断时间，可以用最短的时间对接收到的索引号SN和随机存储器ram读出值进行比较，从而缩短了去冗余时间，进而减少了片内接收帧的存储需要，节约了片内资源。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明中AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法的步骤流程图；
图2是本发明中AFDX网络冗余管理模块中的去冗余系统的结构示意图；
图3是本发明中AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法运算流程图；
图4是本发明中AFDX端系统结构示意图；
图5是本发明中AFDX网络结构示意图。
图3中，ic_match、ic_failed表示在AFDX协议中完整性检测以后输出的检测结果，其中ic_match表示当前接收到得帧序列号满足AFDX协议完整性要求，ic_failed表示当前接收到得帧序列号不满足AFDX协议完整性要求。NetA表示通道A，NetB表示通道B，IDLE表示空闲状态。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本实施例的提供的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法可以实现在较短的时间内判断出冗余帧并丢弃，同时满足协议中对A、B通道抖动Skew的要求，以及完成A、B通道最大抖动S，即分组延迟的变化程度的检测包括如下步骤：
步骤1：设定最大抖动值S，当设定了S以后，随机存储器ram中的数将累积“1”，累积的个数等与S的值。
步骤2：建立列表，其中，所述列表包括n个列表项，n为大于或等于2的自然数，每个列表项的宽度为m，m为大于或等于2的自然数，所述列表项依照如下方式记录虚链路的索引号的数值T和最大抖动值S：
-将列表项的第T位置“1”，其余位置“0”；以及
-将第T位后续的S-1位低位均置“1”；
例如：S=6，rx_frame_vlid=03，即存储地址为03rx_frame_sn=27，即索引号为27，则在接收到这个帧后ram地址03中的数变为：
{229`b0，6`b1，21`b0}其中1的个数取决于Skewmax的大小。
所述列表构建在随机存储器ram中，该随机存储器ram的存储单元的深度大于n，宽度大于m，每个所述列表项对应于各自的一个存储单元。所述n个列表项对应于随机存储器ram的n个连续的存储地址，每个存储地址对应一条虚链路。本实施例中，ram宽度为256bits，深度为128，总容量4KB，这个ram中的每一个存储地址表示一条虚链路，AFDX端系统支持最多支持128条VL，所以ram的深度为128。ram的宽度为256位，表示SN号可能出现的256个值，哪一位为1表示接收到哪一个SN号，例如：如果接收到的帧的SN号为56，并且该帧属于VL2，则将地址02中的数值写为{200`b0，1`b1，55`b0}即第56位为1。
步骤3：根据先接收到的虚链路VL的索引号SN1，在列表中虚链路VL所对应地址的列表项TB内记录索引号SN1的数值和最大抖动值；
步骤4：将后续接收到的虚链路VL的索引号SN2与列表项TB内的读出值进行比较，即在“CHK”状态对收到帧的SN号进行检查，主要的检查依据就是存放在ram中的以前接收到帧的索引号SN1，SN2号的检测就是将接收到帧的SN2号和ram中对应VL中的读出值相比较，由于S参数的存在ram中存的值应该包含多个“1”，在主状态机进入chk状态时，发起ram的读操作，根据如下比较结果相应处理：
-若所述读出值包含所述索引号SN2的数值，则丢弃索引号SN2的所在帧；
-若所述索引号SN2的数值为0，则控制发射端系统复位；
-若所述索引号SN2的数值小于所述读出值，则进入步骤5；
-若所述索引号SN2与所述读出值左移一位有交集，则进入步骤5；
步骤5：对列表项中记录的索引号进行更新，具体为：
-对于接收到的索引号所在帧为0号帧、抖动Skew超时以及单通道接收的情况，则直接将索引号的编码值写入存储器；
-对于抖动skew的值没有达到所述最大抖动Skewmax的值的情况，则将索引号SN2的编码值和列表项中原有数值进行或运算；
-对于索引号SN2为索引号反转，即索引号反转是指索引号的数值由最大值变到1的情况，则将列表项中原数值改写，高位去掉一个“1”，低位从原数值第一位【1】开始添加一个“1”；
-对于其余情况，则将列表项中原数值左移一位。
进一步地，索引号SN1和索引号SN2分别接收自通道A和通道B，当通道A和通道B接收到的相同索引号的帧之间的时间差大于设定的最大抖动值、且通道A和通道B均抖动Skew超时，则仅将传送索引号SN1与索引号SN2之间较小的索引号数值的通道判定为抖动Skew超时，根据收到的两通道索引号SN1与索引号SN2之间的大小关系和状态机的状态来判断超时与否，在判断时考虑了索引号SN中途复位，即出现SN=0和索引号SN号反转，即SN号从255变到1的情况。
根据本实施例提供的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法可通过硬件电路AFDX网络冗余管理模块中的去冗余系统实现，可以有效减少冗余帧判断时间，包括如下装置：
设定装置，用于设定最大抖动值S；
列表建立装置，用于建立列表，其中，所述列表包括n个列表项，n为大于或等于2的自然数，每个列表项的宽度为m，m为大于或等于2的自然数，所述列表项依照如下方式记录虚链路的索引号的数值T和最大抖动值S：
-将列表项的第T位置“1”，其余位置“0”；以及
-将第T位后续的S-1位低位均置“1”；
记录装置，用于记录索引号SN1的数值和最大抖动值，具体为，根据先接收到的虚链路VL的索引号SN1，在列表中虚链路VL所对应地址的列表项TB内记录索引号SN1的数值和最大抖动值；
比较处理装置，用于将后续接收到的虚链路VL的索引号SN2与列表项TB内的读出值进行比较，根据如下比较结果相应处理：
-若所述读出值包含所述索引号SN2的数值，则丢弃索引号SN2的所在帧；
-若所述索引号SN2的数值为0，则控制发射端系统复位；
-若所述索引号SN2的数值小于所述读出值，则触发列表更新装置执行；
-若所述索引号SN2与所述读出值左移一位有交集，则进触发列表更新装置执行；
列表更新装置，用于对列表项中记录的索引号进行更新，具体为：
-对于接收到的索引号所在帧为0号帧、抖动Skew超时以及单通道接收的情况，则直接将索引号的编码值写入存储器；
-对于抖动skew的值没有达到所述最大抖动Skewmax的值的情况，则将索引号SN2的编码值和列表项中原有数值进行或运算；
-对于索引号SN2为索引号反转的情况，则将列表项中原数值改写，高位去掉一个“1”，低位从原数值第一位【1】开始添加一个“1”；
-对于其余情况，则将列表项中原数值左移一位。
进一步地，所述列表建立装置构建在随机存储器ram中，该随机存储器ram的存储单元的深度大于n，宽度大于m，每个所述列表项对应于各自的一个存储单元。
进一步地，所述n个列表项对应于随机存储器ram的n个连续的存储地址，每个存储地址对应一条虚链路。
进一步地，还包括双通道超时判定装置，双通道超时判定装置用于通道A和通道B均抖动Skew超时，判定超时通道，具体为，索引号SN1和索引号SN2分别接收自通道A和通道B，当通道A和通道B接收到的相同索引号的帧之间的时间差大于设定的最大抖动值、且通道A和通道B均抖动Skew超时，则仅将传送索引号SN1与索引号SN2之间较小的索引号数值的通道判定为抖动Skew超时。
进一步地，索引号反转是指索引号的数值由最大值变到1。
AFDX网络冗余管理模块中的去冗余系统通过一个256位的随机存取器，存储接收到的数据帧的SN号，并在存储器中保留了SN号的顺序信息和AFDX端系统最大偏斜值配置（Skewmax），通过硬件可以用最短的时间对接收到的SN和ram读出值进行比较，从而缩短了去冗余时间，进而减少了片内接收帧的存储需要，节约了片内资源。
冗余管理模块是AFDX端系统中的重要功能模块，主要负责AFDX协议中的发送冗余和接收去冗余。冗余管理模块接收来自完整性检查和MAC模块的信号，并根据接收到数据帧中的SN号和Skewmax的配置实现去冗余功能。图4为AFDX端系统结构框图，图中“i_ES_rm”模块为冗余管理模块。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：设定最大抖动值S；
步骤2：建立列表，其中，所述列表包括n个列表项，n为大于或等于2的自然数，每个列表项的宽度为m，m为大于或等于2的自然数，所述列表项依照如下方式记录虚链路的索引号的数值T和最大抖动值S：
-将列表项的第T位置“1”，其余位置“0”；以及
-将第T位后续的S-1位低位均置“1”；
步骤3：根据先接收到的虚链路VL的索引号SN1，在列表中虚链路VL所对应地址的列表项TB内记录索引号SN1的数值和最大抖动值；
步骤4：将后续接收到的虚链路VL的索引号SN2与列表项TB内的读出值进行比较，根据如下比较结果相应处理：
-若所述读出值包含所述索引号SN2的数值，则丢弃索引号SN2的所在帧；
-若所述索引号SN2的数值为0，则控制发射端系统复位；
-若所述索引号SN2的数值小于所述读出值，则进入步骤5；
-若所述索引号SN2与所述读出值左移一位有交集，则进入步骤5；
步骤5：对列表项中记录的索引号进行更新，具体为：
-对于接收到的索引号所在帧为0号帧、抖动Skew超时以及单通道接收的情况，则直接将索引号的编码值写入存储器；
-对于抖动skew的值没有达到所述最大抖动Skewmax的值的情况，则将索引号SN2的编码值和列表项中原有数值进行或运算；
-对于索引号SN2为索引号(255)反转的情况，则将列表项中原数值改写，高位去掉一个“1”，低位从原数值的第一位【1】始添加一个“1”；
-对于其余情况，则将列表项中原数值左移一位；
索引号SN1和索引号SN2分别接收自通道A和通道B，当通道A和通道B接收到的相同索引号的帧之间的时间差大于设定的最大抖动值、且通道A和通道B均抖动Skew超时，则仅将传送索引号SN1与索引号SN2之间较小的索引号数值的通道判定为抖动Skew超时。
2.根据权利要求1所述的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法，其特征在于，所述列表构建在随机存储器ram中，该随机存储器ram的存储单元的深度大于n，宽度大于m，每个所述列表项对应于各自的一个存储单元。
3.根据权利要求2所述的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法，其特征在于，所述n个列表项对应于随机存储器ram的n个连续的存储地址，每个存储地址对应一条虚链路。
4.根据权利要求1所述的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余方法，其特征在于，索引号反转是指索引号的数值由最大值变到1。
5.一种AFDX网络冗余管理模块中的去冗余系统，其特征在于，包括如下装置：
设定装置，用于设定最大抖动值S；
列表建立装置，用于建立列表，其中，所述列表包括n个列表项，n为大于或等于2的自然数，每个列表项的宽度为m，m为大于或等于2的自然数，所述列表项依照如下方式记录虚链路的索引号的数值T和最大抖动值S：
-将列表项的第T位置“1”，其余位置“0”；以及
-将第T位后续的S-1位低位均置“1”；
记录装置，用于记录索引号SN1的数值和最大抖动值，具体为，根据先接收到的虚链路VL的索引号SN1，在列表中虚链路VL所对应地址的列表项TB内记录索引号SN1的数值和最大抖动值；
比较处理装置，用于将后续接收到的虚链路VL的索引号SN2与列表项TB内的读出值进行比较，根据如下比较结果相应处理：
-若所述读出值包含所述索引号SN2的数值，则丢弃索引号SN2的所在帧；
-若所述索引号SN2的数值为0，则控制发射端系统复位；
-若所述索引号SN2的数值小于所述读出值，则触发列表更新装置执行；
-若所述索引号SN2与所述读出值左移一位有交集，则进触发列表更新装置执行；
列表更新装置，用于对列表项中记录的索引号进行更新，具体为：
-对于接收到的索引号所在帧为0号帧、抖动Skew超时以及单通道接收的情况，则直接将索引号的编码值写入存储器；
-对于抖动skew的值没有达到所述最大抖动Skewmax的值的情况，则将索引号SN2的编码值和列表项中原有数值进行或运算；
-对于索引号SN2为索引号反转的情况，则将列表项中原数值改写，高位去掉一个“1”，低位从原数值的第一位【1】开始添加一个“1”；
-对于其余情况，则将列表项中原数值左移一位；
还包括双通道超时判定装置，双通道超时判定装置用于通道A和通道B均抖动Skew超时，判定超时通道，具体为，索引号SN1和索引号SN2分别接收自通道A和通道B，当通道A和通道B接收到的相同索引号的帧之间的时间差大于设定的最大抖动值、且通道A和通道B均抖动Skew超时，则仅将传送索引号SN1与索引号SN2之间较小的索引号数值的通道判定为抖动Skew超时。
6.根据权利要求5所述的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余系统，其特征在于，所述列表建立装置构建在随机存储器ram中，该随机存储器ram的存储单元的深度大于n，宽度大于m，每个所述列表项对应于各自的一个存储单元。
7.根据权利要求6所述的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余系统，其特征在于，所述n个列表项对应于随机存储器ram的n个连续的存储地址，每个存储地址对应一条虚链路。
8.根据权利要求5所述的AFDX网络冗余管理模块中的去冗余系统，其特征在于，索引号反转是指索引号的数值由最大值变到1。
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- 2013-11-26 CN CN201310612658.3A patent/CN103684852B/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101800703A (zh) * | 2010-03-12 | 2010-08-11 | 北京经纬恒润科技有限公司 | Afdx交换机的流量控制方法及装置 |
| CN203151539U (zh) * | 2012-11-09 | 2013-08-21 | 北京航空航天大学 | 一种afdx端系统虚拟链路层ip核 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| AFDX端系统协议栈虚拟链路层分析及仿真研究;许燕婷;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;20110715;全文 * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103684852A (zh) | 2014-03-26 |
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