CN104168164B - Afdx网络中的数据获取的分布方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种AFDX网络中的数据获取的分布方法。一种AFDX网络的帧交换机,其中分散了数据获取功能。当交换机应获取在虚拟链路上传送的数据时,交换表除了由该链路通过的输入端口和一个或更多个输出端口之外还包括表示交换机的MAC地址的标识符。该链路的帧然后不仅被交换而且还被传送到交换机的网络接口并且由交换机内部容纳的专门应用(DDA)处理。该应用可以被远程服务器询问并传送其本地存储的数据。

Description

AFDX网络中的数据获取的分布方法
技术领域
本发明涉及航空电子通信系统领域并且更具体地涉及AFDX(航空电子全双工)类型的航空电子网络。
背景技术
近来的航空电子通信系统通常使用AFDX网络。
应记得为了航空需要而发展的AFDX网络基于交换式以太网。在交换式以太网中,每个终端(源或目的地)独立地连接到帧交换机并且交换机之间通过物理连接相连。每个交换机具有多个与其它交换机的物理端口或终端连接的物理端口。AFDX网络求助于虚拟链路的概念,虚拟链路被定义为通过网络的第二层定向路径,来自源端并通到一个或更多个目的地。虚拟链路的目的终端也称为被签订到该链路。
AFDX网络在每个虚拟链路上提供业务保证。更确切地,每个链路关联于帧之间的最小间隔以及帧的最大尺寸。遵守这些约束条件,针对每个虚拟链路保证了帧的最大行进时间,或等待极限。
在站点www.condoreng.com上可获得的名为“AFDX协议指南”的文献以及在以申请人名义提交的专利申请FR-A-2832011中可找到AFDX网络的详细描述。下面简单回顾其主要特性。
如已经提到那样,AFDX网络基于全双工类型的交换式以太网。AFDX网络首先是确定性的,这是在虚拟链路在等待极限、流物理隔离和通带方面具有保证特性的意义上而言。每个虚拟链路为此具有端到端的预留路径,把传输在时间上分割为间隔(带宽分配间隔BAG),以及最大帧尺寸MFS。帧在每个传送间隔开始以预定抖动容限被传送。数据被以以太网帧中封装的IP包的形式传送。与常规以太网交换(使用目的地以太网地址)不同的是,在AFDX网络上的帧交换使用包括在帧头中的虚拟链路的标识符。当交换机在其一个输入端口上接收到帧时,其读取虚拟链路的标识符并基于其交换表来确定帧应该被传送到的输出端口。
每个虚拟链路是单向的。其仅可以同时来自一个源端子但可以到达多个目的地。把虚拟链路区分为仅通到单个目的地的点到点模式(单播),通到多个目的地的多点模式虚拟链路(多播)。
因此,一般而言,虚拟链路的特征在于:
-唯一标识符VLID
-唯一源端子(或发射器);
-一个目的地端子或多个目的地端子(接收器);
-在该链路上分配的通带(BAG)和最大帧尺寸(MFS);
-网络中的路由,也就是说穿过的交换机列表。
透过交换机的虚拟链路的路由表现为该交换机的交换表中存储的条目,该条目包括虚拟链路的标识符VLID,以及由该链路通过的输入端口和输出端口的编号。
图1示意性地表示AFDX网络的示例,AFDX网络包括终端T1到T6以及帧交换机SW1、SW2。例如可看见把T3连接到T2的虚拟链路VL3是点到点类型,而通到T2和T3的虚拟链路VL2、以及通到T3和T5的虚拟链路VL1是多点类型。
图2示意地示出第二代AFDX交换机的内部结构。
AFDX交换机100包括交换模块110。该交换模块读取到达不同端口的AFDX帧的头部并从中提取对应的虚拟链路的标识符。
对于每个进入的帧,交换模块110从帧的头部提取虚拟链路的标识符VLid,查询交换表120,验证进入端口很好对应于虚拟链路并获得输出端口的编号(对于多播虚拟链路,获得输出端口的编号)。交换模块110然后把帧交换到如此获得的输出端口上。
实践中,输入端口和输出端口连接到缓冲器并且交换是通过从输入缓冲器读取一个帧并把它写入输出缓冲器中进行的。
交换模块向监视模块130汇报其执行的操作并且必要时突然的错误。例如,监视模块更新指示在每个虚拟链路上交换的帧的数量的寄存器。其还记录帧上发生的导致帧被交换模块拒绝的突然错误,例如具有错误CRC的帧或错误发送(不在表中的虚拟链路的标识符)的帧,到达错误输入端口(输入端口不对应于虚拟链路的标识符)的帧,超过虚拟链路上的通带(BAG)或设定的最大帧尺寸(MFS)等。一般地,监视模块在本地存储器中跟踪在交换模块中进行的事件的历史。
最后,交换机100包括网络接口150,通过内部总线连接到交换模块110、配置表120、监视模块130。该网络接口根据术语学用于Arinc664规范中,即交换机专用的端部系统,与签订到网络的任何终端的端部系统相同。因此,AFDX交换机具有其专用的MAC地址。因此其可以作为虚拟链路的源或目的地并尤其接收以其为目的地的帧。
例如,当交换表应被更新时,描述新虚拟链路(标识符、输入端口号、输出端口号)的路由信息被帧在通向交换机的网络接口150的虚拟链路上发送。交换模块根据所关注的虚拟链路的标识符来识别这些帧目的地是交换机自己并不是用于交换。然后交换机可以借助这些信息来更新交换表120。
除了其网络接口,控制模块可以容纳交换机的测试应用(应用模块),例如SNMP(简单网络管理协议)代理。这些应用可以与远程应用、尤其是负责经由网络接口管理网络或NMF(网络管理功能)的远程应用对话,每个应用还具有其专用的逻辑端口(例如UDP端口)。
此外,出于安全性和维护的原因,在虚拟链路上通过的航空电子数据并且特别是飞机参数(尤其与飞机轨迹、高度和速度相关的参数)和发动机参数(旋转速度、温度等)应该可以被实时控制并记录。一般地,称航空电子数据是由参与或辅助飞行器控制的设备发送或接收的任何数据。
在最近设计的飞行器上,航空电子数据的获取是借助名为CDAU(中央数据获取模块)的中央获取单元、或通过专用航空电子模块CDAM(中央数据获取模块)中容纳的软件实现的。
该中央获取单元允许访问飞机和发动机参数的记录值,以生成用于飞行器的操作的优化或维护的状态报告。
图3示出中央数据获取单元连接到的AFDX网络。
更确切地,该中央获取单元CDAU/CDAM通过物理连接而连接到AFDX网络交换机,下文称为获取交换机,签订的终端直接连接到获取交换机(图中的交换机SW1、SW2、SW3)。
中央获取单元CDAU/CDAM可以要求由获取交换机之一向其传送航空电子数据,换句话说某些虚拟链路的帧被向其重传。
在这情况下,包含航空电子数据的帧不仅被获取交换机交换(与常规AFDX交换机相同),而且还被复制并传送给中央获取单元。帧可被传送,或者原样,即以把交换机连接到中央获取单元的虚拟链路上的AFDX帧的形式(目的地以太网地址因此包括24比特常数和16比特的虚拟链路的标识符),或以简单以太网帧的形式(该情况下目的地以太网地址简单是中央获取单元的以太网地址)。在第一情况下,这相当于用目的地为中央获取单元的虚拟链路复制通过交换机的虚拟链路,或者等效地,为该虚拟链路添加把该单元用作目的地的分支。
在示出的例子中,获取交换机SW1、SW2、SW3借助于物理连接而连接中央数据获取单元CDAU/CDAM并且航空电子数据帧经由虚拟链路而被发送到中央数据获取单元CDAU/CDAM。更确切地,从终端T1起并通过交换机SW1、SW4、SW6的虚拟链路VL1被交换机SW1复制为虚拟链路从终端T2起并通过交换机SW2、SW3、SW5的虚拟链路VL2被交换机SW2复制为虚拟链路以及从终端T3起并通过交换机SW3、SW6的虚拟链路VL3被交换机SW3复制为虚拟链路应注意通到获取单元CDAU/CDAM的不同网络接口(E/S)。
中央获取单元具有与其所连接的AFDX交换机相同数量的网络接口。事实上,出于通带限制的原因,不能设想把该单元连接到单个网络交换机(并因此仅提供获取单元上的单个网络接口),这是因为复制的虚拟链路上的业务量将堵塞网络。
然后,因为中央获取单元是整个网络共用的设备,所以应理解中央获取单元应遵守特别高的保护约束条件以便避免该单元的故障影响AFDX网络的全部交换机的良好运行。
此外,网络的任何配置变化(例如获取交换机的增加或减少)需要改变中央获取单元的硬件结构并重新认证它。
最后,中央获取方法的实施要求每个获取交换机的一个端口专用于与获取单元的连接,这限制了网络互连的可能性。
因此应理解在网络上通过的数据的获取的现有实施是复杂并昂贵的。
本发明的一个目的是提出比现有技术中使用的方法更简单且更灵活的数据获取方法。
发明内容
本发明通过AFDX网络的帧交换机限定,帧交换机包括:
-多个输入端口和多个输出端口;
-交换表,包括多个项,每个项对应于通过交换机的虚拟链路并针对虚拟链路的标识符提供由该虚拟链路通过的输入端口和一个或更多个输出端口;
-交换模块,适于交换在交换机的输入端口上到达的任何帧、读取在帧的头部中包含的虚拟链路的标识符并且把帧向由与该虚拟链路对应的交换表的项给出的一个或更多个输出端口交换;
-网络接口,适于接收针对交换机的帧。
该帧交换机的特征特别在于:
-交换表的与预定虚拟链路相对应的至少一项还包括交换机的MAC地址的标识符;
-交换模块把在该预定虚拟链路上接收到的任何帧传送到交换机的网络接口;
-在预定虚拟链路上接收到的帧被传送给由交换机容纳的应用模块(DDA)以便本地存储该帧的至少部分数据。
这样的交换机允许在网络上以分布方式进行数据获取并且在应用模块处灵活地管理数据获取,而无需针对每次网络改动都重新配置中央获取单元的接口并且无需为此功能而独占AFDX交换机的端口。
有利地,获取数据的所述应用模块与帧所属于的预定虚拟链路的标识符一起在本地存储帧的所述至少部分数据。
有利地,获取数据的所述应用模块基于UDP包中的预定虚拟链路的标识符、IP地址、UDP端口以及分段的标识符来回收帧的所述部分数据,并且与预定虚拟链路的所述标识符、所述IP地址、所述UDP端口和所述分段的标识符一起在本地存储帧的所述部分数据。
在所有情况下,获取数据的所述应用模块可以在本地存储帧的所述部分数据之前对其进行压缩。
优选地,获取数据的所述应用模块适于从远程服务器接收获取数据的请求,所述请求给出要获取数据的至少一条虚拟链路,所述应用模块通过针对该虚拟链路添加交换机的MAC地址的标识符来更新交换表。
获取数据的所述请求还可在UDP包中包括IP地址、UDP端口和分段的标识符。
获取数据的所述应用模块还可适于从远程服务器接收传送数据的请求,所述请求包括其数据要被传送的至少一个虚拟链路标识符,所述应用模块经由交换机中容纳的应用网关在以太网帧中传送所述数据。
或者,获取数据的所述应用模块可以适于从远程服务器接收传送数据的请求,所述请求包括其数据要被传送的至少一个虚拟链路标识符,所述应用模块经由把帧交换机连接到所述远程服务器的虚拟链路在AFDX帧中传送所述数据。
本发明还涉及一种AFDX网络,包括如前所述的至少一个帧交换机。
该AFDX网络还可包括签订到所述网络的服务器,所述服务器适于向多个交换机中的每个交换机传送至少一个获取数据请求,一个获取数据请求由通过所述交换机的虚拟链路的至少一个标识符来参数表示。
获取数据的所述请求还可由UDP包中的IP地址、UDP端口、以及分段来参数表示。
签订到所述网络的服务器还可适于向多个交换机中的每个交换机传送数据传送请求,一个数据传送请求由其数据要被传送的至少一个虚拟链路标识符来参数表示。
所述数据传送请求还可由UDP包中的IP地址、UDP端口、以及分段的标识符来参数表示。
最后,本发明还涉及一种飞行器,其包括根据如前所限定的AFDX网络。
附图说明
通过参照附图阅读本发明的优选实施方式,本发明的其它特性和优点更加清楚,在附图中:
图1示出现有技术的已知AFDX网络的示例;
图2示意地示出AFDX交换机的内部结构;
图3示意地示出中央数据获取单元被签订到的AFDX网络;
图4示出根据本发明的一个实施方式的AFDX交换机的控制模块内部的数据获取应用的实施;
图5示出根据本发明的一个实施方式的AFDX交换机使用的交换表的示例。
具体实施方式
本发明所基于的思路是在AFDX网络的每个交换机处实施数据的分散(或分布式)获取并且更确切地在每个交换机内部容纳数据获取应用。
可重新考虑包括多个交换机的AFDX网络,每个交换机具有结合图2描述的内部结构。多个终端签订到该网络并以已知方式通过虚拟链路交换AFDX帧。
图4示出借助协议栈在交换机的网络接口(端部系统E/S)内部实施数据获取应用的方式。
最下协议层对应于网络接口的物理层PHY。其上面置有是ADFX连接层。在接收时,其适于经由交换机的内部总线接收AFDX帧。在发送时,其调节AFDX帧在网络的发送以便遵守针对不同虚拟链路的通带的约束条件。第三层对应于网络接口的IP(互联网协议)层。在接收时,其负责IP数据报的CRC(循环冗余校验)校验(IP校验和)并且必要时整理分段来恢复UDP(用户数据协议)包。在发送时,其负责把UDP包分段为IP数据报,计算CRC并将其级联到数据报,然后级联以太网帧的头部(包括虚拟链路的标识符)。
第四层对应于网络接口的UDP层。该层提供与交换机容纳的应用进行通信的逻辑端口。
在传输层(UDP层)上已示出能够由交换机容纳的应用的示例。由下面相邻的UDP层提供的逻辑端口允许这些应用经由AFDX网络与远程应用通信。
因此,SNMP(简单网络管理协议)代理可以与网络管理员对话并提供与交换机管理相关的数据。Arinc615模块允许经由AFDX网络把新数据(例如新的交换表)装载到交换机内部。
最后,根据本发明的实施方式,由DDA(分布式数据获取)表示的应用负责获取其在某些虚拟链路上接收的数据。该应用可以尤其与负责集中如此获取的数据、将数据大量存储并在必要时通过HMI接口呈现这些数据的远程服务器对话。DDA应用还可以从该服务器接收请求来获取或相反停止获取给定的虚拟链路上的数据。DDA应用因此管理通过交换机并且其应该获取数据的虚拟链路的列表
图5示出根据本发明的一个实施方式的AFDX交换机使用的交换表的示例。
该表包含AFDX交换机应该切换的虚拟链路的列表。该表包括两个子表:要获取其数据的虚拟链路的第一子表VLSa,不要获取其数据的虚拟链路的第二子表VLSna。例如,第一表可以由在上述意义上运送航空电子数据的虚拟链路构成。
可见子表VLSna的每个虚拟链路对应于交换表中的一个项。在该项存储了由虚拟链路经过的交换机的输入端口和输出端口。应理解当多个输出端口存储在表的一项时,虚拟链路是多播型(或多点)。
类似地,子表VLSa的每个虚拟链路对应于交换表中的一个项,在该项存储了由虚拟链路经过的交换机的输入端口和输出端口。然而,与前一情况不同的是,每个项在输出端口之后还包括表示内部总线或等效地表示交换机的MAC地址的标识符Id(E/S)。
因此,在VLSa的虚拟链路上接收的帧不仅向在表中指定的输出端口交换,还经由内部总线传送到交换机的网络接口(E/S)。
如同任何订户的网络接口一样,交换机的网络接口拒绝属于不是以该接口为目的地的虚拟链路的帧。为此,该接口具有包括以该接口为有效目的地的虚拟链路的标识符的过滤表。该表尤其包含要从其获取数据的虚拟链路的标识符,即如后面所述。
此外,交换模块拒绝以下这样的任何帧:其虚拟链路未被编在交换表中或者其输入端口不是在表中指示的用于所关注的虚拟链路的端口。因此确保仅仅那些通过交换机的正确输入端口并且属于子表VLSa的虚拟链路被复制向交换机的网络接口。
当网络接口接收到以交换机自身为目的地的虚拟链路(这样的虚拟链路例如用于更新交换表)的帧时,该接口把它经由协议栈传送到帧中指定的应用的IP地址和UDP端口。当网络接口不认识帧中指定的IP地址和/UDP端口时,网络接口假设其涉及要获取的帧并将其传送到负责获取帧及其可能处理的DDA应用的UDP端口。
根据一个变型,网络接口工作于混杂模式,也就是说不执行根据虚拟链路的标识符的帧过滤,但是交换模块继续保证拒绝其虚拟链路未编在交换表中的任何帧,如前所述。在此情况下,过滤仅是通过交换模块保证的。网络接口接收的帧被传送到帧中指定的IP地址和UDP端口,如前所述。此处还是那样,如果IP地址和/或UDP端口未被识别,则该帧被传送到DDA应用。
在负责对获取的数据进行集中的远程服务器的请求下,DDA应用回收并存储在属于虚拟链路的帧中包含的数据的至少一部分并将其本地存储在缓冲器中用于后续重传。
根据一个变型,所获取的数据被本地存储在存储器中。在该情况下,所获取的数据有利地在存储之前被借助于已知的数据压缩算法压缩。该存储还可以依赖于特定事件的发生或依赖于负责对所获取的数据进行集中的远程服务器的请求。
DDA应用可以从远程服务器接收给出要从其获取数据的虚拟链路的列表的请求并通过对于列表中每个虚拟链路添加交换机的MAC地址的标识符来更新交换表。此外,所关注的虚拟链路的标识符还被添加到交换机的网络接口的过滤表。
或者,远程服务器可以发送用于获取每个虚拟链路、控制获取或相反停止在链路上的该获取的特定请求。应理解交换表和过滤表的更新然后根据具体情况执行。
获取请求可以针对任何虚拟链路指示IP地址、UDP地址、甚至包的与要获取的数据对应的“数据”域的片段。该片段可以由其开始地址及其长度标识。因此应理解DDA应用可以因此选择性地借助于由远程服务器控制的过滤操作来提取所感兴趣的数据。要被本地存储并且要重传给服务器的数据量就减少了那样多的量。
传送给交换机的获取请求的格式可以具有以下形式:
acquisition_request(VL_Id,[IP_address],[UDP_port],[start_bit,length])
其中方括号之间的参数是可选的。所获取的数据被连同虚拟链路的标识符以及必要时还有IP地址、UDP端口和分段标识符一起存储在UDP包中。
所存储的数据可以被传送,或者是经由把交换机连接到服务器的虚拟链路在AFDX帧中传送,或者是经由交换机容纳的应用网关在简单的以太网帧中(因此无需预留通带)传送。在第一种情况下,在虚拟链路上分配的通带(BAG)被选择为足够小以便不会限制分配给其它虚拟链路的通带。在第二种情况下,以太网帧根据尽力而为的策略在未分配的通带中传送。
在可获得传送资源的情况下(在虚拟链路情况下保证资源),所获取数据向服务器的传送可以以连续流进行。该操作方式仅需要把数据存储在缓冲器中。
或者,所获取的数据被(在可能有的压缩之后)存储在交换机的存储器中并且仅应服务器的传送请求而向服务器传送。
在该情况下,服务器的传送请求包含要传送所存储的数据的虚拟链路的标识符(以及在必要时包含IP地址、UDP端口和分段标识符)。
作为总体规则,优选连续流传送以便不拖累交换机的存储器资源。
如在背景技术部分中描述的现有技术中那样,为了获取虚拟链路上的数据,服务器可以简单地要求第一交换机进行获取,或更一般地要求该链路穿过的任意交换机进行获取。然而,在本案中,鉴于不需要预留专用于获取的物理端口并且提供与服务器的直接物理连接,可以在某些情况下进行在该链路上的多个交换机中的数据的获取,尤其是为了测试的原因。
应理解根据本发明,数据获取功能分散在不同交换机中。移除或添加交换机不需要硬件重新配置而是简单地更新所涉及的交换机中的交换表,并且必要时更新远程服务器的软件。

Claims (13)

1.一种全双工类型的AFDX确定性交换式以太网的帧交换机,包括多个输入端口和多个输出端口、交换表(120)、交换模块(110)、网络接口(150),交换表(120)包括多个项,每个项对应于通过该帧交换机的虚拟链路并针对虚拟链路的标识符VLId提供由该虚拟链路通过的输入端口和一个或更多个输出端口,交换模块(110)适于交换在该帧交换机的输入端口上到达的任何帧、读取在帧的头部中包含的虚拟链路的标识符并且把帧向由与该虚拟链路对应的交换表的项给出的一个或更多个输出端口交换,网络接口(150)适于接收针对该帧交换机的帧,所述帧交换机的特征在于:
-交换表的与预定虚拟链路相对应的至少一项还包括该帧交换机的MAC地址的标识符;
-交换模块把在该预定虚拟链路上接收到的任何帧传送到该帧交换机的网络接口;并且
-该帧交换机把在该预定虚拟链路上接收到的帧传送给由该帧交换机容纳的分布式数据获取应用模块以便本地存储该帧的至少部分数据;其中传送该帧包括:响应于确定该帧对应于具有该帧交换机的MAC地址的标识符的预定虚拟链路,通过该帧交换机的协议栈的IP层并且通过传输层把该帧传送给分布式数据获取应用模块,其中分布式数据获取应用模块从远程服务器接收获取数据的请求,获取数据的所述请求给出要获取数据的至少一条虚拟链路,分布式数据获取应用模块通过针对该虚拟链路添加该帧交换机的MAC地址的标识符来更新交换表。
2.根据权利要求1所述的帧交换机,其特征在于,所述分布式数据获取应用模块与帧所属于的预定虚拟链路的标识符一起在本地存储帧的所述至少部分数据。
3.根据权利要求1所述的帧交换机,其特征在于,所述分布式数据获取应用模块基于UDP包中的预定虚拟链路的标识符、IP地址、UDP端口以及分段的标识符来回收帧的所述部分数据,并且与预定虚拟链路的所述标识符、所述IP地址、所述UDP端口和所述分段的标识符一起在本地存储帧的所述部分数据。
4.根据权利要求2或3所述的帧交换机,其特征在于,所述分布式数据获取应用模块在本地存储帧的所述部分数据之前对其进行压缩。
5.根据权利要求1所述的帧交换机,其特征在于,获取数据的所述请求还在UDP包中包括IP地址、UDP端口和分段的标识符。
6.根据权利要求1所述的帧交换机,其特征在于,所述分布式数据获取应用模块适于从远程服务器接收数据传送请求,所述数据传送请求包括其数据要被传送的至少一个虚拟链路标识符,所述分布式数据获取应用模块经由该帧交换机中容纳的应用网关在以太网帧中传送所述数据。
7.根据权利要求1所述的帧交换机,其特征在于,所述分布式数据获取应用模块适于从远程服务器接收数据传送请求,所述数据传送请求包括其数据要被传送的至少一个虚拟链路标识符,所述分布式数据获取应用模块经由把该帧交换机连接到所述远程服务器的虚拟链路在AFDX帧中传送所述数据。
8.一种全双工类型的AFDX确定性交换式以太网,包括至少一个根据前述权利要求之一所述的帧交换机。
9.根据权利要求8所述的AFDX 确定性交换式以太网,其特征在于,该AFDX确定性交换式以太网还包括签订到所述AFDX确定性交换式以太网的服务器,所述服务器适于向多个帧交换机中的每个帧交换机传送至少一个获取数据的请求,一个获取数据的请求由通过所述帧交换机的虚拟链路的至少一个标识符来参数表示。
10.根据权利要求9所述的AFDX 确定性交换式以太网,其特征在于,获取数据的所述请求还由UDP包中的IP地址、UDP端口、以及分段的标识符来参数表示。
11.根据权利要求8所述的AFDX 确定性交换式以太网,其特征在于,该AFDX确定性交换式以太网还包括签订到所述AFDX确定性交换式以太网的服务器,所述服务器适于向多个帧交换机中的每个帧交换机传送数据传送请求,一个数据传送请求由其数据要被传送的至少一个虚拟链路标识符来参数表示。
12.根据权利要求11所述的AFDX 确定性交换式以太网,其特征在于,所述数据传送请求还由UDP包中的IP地址、UDP端口、以及分段的标识符来参数表示。
13.一种飞行器,其特征在于包括根据权利要求8至12之一所述的AFDX确定性交换式以太网。
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