CN111385184A - Arinc 664 p7和具有预定路由的以太网类型的混合航空电子通信系统 - Google Patents

Arinc 664 p7和具有预定路由的以太网类型的混合航空电子通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供ARINC 664 P7和具有预定路由的以太网类型的混合航空电子通信系统。本发明涉及包括多个交换机(22A、…、22N)和多个设备(24A、…、24N)的航空电子通信系统(20)。每个设备(24A、…、24N)能够生成采用多个帧的形式的数字数据，所述帧具有遵循第一协议的第一类型或遵循第二协议的第二类型。每个交换机(22A、…、22N)和每个接收设备(24A、…、24N)被配置成确定接收到的每个帧的类型，并且根据所确定的类型、遵循对应的协议来处理该帧，相对于第二类型的每个帧优先处理第一类型的每个帧。第一协议是ARINC 664 P7型协议，并且第二协议是具有预定路由的以太网型协议。

Description

ARINC 664 P7和具有预定路由的以太网类型的混合航空电子 通信系统
技术领域
本发明涉及ARINC 664 P7和具有预定路由的以太网类型的混合航空电子通信系统。
背景技术
如本身已知的，规范ARINC 664使得能够实现航空电子信息网络。基于以太网标准，该规范特别地使得能够使该标准的使用适应于航空电子环境，并且尤其是适应于航空电子约束。
ARINC 664规范包括多个部分，每个部分可根据施加于数据的约束来使用，所述数据经由根据该规范实现的航空电子网络进行传输。
在这些部分当中，尤其已知该部分，其称为“P7”，并且通常标为“ARINC 664 P7”或“ARINC 664部分7”或
Figure BDA0002339264720000011
该P7部分可用于在实现了飞机的主要功能并因此具有非常多数量的约束的各种航空电子系统之间传递数据。
因此，根据P7部分实现的航空电子网络具有隔离的、冗余的且确定性的(déterministe)网络。该网络的确定性尤其意味着每个发射帧以已知的最大时间到达其目的地。
在一些航空电子网络中，还可能使用与由对应网络的性质所施加的一定数量的附加限制相结合的以太网协议(意指IEEE 802.3-2000规范及其后续版本)。
与ARINC 664规范的P7部分相比，采用这些限制的以太网协议具有更少的约束，并且因此可用于实现传递不那么敏感和/或不那么关键的数据的航空电子网络。
这些数据通常包括用于与各种航空电子系统相关的装备的维护数据、下载数据和服务功能数据。因此，在丢失这些数据的情况下，可以再次重传这些数据而不会产生针对飞机安全的重大风险。
施加于以太网协议的附加限制尤其可以涉及帧的路由方式。因此，例如，该路由可以是在网络交换机内根据帧的标识符而预先确定的。
这例如是ARINC 664规范的称为“P3”的部分的情况，该部分也是基于以太网协议但是具有比P7部分更少的约束，然而却建议使用被静态地配置用于飞机上的操作模式的网络。
在飞机中，ARINC 664 P7型网络和以太网(可能具有附加限制)型网络是彼此隔离的。通过使用不同的物理装置实现这些网络来获得该隔离。
这尤其意味着，为了确保这样的隔离，这些网络使用交换机和不同的物理传输装置。
于是可以设想，这种类型的隔离意味着至少双倍的每个物理部件来实现这些网络。这于是意味着在容纳这些网络的结构(比如飞机)中在体积和重量方面有许多问题。
在现有技术中，已经知道称为混合网络的几个网络示例，即同时具有ARINC 664P7型和以太网型的网络。
因此，根据已知示例，通过在两种类型的网络之间引入特定的网关来实现该混合性，从而使得能够在这些网络之间传递帧。然而，该解决方案并未减少所使用的物理部件的数量，并且因此没有回应上述体积和重量问题。
根据另一已知示例，通过使用这两种类型的网络所共用的交换机、但是包括专用于这些类型中的每一个的端口来实现ARINC 664 P7和具有预定路由的以太网的混合性。尽管该解决方案使得能够减少所使用的交换机的数量，但是它无法完全解决体积和重量问题，因为仍然需要使用不同的传输装置。另外，该解决方案增加了同一交换机内的端口的数量，这使得其结构尤其复杂。
发明内容
本发明的目的在于提出ARINC 664 P7和以太网的混合通信系统，其使得能够使用相同的交换机和相同的传输装置用于这些类型的网络，并且因此能够更有效地解决前述体积和重量问题。换言之，本发明的目的在于提出这样的混合通信系统，其使得能够使用相同的物理层用于前述网络，因此包括共同的交换机、布线和发射器/接收器端口。
为此，本发明的目的在于一种航空电子通信系统，其包括：
-多个交换机，其彼此连接以形成信息网络；
-多个设备，每个设备是数字数据发射器和/或接收器，并且连接到至少一个交换机；
所述系统使得：
-每个发射设备能够生成采用多个帧的形式的数字数据，每个帧具有标识符并且处于第一类型或第二类型，第一类型的帧遵循第一协议并且第二类型的帧遵循与第一协议不同的第二协议，相同类型的帧具有相同的标识符，从而形成该类型的流；
-每个交换机和每个接收设备被配置成确定接收到的每个帧的类型，并且根据所确定的类型、遵循第一协议或遵循第二协议来处理该帧，相对于第二类型的每个帧优先处理第一类型的每个帧；以及
-第一协议是ARINC 664 P7型协议，并且第二协议是具有预定路由的以太网型协议。
根据本发明的其他有利方面，所述系统包括单独考虑或根据所有可能的技术组合来考虑的以下特征中的一个或多个：
-每个交换机被配置成基于每个帧的字段来确定该帧的类型；
-所述字段对应于对应帧的头部；
-每个交换机被配置成遵循在该交换机中的预定配置表来对接收到的第二类型的每个帧应用过滤操作，每个过滤操作选自包括以下的操作组：
-识别对应帧的标识符，并且当根据所述配置表并未预计到其标识符时拒绝该帧；
-识别对应帧的尺寸，并且当根据所述配置表其尺寸超出所确定的阈值时拒绝该帧；
-每个发射设备被配置成以针对该流定义的最小节律来发射同一流中的第二类型的帧，所述最小节律对应于发射该流中的两个连续帧的最小间隔；
-每个发射设备被配置成根据针对该流定义的通带来发射同一流中的第二类型的帧；
-所述最小节律和所述通带是与第一类型的流的通带无关地、或者根据第一类型的流的通带针对第二类型的每个流所定义的；
-每个发射设备能够与其他发射设备无关地定义针对来自于该发射设备的第二类型的所有流的总通带，并且基于该全局通带来定义针对来自于该发射设备的每个流的通带；
-每个发射设备能够根据由其他发射设备确定的总通带来定义针对来自于该发射设备的第二类型的所有流的总通带，并且基于该总通带来定义针对来自于该发射设备的每个流的通带；
-针对来自于发射设备的第二类型的每个流的通带是在来自于该发射设备的第二类型的所有流之间等同地定义的，或者是根据该流的性质以加权方式定义的；
-第二类型的每个流的通带是根据该流的性质定义的；
-每个交换机被配置成针对所进入的第二类型的每个流控制以下值中的至少一个：
-该流的通带；
-抖动(gigue)；
-最小节律；
-每个交换机包括多个输入端口和多个输出端口，并且被配置成使第二类型的每个帧以预定方式行进到根据该帧的标识符确定的一个或多个输出端口；
-每个交换机被配置成以预定方式经由根据该帧的标识符确定的输入端口来接收第二类型的每个帧；
-针对第一类型的每个帧并且针对第二类型的每个帧定义优先级水平，第二类型的每个帧的优先级水平低于第一类型的每个帧的优先级水平。
附图说明
通过阅读下面的描述，本发明的这些特征和优点将愈发显现，该描述仅作为非限制性示例给出，并且是参考附图进行的，在附图中：
图1是飞行器的示意性视图，该飞行器包括ARINC 664 P7航空电子网络和具有预定路由的以太网型航空电子网络；
图2是根据本发明的通信系统的示意性视图，该通信系统实现图1的航空电子网络；并且
图3是根据该系统的特定实施例的由图2的通信系统传输的帧的示意性视图。
具体实施方式
在后文中，对规范、尤其是信息规范的任何提及都是指该规范的广泛原理，其是本领域技术人员众所周知的，并且其独立于该规范的各种版本，除非明确提及。
图1图示了飞行器10，比如飞机。
飞行器10包括ARINC 664 P7型的航空电子网络12和具有预定路由的以太网型的航空电子网络14。
航空电子网络12使得能够在各种航空电子系统之间传递敏感数据。“敏感数据”尤其是指其在传输时的丢失或延迟能够影响飞行器10的安全的任何数据。
与航空电子网络12相比，电子网络14使得能够传递较不敏感的数据。因此，例如，这些数据对应于在飞行器10与地面之间交换的维护数据。
根据本发明，航空电子网络12和14由同一个航空电子通信物理系统20来实现。
图2中图示了这样的航空电子通信系统20的示例。
因此，参考该图，该通信系统20包括多个交换机22A、…、22A和多个设备24A、…、24N。
每个设备24A、…、24N也称为英语术语“End System(终端系统)”，集成在航空电子系统中，并且确保该系统与网络12、14的通信。
因此，根据设备所集成于其中的航空电子系统，每个设备24A、…、24N可以是数字数据的发射器和/或接收器。
每个设备24A、…、24N经由传输装置并经由该交换机的至少一个端口而连接到交换机22A、…、22N中的至少一个。传输装置采用例如双绞线或使得能够双向传输数据的任何其他类型的线缆。
每个交换机22A、…、22N于是包括多个输入端口和输出端口以及一个配置表。每个输入端口能够接收进入的数字数据，以便遵循对应交换机的配置表传递给输出端口中的一个或多个，如后文将更详细地解释的那样。
在系统20的设计阶段确定每个配置表，并且每个配置表使得能够路由并控制由对应交换机传输的数字数据，如后文将解释的那样。
交换机22A、…、22N通过传输装置彼此连接，所述传输装置也采用例如双绞线或使得能够双向传输数据的任何其他类型的线缆。
根据本发明，在通信系统20中往来的数字数据采用第一类型的帧和第二类型的帧的形式。
第一类型的每个帧遵循ARINC 664 P7规范的协议。
第一类型的每个帧包括尤其含有称为“MAC DEST”的字段，其在图3中针对第一类型的帧T1意性地示出。
因此，如该图中所示的那样，该字段“MAC DEST”在6个八位字节上延伸。
在帧T1的情况下，如本身已知的那样，图3中通过附图标记字节3至字节6标示出的八位字节3至6被预留给ARINC 664 P7类型的所有帧所共用的特定的值。该值等于“00000011 0000 0000 0000 0000 0000 0000”。
另外，如也本身已知的，图3中通过附图标记字节1至字节2标示出的帧T1的八位字节1和2对应于定义帧的行进的值VL，称为“虚拟链路”(或英语的“virtual link”)。
此外，包括同一个VL值的第一类型的帧形成第一类型的同一个流。VL值存储在每个交换机的配置表中，对应于该VL值的流按照该配置表来传输，并且因此使得能够使每个帧在该交换机内行进。
在本发明的意义上，第一类型的每个帧的VL值称为对应帧的标识符。
如本身已知的，ARINC 664 P7类型的每个流是由对应的发射设备24A、…、24N以最小节律发射的，所述最小节律英语术语称为“BAG”(针对“Bandwidth Allocation Gap(带宽分配时隙)”)。该节律使得能够尤其定义针对对应的流允许的通带。
此外，如本身已知的，针对第一类型的每个帧根据该帧的VL值定义优先级水平。该优先级水平例如选自四个可能的水平。
第二类型的每个帧遵循具有预定路由的以太网规范(意指IEEE802.3-2000规范及其后续版本)的协议。
在后文中，“预定路由”意指由交换机22A、…、22N根据其来根据预定规则使每个帧行进的路由。
该预定规则尤其存储在每个交换机22A、…、22N的配置表中，所述配置表定义第二类型的每个帧在该交换机内的行进。
因此，例如，这是当每个交换机22A、…、22N的配置表针对每个帧定义输入端口和一个或多个输出端口时、或者当每个交换机22A、…、22N的配置表针对每个帧定义一个或多个输出端口时的情况。
根据本发明的一个特定实施例，第二类型的帧遵循ARINC 664 P3协议。
第二类型的每个帧还包括含有由IEEE 802.3保留的位的头部。
另外，当第二类型的帧遵循ARINC 664 P3协议时，该头部还包括图3中针对第二类型的帧T2图示的称为“MAC DEST”的字段。
根据本发明，第二类型的每个帧的头部、并且尤其是其八位字节3至6可以取与第一类型的帧的头部的对应八位字节不同的任何值，即不同于值“0000 0011 0000 00000000 0000 0000 0000”的任何值。
这于是使得能够确切地辨别第一类型的帧和第二类型的帧。
另外，根据本发明，第二类型的每个帧的头部定义Flow_ID值，其称为“流标识符”(或英语的“Flow ID(流ID)”)。在使用局部以太网的情况下，在IEEE802.3规范所预留的位之外定义该Flow_ID值。
包括同一个Flow_ID值的第二类型的帧形成第二类型的同一个流。该Flow_ID值存储在每个交换机的配置表中，对应于该Flow_ID值的流按照该配置表来传输。这使得该交换机能够识别每个帧并使该帧以遵循其配置表的预定方式行进。
在本发明的意义上，第二类型的每个帧的Flow_ID值称为对应帧的标识符。
如在图3中图示的，对于遵循ARINC 664 P3协议的帧T2，Flow_ID值可以例如由字段“MAC DEST”的八位字节1至3来携带。
最后，对于第二类型的每个流，定义优先级水平，并且由每个交换机22A、…、22N利用该优先级水平。例如针对每个帧基于该帧的Flow_ID值、根据对应的交换机22A、…、22N的配置表来定义该优先级水平。
根据本发明，无论第二类型的帧的优先级水平如何，其总是低于第一类型的每个帧的优先级水平。
根据本发明，为了传递不同类型的帧，每个交换机22A、…、22N的每个输入端口被配置成基于该帧的头部来确定接收到的每个帧的类型，并且遵循其类型来处理该帧，相对于第二类型的每个帧优先地处理第一类型的每个帧。
特别地，当交换机中的一个(例如，交换机22A)的输入端口确定了接收到的帧属于第一类型时，该交换机22A能够以针对ARINC 664 P7类型的帧的常规方式处理该帧。
该处理尤其包括由接收到该帧的输入端口实现以下每个过滤操作：
-识别帧的标识符，即其VL值，并且当根据交换机22A的配置表并未预计到其标识符时拒绝该帧；
-识别帧的尺寸，并且当根据交换机22A的配置表其尺寸超出所确定的阈值时拒绝该帧。
如果没有拒绝接收到的帧，则对应的输入端口被配置成遵循交换机22的配置表将该帧传递给一个或多个输出端口。因此，遵循该帧的优先级水平将该帧置于与(一个或多个)输出端口相关联的等待文件(file d’attente)中，一直保持相对于第二类型的每个帧更加优先。
另外，交换机22A还被配置成关于第一类型的每个流控制以下值：
-该流的通带；
-抖动；
-最小节律。
对于涉及第二类型的帧的情况，当交换机中的一个(例如，交换机22A)的输入端口确定了接收到的帧属于第二类型时，根据本发明的第一实施例，交换机能够将其处理为具有预定路由的以太网型的帧，同时考虑到其优先级水平低于第一类型的每个帧的每个优先级水平。
特别地，如前面的情况中那样，这样的处理包括识别由输入端口接收到的帧的标识符，即Flow_ID值，并且遵循该帧的标识符并遵循交换机22A的配置表来将该帧传输给一个或多个输出端口。
在该输出端口或每个输出端口中，遵循该帧的类型并遵循其优先级水平将该帧至于等待文件中。
此外，如前面的情况中那样，可以由对应的输入端口将前述过滤操作之一应用于该帧。
于是可以设想到，本发明的第一实施例使得能够通过使用相同的物理部件(即，相同的传输在、相同的交换机和相同的输入端口和输出端口)来实现ARINC 664 P7和以太网类型的网络的混合性。
这于是使得能够大幅减少飞行器10上机载的网络12和14的体积和重量。
此外，根据本发明，ARINC 664 P7网络的运转基本上不会降级，因为该网络的流的处理保持与在传统的ARINC 664 P7网络中应用的处理相同，因为在该设计中，将以太网流视为最低的补充优先级水平。换言之，在发射期间，该系统不会抢先，这意味着唱第二类型的帧正在发射时，该发射会结束，并且特别地，不会在第二类型的帧到达的情况下中断。对每个交换机处的性能的影响因此最多为一个最大尺寸的帧。实际上，ARINC 664 P7型的流仍然保持相对于以太网型的流更加优先。
后文描述的实施例仅涉及对第二类型的流的特定处理，以便使网络14的确定性更好。
特别地，在这些实施例中的每一个中，每个发射设备24A至24N被配置成以最小节律发射同一流中的第二类型的帧，所述最小节律是针对该流并且根据针对该流定义的通带来定义的。
最小节律对应于同一流中的两个连续帧的最小发射间隔。
通带对应于同一流中的帧的最大流率。
这些节律和这些通带是在系统20的设计阶段定义的，并且以对应的Flow_ID值存储在对应交换机22A、…、22N的配置表中。
因此，就与第一类型的流的属性类似的属性与第二类型的这些流相关联而言，第二类型的流称为“已实现BAG(BAGués)”。
在这种情况下，因此可以将每个交换机22A、…、22N配置成控制每个进入的流的通带和/或其抖动和/或其最小节律。
因此，根据第二实施例，与第一类型的流的通带无关地定义第二类型的每个流的通带。
根据该实施例，因此不会保障第二类型的流的通带，因为第一类型的流保持相对于第二类型的流更加优先。
根据第三实施例，根据第一类型的流的通带来确定第二类型的每个流的通带。
这尤其意味着第二类型的每个流的通带被定义为对应的传输装置的最大通带在减去对应的第一类型的流的通带之后(并且可能地虑及保留通带)剩余的通带。
根据可与第二或第三实施例结合的第四实施例，每个发射设备24A、…、24N能够与其他发射设备24A、…、24N无关地定义针对来自于该发射设备24A、…、24N的第二类型的所有流的总通带。
在这种情况下，因此局部地定义每个总通带。接下来，基于该总通带，对应的发射设备24A、…、24N能够等同地或加权地定义针对来自于该发射设备的每个流的通带。
特别地，在该后一种情况下，对应的发射设备可以根据例如该流的优先级水平、其性质等来定义针对其流中的每一个的通带。
根据可与第二或第三实施例结合的第五实施例，每个发射设备24A、…、24N能够根据由其他发射设备24A、…、24N所确定的总通带来定义针对来自于该发射设备的第二类型的所有流的总通带。
在这种情况下，为发射设备24A、…、24N中的每一个赋予相同的总通带，其对应于由发射设备24A、…、24N定义的所有总通带当中的最小总通带。
接下来，如前面的情况中那样，基于总通带，每个发射设备以等同或加权的方式定义针对其流中的每一个的通带。
最后，根据可与第二或第三实施例结合的第六实施例，以自动的且例如由为此而设计的外部工具所优化的方式来确定针对第二类型的每个流的通带。
该工具例如根据第二类型的流的优先级水平、其性质等来为第二类型的流赋予通带。
要理解的是，其他实施例、并且尤其是对第二类型的流的通带的各种确定方式也是可能的。

Claims (15)

1.一种航空电子通信系统(20)，其包括：
-多个交换机(22A、…、22N)，其彼此连接以形成信息网络；
-多个设备(24A、…、24N)，每个设备(24A、…、24N)是数字数据发射器和/或接收器，并且连接到至少一个交换机(22A、…、22N)；
所述系统(20)的特征在于：
-每个发射设备(24A、…、24N)能够生成采用多个帧的形式的数字数据，每个帧具有标识符(VL、Flow_ID)并且处于第一类型或第二类型，第一类型的帧遵循第一协议并且第二类型的帧遵循与第一协议不同的第二协议，相同类型的帧具有相同的标识符(VL；Flow_ID)，从而形成该类型的流；
-每个交换机(22A、…、22N)和每个接收设备(24A、…、24N)被配置成确定接收到的每个帧的类型，并且根据所确定的类型、遵循第一协议或遵循第二协议来处理该帧，相对于第二类型的每个帧优先处理第一类型的每个帧；以及
-第一协议是ARINC 664P7型协议，并且第二协议是具有预定路由的以太网型协议。
2.根据权利要求1所述的系统(20)，其中，每个交换机(22A、…、22N)被配置成基于每个帧的字段来确定该帧的类型。
3.根据权利要求2所述的系统(20)，其中，所述字段对应于对应帧的头部。
4.根据权利要求2或3所述的系统(20)，其中，每个交换机(22A、…、22N)被配置成遵循在该交换机(22A、…、22N)中的预定配置表来对接收到的第二类型的每个帧应用过滤操作，每个过滤操作选自包括以下的操作组：
-识别对应帧的标识符，并且当根据所述配置表并未预计到其标识符(Flow_ID)时拒绝该帧；
-识别对应帧的尺寸，并且当根据所述配置表其尺寸超出所确定的阈值时拒绝该帧。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(20)，其中，每个发射设备(24A、…、24N)被配置成以针对该流定义的最小节律来发射同一流中的第二类型的帧，所述最小节律对应于发射该流中的两个连续帧的最小间隔。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(20)，其中，每个发射设备(24A、…、24N)被配置成根据针对该流定义的通带来发射同一流中的第二类型的帧。
7.根据权利要求5和6所述的系统(20)，其中，所述最小节律和所述通带是与第一类型的流的通带无关地、或者根据第一类型的流的通带针对第二类型的每个流所定义的。
8.根据权利要求6或7所述的系统(20)，其中，每个发射设备(24A、…、24N)能够与其他发射设备(24A、…、24N)无关地定义针对来自于该发射设备(24A、…、24N)的第二类型的所有流的总通带，并且基于该全局通带来定义针对来自于该发射设备(24A、…、24N)的每个流的通带。
9.根据权利要求6或7所述的系统(20)，其中，每个发射设备(24A、…、24N)能够根据由其他发射设备(24A、…、24N)所确定的总通带来定义针对来自于该发射设备(24A、…、24N)的第二类型的所有流的总通带，并且基于该总通带来定义针对来自于该发射设备(24A、…、24N)的每个流的通带。
10.根据权利要求8或9所述的系统(20)，其中，针对来自于发射设备(24A、…、24N)的第二类型的每个流的通带是在来自于该发射设备(24A、…、24N)的第二类型的所有流之间等同地定义的，或者是根据该流的性质以加权方式定义的。
11.根据权利要求6或7所述的系统(20)，其中，第二类型的每个流的通带是根据该流的性质定义的。
12.根据权利要求5至11中的任一项所述的系统(20)，其中，每个交换机(22A、…、22N)被配置成针对所进入的第二类型的每个流控制以下值中的至少一个：
-该流的通带；
-抖动；
-最小节律。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(20)，其中，每个交换机(22A、…、22N)包括多个输入端口和多个输出端口，并且被配置成使第二类型的每个帧以预定方式行进到根据该帧的标识符确定的一个或多个输出端口。
14.根据权利要求13所述的系统(20)，其中，每个交换机(22A、…、22N)被配置成以预定方式经由根据该帧的标识符确定的输入端口来接收第二类型的每个帧。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(20)，其中，针对第一类型的每个帧并且针对第二类型的每个帧定义优先级水平，第二类型的每个帧的优先级水平低于第一类型的每个帧的优先级水平。
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