CN111585829A - 经异步通信网接收数据的电子装置和方法、相关通信系统和计算机程序 - Google Patents

经异步通信网接收数据的电子装置和方法、相关通信系统和计算机程序 Download PDF

Info

Publication number
CN111585829A
CN111585829A CN202010096501.XA CN202010096501A CN111585829A CN 111585829 A CN111585829 A CN 111585829A CN 202010096501 A CN202010096501 A CN 202010096501A CN 111585829 A CN111585829 A CN 111585829A
Authority
CN
China
Prior art keywords
network
receiving device
electronic
elementary
jitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010096501.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111585829B (zh
Inventor
S·莫尼耶
P·卡皮尔乔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales Group
Original Assignee
Thales Group
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales Group filed Critical Thales Group
Publication of CN111585829A publication Critical patent/CN111585829A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111585829B publication Critical patent/CN111585829B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40Bus networks
    • H04L12/40052High-speed IEEE 1394 serial bus
    • H04L12/40104Security; Encryption; Content protection
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10Flow control; Congestion control
    • H04L47/28Flow control; Congestion control in relation to timing considerations
    • H04L47/283Flow control; Congestion control in relation to timing considerations in response to processing delays, e.g. caused by jitter or round trip time [RTT]
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/08Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters
    • H04L43/0852Delays
    • H04L43/087Jitter
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46Interconnection of networks
    • H04L12/4604LAN interconnection over a backbone network, e.g. Internet, Frame Relay
    • H04L12/462LAN interconnection over a bridge based backbone
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46Interconnection of networks
    • H04L12/4641Virtual LANs, VLANs, e.g. virtual private networks [VPN]
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/54Store-and-forward switching systems 
    • H04L12/56Packet switching systems
    • H04L12/5601Transfer mode dependent, e.g. ATM
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/14Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic
    • H04L63/1408Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic by monitoring network traffic
    • H04L63/1416Event detection, e.g. attack signature detection
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/14Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic
    • H04L63/1408Network architectures or network communication protocols for network security for detecting or protecting against malicious traffic by monitoring network traffic
    • H04L63/1425Traffic logging, e.g. anomaly detection
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40Bus networks
    • H04L2012/40267Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/4028Bus for use in transportation systems the transportation system being an aircraft
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/44Star or tree networks
    • H04L2012/445Star or tree networks with switching in a hub, e.g. ETHERNET switch
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/54Store-and-forward switching systems 
    • H04L12/56Packet switching systems
    • H04L12/5601Transfer mode dependent, e.g. ATM
    • H04L2012/5638Services, e.g. multimedia, GOS, QOS
    • H04L2012/5646Cell characteristics, e.g. loss, delay, jitter, sequence integrity
    • H04L2012/5649Cell delay or jitter

Abstract

用于经由包括至少一个基本网络的异步通信网络(16)接收数据的电子装置(20)被配置为连接到所述基本网络,并且包括:接收模块(42),被配置为经由异步通信网络(16)接收若干个连续的数据帧,每个帧根据预定义的发送表并以两个连续帧的发送时刻之间的最小时间间隔来通过所述基本网络发送;验证模块(44),被配置为对于至少两个接收到的数据帧,根据在所述基本网络上接收的至少两个帧的最小时间间隔和接收时刻来估算网络抖动,然后将估算的抖动与网络抖动值的授权范围进行比较。

Description

经异步通信网接收数据的电子装置和方法、相关通信系统和 计算机程序
技术领域
本发明涉及一种电子接收装置,用于经由包括至少一个基本网络的异步通信网络接收数据,该电子装置被配置为连接至所述基本网络。
本发明还涉及一种电子数据通信系统,包括通过异步通信网络彼此连接的电子发送装置和电子接收装置,该通信网络包括至少一个基本网络。
本发明还涉及一种用于经由包括至少一个基本网络的异步通信网络接收数据的接收方法,该方法由连接到所述基本网络的电子接收装置执行。
本发明还涉及一种包括计算机程序的计算机可读介质,该计算机程序包括软件指令,该软件指令在由计算机执行时实现这种接收方法。
本发明涉及与异步通信网络(例如,以太网通信网络)进行通信的系统领域,特别是航空器上的航空电子通信系统,例如根据标准ARINC 664的部分7的航空电子通信系统。
背景技术
从文献FR 2 864 393 B1中已知的是以太网全双工交换类型的异步通信网络,以及用于这种网络的监测方法,特别是在航空电子领域。
该通信网络包括两个独立的基本网络,每个基本网络包括由至少一个物理链路通过至少一个交换机彼此连接的至少一个源设备项和至少一个接收设备项。每个设备项都连接到每个基本网络,并且源设备项在独立的基本网络上通过虚拟链路发送的每个帧包括号码,该数字包括在预定间隔中。
在设备项在给定时刻通过虚拟链路接收帧的接收中,为了管理基本网络之间的冗余,监测方法包括:对于虚拟链路,限定在所述预定间隔中包括的窗口,预定间隔对应于在该给定时刻已经接收到的帧;将接收到的帧的号码与所述窗口进行比较,以及在所述窗口中不包括帧号时考虑接收到的帧。
但是,这种异步通信网络和这种监测方法在网络安全方面不是很稳健,并且特别是对潜在的网络攻击敏感。
发明内容
因此,本发明的目的是提出用于经由异步冗余通信网络接收数据的电子装置和方法,使得可以改善网络的监测,并且尤其是更有效地检测网络攻击。
为此,本发明涉及一种用于经由包括至少一个基本网络的异步通信网络接收数据的电子接收装置,该电子装置被配置为连接到所述基本网络,并且包括:
-接收模块,被配置为经由异步通信网络接收若干个连续的数据帧,每个帧是根据预定义的发送表并以两个连续帧的发送时刻之间的最小时间间隔来通过基本网络发送的;
-验证模块,被配置为:对于至少两个接收到的数据帧,根据所述基本网络上接收的至少两个帧的最小时间间隔和接收时刻来估算网络抖动,然后将估算的抖动与网络抖动值的授权范围进行比较。
于是,根据本发明的电子接收装置可以通过根据帧的最小时间间隔和接收时刻估算网络的抖动,然后将估算的抖动与网络抖动值的授权范围进行比较来改善异步网络的监测。确实,观察网络抖动并检测异常的抖动值可以更容易地检测连接到网络的设备项被恶意设备替换、网络交换机被恶意交换机替换、以及例如由于网络攻击而导致的对网络的异常使用。
根据本发明的其他有利方面,电子接收装置包括以下特征的一个或若干个,这些特征单独考虑或根据所有技术上可能的组合考虑:
-网络抖动值的授权范围是通过初步学习确定的,初步学习包括预定义序列的帧的发送,优选地,对应于授权网络抖动值的正常序列和对应于不符合要求的网络抖动值的异常序列的发送;
-网络抖动值的授权范围是通过网络的静态分析确定的;
-网络抖动值的授权范围取决于发现航空器的运行阶段,在该航空器上的电子接收装置被配置为嵌入的;
-验证模块还被配置为将各个基本网络的估算的抖动与成组的基本网络的其他基本网络的估算抖动进行比较,该成组的基本网络对应于具有至少一个公共网络交换机的数据传输路径;
-验证模块被配置为根据分开两个接收时刻的持续时间并根据预定义的帧间时间段估算网络抖动,预定义的帧间时间段是最小时间间隔的函数;
优选地,预定义的帧间时间段等于最小时间间隔除以过采样因子;
优选地,预定义的帧间时间段大于网络抖动值的授权范围的最大值的两倍;
-该装置是根据标准ARINC 664的部分7的航空电子设备,并且接收模块被配置为根据符合标准ARINC 664的部分7的协议来接收每个帧;以及
-验证模块至少部分地以诸如FPGA(现场可编程门阵列)之类的可编程逻辑组件的形式制成。
本发明还涉及一种电子数据通信系统,该电子数据通信系统包括通过异步通信网络彼此连接的电子发送装置和电子接收装置,该异步通信网络包括至少一个基本网络,该电子发送装置被配置为通过所述基本网络向电子接收装置发送若干个连续的数据帧,该电子接收装置是如上所限定的。
本发明还涉及一种用于经由包括至少一个基本网络的异步通信网络接收数据的接收方法,该接收方法由连接到所述基本网络的电子接收装置执行,并且包括:
-接收步骤,用于经由异步通信网络接收若干个连续的数据帧,每个帧是根据预定义的发送表并以两个连续帧的发送时刻之间的最小时间间隔来通过基本网络发送的;
-验证步骤,用于验证至少两个接收的数据帧,该验证步骤包括:根据在所述基本网络上接收的至少两个帧的最小时间间隔和接收时刻对网络抖动的估算,随后的将估算的抖动与网络抖动值的授权范围进行的比较。
本发明还涉及一种包括计算机程序的计算机可读介质,该计算机程序包括软件指令,该软件指令在由计算机执行时实现如上限定的接收方法。
附图说明
在阅读以下描述时,本发明的这些特征和优点将变得更加清楚,以下描述仅作为非限制性示例提供,并且参考附图进行了说明,其中:
图1是根据本发明的配备有通信系统的航空器的示意图,该航空器包括通过异步通信网络彼此连接的至少两个航空电子设备项。
图2是示出根据预定义的发送表并且以两个连续帧的发送时刻之间的最小时间间隔通过在图1的异步通信网络的基本网络发送帧的示意图。
图3是示出从接收时刻和估算的网络抖动来监测帧接收的示意图;以及
图4是图1的通信系统内的数据传输方法的流程图。
具体实施方式
在说明书的其余部分中,表述“基本上等于”将相等关系限定为在正负10%之内,优选地在正负5%之内。
在图1中,航空器10包括通信系统12,该通信系统12包括通过异步通信网络16(例如,冗余以太网通信网络)彼此连接的至少两个电子设备项14。
优选地,航空器10是飞机。替代地,航空器10是直升飞机或由飞行员远程驾驶的无人驾驶飞机。
通信系统12包括若干个电子设备项14,诸如,如图1的示例中的航空电子设备,其中通信系统12被嵌入航空器10。
通信系统12包括通过异步通信网络16彼此连接的电子发送装置18和电子接收装置20。
在图1的示例中,优选地,每个电子设备项14一方面被配置为向其他电子设备14发送数据,另一方面被配置为从其他电子设备14接收数据。然后,优选地,每个电子设备项14包括发送装置18和接收装置20。
本领域技术人员当然将理解,仅旨在发送数据而不接收数据的电子设备项14将包括发送装置18,而不包括接收装置。相反,仅旨在从其他航空电子设备项14接收数据的电子设备项14将包括接收装置20,但不包括发送装置。
优选地,每个电子设备项14根据标准ARINC 664的部分7。
在图1的示例中,每个电子设备项14包括信息处理单元22,例如由与处理器26相关联的存储器24组成。
在图1的示例中,为了简化附图,详细示出了单个电子设备项14,其包含不同装置和模块。
通信网络16包括至少一个网络交换机28和至少一个双向链路30,每个网络交换机28经由相应的双向链路30连接到一个或若干个电子设备项14。优选地,如在图1的示例中,通信网络16包括若干个网络交换机28,其中,通信网络16包括通过双向链路30彼此连接的两个网络交换机28。
本领域技术人员将理解,当通信网络16是例如交换“全双工”以太网类型的以太网通信网络时,每个网络交换机28是例如交换“全双工”以太网类型的以太网网络交换机,并且每个双向链路30是例如交换“全双工”以太网类型的双向以太网链路。
优选地,通信网络16符合标准ARINC 664的部分7,然后每个网络交换机28也符合标准ARINC 664的部分7。通信网络16例如是具有根据标准ARINC 664的部分7的一个或若干个网络交换机28的AFDX(航空全双工交换以太网)网络。
如例如在文献US 2003/0152077A1中所限定的,交换“全双工”以太网类型的通信网络16基于标准IEEE802.3描述的交换全双工以太网标准,并且相对于该标准提供了改进的功能以允许更好的信息传输的可靠性,尤其是在航空电子领域。
通信网络16通过在以太网网络上添加通信服务来提供确定的传输时间。该确定性方面使用虚拟链路概念,该虚拟链路概念是源设备项14到至少一个接收设备项14的连接的概念表示。这种虚拟链路概念可以隔离源设备项14和接收设备项14之间的数据传输。虚拟链路被视为网络16上的“管道”。
如文献FR 2864393B1所述,虚拟链路的特征例如在于:
-传输方向,虚拟链路是单向链接,
-单一源设备项14
-一个或若干个接收设备项14,
-冻结的带宽(数据包(packet)的最大数量及其每秒的最大尺寸),
-保证数据包从源设备项14到接收设备项14的最大传输时间,而与网络16的其余部分的行为无关,每个虚拟链路都有自己的传输时间,
-网络16上的冻结路径,以及
-唯一标识符。
交换机28从静态配置中了解其必须交换的虚拟链路以及为该虚拟链路授权的数据包的数量。
该虚拟链路概念可以通过配置路由和分配给虚拟链路的带宽来冻结设备项14之间的通信。因此,保证了虚拟链路形成的流不会被网络中沿其路径的共享所有相同的物理链路的其他流所干扰。另外,该虚拟链路概念通过对流进行集中管理,可以保证分配给同一物理链路上虚拟链路的带宽之和不超过其技术的能力。
异步通信网络16包括至少一个基本网络,例如对应于相应的虚拟链路。
优选地,异步通信网络16是冗余通信网络,并且包括相对于彼此冗余的至少两个独立的基本网络。在这种情况下,两个电子设备项14,即源设备项和接收设备项,经由至少两个独立的基本网络进行通信。以已知的方式,在每个所述网络上逐帧地提供冗余。
例如,在虚拟链路上,源设备将信息帧32连续地发送到接收设备。所述帧32的每一个以相同的数据段(data field)被发送到每个网络上。基于所述基本网络的负载和配置,这两个帧32可以在不同的时刻到达接收设备。在此,考虑两个基本网络正常工作的情况,因此两个发送的帧32到达接收设备项14。
数据帧32或数据包被限定为通过通信网络16在单次操作中发送的数据集。不破译(interprete)每个帧32的数据。通信网络16在不知道其含义的情况下传输它们。
每个帧32包括帧标识符和数据段。帧标识符被包括在用于将帧32传送到其目的地的网络数据中。数据段对应于有用的数据,它是帧的“有效负载”。
每个帧32通常包括有用的数据部分以及帧头和帧脚部分。然后,将帧标识符包括在帧头和帧脚部分中,数据段对应于有用的数据部分。
在标准ARINC 664的部分7的示例中,帧标识符由相应的虚拟链路的标识符(也表示为VL_ID(虚拟链路标识符))和序列号(SN)组成。相应的虚拟链路的标识符(或VL_ID)被包括在目标地址段(adderss field)中,而目标地址段又被包括在帧头和帧脚部分中。序列号是给定虚拟链路的计数器,并且每次发送具有相同虚拟链路标识符(VL_ID)的帧32时都会递增,从而可以区分与相同虚拟链路关联的两个帧32。序列号(或SN)也被包括在帧头和帧脚部分中。
每个电子发送装置18被配置为在每个基本网络上向接收电子装置20发送至少一个数据帧32。每个发送装置18被配置为连接到每个基本网络。
在图1的示例中,于是每个发送装置18包括发送模块40,发送模块40被配置为在通信网络16冗余时,在相应的基本网络上,优选地在每个基本网络上向接收电子装置20发送至少一个数据帧32。
每个发送装置18例如是根据标准ARINC 664的部分7的航空电子设备,然后将发送模块40配置为根据符合标准ARINC 664的部分7的协议来发送每个帧32。
每个电子接收装置20被配置为经由异步通信网络16接收数据,特别是数据帧32。每个接收装置20被配置为连接至每个基本网络。
每个接收装置20包括接收模块42,该接收模块42被配置为经由通信网络16接收若干个连续的数据帧32,每个帧32是根据预定义的发送表TAB并且以两个连续帧32的发送时刻之间的最小时间间隔BAG通过基本网络发送的。
根据本发明,每个接收装置20包括验证模块44,该验证模块44被配置为:对于至少两个接收到的数据帧32,根据所述基本网络上接收的至少两个帧32的最小时间间隔BAG和接收时刻估算网络抖动G,然后将估算的抖动G与网络抖动值的授权范围进行比较。
每个接收装置20例如是符合标准ARINC 664的部分7的航空电子设备,于是接收模块42被配置为根据符合标准ARINC 664的部分7的协议来接收每个帧32。
每个网络交换机28本身是已知的,并且包括若干个通信端口(也称为连接端口),每个通信端口能够连接到相应的电子设备项14。
在图1的示例中,发送模块40、接收模块42和验证模块44均以由处理器26可执行的软件或软件组件的形式制成。然后,存储器24能够存储发送软件,该发送软件被配置为根据预定义的发送表TAB通过相应的基本网络向至少一个其他接收装置20发送至少一个数据帧32。存储器24还能够存储接收软件和验证软件,接收软件被配置为经由通信网络16接收在所述基本网络上传输的至少一个数据帧32,验证软件被配置为:对于至少两个接收到的数据帧32,根据所述基本网络上接收的至少两个帧32的最小时间间隔BAG和接收时刻估算网络抖动G,然后将估算的抖动G与网络抖动值的授权范围进行比较。然后,信息处理单元22的处理器26在发送装置18的情况下能够执行发送软件,或者在接收装置20的情况下能够执行接收软件和验证软件。
在未示出的替代方案中,发送模块40、接收模块42和验证模块44均以诸如FPGA(现场可编程门阵列)之类的可编程逻辑组件的形式或以诸如ASIC(专用集成电路)之类的专用集成电路的形式制成。
同样,在一种变型中,并且根据一个优选实施例,发送模块40和接收模块42各自以由处理器26可执行的软件或软件组件的形式制成;验证模块44以诸如FPGA等可编程逻辑组件的形式制成。
当电子接收装置20以一个或若干个软件程序的形式制成时,即以计算机程序的形式制成时,它还能够被存储在计算机可读的的介质(未示出)上。例如,计算机可读介质是适合于存储电子指令并且能够与计算机系统的总线耦接的介质。作为示例,可读介质是光盘、磁光盘、ROM存储器、RAM存储器、任何类型的非易失性存储器(例如,EPROM、EEPROM、FLASH、NVRAM)、磁卡或光学卡。然后将包括软件指令的计算机程序存储在可读介质上。
发送模块40被配置为根据预定义的发送表TAB并且以两个帧32的发送时刻之间的最小时间间隔BAG在对应基本网络上发送每个数据帧32,两个帧32通过所述基本网络依次发送,如图3所示。
在图2的示例中,与第一虚拟链路A相关联的每个帧32表示为Ak,其中k是从1开始递增的整数索引。类似地,与第二虚拟链路B相关联的每个帧32表示为Bi,并且与第三虚拟链路C相关联的每个帧32表示为Ck。然后,本领域技术人员将理解,虚拟链路A、B、C的每一个形成所述异步通信网络16的基本网络。
在图2的该示例中,预定义的发送表TAB包括用于第一虚拟链路A的帧A1、用于第二虚拟链路B的帧B1、以及用于第三虚拟链路C的两个帧C1和C2,然后最小时间间隔BAG在这两个帧C1、C2的发送时刻之间被示出。
验证模块44能够根据所述基本网络上接收的至少两个帧32的最小时间间隔BAG和接收时刻来估算网络抖动G,将估算的抖动G与网络抖动值的授权范围进行比较。作为可选的补充,验证模块44能够在估算的抖动G不一致的情况下,即在估算的网络抖动G的值不包括在网络抖动值的授权范围内时产生警报。
优选地,验证模块44被配置为根据分开两个接收时刻的持续时间ΔTR和预定义的帧间时间段ΔTT来估算网络抖动G,预定义的帧间时间段ΔTT是最小时间间隔的函数。
预定义的帧间时间段ΔTT例如等于最小时间间隔BAG除以过采样因子K。
验证模块44例如被配置为根据下式估算网络抖动G:
[式1]
Figure BDA0002385432030000091
其中,G代表估算的网络抖动;
ΔTR代表持续时间,该持续时间将接收模块42在所述基本网络上接收的两个帧32的接收时刻分开;
E代表整数部分运算符,返回小于或等于所考虑数字的最大整数,E(z)即小于或等于z的最大整数;以及
ΔTT代表预定义的帧间时间段,例如,ΔTT验证下式:
[式2]
Figure BDA0002385432030000092
其中,BAG代表两个连续帧32的发送时刻之间的最小时间间隔;以及K代表过采样因子。
最小时间间隔也称为BAG(带宽分配间隙),于是对应于带宽分配间隙。
当通信网络16符合标准ARINC 664的部分7并包括虚拟链路(VL)时,该最小时间间隔BAG是通信网络16的重要特性,并且对应于可以发送数据的最大速度,因为这样可以确保以最小时间间隔发送数据。
换句话说,在通信网络16符合标准ARINC 664的部分7的情况下,分配给虚拟链路的带宽由最小时间间隔BAG来表征,该最小时间间隔BAG限定了属于相同虚拟链路的两个连续帧的发送的开始之间的最小时间。在通过通信网络16之后,被该最小时间间隔BAG分开的两个帧可以在接收装置20处彼此并存。此外,标准ARINC 664的部分7未限定分开相同的虚拟链路的两个帧的时间间隔的最大值。
但是,对于要在相同的基本网络上,特别是在相同的虚拟链路上连续发送的成组的帧32,帧32不能以两个连续帧32之间的时间间隔被系统地精确发送,该时间间隔等于该最小时间间隔BAG,然后可以观察到理论发送时刻与观察到的(或测量到的)发送时刻之间的偏移,此偏移称为发送抖动。发送抖动通常小于500μs。
最小时间间隔BAG例如基本上等于16ms或32ms。
然后,发送表TAB能够通过以下方式控制发送抖动:限定在相同基本网络上,特别是在相同虚拟链路上的连续帧32的发送时刻,然后通过构造保证将在所述基本网络上的帧32的两个连续发送分开的持续时间。
然后本领域技术人员将观察到,发送表TAB还为通信网络16提供了发送时间签名,然后该发送时间签名由验证模块44使用,以便检测通信网络16上的任何异常。
作为可选的补充,验证模块44还被配置为将各个基本网络的估算的抖动G与成组的基本网络的其他基本网络的估算的抖动G进行比较,该成组的虚拟链路对应于具有至少一个公共网络交换机28的数据传输路径。
作为可选的补充,验证模块44被配置为实现用于在每个基本网络上逐帧管理冗余的算法,如文献FR 2,864,393B1中公开的那样。
根据该可选的补充,优选地,验证模块44被配置为在根据所述基本网络上接收的至少两个帧32的最小时间间隔BAG和接收时刻来估算网络抖动G之前,实施所述冗余管理算法,然后将估算的抖动G与网络抖动值的授权范围进行比较。换句话说,根据该可选的补充,优选地,网络抖动G在实现冗余管理算法之后被估算。
根据该可选的补充,在前述示例性实施例中,其中,基本网络是虚拟链路的形式,然后验证模块44能够将针对各个虚拟链路的估算的抖动与成组的虚拟链路的其他虚拟链路的估算的抖动G进行比较,该成组的虚拟链路对应于具有至少一个公共网络交换机28的数据传输路径。
网络抖动值的授权范围例如是通过初步学习确定的,初步学习包括预定义序列的帧的发送。优选地,该初步学习包括发送对应于授权网络抖动值的正常序列和对应于不符合要求的网络抖动值的异常序列。不符合要求的网络抖动值是指超出网络抖动值授权范围的值,也就是说,不属于所述授权范围的值。
换句话说,于是网络抖动值的授权范围通过机器学习方法确定。
在这些机器学习方法中,基于统计方法的机器学习方法(例如朴素贝叶斯方法)似乎更适合于表征来自接收装置20的网络抖动。在这种情况下,带有标签的第一监测学习阶段将利用专门为学习限定和标记的数据建立。首先,这种监测学习将可以开发网络抖动模型,然后将其嵌入到接收装置20中以在操作中使用以检测异常行为。
此外,在这些机器学习方法中,来自不同虚拟链路但在公共物理路径上循环的数据的影响可以通过无监测学习方法(例如聚类k均值方法)来表征,该方法根据距离的值的函数对交换的数据进行分类,此处距离被选择为实际路径的特征,也就是说,是数据帧32共有的实际路径的网络抖动的影响的特征。
在变型中或附加地,网络抖动值的授权范围是通过网络16和预定义的发送表TAB的静态分析来确定的。
作为可选的补充,网络抖动值的授权范围取决于发现航空器10的运行阶段,在该航空器10中电子接收装置20被配置为嵌入的。实际上,通信网络16的带宽取决于航空器10的运行阶段,然后网络抖动G也将根据航空器10的运行阶段而变化。例如,网络抖动值的第一授权范围与航空器10的地面阶段相关联,并且网络抖动值的第二授权范围与航空器10的飞行阶段相关联。优选地,所述第二范围包括大于所述第一范围的那些值的值。这样就可以解决飞行阶段和地面阶段之间的流量差异。在地面上,网络抖动G较低,这是因为航空器10的所有设备项均未运行。
另外,优选地,预定义的帧间时间段ΔTT大于网络抖动值的授权范围的最大值Gmax的两倍。
现在将使用图4来说明根据本发明的通信系统12的操作,该图4示出了通信系统12内经由异步通信网络16从发送装置18到接收装置20的数据传输方法的流程图。
在初始步骤100期间,发送装置18经由其发送模块40在异步通信装置16的各个基本网络上向接收装置20发送若干个数据帧32。各个基本网络形成用于传输所述帧32的数据链路,并且例如在通信网络16符合标准ARINC664的部分7时对应于虚拟链路。
在步骤110期间,每个接收装置20在异步通信网络16的所述基本网络上(即在所述数据链路上),经由其接收模块42接收发送的数据帧32。
然后,在接下来的步骤120期间,已经接收到若干帧32的每个接收装置20通过其验证模块44验证从这些接收的帧32估算的网络抖动的值是一致的,并且如果不是一致的,则生成警报信号。
然后,验证步骤120包括子步骤130,在该子步骤130期间,验证模块44根据在所述基本网络上接收的帧32的最小时间间隔BAG和接收时刻来估算网络抖动G。
验证步骤120接下来包括子步骤140,在该子步骤140期间,验证模块44将估算的网络抖动G与网络抖动值的授权范围进行比较。在该比较期间检测到不一致的情况下,即,如果网络抖动G的估算的值在网络抖动值的授权范围之外,则由验证模块44生成警报。
然后,图3示出了对于不同的估算级别,通过根据前一帧32的接收时刻计算下一帧32的授权的连续接收时间范围,验证网络抖动G不超过网络抖动值的授权范围的最大值Gmax
例如,当例如基于图3中的帧C1和C2,或帧C2和C3,或帧C3和C4的接收时刻根据最大网络抖动值Gmax对连续接收的两个帧32(也就是说,在具有标识符N的前一帧和具有标识符N+1的后一帧之间)进行网络抖动G的估算时,该估算被称为级别1,也表示为N1。类似地,当例如基于图3中的帧C1和C3,或帧C2和C4的接收时刻在具有标识符N的前一帧和具有标识符N+2的后一帧之间进行此估算时,该估算被称为级别2,也表示为N2。类似地,当例如基于图3中的帧C1和C4的接收时刻在具有标识符N的前一帧和具有标识符N+3的后一帧之间进行该估算时,该估算被称为级别3,也表示为N3,依此类推。
对于每个估算级别Ni,下一帧32的连续授权接收时间范围然后由从前一帧32的接收时刻开始的最小持续时间Tjm(Ni)和最大持续时间TjM(Ni)限定,其中,i是与估算级别相关的大于或等于1的整数索引;j是大于或等于1的整数索引,并且在每个新的授权连续时间范围上加1。换句话说,例如,对于估算级别1(表示为N1),从前一帧32的接收时刻开始,第一授权时间范围在最小T1m(N1)和最大T1M(N1)持续时间之间,第二授权时间范围在最小T2m(N1)和最大T2M(N1)持续时间之间,依此类推。类似地,对于估算级别2(表示为N2),从先前接收的帧32的接收时刻开始,第一授权时间范围在最小T1m(N2)和最大T1M(N2)持续时间之间,第二授权时间范围在最小T2m(N2)和最大T2M(N2)持续时间之间,依此类推。
例如,最小Tjm(Ni)和最大TjM(Ni)持续时间验证下式:
[式3]
Tjm(Ni)=i·BAG+(j-1)·ΔTT-Gmax
[式4]
TjM(Ni)=i·BAG+(j-1)·ΔTT+Gmax
其中,i表示估算级别的整数索引,i≥1;
j表示授权接收时间范围的整数索引,j≥1;
BAG表示两个连续帧32的发送时刻之间的最小时间间隔;
ΔTT代表例如验证等式(式2)的预定义的、先前限定的帧间时间段;以及Gmax代表网络抖动值的授权范围的最大值。
在相对于网络抖动值的授权范围的最大值Gmax的网络抖动G的该验证之后,当下一帧32的接收时刻在从前一帧32的接收时刻开始的授权的相应接收时间范围之外时,验证模块44触发警报(表示为ALM)。
在图3的示例中,对于该估算级别N2,自帧C2的接收时刻开始,在最大持续时间T2M(N2)之后并且在下一个最小持续时间T3m(N2)之前接收帧C4的情况下,将触发警报ALM。对于该估算级别N3,自帧C1的接收时刻开始,在最大持续时间T2M(N3)之后并且在下一个最小持续时间T3m(N3)之前接收帧C4的情况下,也将触发警报ALM。
因此,根据本发明的电子接收装置20可以根据帧的最小时间间隔BAG和接收时刻估算网络抖动G,然后将估算的网络抖动G与网络抖动值的授权范围进行比较,以检测网络抖动G的异常值。
于是,对网络抖动G的这种监测可以在电子接收装置20处简单且直接地检测通信网络16上的任何攻击,而不必使用由第三方设备项发送的也可能会受到潜在损害的信息。
异常抖动值的检测使得更容易地检测连接到网络的设备项被恶意设备替换。实际上,在这种替换的情况下,恶意设备项难以控制网络抖动,于是,该替换之后的异常值将由接收装置20检测到。
同样,在用恶意交换机替换网络交换机的情况下,恶意交换机也难以控制网络抖动,于是,替换后的异常值将被接收装置20检测到。还应当注意,除了监测的基本网络的网络抖动值之外,通信网络上的网络抖动的零值(网络抖动的零值也可以是与完全不存在通信量同义的)通常也将由接收装置20检测到,其小于网络抖动值的授权范围的最小值。由于完全不存在通信量是可疑的,因此也期望这种检测。
同样类似地,造成对通信网络16的增加的使用的网络攻击将影响被监测网络的抖动,于是将被根据本发明的电子接收装置20检测到。
然后,接收装置20可以检测到不同类型的恶意攻击,例如上面提到的那些,特别是网络攻击,并且通常可以改善对通信网络16的监测。

Claims (13)

1.一种用于经由包括至少一个基本网络的异步通信网络(16)接收数据的电子接收装置(20),所述电子接收装置(20)被配置为连接到所述基本网络,并且包括:
接收模块(42),被配置为经由异步通信网络(16)接收若干个连续的数据帧(32),每个数据帧(32)是根据预定义的发送表(TAB)并以两个连续数据帧(32)的发送时刻之间的最小时间间隔(BAG)而通过所述基本网络被发送的,
其特征在于,所述电子接收装置(20)包括验证模块(44),验证模块(44)被配置为对于至少两个接收的数据帧(32),根据在所述基本网络上接收的至少两个数据帧(32)的最小时间间隔(BAG)和接收时刻来估算网络抖动(G),然后将估算的网络抖动(G)与网络抖动值的授权范围进行比较。
2.根据权利要求1所述的电子接收装置(20),其中,网络抖动值的授权范围是通过初步学习确定的,所述初步学习包括预定义序列的帧的发送。
3.根据权利要求2所述的电子接收装置(20),其中,正常序列的发送对应于授权的网络抖动值,异常序列对应于不符合要求的网络抖动值。
4.根据权利要求1或2所述的电子接收装置(20),其中,网络抖动值的授权范围是通过网络的静态分析确定的。
5.根据权利要求1或2所述的电子接收装置(20),其中,网络抖动值的授权范围取决于发现航空器(10)的运行阶段,在航空器(10)上的电子接收装置(20)被配置为嵌入的。
6.根据权利要求1或2所述的电子接收装置(20),其中,验证模块(44)还被配置为将各个基本网络的估算的网络抖动(G)与成组的基本网络的其他基本网络的估算的网络抖动(G)进行比较,所述成组的基本网络对应于具有至少一个公共网络交换机(28)的数据传输路径。
7.根据权利要求1所述的电子接收装置(20),其中,验证模块(44)被配置为根据分开两个接收时刻的持续时间(ΔTR)并根据预定义的帧间时间段(ΔTT)来估算网络抖动(G),所述预定义的帧间时间段(ΔTT)是最小时间间隔(BAG)的函数。
8.根据权利要求7所述的电子接收装置(20),其中,所述预定义的帧间时间段(ΔTT)等于最小时间间隔(BAG)除以过采样因子(K)。
9.根据权利要求7所述的电子接收装置(20),其中,所述预定义的帧间时间段(ΔTT)大于网络抖动值的授权范围的最大值(Gmax)的两倍。
10.根据权利要求1或2所述的电子接收装置(20),其中,所述电子接收装置(20)是根据标准ARINC 664的部分7的航空电子设备,并且接收模块(42)被配置为根据符合标准ARINC664的部分7的协议来接收每个数据帧。
11.一种电子数据通信系统(12),包括通过异步通信网络(16)彼此连接的电子发送装置(18)和电子接收装置(20),异步通信网络(16)包括至少一个基本网络,
电子发送装置(18)被配置为在所述基本网络上向电子接收装置(20)发送若干个连续的数据帧(32),
其特征在于,电子接收装置(20)是根据权利要求1或2所述的电子接收装置(20)。
12.一种用于经由包括至少一个基本网络的异步通信网络(16)接收数据的方法,所述方法由连接到所述基本网络的电子接收装置(20)执行,并且包括:
经由异步通信网络(16)接收若干个连续的数据帧(32)的步骤(110),每个数据帧(32)根据预定义的发送表(TAB)并以两个连续数据帧(32)的发送时刻之间的最小时间间隔(BAG)而通过基本网络来发送,
其特征在于,所述方法还包括用于验证至少两个接收的数据帧(32)的步骤(120),
验证步骤(120)包括:根据在所述基本网络上接收的至少两个数据帧(32)的最小时间间隔(BAG)和接收时刻对网络抖动(G)进行估算的步骤(130),随后的将估算的网络抖动(G)与网络抖动值的授权范围进行比较的步骤(140)。
13.一种包括计算机程序的计算机可读介质,计算机程序包括软件指令,软件指令在由计算机执行时实现根据权利要求12所述的方法。
CN202010096501.XA 2019-02-15 2020-02-17 经异步通信网接收数据的电子装置和方法、相关通信系统和计算机程序 Active CN111585829B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1901557 2019-02-15
FR1901557A FR3092953B1 (fr) 2019-02-15 2019-02-15 Dispositif electronique et procede de reception de donnees via un reseau de communication asynchrone, systeme de communication et programme d'ordinateur associes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111585829A true CN111585829A (zh) 2020-08-25
CN111585829B CN111585829B (zh) 2024-03-15

Family

ID=67742530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010096501.XA Active CN111585829B (zh) 2019-02-15 2020-02-17 经异步通信网接收数据的电子装置和方法、相关通信系统和计算机程序

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11057311B2 (zh)
EP (1) EP3697030B1 (zh)
CN (1) CN111585829B (zh)
FR (1) FR3092953B1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112422851A (zh) * 2020-11-16 2021-02-26 新华三技术有限公司 视频切换方法、装置及设备
CN113727185A (zh) * 2021-08-20 2021-11-30 百果园技术(新加坡)有限公司 视频帧播放方法及系统
CN114640754A (zh) * 2022-03-08 2022-06-17 京东科技信息技术有限公司 视频抖动检测方法、装置、计算机设备及存储介质

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030076780A1 (en) * 2001-07-27 2003-04-24 Thales Task management method for a packet switch routing automaton forming part of a secured packet-switching transmission network
CN101123571A (zh) * 2006-08-07 2008-02-13 北京三星通信技术研究有限公司 基于自适应抖动缓冲的调度策略的调整方法
US20080219163A1 (en) * 2001-11-05 2008-09-11 Jean-Francois Saint Etienne Package switching network with a deterministic behavior
CN102523108A (zh) * 2011-12-07 2012-06-27 中国航空无线电电子研究所 基于航空全双工交换以太网的航空电子管理系统
CN102780589A (zh) * 2012-06-06 2012-11-14 北京航空航天大学 一种基于虚拟链路的静态路由网络时延抖动测试方法
US20150103734A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 Ge Aviation Systems Llc Data communications network for an aircraft
CN104579864A (zh) * 2013-10-11 2015-04-29 通用电气航空系统有限责任公司 用于飞机的数据通信网络
US20170171112A1 (en) * 2015-12-14 2017-06-15 Airbus Operations (S.A.S.) Onboard communication network of a vehicle and subscriber of such a communication network

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7574351B2 (en) * 1999-12-14 2009-08-11 Texas Instruments Incorporated Arranging CELP information of one frame in a second packet
FR2832011B1 (fr) 2001-11-05 2005-05-20 Airbus France Reseau de communication de type ethernet full duplex commute et procede de mise en oeuvre de celui-ci
US20040073690A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-15 Neil Hepworth Voice over IP endpoint call admission
CA2522892C (en) * 2003-04-14 2010-06-29 Telchemy, Incorporated System for identifying and locating network problems
FR2864393B1 (fr) 2003-12-17 2006-04-28 Airbus France Reseau de communication redondant de type ethernet full-dupl full-duplex commute, et procedure de gestion de la redondance d'un tel reseau, notamment dans le domaine avionique.
FR2920623B1 (fr) * 2007-09-03 2011-09-23 Airbus France Dispositif de commutation de trames pour reseau afdx.
DE102017208547A1 (de) * 2017-05-19 2018-11-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Schutz eines Netzwerkes vor einem Cyberangriff
US10858123B2 (en) * 2018-06-21 2020-12-08 Honeywell International Inc. Methods and systems for detecting data anomalies

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030076780A1 (en) * 2001-07-27 2003-04-24 Thales Task management method for a packet switch routing automaton forming part of a secured packet-switching transmission network
US20080219163A1 (en) * 2001-11-05 2008-09-11 Jean-Francois Saint Etienne Package switching network with a deterministic behavior
CN101123571A (zh) * 2006-08-07 2008-02-13 北京三星通信技术研究有限公司 基于自适应抖动缓冲的调度策略的调整方法
CN102523108A (zh) * 2011-12-07 2012-06-27 中国航空无线电电子研究所 基于航空全双工交换以太网的航空电子管理系统
CN102780589A (zh) * 2012-06-06 2012-11-14 北京航空航天大学 一种基于虚拟链路的静态路由网络时延抖动测试方法
US20150103734A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 Ge Aviation Systems Llc Data communications network for an aircraft
CN104579864A (zh) * 2013-10-11 2015-04-29 通用电气航空系统有限责任公司 用于飞机的数据通信网络
US20170171112A1 (en) * 2015-12-14 2017-06-15 Airbus Operations (S.A.S.) Onboard communication network of a vehicle and subscriber of such a communication network

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112422851A (zh) * 2020-11-16 2021-02-26 新华三技术有限公司 视频切换方法、装置及设备
CN112422851B (zh) * 2020-11-16 2022-06-28 新华三技术有限公司 视频切换方法、装置及设备
CN113727185A (zh) * 2021-08-20 2021-11-30 百果园技术(新加坡)有限公司 视频帧播放方法及系统
CN113727185B (zh) * 2021-08-20 2024-04-02 百果园技术(新加坡)有限公司 视频帧播放方法及系统
CN114640754A (zh) * 2022-03-08 2022-06-17 京东科技信息技术有限公司 视频抖动检测方法、装置、计算机设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
US11057311B2 (en) 2021-07-06
FR3092953A1 (fr) 2020-08-21
EP3697030B1 (fr) 2021-06-02
EP3697030A1 (fr) 2020-08-19
CN111585829B (zh) 2024-03-15
FR3092953B1 (fr) 2021-10-15
US20200267087A1 (en) 2020-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111585829B (zh) 经异步通信网接收数据的电子装置和方法、相关通信系统和计算机程序
US10673883B2 (en) Time synchronization attack detection in a deterministic network
EP3188412B1 (en) Method, apparatus, and system for implementing delay measurement
Kamisiński et al. Flowmon: Detecting malicious switches in software-defined networks
RU2625935C2 (ru) Устройство связи для эксплуатируемой с избыточностью промышленной сети связи и способ эксплуатации устройства связи
US20210185070A1 (en) Lightweight intrusion detection apparatus and method for vehicle network
EP3188413B1 (en) Method, apparatus, and system for implementing packet loss detection
CN109495289B (zh) 接收数据的电子设备和方法、通信系统和计算机存储介质
US10819727B2 (en) Detecting and deterring network attacks
US10142210B2 (en) In-line tool performance monitoring and adaptive packet routing
CN110352586A (zh) 用于保留网络中的数据分组的相对定时和排序的方法和装置
Halba et al. Robust safety for autonomous vehicles through reconfigurable networking
CN110959272B (zh) Ip/mpls网络隧道中的缺陷检测
US10432511B2 (en) Method for forwarding data in a network, forwarding element for forwarding data, and a network for forwarding data
US20170171112A1 (en) Onboard communication network of a vehicle and subscriber of such a communication network
US20140204726A1 (en) Alarm management apparatus and method for managing alarms
US10986039B2 (en) Traffic broker for routing data packets through sequences of in-line tools
Meyer et al. Network anomaly detection in cars: A case for time-sensitive stream filtering and policing
CN102144376A (zh) 节点设备中的带宽控制方法和带宽控制设备
US10541944B1 (en) High integrity AFDX switches
US8027269B2 (en) Method and arrangement for determining transmission delay
Amari et al. Worst-case timing analysis of AeroRing—A Full Duplex Ethernet ring for safety-critical avionics
US20170132055A1 (en) Determining Physical Layer Error Signatures of a Communications Link
CN111355585A (zh) 用于认证设备的方法以及相关设备
US20230336491A1 (en) Identifying Errors in a Computer Network

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant