CN111752671A - 复杂联网嵌入式系统的虚拟化 - Google Patents

Abstract

一种用于具有一个或更多个硬件部件的机上娱乐和通信系统的等效物理配置的测试和验证系统包括虚拟机管理器。由虚拟机管理器根据与硬件部件的等效物理配置对应的模拟硬件部件定义来实例化各自包括硬件抽象层的一个或更多个虚拟机。虚拟机通过虚拟网络连接彼此通信。针对一个或更多个虚拟机的测试接口生成针对安装在虚拟机上的目标软件应用的测试输入。显示接口连接到虚拟机，并且响应于测试输入而执行目标软件应用的结果被输出到该显示接口。

Description

复杂联网嵌入式系统的虚拟化

相关申请的交叉应用

本申请涉及并要求2019年3月29日提交的题为“VIRTUALIZATION OF COMPLEXNETWORKED EMBEDDED SYSTEMS”的美国临时申请第62/826,839号的权益，该美国临时申请的全部公开内容通过引用整体并入本文。

声明：联邦政府资助的研究/开发

不适用

背景技术

1.技术领域

本公开内容总体上涉及用于交通运输工具的联网计算机系统，并且更具体地涉及用于作为部署、更新和维护过程的一部分的测试和验证的复杂联网嵌入式系统的虚拟化。

2.相关技术

航空旅行通常涉及至少耗费若干小时才能完成的长途旅程。因此，航空公司在飞机上提供机上娱乐和通信(IFEC)系统，该机上娱乐和通信系统提供各种多媒体内容以供乘客享受。最新发布的电影是受欢迎的观看选择，电视节目如新闻节目、情景喜剧和单人喜剧、纪录片等也是受欢迎的观看选择。还经常呈现关于目的地的有用信息，例如机场下机程序、入境和海关程序等。还能够提供纯音频节目，通常包括符合共同主题或风格的歌曲的播放列表。同样地，也能够提供纯视频内容，例如飞行进度地图、飞行状态显示等。许多机上娱乐系统还包括可供乘客玩的视频游戏。

具体的安装可以根据服务等级而不同，但是通常每个乘客座椅都配备有显示设备、音频输出模态、输入模态以及终端单元。终端单元可以生成视频信号和音频信号，接收来自输入模态的输入，并且响应于该输入而执行预编程的指令。显示设备通常是安装在乘客前排的座椅靠背上的LCD屏幕，但是在一些情况下，显示设备可以安装到隔板或可伸缩臂等，其进而安装至乘客座椅。此外，音频输出模态是耳机插孔，由航空公司或乘客提供的耳机可以连接至该耳机插孔。到终端单元的输入可以经由单独的多功能遥控器或经由组合触摸显示器来提供。尽管在较早的IFEC实现中终端单元和显示设备是单独的部件，但是最近，这些部件以及更多的部件可以被集成到单个智能监视器中。

多媒体内容被编码并且存储为数字数据，其中终端单元的视频解码器和音频解码器用于从该数字数据中生成上述视频信号和音频信号。期望具有广泛的不同多媒体内容来满足乘客的不同品味。还期望具有足够的多媒体内容量以使乘客在整个飞行期间可以一直被娱乐占据。该数据可以存储在中央内容服务器上，其中每个终端单元包括诸如以太网的联网模态，以建立到中央内容服务器的数据通信链路。在取得之后，多媒体内容数据被解码并且呈现在显示设备上。

因此，现代IFEC系统包括多层互连系统，该多层互连系统包括：一个或更多个IFEC头端服务器、中间网络交换机以及用于飞行器的所有乘客座椅的每个单独的智能监视器。这些部件中的每个部件具有加载在其上的执行各种功能的特定软件应用。例如，头端可以包括多媒体流服务器应用，而智能监视器可以包括与头端/流服务器应用通信以检索特定多媒体内容的流客户端应用。智能监视器可以合并有菜单应用，允许用户浏览多媒体内容的可用选择以及上述游戏、地图和其他信息应用。这些客户端侧应用中的一些可以利用由IFEC头端服务器提供的数据，例如目的地天气和机场航站楼信息等。因此，在头端服务器上可以有响应于对这样的数据的请求的对应服务器应用。

在将IFEC系统部署到特定飞行器或飞行器机队之前，要进行广泛的测试以确保其所有部件都是可操作的并且无故障或错误地运行。目前，通过配置实际交通工具安装的接近的物理复制品来执行这样的测试，物理复制品包括复制的IFEC头端服务器、特定网络设备和智能监视器，包括其所有硬件部件以及将在交通工具安装中实现的布线。然后在复制的硬件上测试软件。对于大型安装，这样的测试平台被理解为代表了在设备以及容纳该设备的设施/不动产方面的重大基础设施投资。另外，测试可能涉及延长的正常运行时间，因此设施的功耗可能增加。用来配置、部署测试平台的人员成本可能增加。

在承运人对其机队中的不同类型的飞行器使用不同的IFEC配置的情况下，可能需要用于每种飞行器的单独的测试平台。针对不同交通工具配置重新配置测试平台所需的时间可能使部署延迟，这可能变得不可接受。具有多个客户的系统厂商深切地经受着这些限制，因为不同的客户IFEC安装必须在测试平台上被快速复制。由于改变测试平台配置所涉及的延迟，即使对多个客户安装所使用的部件进行单次更新也可能成为测试的难题。

因此，在本领域中需要有接近地复制物理硬件环境的经改进的用于IFEC安装的测试和验证平台。在本领域中还需要对复杂联网嵌入式系统进行虚拟化以用于测试和验证。此外，可能需要用于IFEC系统软件更新的测试平台，其可以被更快地实例化并且可以被缩放以适应硬件配置的任何数量的变化。

发明内容

本公开内容设想了用于测试和验证机上娱乐和通信系统的虚拟私有云的各种实施方式。可以利用预定义的配置以及实时、实际配置数据或其组合来实例化包括虚拟私有云的虚拟机。此外，虚拟私有云可以适于在飞行器的运行期间自动发现和捕获实时配置，并且能够容易地重新配置以仿真多个飞行器的不同IFEC配置。因此，可以快速部署和测试现有的和经修改的IFEC软件，从而大大降低了原本与设置测试架构相关联的成本。

根据本公开内容的一个实施方式，公开了一种用于具有多个联网计算资源的交通工具嵌入式系统的虚拟化系统。可以存在多个虚拟机镜像，每个虚拟机镜像包括硬件抽象层，该硬件抽象层具有与多个联网计算资源中的特定联网计算资源的物理硬件部件对应的模拟硬件部件定义。还可以存在虚拟机镜像之间的一个或更多个虚拟网络连接。虚拟网络连接可以与多个联网计算资源的物理网络链路对应。虚拟化系统还可以包括一个或更多个虚拟输出显示器，其连接到多个虚拟机镜像中的对应的一个或更多个虚拟机镜像。由各个虚拟机镜像响应于向其发布的处理命令而生成的输出可以被显示在一个或更多个虚拟输出显示器中被连接的虚拟输出显示器上。还可以存在系统管理器，其实例化虚拟机镜像中的每个虚拟机镜像并调节其执行。系统管理器还可以通过虚拟网络连接中相应的虚拟网络连接来链接多个虚拟机镜像。虚拟化系统还可以包括测试和验证平台，其与系统管理器协作以将测试软件部署到多个虚拟机镜像中的一个或更多个虚拟机镜像以用于在其上执行该测试软件。

根据本公开内容的另一实施方式可以是一种用于将机上娱乐和通信系统的测试和验证平台虚拟化的方法。这样的IFEC系统可以包括多个联网计算资源。该方法可以开始于接收与多个联网计算资源的物理硬件部件对应的模拟硬件部件定义。该步骤还可以包括接收与多个联网计算资源的物理网络链路对应的网络连接定义。还可以存在实例化多个虚拟机镜像的步骤。虚拟机镜像可以各自包括基于模拟硬件部件定义的硬件抽象层。虚拟机镜像的性能参数可以与多个联网计算资源中对应的联网计算资源的性能参数匹配。该方法还可以包括在虚拟机镜像之间建立一个或更多个虚拟网络连接。这些虚拟网络连接可以基于网络连接定义。一个或更多个网络连接定义中的至少一个与物理网络链路中对应的物理网络链路的网络性能参数匹配。还可以存在将一个或更多个目标软件应用部署到被实例化的多个虚拟机镜像中的一个或更多个的步骤。然后，该方法可以包括在相应虚拟机镜像上启动一个或更多个目标软件应用的执行，接着是将来自一个或更多个目标软件应用的执行的输出路由到虚拟机镜像所连接的对应的一个或更多个虚拟输出显示器的步骤。前述方法可以被实施为可以由数据处理设备执行并且存储在可以由数据处理设备读取的非暂态程序存储介质中的一个或更多个指令程序。

在本公开内容的另一实施方式中，提供了一种用于具有一个或更多个硬件部件的机上娱乐和通信系统的等效物理配置的测试和验证系统。可以存在虚拟机管理器，由该虚拟机管理器来实例化各自包括硬件抽象层的一个或更多个虚拟机。虚拟机的实例化可以根据与机上娱乐和通信系统的硬件部件的等效物理配置对应的模拟硬件部件定义。一个或更多个虚拟机可以通过由虚拟机管理器建立的虚拟网络连接与另一个虚拟机通信。测试和验证系统可以包括针对一个或更多个虚拟机的测试接口，该测试接口生成针对安装在虚拟机上并且由该虚拟机执行的一个或更多个目标软件应用的测试输入。还可以存在连接到一个或更多个虚拟机中的至少一个虚拟机的显示接口。响应于测试输入而进行的一个或更多个目标软件应用的执行的结果被输出到显示接口。

通过参照以下详细描述并结合附图阅读时将最佳地理解本公开内容。

附图说明

参照以下描述和附图，将更好地理解本文公开的各种实施方式的这些和其他特征和优点，在附图中，相同的附图标记表示相同的部分，并且在附图中：

图1是示出其中安装有机上娱乐和通信系统的示例性飞行器的图；

图2是与机上娱乐和通信系统对应的计算机资源的示例性网络的框图；

图3是根据本公开内容的一个实施方式的虚拟化系统的框图；以及

图4是用于将机上娱乐和通信系统的测试和验证平台虚拟化的方法的一个实施方式的流程图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为针对用于交通运输工具中的测试和验证的复杂联网嵌入式系统的虚拟化的若干当前设想的实施方式的描述。该描述并不旨在表示可以开发或利用所公开的发明的实施方式的唯一形式。该描述阐述了与所示实施方式相关的功能和特征。然而，应当理解，相同或等同的功能可以通过不同的实施方式来实现，这些实施方式也旨在被包含在本公开内容的范围内。还应当理解，关系型术语(例如，第一、第二等)的使用仅用于将一个实体与另一个实体区分开，而不一定要求或暗示这些实体之间的任何实际的这种关系或顺序。

图1是根据本公开内容的实施方式的飞行器10(在本文中通常称为交通工具)以及其可以被虚拟化以用于测试和验证目的的选择子系统和部件的简化图。在飞行器10的机身12内，可以存在布置成多排16的座椅14，其中每个座椅14容纳单个乘客。虽然将在飞行器10的情境下描述本公开内容的特征，但这仅作为示例而不是限制。当前公开的复杂联网嵌入式系统的虚拟化的实施方式可以适当地应用于其他情境，例如作为非限制性说明性示例的公共汽车、火车、船和其他类型的交通工具。

飞行器10中安装有机上娱乐和通信(IFEC)系统18，通过该IFEC系统18可以在机上向乘客提供各种娱乐和连接服务。当一般地引用时，IFEC系统18被理解为包括为每个座椅14安装的终端设备20，以及IFEC服务器22和在娱乐和通信功能的传递中涉及的其他部件。在所示的示例中，IFEC系统18包括显示器24、音频输出26和远程控制器或手持设备28。对于给定排16的座椅14，终端设备20和音频输出26被布置在提供它们的座椅14上，但是显示器24和手持设备28可以位于提供它们的座椅14前面的排16上。也就是说，显示器24和手持设备28安装在座椅前面的排的椅背上。其他显示器24和手持设备28的安装和接入配置(例如安装到座椅14的扶手的可伸缩臂等或安装在隔板上的方式)也是可行的。

显示器24被理解为常规的液晶显示器(LCD)屏幕或具有适于安装在椅背上的低轮廓的其他类型。每个乘客可以利用由航空公司或乘客提供的个人耳机30，其提供更私密的收听体验。音频输出26是耳机插孔，该耳机插孔是标准的环形/尖端/套筒插口。耳机插孔可以布置在显示器24附近或如所示那样布置在座椅14的扶手上。耳机插孔可以是具有噪声消除并且包括两个或三个插口的有源类型，或者可以是不具有噪声消除的标准音频输出。每个显示器24可以包括上述的终端设备20以形成本领域中称为智能监视器的单元。

安装在飞行器10上的终端设备20的常见用途是重放各种多媒体内容。终端设备20可以使用通用数据处理器来实现，通用数据处理器对与多媒体内容对应的数据文件进行解码，并分别生成用于显示器24和音频输出26的视频信号和音频信号。多媒体内容数据文件可以存储在一个或更多个内容服务器32中，并且在请求时被流送到特定终端设备20。内容可以被加密，因此IFEC服务器22可以执行使得能够进行流送/重放的数字版权管理功能。IFEC服务器22也可以执行不涉及多媒体内容分发的功能，例如中继来自外部飞行器摄像机的图像、飞行路径/地图信息等。

乘客可以玩在终端设备20上执行的游戏，以及或者使用手持设备28与多媒体内容交互。也可以使用手持设备28浏览庞大的多媒体内容库并且选择一些以进行观看和/或收听，但是在一些不同安装中，可以提供触摸屏显示器以用于与多媒体内容库的更直观的交互。在任一情况下，终端设备20装载有由数据处理器执行的内容选择软件应用，并且从手持设备28或其他输入模态接收输入，并在显示器24上所呈现的图形界面上生成响应。

座椅14的每个终端设备20可以通过局域网34连接到IFEC服务器22、内容服务器32或作为IFEC系统18的一部分的任何其他服务器，局域网的一段优选地可以是以太网。因此，该IFEC系统18还包括数据通信模块36，并且更具体地，包括以太网数据通信模块36a，例如以太网交换机或路由器。在典型的飞行器安装中，数据通信模块36被理解为单独的线路可更换单元(LRU)，并且也可以称为网络控制器(NC)。同样，飞行器10上的IFEC服务器22、内容服务器32和其他服务器被理解为具有一个或更多个通用数据处理器、存储器、辅助存储器和用于连接到局域网34的网络接口设备的独立计算机系统。计算机系统可以具有安装在其上的操作系统，以及与连接到该计算机系统的终端设备20协作地提供各种机上娱乐/通信服务的服务器应用(例如，web服务器、流服务器等)。特别地，可以存在用户与其交互以选择期望的多媒体内容的目录/菜单应用。

局域网34可以在逻辑上被分成分层的段，其中网络控制器/数据通信模块36位于层级的顶部或者在所有段的中心。智能监视器/终端设备20可以根据座椅14的分区、排或列来组织，并且可以相应地构造局域网34。

可以存在第一区域分配箱(ADB)38a，其也可以是直接连接到网络控制器/数据通信模块36并且建立用于第一组排16a的局域网34的段的线路可替换单元。作为示例，该网络段40a可以用10吉比特每秒速度的物理/数据链路来实现。用于网络段40a的线缆可以是光纤。智能监视器/终端设备20可以通过下游网络段40b连接到第一ADB 38a。网络段40b的速度可以比上游网络段40a慢，并且可以用2.5吉比特每秒速度的物理/数据链路来实现。在一些实施方式中，可以存在附加的座椅电子箱(SEB)42，其处理在多个智能监视器之间共享的一些数据处理操作。其他下游网络段40c可以用1吉比特每秒速度的物理/数据链路来实现。该网络段40c进而可以与连接到智能监视器的外围设备(如手持设备28上的信用卡读取器、USB端口等)共享。

第二ADB 38b也直接连接到网络控制器/数据通信模块36，并且也是具有10吉比特每秒速度的物理/数据链路的同一网络段40a的一部分。第二ADB 38b被理解为专用于第二组排16b，其中到智能监视器/终端设备20中的每个的单独连接定义了网络段40d。尽管示出了不同的网络分段层级，例如，一组座椅14连接到SEB 42，该SEB又连接到ADB 38a，还有智能监视器/终端设备20与ADB 38b之间的直接连接，但是典型的飞行器配置将被一致地构造。

乘客和机舱成员等在飞行期间可以利用便携式电子设备(PED)44。PED 44被理解为指智能电话、平板计算机、膝上型计算机和包括利用控制用以在显示器上生成各种输出的预编程指令的执行的输入来执行这些指令的通用数据处理器的其他类似的设备。虽然这些设备通常由乘客自己携带到飞行器10上，但是运营商也可以向乘客提供它们以供临时使用。

常规PED 44被理解为包括WLAN(WiFi)模块，因此IFEC系统18的数据通信模块36包括通过本地无线网络接口36b连接的WLAN接入点37。PED 44可以经由机载WLAN网络连接到IFEC系统18以访问其上提供的各种服务，例如内容下载/观看、购物等。通常，单个WLAN接入点37不足以在整个机舱中提供无线连接，因此可以在彼此间隔开的各个位置处安装附加的WLAN接入点37b-1和37b-2。这些附加的WLAN接入点37b-1和37-2可以通过作为上述局域网34的一部分的以太网链路连接至网络控制器/数据通信模块36。该局域网接口或数据通信模块36被理解为包括诸如WLAN收发器、天线和相关电路、以太网路由器/交换机的硬件部件，以及将这些硬件部件与该IFEC系统18的其他软件模块接口的软件驱动器。

由于与WiFi和其他无线数据联网模态的当前实现方式相关联的速度/带宽限制，每个终端设备20与IFEC服务器22、内容服务器32以及其他服务器之间的通信被理解为通过有线局域网34进行。然而，应当理解，这仅作为示例而非限制。未来的无线联网模态可以在传输速度和可用带宽方面带来实质性的改进，使得所有终端设备20都是无线连接的。实际上，这是所期望的，因为在飞行器安装的重量受限的环境中，消除线缆和相关联的交换机/路由器接口将提高飞行器操作效率。在这点上，呈现了替选的WiFi数据通信模块36b以说明利用有线局域网34之外的其他数据联网模态的可能性。

IFEC系统18(包括其每个组成部件)以及飞行器10上的PED 44和其他航空电子系统可以经由各种通信模态与远程节点通信。网络控制器/数据通信模块36因此包括连接到例如卫星模块46的远程模块36c。卫星模块46建立到通信卫星50的数据上行链路48。数据上行链路48可以是Ku频带微波传输。然而，也可以使用任何合适的通信卫星50，例如国际海事通信卫星(Inmarsat)或铱星(Iridium)。传送到通信卫星50的数据被中继到卫星通信地面站52。在通信卫星50与卫星通信地面站52之间建有数据下行链路54。然后，卫星通信地面站52处的网络网关56可以将传输路由到因特网58或其他网络。由于与通信卫星50相关联的高成本，运营商可能通过防火墙或网络接入控制器来限制期进出卫星模块46的数据流量。

替选地或附加地，IFEC系统18可以包括用于远程连接的蜂窝调制解调器60，其经由陆地蜂窝站点62类似地建立通信链路。该远程连接模态被理解为在飞行器10处于地面上时被主要使用，并且利用提供网络网关56的蜂窝通信供应商，网络网关56将数据流量从蜂窝调制解调器60路由到因特网58或其他广域网。蜂窝调制解调器60可以用作在基于本地机场的WiFi网络不可用的情况下的备份设备。

卫星模块46和蜂窝调制解调器60也可以处于局域网34的不同部分上，例如，可以利用10吉比特每秒的物理/数据链路实现的第五网络段40e。如上所述，为了限制传入和传出流量，该网络段50e可以包括网络访问控制器，以向访问飞行器10上的局域网34的用户、机组成员或其他子组进行支付。

网络控制器/数据通信模块36包括附加的本地网络接口36d以用于将其他航空电子设备连接到其上。一种这样的设备可以是由地勤成员、机舱成员或飞行成员使用的用于访问IFEC维护功能(如加载新内容、补充多媒体内容数字版权管理(DRM)密钥等)的成员终端64。还可以包括除上述接口之外的到网络控制器/数据通信模块36的另外的接口。

仅以示例方式呈现IFEC系统18的上述布置及其组成部件而非进行限制。其他飞行器10可以具有任何数目的不同配置并且可以包括上文未提及的部件，或者可以由与以上描述所属的子部分或部件不同的子部分或部件来处理功能。按照这些方式，可以省略这样的不同配置中的上述特征。

本公开内容的实施方式被设想为针对测试和验证目的而将IFEC系统18的每个部件虚拟化，使得可以避免副本硬件设置。进一步设想了还可以将安装在其他飞行器10中的IFEC系统18的不同配置虚拟化并使其迅速确立。因此，能够在没有与配置IFEC系统18的物理副本相关联的延迟的情况下完成测试和验证。

现在参照图2的框图，IFEC系统18的前述部件，例如智能监视器/终端设备20、IFEC服务器22、内容服务器32等可以被一般地描述为联网计算资源。如上所述，这些联网计算资源可以用具有处理器、存储器、辅助存储装置、数据网络接口和一个或更多个输入/输出接口的通用计算机来实现。根据本公开内容的各种实施方式，计算机的这些硬件部件可以被虚拟化，并且本来在这些联网计算资源上执行的软件应用也可以在被虚拟化的对应物上执行。

如以上详细描述的，IFEC系统18的中心是数据通信模块36或网络控制器，其将所有联网计算资源直接或通过各种中间网络设备间接地互连在一起。通常，智能监视器/终端设备20被理解为服务器(IFEC服务器22、内容服务器32等)的客户端。网络控制器的第一接口(即以太网数据通信模块36a)通过第一网络段40a-1连接到第一区域分配箱38a。类似地，网络控制器的第二接口(其也是以太网数据通信模块36a但可以是例如其第二端口)通过第二网络段40a-2连接到第二区域分配箱38b。如上所述，ADB 38被理解为对进出数据通信模块36的数据流量进行路由的网络交换机，因此不需要针对其将数据处理功能虚拟化。

第一ADB 38a连接到一个或更多个SEB 42，包括通过网络段40b-1和网络段40b-2分别连接到第一SEB 42a和第二SEB 42b。第一SEB 42a与第一智能监视器66a、第二智能监视器66b和第三智能监视器66c接口，这些智能监视器可以是用于给定排的座椅的终端设备。除了对进出ADB38的数据流量进行路由之外，SEB 42还可以在向一个或更多个智能监视器66输出该操作的结果之前执行特定的数据处理功能。每个智能监视器66被理解为利用不同的网络段40c-1、40c-2和40c-3。第二SEB 42b可以同样地与不同组的智能监视器66接口，包括通过相应的网络段40c-4、40c-5和40c-6与第四智能监视器66d、第五智能监视器66e和第六智能监视器66f接口。在次强调，独立于ADB 38和其所连接的下游智能监视器66，成员终端64经由本地网络接口36d连接到数据通信模块36。

同样如上所述，数据通信模块36包括连接到WLAN接入点37的本地无线网络接口36b以及远程模块36c，该远程模块36c包括与卫星模块46接口的第一远程模块36c-1和与蜂窝调制解调器60接口的第二远程模块36c-2。这些部件同样被理解为对传入数据(无论是从数据通信模块36传送到下游联网计算资源的数据，还是从联网计算资源传送到数据通信模块36的数据)执行最小处理(如果有的话)的网络设备。因此，不需要虚拟化这些部件，但是，可以将网络段40的细节虚拟化以更准确地反映其模拟部件所依赖的功能的性能。

现在参照图3的框图，本公开内容的各种实施方式针对用于诸如IFEC系统18的交通工具嵌入式系统的虚拟化系统68，如上所述，IFEC系统18包括多个联网计算资源，例如IFEC服务器22、内容服务器32和智能监视器66。虚拟化系统68可以包括多个虚拟机镜像70，并且在所示的示例中，存在第一虚拟机镜像70a和第二虚拟机镜像70b。尽管仅描绘了两个虚拟机镜像70，但是应当理解，针对IFEC系统18的联网计算资源中的每个来实例化单独的虚拟机镜像。这些虚拟副本被预期为被组合和互连以定义虚拟测试云架构(cloud rack)，而不是成为组成IFEC系统18的硬件部件的物理测试架构。

根据一个实施方式，在虚拟化系统68下面有云计算平台74，云计算平台74包括数据处理器76的阵列、由其利用的存储器78以及辅助数据存储装置80。所利用的云计算平台74可以是来自华盛顿州西雅图市的亚马逊公司的Amazon Web Service(AWS，亚马逊云服务)，但这仅是示例而并非限制。在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以容易地替换其他云计算平台，如来自华盛顿州雷蒙德市的微软公司的Azure，或者具有与虚拟化系统68所利用的相同或相似的功能和特征的任何其他云计算平台。在利用这样的第三方云计算平台74的情况下，根据虚拟化系统68的实现可以抽象出数据处理器76、存储器78、辅助数据存储装置80和其他部件的具体配置和布置。因此，将不描述云计算平台74的其他细节。

总体而言，云计算平台74允许虚拟机的实例化。可以基于各种配置选项来明确地设置这样的虚拟机的性能，并且在本公开内容的实施方式中利用该功能来实例化与IFEC系统18的联网计算机资源的物理对应物的性能相匹配或尽可能接近地匹配的虚拟机。如图3中进一步描述的，每个虚拟机镜像70包括硬件抽象层，其模拟正被虚拟化的对应联网计算资源的中央处理单元类型、中央处理单元速度、可用存储器(RAM)和总容量、辅助存储驱动器的速度、容量等。这些细节可以被存储为模拟硬件部件定义84，其由系统管理器86使用以实例化虚拟机。

鉴于虚拟机模拟对应的联网计算资源，在虚拟机上安装有与物理对应物的操作系统相同的操作系统88。因此，从操作系统88向上——包括测试目标应用90以及与测试目标应用90协作的任何伴随软件应用92，所利用的硬件看起来好像是被虚拟化的联网计算资源的硬件，而不是云计算平台74的特定硬件。

可以根据同样与正被虚拟化的对应联网计算资源的性能参数匹配的性能参数94来限制各个虚拟化硬件部件的速度和其他能力。性能参数94可以定义系统能力，例如视频解码/编码支持、加密加速以及进出辅助存储驱动器的远程直接存储器存取。

系统管理器86利用模拟硬件部件定义84和性能参数94来节制/调节每个虚拟机上的操作系统级之上的所有软件的执行，以与IFEC系统18的对应联网计算资源的执行相匹配。在利用Amazon Web Service云计算平台74的实施方式中，底层处理器架构被理解为Intel 64位CISC(复杂指令集计算)架构，并且因此在没有其他配置改变的情况下，可以存在具有相同架构的对诸如IFEC服务器22和内容服务器32的联网计算资源的虚拟化。然而，在一些实施方式中，智能监视器66利用ARM(高级精简指令集计算机)架构，可以在硬件抽象层82之上安装硬件仿真器96。然后，可以安装相同的基于ARM的操作系统，其中机器级将所有指令从一个架构转换到另一个架构。硬件仿真器96的性能也可以通过与联网计算资源的对应硬件的性能参数匹配的一组性能参数97来管理。

系统管理器86因此基于虚拟机的镜像和与镜像相关联的各种配置数据来实例化虚拟机。除了实例化虚拟机本身之外，系统管理器86还可以通过一个或更多个虚拟网络连接98链接多个虚拟机。每个虚拟机可以包括虚拟网络接口100，其类似地对应于IFEC系统18的联网计算资源的物理对应物，包括物理线类型、网络速度、带宽、错误率等。虚拟网络接口100和由其建立的虚拟网络连接98的细节被提供于网络参数集102中以供系统管理程序86利用。

返回参照图2，在示例性配置中，系统管理器可以实例化第一智能监视器66a和与IFEC服务器22对应的第一虚拟机。在物理IFEC安装中，IFEC服务器22连接到数据通信模块36，该模块又通过网段40a-1连接到第一ADB 38a。第一SEB 42a经由网络段40b-1连接到第一ADB 38a下游，第一SEB 42a又通过网络段40c-1连接到第一智能监视器68a。因此，IFEC服务器22与第一智能监视器66a之间的连接经过网络段40a-1、40b-1和40c-2，包括针对第一SEB 42a实例化的另一个虚拟机。这些网络段40以及其特定性能特性被定义在网络参数集102中。各个虚拟机之间的其他虚拟网络被理解为根据本公开内容的实施方式被类似地定义。

当测试和验证测试目标应用时，可以实施依赖于联网计算资源和/或网络连接的特定配置的功能以模拟真实操作条件。这可以有助于发现当在比IFEC系统18的环境下可用的计算机系统更快或能力更强的计算机系统上执行时可能被掩盖的编程错误等。在这点上，本公开内容的各种实施方式设想了在虚拟化系统68内运行的测试/验证平台104。

与测试/验证平台104一起或独立于测试/验证平台104配置有虚拟输出显示器106，其中可以存在用于第一虚拟机镜像70a的第一虚拟输出显示器106a和用于第二虚拟机镜像70b的第二虚拟输出显示器106b。然而，根据具体的测试需要，可以针对第一虚拟机镜像70a和第二虚拟机镜像70b两者来实例化单个虚拟输出显示器106。

一般而言，由虚拟机响应于处理命令而生成的输出显示在虚拟输出显示器106上。还构想了测试/验证平台104使用针对测试目标应用90的输入数据110来运行一系列测试脚本108。输入数据110可以是在运行测试时可选择的时变数据，并且可以是在典型飞行过程期间生成的固定数据、随机乘客输入等。测试工程师不需要可视地检查来自整个虚拟化系统68上的虚拟输出显示器106的每个显示输出，而是可以针对特定的应用执行点定义预期屏幕状态112。可以将来自虚拟输出显示器106的输出与那些预期屏幕状态112进行比较，并且可以在任何屏幕都不与预期屏幕状态相匹配的情况下生成警报。

还可以以各种方式测试智能监视器66上的视频解码的稳定性。一种可能性是分析视频缓冲器状态，其中可以由测试/验证平台104检测上溢或下溢状况，并且可以响应于这些状况而生成另一警报。从每个虚拟机的虚拟输出显示器106输出的视频可以被馈送到自动视频质量测量工具114。视频质量的规范可以被定义在航空乘客体验协会(APEX)0415规范第9.3节中。

给定虚拟机镜像70的全部配置数据可被存储、检索、复制等，以在相同或其他虚拟云中实例化。因此，可以为不同飞行器10中的每个特定IFEC配置创建虚拟IFEC测试和验证环境。可以避免原本建立IFEC系统18的每个联网计算资源的物理测试架构可能伴随的大量延迟。此外，自动化测试可以在实例化时以最小程度的用户干预或没有用户干预地运行，并且可以在检测到任何错误状况的情况下利用附加的测试脚本和结果检查器来发出警报。

虚拟机镜像70、系统管理器86和测试/验证平台104的配置选项可以经由管理接口116来定义。当被测试目标应用90的开发人员访问时，可以限制每个虚拟机镜像70的模拟硬件部件定义84、性能参数94和网络参数集102不被修改，并且允许测试脚本108的执行。

除了使测试目标应用90的测试过程自动化之外，还明确地设想了使虚拟化系统68的配置自动化。更具体地，这样的实施方式可以包括计算资源复制器118，其与IFEC系统18的联网计算资源通信以得出模拟硬件部件定义84、性能参数94和网络参数集102。该通信可以是直接的或间接的，即，从飞行器到基于地面计算资源复制器118的直接通信或者经由机载IFEC系统18并且将文件中的相关参数传输到复制器118的间接通信。该传输可以通过延迟通信模态、媒介的物理传输或任何其他合适的传输来进行。此外，IFEC系统18的联网计算资源被理解为是真实的或实际的联网计算资源，或者将被安装在运行的飞行器内。可以向IFEC系统18中并入对应的报告器模块以收集和报告发现的系统配置数据，该系统配置数据包括上述布线配置、LRU配置、已安装的软件部分以及与其相关联的性能数据。

对于给定的IFEC系统18，可以使用相同的模态来检索基线或正常的处理器负荷、存储器使用和辅助存储驱动器使用以及网络错误率。该数据可用于实例化IFEC系统18的虚拟对应物并且在使用虚拟化系统68模拟IFEC系统18时更好地复制已安装和服务中的性能测量。预期这些特征能减少可能仅在实际的交通工具安装的环境中而不是在测试架构上才会出现的问题的发生。

按照这种方式，可以经由与对应的报告器模块通信的计算资源复制器118从真实IFEC系统18中类似地检索传递给测试目标应用90的输入数据110。可以从特定的服务中的系统中捕获该输入数据110，并将其卸载以供测试工程师复制在飞行期间可能已发生错误的特定条件。例如，可以选择“在日期A/B/C从AAA到BBB的航班XY123”中的数据，并且到虚拟化系统68的所有飞行器输入数据110都可以从该航班准确地捕获。在营运飞行器10与基于地面的云计算平台74之间存在网络连接的情况下，可以实时检索上述配置和输入数据并且将其应用于虚拟化系统68的配置。

测试/验证平台104也可以用于安全测试，其可以采取另一虚拟机镜像70的形式。可以在其上加载并执行按照测试脚本108的漏洞扫描器，其扫描虚拟机镜像70以查找已知或新的安全漏洞。还可以包括虚拟终端，其用于提供能够访问虚拟输出显示器106、I/O端口或用于执行进一步安全测试的其他部件中一者的安全渗透测试器。

除了上述虚拟化系统68之外，本公开内容的另一实施方式还设想了一种用于将IFEC系统18的测试与验证平台虚拟化的方法。参照图4的流程图，该方法可以开始于接收与IFEC系统18的联网计算资源的物理硬件部件对应的仿真硬件部件定义84的步骤1000。该步骤也被理解为包括接收与IFEC系统18的联网计算资源的物理和数据网络链路对应的网络连接定义/网络参数集102。上文已经描述了可以用来实现这一点的模态，包括从物理安装中检索，以及经由虚拟化系统68的管理接口116输入该配置设置。

然后，该方法继续进行到实例化多个虚拟机镜像70的步骤1100。如上所述，这些虚拟机镜像70包括硬件抽象层82，其性能和行为由所接收的仿真硬件部件定义84来控制。虚拟机镜像70的性能参数被理解为与网络计算化资源的性能参数匹配。

按照这种方式，该方法包括建立虚拟机镜像70之间的一个或更多个虚拟网络连接98的步骤1200。这样的虚拟网络连接98被理解为与IFEC系统18中的对应物理网络链路的网络性能参数匹配。此后，该方法可以继续进行将一个或更多个测试目标应用90部署到虚拟机的步骤1300。可以在步骤1400中通过将这样的测试目标应用90的执行实例化来开始测试。该步骤可以由测试/验证平台104执行。接下来，在步骤1500中，来自执行测试目标应用90的输出可以被路由到虚拟输出显示器106。因此，根据前述方法，除了虚拟机之间的虚拟网络连接之外，还可以实例化虚拟机，并且可以对在其上运行的各种测试目标应用执行测试和验证。可以快速测试更新和修复，并且随后以显着减少的延迟和成本将其部署到成品IFEC系统18中。

本文所示的细节仅作为示例用于说明性讨论的目的，并且呈现这些细节是为了提供被认为是对本公开内容中阐述的用于在运输交通工具中进行测试和验证的复杂联网嵌入式系统的虚拟化的各种实施方式的原理和概念方面的最有用和最易理解的描述。在这方面，没有尝试示出比对于各种实施方式的不同特征的基本理解所必需的任何更多的细节，与附图一起的描述使得本领域技术人员明白如何在实践中实现这些实施方式。

Claims (20)

1.一种用于具有多个联网计算资源的交通工具嵌入式系统的虚拟化系统，所述虚拟化系统包括：

多个虚拟机镜像，每个虚拟机镜像包括硬件抽象层，所述硬件抽象层具有与所述多个联网计算资源中的特定联网计算资源的物理硬件部件对应的模拟硬件部件定义；

所述虚拟机镜像之间的一个或更多个虚拟网络连接，所述虚拟网络连接与所述多个联网计算资源的物理网络链路对应；

一个或更多个虚拟输出显示器，其连接到所述多个虚拟机镜像中对应的一个或更多个虚拟机镜像，由各个虚拟机镜像响应于向其发布的处理命令而生成的输出被显示在所述一个或更多个虚拟输出显示器中被连接的虚拟输出显示器上；

系统管理器，其实例化所述虚拟机镜像中的每个虚拟机镜像并调节每个虚拟机镜像的执行，所述系统管理器通过所述虚拟网络连接中相应的虚拟网络连接来链接所述多个虚拟机镜像；以及

测试和验证平台，其与所述系统管理器协作以将测试软件部署到所述多个虚拟机镜像中的一个或更多个虚拟机镜像以用于在其上执行所述测试软件。

2.根据权利要求1所述的虚拟化系统，其中，所述模拟硬件部件定义选自包括以下的组：中央处理单元类型、中央处理单元速度、随机存取存储器容量、辅助存储驱动器速度、辅助存储驱动器容量。

3.根据权利要求2所述的虚拟化系统，其中，所述虚拟机镜像的性能参数与所述多个联网计算资源中对应的联网计算资源的性能参数匹配。

4.根据权利要求3所述的虚拟化系统，其中，所述性能参数选自包括以下的组：视频解码支持、视频编码支持、加密加速以及进出辅助存储驱动器的远程直接存储器存取。

5.根据权利要求1所述的虚拟化系统，其中，所述虚拟网络连接由选自包括以下的组中的一个或更多个网络连接定义来定义：网络速度、网络类型和网络错误率。

6.根据权利要求5所述的虚拟化系统，其中，所述一个或更多个网络连接定义中的至少一个网络连接定义与所述物理网络链路中对应的物理网络链路的网络性能参数匹配。

7.根据权利要求1所述的虚拟化系统，其中，所述虚拟机镜像中的每个包括加载在其上的操作系统，所述操作系统与加载在所述多个联网计算资源中对应的联网计算资源上的操作系统匹配。

8.根据权利要求1所述的虚拟化系统，还包括用于第一处理器架构的硬件仿真器，所述硬件仿真器安装在所述多个虚拟机镜像中的在不同于所述第一处理器架构的第二处理器架构的计算机系统上执行的虚拟机镜像中。

9.根据权利要求1所述的虚拟化系统，还包括计算资源复制器，其与多个真实联网计算资源直接或间接通信以从中得出所述模拟硬件部件定义，所述计算资源复制器基于所得出的模拟硬件部件定义来实例化所述多个虚拟机镜像中的至少一个。

10.根据权利要求9所述的虚拟化系统，其中，所述计算资源复制器得出与所述多个联网计算资源的所述物理网络链路对应的所述虚拟网络连接。

11.根据权利要求9所述的虚拟化系统，其中，所述计算资源复制器在所述多个联网计算资源运行时实时地得出所述模拟硬件部件定义。

12.一种用于将包括多个联网计算资源的机上娱乐和通信系统的测试和验证平台虚拟化的方法，所述方法包括：

接收与所述多个联网计算资源的物理硬件部件对应的模拟硬件部件定义、以及与所述多个联网计算资源的物理网络链路对应的网络连接定义；

基于所述模拟硬件部件定义来实例化各自具有硬件抽象层的多个虚拟机镜像，所述虚拟机镜像的性能参数与所述多个联网计算资源中对应的联网计算资源的性能参数匹配；

基于所述网络连接定义来建立所述虚拟机镜像之间的一个或更多个虚拟网络连接，所述一个或更多个网络连接定义中的至少一个与所述物理网络链路中对应的物理网络链路的网络性能参数匹配；

将一个或更多个目标软件应用部署到被实例化的多个虚拟机镜像中的一个或更多个；

在相应虚拟机镜像上启动所述一个或更多个目标软件应用的执行；以及

将来自所述一个或更多个目标软件应用的执行的输出路由到所述虚拟机镜像所连接的对应的一个或更多个虚拟输出显示器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述模拟硬件部件定义选自包括以下的组：中央处理单元类型、中央处理单元速度、随机存取存储器容量、辅助存储驱动器速度、辅助存储驱动器容量。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述性能参数选自包括以下的组：视频解码支持、视频编码支持、加密加速以及进出辅助存储驱动器的远程直接存储器存取。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述虚拟网络连接由选自包括以下的组中的一个或更多个网络连接定义来定义：网络速度、网络类型和网络错误率。

16.根据权利要求12所述的方法，还包括：

从测试和验证平台生成测试输入，所述测试输入被提供给所述一个或更多个目标软件应用。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，在运行期间，从所述多个联网计算资源实时接收所述模拟硬件部件定义和所述网络连接定义。

18.一种用于具有一个或更多个硬件部件的机上娱乐和通信系统的等效物理配置的测试和验证系统，所述系统包括：

虚拟机管理器，由所述虚拟机管理器根据与所述机上娱乐和通信系统的硬件部件的等效物理配置对应的模拟硬件部件定义来实例化各自包括硬件抽象层的一个或更多个虚拟机，所述一个或更多个虚拟机通过由所述虚拟机管理器建立的虚拟网络连接与另一虚拟机通信；

针对所述一个或更多个虚拟机的测试接口，所述测试接口生成针对安装在所述虚拟机上并且由所述虚拟机执行的一个或更多个目标软件应用的测试输入；以及

连接到所述一个或更多个虚拟机中的至少一个虚拟机的显示接口，响应于所述测试输入而进行的所述一个或更多个目标软件应用的执行的结果被输出到所述显示接口。

19.根据权利要求18所述的测试和验证系统，还包括计算资源复制器，其与部署到所述飞行器的所述机上娱乐和通信系统通信以从中得出所述模拟硬件部件定义。

20.根据权利要求19所述的测试和验证系统，其中，所述模拟硬件部件定义基于由所述机上娱乐和通信系统记录的性能数据。

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