AFDX網(wǎng)絡交換機測試監(jiān)視系統(tǒng)研究

郭惠軍　方習高

【摘 要】航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)絡（AFDX網(wǎng)絡）是一種新型的機載網(wǎng)絡，對該網(wǎng)絡的測試主要是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性和可靠性。對AFDX網(wǎng)絡的特點進行了分析，提出了AFDX網(wǎng)絡交換機的測試需求，設計了一個AFDX網(wǎng)絡交換機測試監(jiān)視系統(tǒng)，并給出了測試方案和操作步驟。文中提出的測試系統(tǒng)已成功應用于工程實踐中，提高了測試工作效率和自動化程度，是一種可行的AFDX網(wǎng)絡交換機測試監(jiān)視系統(tǒng)，AFDX是當今航電總線類產(chǎn)品中的最新產(chǎn)品，是國際公認的新一代飛機首選的通信網(wǎng)絡，也是未來航電總線產(chǎn)品的主流。

【關鍵詞】航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)；交換機；測試監(jiān)視；自動化

0 引言

航空電子全雙工以太網(wǎng)（Avionics Full Duplex Switched Ethernet， AFDX）是適用于大中型飛機航空電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡互連技術，它采用雙余度、全雙工、接入和骨干交換，以及虛擬鏈路流量隔離等技術解決了綜合化互連對于網(wǎng)絡容量和可擴展性、實時性等方面的要求，AFDX是當今航電總線類產(chǎn)品中的最新產(chǎn)品，是國際公認的新一代飛機首選的通信網(wǎng)絡，也是未來航電總線產(chǎn)品的主流。

AFDX網(wǎng)絡由3部分組成：端系統(tǒng)（End System，ES）、鏈路（Link）和交換機（Switch）。ES的主要功能是提供航空電子設備子系統(tǒng)和AFDX互聯(lián)網(wǎng)絡之間的接口；鏈路是ES與交換機之間的物理通路；交換機主要負責AFDX網(wǎng)絡設備數(shù)據(jù)幀的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。作為AFDX通信節(jié)點的各類型主機間通過ES通信，ES通信由交換機中轉(zhuǎn)。AFDX網(wǎng)絡交換機是構成網(wǎng)絡最核心的組成部分

本論文從分析AFDX網(wǎng)絡交換機的測試需求出發(fā)，明確AFDX網(wǎng)絡交換機的測試目標，完成AFDX交換機的配置信息定制與顯示、幀過濾特征測試、高低優(yōu)先級處理測試、緩沖能力測試、技術時延測試、流量管制測試等功能，組建AFDX交換機測試子系統(tǒng)，實現(xiàn)了對交換機的自動化測試和分析。

1 交換機測試需求分析

從AFDX網(wǎng)絡的特點可以看出AFDX網(wǎng)絡的測試主要是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性和可靠性。交換機是一個存儲轉(zhuǎn)發(fā)設備，通過接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)包從源端系統(tǒng)到目的端系統(tǒng)的傳輸，并在轉(zhuǎn)發(fā)過程中執(zhí)行流量監(jiān)控和過濾功能，對數(shù)據(jù)包進行調(diào)度，避免網(wǎng)絡沖突造成的丟包、錯包現(xiàn)象[2-3]。

AFDX網(wǎng)絡交換機對網(wǎng)絡的通信性能起決定性影響，考慮到AFDX交換機嚴格遵守ARINC 664 Part 7規(guī)范，因此對AFDX網(wǎng)絡交換機的測試主要包含以下幾方面要求：

1）VL單播/多播過濾特性測試：根據(jù)特定測試時間段，針對指定的一條或多條VL，檢查其目的端口以及非目的端口數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)情況；

2）網(wǎng)絡流量管制測試：通過注入正常或違例的數(shù)據(jù)幀，測試交換機對于數(shù)據(jù)幀BAG過濾是否符合標準協(xié)議和配置文件的要求；

3）端口緩沖能力測試：按照交換機的配置，測定交換機指定端口對于入線數(shù)據(jù)包的積壓大于緩沖長度情況下的幀處理情況，并將測試結果送到測試數(shù)據(jù)處理模塊做進一步的處理工作，評價交換機端口數(shù)據(jù)緩沖的表現(xiàn)；

4）技術時延測試：根據(jù)特定測試時間段和配置參數(shù)，對指定VL，監(jiān)測并統(tǒng)計其數(shù)據(jù)幀進出交換機的時間差，分析計算交換機技術時延以及抖動方差；

5）高低優(yōu)先級幀處理測試：測定指定VL進出交換機的時間差，然后改變VL的優(yōu)先級，再測量改變優(yōu)先級后VL進出交換機的時間差，評價交換機針對VL不同優(yōu)先級幀的處理情況。

2 測試方案

根據(jù)AFDX網(wǎng)絡交換機的測試需求，AFDX交換機測試系統(tǒng)從功能角度應該包括流量注入和交換機測試兩部分，以實現(xiàn)AFDX交換機測試功能。因此AFDX交換機測試系統(tǒng)至少包括AFDX交換機測試系統(tǒng)主機和人機交互設備、AFDX端系統(tǒng)模擬器、AFDX端系統(tǒng)接口卡、高速網(wǎng)絡測試分支器、網(wǎng)絡流量注入主機和人機交互設備等，

AFDX網(wǎng)絡流量注入功能提供被測交換機運行時輸入流量的模擬，AFDX網(wǎng)絡流量注入工具通過端系統(tǒng)模擬器和背景流量注入器兩方面提供流量模擬功能。端系統(tǒng)模擬器模擬一個ES的流量行為，背景流量注入器通過交換機進行基于端口的流量分配，實現(xiàn)分布式背景流量的輸出過程。AFDX交換機測試功能通過AIM公司的TAP頭分支器對被測交換機的輸入流量和輸出流量進行捕獲和分析，并根據(jù)測試用例完成交換機的測試。

本交換機測試系統(tǒng)可以接入其它真實AFDX網(wǎng)絡，由交換式網(wǎng)絡提供背景流量注入的實現(xiàn)。在對交換機各個端口進行測試的過程中，當端口沒有連接具體外部設備時，交換機測試主機可以不通過TAP頭分支器直接與交換機端口相連，實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)流量特征的測試。

在具體搭建本AFDX交換機測試系統(tǒng)時，系統(tǒng)由2個節(jié)點主機、一個流量注入主機、一個測試主機、3塊AFDX接口卡、一塊高速網(wǎng)絡接口卡、2個TAP頭分支器、一臺高性能交換機、一套人機交互設備、一套視頻切換矩陣等設備組成。

3 交換機測試

AFDX交換機測試系統(tǒng)具有操作良好的人機界面程序，在進行交換機測試之前，首先利用工具軟件對網(wǎng)絡中的端系統(tǒng)和交換機進行配置信息加載，根據(jù)交換機配置信息，結合典型測試流程[4]，實現(xiàn)交換機功能和行為的監(jiān)視測試。在交換機測試之前，可由用戶加載或新建配置文件，實現(xiàn)被測交換機配置信息的錄入，并與實際測試的結果進行對比，形成測試報告。AFDX交換機測試工具支持沒有配置文件信息下的基本幀監(jiān)視功能，同時支持對捕獲的流量特征信息進行保存和提取操作，數(shù)據(jù)的讀取和存儲以文件形式進行。當用戶加載配置文件后，可以啟動測試流程，實現(xiàn)VL單播/多播過濾特性測試、網(wǎng)絡流量管制測試、端口緩沖能力測試、技術時延測試、高低優(yōu)先級幀處理測試等，用戶可以選擇查看各種統(tǒng)計信息，并對測試的結果進行保存和導出。所有測試結束后，生成測試結果報告，并可導出測試結果。

4 結語

AFDX網(wǎng)絡雖然在國外得到了成功應用，但是國際上只有公開的協(xié)議標準，沒有測試方面的標準和文獻，AFDX網(wǎng)絡要真正投入工程應用，必須對其功能和性能進行全面的驗證測試[5]。

目前，本系統(tǒng)已經(jīng)在實驗室成功地應用到AFDX網(wǎng)絡交換機的測試。航空電子系統(tǒng)仿真測試已成為目前民用飛機設計及制造中的一個關鍵環(huán)節(jié)，其中獨立交換機的測試和整網(wǎng)系統(tǒng)的測試具有同樣的重要性。本文在討論交換機測試需求的基礎上設計了AFDX 網(wǎng)絡交換機測試系統(tǒng)并進行了仿真測試，為下一步開發(fā)一個特定的民用飛機AFDX網(wǎng)絡測試系統(tǒng)奠定了基礎。

【參考文獻】

[1]王世奎，李雯，王建宇.AFDX網(wǎng)絡交換機驗證測試平臺的設計與實現(xiàn)[J].測控技術，2011，30（S0）：114-116.

[2]葉佳字，陳曉剛，張新家.基于AFDX的航空電子通信網(wǎng)絡的設計[J].測控技術， 2008，27（6）：56-60.

[3]王輝，陳卓，劉寧.AFDX網(wǎng)絡終端軟件測試策略的研究與應用[J].航空電子技術，2006，37（4）：33-37.

[4]趙永庫，唐來勝，李貞.AFDX網(wǎng)絡測試技術研究[J].計算機測量與控制，2012， 20（4）：945-947.