ＡＦＤＸ网络设计与验证的仿真和演示系统及其仿真和演示方法技术方案

本发明专利技术提出一种ＡＦＤＸ网络设计与验证的仿真和演示系统及其仿真和演示方法，用以指导设计ＡＦＤＸ网络。本发明专利技术系统主要包括综合航电网络设计模块、加载航电通信任务模块、合理性检查与验证模块、仿真模块、可加载的配置文件输出模块及网络演示系统模块等，提供了航电互连构型结构设计的功能，仿真模拟ＡＦＤＸ网络的通信任务，并在网络演示系统模块中验证所设计的网络拓扑。本发明专利技术方法主要是设计网络拓扑、模拟仿真航电通信任务并演示验证设计的网络，在过程中得到相关的技术参数，为ＡＦＤＸ网络设计提供设计依据。本发明专利技术为ＡＦＤＸ网络的设计提供了一种较为可靠地设计方案，缩短了设计时间，节约了成本，提高了设计效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空电子系统通信网络设计领域，具体涉及一种AFDX网络设计与验 证的仿真系统和演示平台，用于模拟航空全双工网络中的网络结构设计、链路路径的生成、 通信任务配置、可加载的配置文件生成以及网络硬件系统的演示。
技术介绍
航空电子统经历了分立式、联合式、综合式和先进综合式四个发展阶段。第一代分 立式，飞行员必须分别获得各个子系统的信息并对其单独进行控制和操作；第二代联合式 是以数据总线和综合显示控制为标志的航空电子系统，如1553总线；第三代综合式是以美 国空军“宝石柱”为标志的航空电子系统，飞机飞行控制管理和任务管理都有自己的控制资 源，它们可以通过高速数据总线网络共享系统信息，也可以不依赖高速数据总线上的信息， 在系统降级模式下独立工作；第四代先进综合式航空电子系统是以“宝石台”计划为标志的 航空电子系统，该系统的主要创新体现在开放的系统结构、射频与光电孔径综合及传感器 预处理综合、统一航空电子网络互连、商用货架(C0TS)产品与技术的应用。航空电子全双 工交换式以太网(AFDX)是在工业标准以太网的基础上经过适用性改造而适用于航空电子 系统互连的网络技术。它首先被空中客车A380大型飞机所实用，而后也被用于波音787宽 体中远程客机所采用。AFDX网络的结构和功能都比较复杂，如A380飞机上有16-20台交换 机，每台交换机连接大约20个节点机，如果采用真实系统去验证设计思路，需要大量的资 金和人力，效率较低。如果首先采用仿真软件模拟AFDX网络的数据通信将会节省成本，降 低风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研究飞机航电AFDX网络的构型设计、通信任务配置、虚拟链路 (VL)及其路径生成，对建立起来的网络进行仿真评估，建立了一种AFDX网络设计与验证的 仿真和演示系统及其仿真和演示方法。一种AFDX网络设计与验证的仿真和演示系统包括两个部分AFDX网络设计仿真 系统和网络演示系统。AFDX网络设计仿真系统主要包括综合航电网络设计模块、加载航电通信任务模 块、数据输入与保存模块、工程管理模块、合理性检查与验证模块、仿真模块、网络演算模块 及可加载的配置文件输出模块。各个模块具体描述如下综合航电网络设计模块包括如下五个子模块1)航电互连构型网络结构设计模块在图形用户界面中根据用户定制交换机和 端系统(ES，End System)，以及交换机和交换机的连接关系，创建航电互连构型结构的连接 实例，并记录航电互连构型连接两端节点的端口标识和端口支持的速率。2)分区驻留模块根据航电通信任务模块提取的分区信息将分区驻留在各个端 系统中，在图形用户界面中提供新建、修改、删除分区等功能，并且支持分区在端系统上驻 留的实现，以及驻留迁移和解除。3)消息编辑模块提供消息的添加、修改、编辑和删除，所述消息是指航电网络中 的航电通信任务。4)VL分配模块对消息编辑模块(13)中编辑好的消息，根据消息的源和目的分 区信息创建VL，若有多个消息共用同一条VL，则在图形用户界面中进行标示，对未被标示 的消息，每条消息创建一条VL，最后根据承载消息的刷新周期计算VL的BAG(BandWidth Allocation Gap，带宽分配间隔)。虚拟链路创建支持自动分配和手动分配两种方式。在手 动分配VL过程中，由人工指定消息的虚拟链路标识VLID，手动操作实现对源分区和目的分 区相同的消息进行合并，并共用一个VLID ；在自动分配VL过程中，对没有手动分配VLID的 消息自动生成VLID。5)路径生成模块根据VL分配模块产生的VL信息来建立与之对应的虚拟链路路 径，支持自动路径生成和手动路径配置两种方式。在手动路径配置过程中，通过图形用户界 面显示用户路径选择的记录，并针对路径选择后的情况进行合理性检查和判断，并对路径 选择不合理的情况进行告警。对于自动路径生成方式，提供流量均衡、剩余带宽平均延时与 最短路径三种不同算法来实现。加载航电通信任务模块用来导入并解析XML格式的航电通信任务，将读取出来的 航电通信任务信息转换与综合航电网络设计模块中的航电通信任务具有相同的数据结构， 该数据结构包括航电通信任务的ID号、名称、源分区、目的分区、通信任务类型、源端系 统、目的端系统、通信任务刷新频率、通信任务长度、最大允许延时。加载航电通信任务模块 将转换后航电通信任务信息在图形用户界面上按照表格形式显示出来，并给用户提供对航 电通信任务进行添加、编辑及删除的操作。加载航电通信任务模块还根据导入的航电通信 任务属性中的源分区和目的分区信息，进行分区信息提取，并与航电互连构型中的分区信 息进行一致性检查和比较。加载航电通信任务模块将转化格式后的航电通信任务传送给航 电网络设计模块。数据输入与保存模块对航电网络设计模块设计的航电互连构型图进行保存，将设 计的工程保存在数据库SQL Server中，便于用户在工程设计中将以前的工程进行更改，或 者进一步设计，综合航电网络设计模块可以直接从数据输入与保存模块中导入航电互连构 型结构。工程管理模块的功能包括1)对综合航电网络设计模块中的设计规则进行约束； 2)对综合航电网络设计模块中当前工程虚拟链路的多套路径方案进行集中管理，选择其中 一套方案为当前设计方案，实现不同方案的切换，以及方案添加、删除和拷贝操作。合理性检查与验证模块，对综合航电网络设计模块设计的工程进行验证，在设计 过程中和结束后，用户可以在图形用户界面中查看端系统和交换机VL的配置信息，并对配 置进行检查验证，有超带宽等情况时应报告；同时合理性检查中的指标可以通过用户定制。 验证主要包括三方面端系统VL数目验证，端系统VL设置验证，交换机VL设计验证，验证 是否超过硬件需求。仿真模块，主要构建一个仿真对象，使用综合航电网络设计模块中设计的航电互8连构型的数据初始化该仿真对象中的网络构型、VL配置、消息配置的成员变量，根据用户输 入的初始化消息仿真参数以及系统仿真时间进行仿真。仿真模块主要包括如下三个子模 块仿真内核模块仿真内核模块将根据用户配置的消息属性、仿真时间等参数，利用 离散事件调度机制模拟目标AFDX网络的行为，首先它初始化仿真空间中的各个交换机和 ES模型，并根据VL和消息的配置安排各ES将要产生的消息。然后它将启动仿真过程，并实 时分析各仿真对象的工作状态。仿真过程中完整模拟了每条消息从源ES通过数个交换机 端口到达各个目的ES的过程，并完成所需的数据统计，主要包括VL延迟统计、交换机流量 统计和故障统计，最后在时间推进到预定的仿真时间时停止仿真行为。仿真结果网络性能分析模块该模块根据仿真内核模块仿真得到的数据，以曲线 图、柱状图等图形形式显示出来，用于用户分析航电互连构型中设计的性能。仿真结果输出模块该部分将根据仿真内核模块中的仿真结果数据，将仿真结果 网络性能分析模块中以图形形式显示的结果以图表或Excel报表的形式向用户反馈仿真 结果。网络演算模块，通过对综合航电网络设计模块(10)当前生成的VL路径的AFDX网 络进行网络演算分析，分析VL中消息的理论端到端延迟上界。网络演算模块采用确定性网 络演算技术，根据流入到端口的消息的流量特征，针对端到端的延迟进行计算。利用突发度 一致性原则和持续流量换算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＡＦＤＸ网络设计与验证的仿真和演示系统，其特征在于，包括ＡＦＤＸ网络设计仿真统和网络演示系统两部分，其中ＡＦＤＸ网络设计仿真系统包括综合航电网络设计模块（１０）、加载航电通信任务模块（２０）、数据输入与保存模块（３０）、工程管理模块（４０）、合理性检查与验证模块（５０）、仿真模块（６０）、可加载的配置文件输出模块（７０）以及网络演算模块（８０）；网络演示系统包括网络演示系统模块（９０）；综合航电网络设计模块（１０）由航电互连构型网络结构设计模块（１１）、分区驻留模块（１２方案添加、删除和拷贝操作；合理性检查与验证模块（５０）用来对综合航电网络设计模块（１０）设计的工程进行验证，验证端系统ＶＬ数是否超过硬件要求、端系统ＶＬ设置是否符合物理链路速率要求，以及交换机内的ＶＬ设计是否超过硬件需求；用户在验证不合要求情况下返回修改，在验证符合要求情况下启动仿真模块（６０）、可加载的配置文件输出模块（７０）或者网络演算模块（８０）；仿真模块（６０）构建一个仿真对象，使用综合航电网络设计模块（１０）中当前设计的航电互连构型结构的数据初始化该仿真对象中的网络构型、ＶＬ配置、消息配置的成员变量，根据用户输入的初始化消息仿真参数以及系统仿真时间进行仿真；可加载的配置文件输出模块（７０）用于从综合航电网络设计模块（１０）当前的航电互连构型结构中提取端系统配置文件和交换机配置文件的信息，以ＸＭＬ文件的格式输出，提供给网络演示系统模块（９０）；网络演算模块（８０）通过对综合航电网络设计模块（１０）当前生成ＶＬ路径的ＡＦＤＸ网络采用确定性网络演算技术进行网络演算分析，利用突发度一致性原则和持续流量换算方法分析ＶＬ中消息的理论端到端延迟上界，将结果以列表的形式显示给用户；网络演示系统模块（９０）根据可加载的配置文件输出模块（７０）输出的端系统配置文件和交换机配置文件完成对端系统和交换机的配置，控制模拟ＡＦＤＸ网络端系统的功能、静态配置交换机模拟ＡＦＤＸ交换机的转发功能，在模拟过程中对节点主机进行控制或监视；其中，ＡＦＤＸ为航空电子全双工交换式以太网；ＶＬ为虚拟链路；ＩＤ表示标识号。）、消息编辑模块（１３）、ＶＬ分配模块（１４）和路径生成模块（１５）组成；综合航电网络设计模块（１０）直接从数据输入与保存模块（３０）中导入航电互连构型结构，或者通过航电互连构型网络结构设计模块（１１）设计航电互连构型结构；航电互连构型网络结构设计模块（１１）...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜大海，熊华钢，何锋，倪琛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]