一种基于ＣＯＴＳ的带宽预分配保证网络功能演示系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ＣＯＴＳ的带宽预分配保证网络功能演示系统，该系统包括端系统和交换节点两部分。端系统采用通用计算技术模拟航空电子全双工交换式以太网中真实端系统功能。通过对端系统航空电子应用相关消息的周期进行模拟，对网络应用层的采样服务和队列服务进行定制和行为仿真，对数据链路层的虚拟链路进行配置和帧间间隔保障，并按照网络协议帧格式进行帧组装，模拟端系统通信功能。交换节点采用ＣＯＴＳ交换机，按照配置的固定ＭＡＣ地址表对进入到交换节点的数据帧进行转发处理。通过对端系统和交换节点进行组网，完整实现：发送消息－源通信端口－源ＩＰ－虚拟链路－目的ＩＰ－目的通信端口－接收消息的寻址映射，模拟了带宽预分配保证网络基于虚拟链路的整个通信过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于带宽预分配保证网络的功能演示系统，更特别的说，是指 一种采用商用货架技术(Commercial Off-The-Shelf, COTS)经过协议改造而实现的带宽预 分配保证网络功能展示系统平台。
技术介绍
随着微电子、数字技术、计算机技术的飞速发展，航空电子总线网络技术典型的也 经历了分立式、联合式、综合式和先进综合式四个发展阶段。当前的航空电子总线网络技术 更加强调商用货架技术(COTS)和统一网络(Universal Avionics Network，UAN)。相比于普通计算机网络，机载总线网络在实时性和可靠性方面有更高的要求。实 时性要求航空电子总线网络提供端到端延时保障机制，确保消息的实时传输；可靠性要求 航空电子总线网络提供故障隔离、冗余检错等手段确保消息的有效传输。采用带宽预分配 保证技术的航空电子全双工交换式以太网通过虚拟链路(Virtual Link,VL)对链路带宽资 源进行有效分配和隔离，极大地增强了网络的实时性和可靠性。采用虚拟链路技术的带宽 预分配保证网络从数据源对消息流量进行分配和规整，从而限制数据源的数据突发性；在 空分交换网络中，采用静态路由的方案增强消息寻径的实时性和可靠性。为了对基于虚拟链路技术的带宽预分配保证网络进行功能展示，并验证其实施过 程中的关键技术，需要在COTS平台的基础上对普通以太网技术进行改造，使其满足带宽预 分配保证网络的典型技术特征，建立一套带宽预分配保证网络的功能演示系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种COTS平台下的改造和实施方案，实现基于虚拟链路 技术的带宽预分配保证网络的通信功能展示，建立一套带宽预分配保证网络的功能演示系 统平台。该功能演示系统通过对以太网协议栈进行改造，使其接纳以虚拟链路为标识的消 息收发过程，并满足带宽预分配保证性能，建立了端系统演示模型；通过对交换节点进行 静态路由配置，使其满足以虚拟链路为标识进行静态寻址功能，建立了交换节点演示模型； 通过对端系统模型和交换节点模型进行组网，构建了典型带宽预分配保证网络功能演示系 统。该功能演示系统可以实现多个节点的带宽预分配保证网络演示功能；作为消息源的端 系统(End System, ES)系统，能够按照采样端口服务和队列端口服务以设定的帧间间隔 (Bandwidth Allocation Gap, BAG)发送数据帧；作为消息路由和转发的交换节点，能够按 照配置的固定路由方式实现消息的转发处理；所构建的网络演示系统与真实的航空电子全 双工交换式以太网具有互操作性。本专利技术的一种基于COTS技术的带宽预分配保证网络演示系统，该系统是基于航 空电子网络技术，通过对普通以太网TCP/IP协议栈进行改造，使系统在消息发送过程中满 足带宽预分配机制，并格式化通信数据帧格式，使改造后的普通以太网结点能够无缝接入 航空电子全双工交换式以太网中；该系统包括端系统和交换节点两部分；端系统采用通用计算技术模拟航空电子全双工交换式以太网中真实端系统功能; 通过对端系统航空电子应用相关消息的周期进行模拟，对网络应用层的采样服务和队列服 务进行定制和行为仿真，对数据链路层的虚拟链路进行配置和帧间间隔保障，并按照网络 协议帧格式进行帧组装，模拟端系统通信功能；所述的端系统包括有网络驱动模块、接口服 务模块、端系统仿真模块；交换节点采用COTS交换机，按照配置的固定MAC地址表对进入到交换节点的数据 帧进行转发处理；所述的交换节点包括有交换模块和静态路由配置模块；在系统对于消息接收处理过程中，将具有虚拟链路标识的数据帧提交端系统应用 作进一步处理，对于普通以太网协议数据帧，则原封不动提交给TCP/IP协议帧，进行一般 网络通信处理；通过配置静态路由表，实现交换节点按照虚拟链路ID为标识的固定转发关 系进行消息转发处理；通过对端系统和交换节点进行组网，完整实现发送消息-源通信端 口-源IP-虚拟链路-目的IP-目的通信端口 -接收消息的寻址映射，模拟了带宽预分配 保证网络基于虚拟链路的整个通信过程。本专利技术基于COTS技术的带宽预分配保证网络演示系统的优点在于1.本专利技术在普通以太网的基础上通过对COTS技术进行改造，实施了一种带宽预 分配保证网络的功能演示系统，模拟了带宽预分配保证网络基于虚拟链路的通信过程，提 供了一个迅速、快捷、廉价的途径构建带宽预分配保证网络，为学习和研究带宽预分配保证 网络的通信模式和实时可靠性的保证机制提供了方便。2.本专利技术的技术改造方案基于windows平台，并提供带宽预分配保证网络接口服 务的API函数，方便研究人员在带宽预分配保证网络功能演示系统上进行二次开发，制定 或者改造已有特定应用程序，并使其在带宽预分配保证网络功能演示系统上进行运行，研 究特定应用在带宽预分配保证网络上的通信行为。3.本专利技术的与真实带宽预分配保证网络具有协议互操作性，可以在功能演示系统 平台上利用改造技术方案实施端系统或者交换机的通信行为模拟，并与真实带宽预分配保 证网络进行网络对接，替代网络中部分真实节点或者交换机，完成整个带宽预分配保证网 络的部署。4.本专利技术提供通信参数配置和修改功能，可以在带宽预分配保证网络功能演示系 统上通过修改通信参数，观察通信参数对网络通信行为的影响结果和范围，在功能演示系 统上进行带宽预分配保证网络实验。附图说明图1是本专利技术一种基于COTS的带宽预分配保证网络功能演示系统框架图。图2是本专利技术的端系统实现结构框图。图3是本专利技术的交换节点实现结构框图。图4是本专利技术端系统帧间间隔保证器工作流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术基于航空电子网络技术，通过对普通以太网TCP/IP协议栈进行改造，使其消息发送过程满足带宽预分配机制，并格式化通信数据帧格式，使改造后的普通以太网结 点能够无缝接入航空电子全双工交换式以太网中；对于消息的接收处理，将具有虚拟链路 标识的数据帧提交端系统应用作进一步处理，对于普通以太网协议数据帧，则原封不动提 交给TCP/IP协议帧，进行一般网络通信处理；通过配置静态路由表，实现交换节点按照虚 拟链路ID为标识的固定转发关系进行消息转发处理；通过对端系统和交换节点进行组网， 完整实现发送消息-源通信端口-源IP-虚拟链路-目的IP-目的通信端口 -接收消息 的寻址映射，模拟了带宽预分配保证网络基于虚拟链路的整个通信过程。一种基于COTS的带宽预分配保证网络演示系统包括端系统和交换节点两部分。 端系统，即第一个端系统10A、第二端个系统10B、第三端个系统10C、……、第η个端系统 IOD0交换节点，即第一个交换节点20Α、第二个交换节点20Β、第三个交换节点20C、……、 第m个交换节点20D。端系统采用通用计算技术模拟航空电子全双工交换式以太网中真 实端系统功能。通过对端系统航空电子应用相关消息的周期进行模拟，对网络应用层的采 样服务和队列服务进行定制和行为仿真，对数据链路层的虚拟链路进行配置和帧间间隔保 障，并按照网络协议帧格式进行帧组装，模拟端系统通信功能。交换节点采用COTS交换机， 按照配置的固定MAC地址表对进入到交换节点的数据帧进行转发处理。对于端系统，主要 包括网络驱动模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＣＯＴＳ技术的带宽预分配保证网络演示系统，该系统是基于航空电子网络技术，通过对普通以太网ＴＣＰ／ＩＰ协议栈进行改造，使系统在消息发送过程中满足带宽预分配机制，并格式化通信数据帧格式，使改造后的普通以太网结点能够无缝接入航空电子全双工交换式以太网中；其特征在于：该系统包括端系统和交换节点两部分；端系统采用通用计算技术模拟航空电子全双工交换式以太网中真实端系统功能；通过对端系统航空电子应用相关消息的周期进行模拟，对网络应用层的采样服务和队列服务进行定制和行为仿真，对数据链路层的虚拟链路进行配置和帧间间隔保障，并按照网络协议帧格式进行帧组装，模拟端系统通信功能；所述的端系统包括有网络驱动模块、接口服务模块、端系统仿真模块；交换节点采用ＣＯＴＳ交换机，按照配置的固定ＭＡＣ地址表对进入到交换节点的数据帧进行转发处理；所述的交换节点包括有交换模块和静态路由配置模块；在系统对于消息接收处理过程中，将具有虚拟链路标识的数据帧提交端系统应用作进一步处理，对于普通以太网协议数据帧，则原封不动提交给ＴＣＰ／ＩＰ协议帧，进行一般网络通信处理；通过配置静态路由表，实现交换节点按照虚拟链路ＩＤ为标识的固定转发关系进行消息转发处理；通过对端系统和交换节点进行组网，完整实现：发送消息－源通信端口－源ＩＰ－虚拟链路－目的ＩＰ－目的通信端口－接收消息的寻址映射，模拟了带宽预分配保证网络基于虚拟链路的整个通信过程。...

【技术特征摘要】
1.一种基于COTS技术的带宽预分配保证网络演示系统，该系统是基于航空电子网络 技术，通过对普通以太网TCP/IP协议栈进行改造，使系统在消息发送过程中满足带宽预分 配机制，并格式化通信数据帧格式，使改造后的普通以太网结点能够无缝接入航空电子全 双工交换式以太网中；其特征在于该系统包括端系统和交换节点两部分；端系统采用通用计算技术模拟航空电子全双工交换式以太网中真实端系统功能；通过 对端系统航空电子应用相关消息的周期进行模拟，对网络应用层的采样服务和队列服务进 行定制和行为仿真，对数据链路层的虚拟链路进行配置和帧间间隔保障，并按照网络协议 帧格式进行帧组装，模拟端系统通信功能；所述的端系统包括有网络驱动模块、接口服务模 块、端系统仿真模块；交换节点采用COTS交换机，按照配置的固定MAC地址表对进入到交换节点的数据帧进 行转发处理；所述的交换节点包括有交换模块和静态路由配置模块；在系统对于消息接收处理过程中，将具有虚拟链路标识的数据帧提交端系统应用作进 一步处理，对于普通以太网协议数据帧，则原封不动提交给TCP/IP协议帧，进行一般网络 通信处理；通过配置静态路由表，实现交换节点按照虚拟链路ID为标识的固定转发关系 进行消息转发处理；通过对端系统和交换节点进行组网，完整实现发送消息-源通信端 口 -源IP-虚拟链路-目的IP-目的通信端口 -接收消息的寻址映射，模拟了带宽预分配 保证网络基于虚拟链路的整个通信过程。2.根据权利要求1所述的一种基于COTS技术的带宽预分配保证网络演示系统，其特 征在于所述端系统中的网络驱动模块，实现带宽预分配保证网络报文的收发功能；网络 驱动模块基于NDIS驱动模型，从物理端口捕获数据，根据包的不同类型，将具有虚拟链路 编号的数据帧提交给端系统原型中的接口服务模块，将其它数据包原封不动提交给TCP/IP 协议栈，进行一般的网络通信处理；从端系统原型中的接口服务模块传递过来的带有虚拟 链路标识，并按照带宽预分配保证网络协议帧格式进行封装的数据包，网络驱动模块将其 交给物理端口发送出去，完成数据帧的实际发送过程。3.根据权利要求1所述的一种基于COTS技术的带宽预分配保证网络演示系统，其特征 在于所述端系统原型中的接口服务模块，按照带宽预分配保证网络协议，进行数据帧的分 包、组包、帧格式封装、帧格式解析的帧格式处理，同时按照承载数据帧的虚拟链路的帧间 间隔，控制数据帧向端系统原型中的网络驱动模块提交的时间，保证消息通信所需的带宽 预分配方案；接口服务模块包括两组功能集合虚拟链路发送功能组和虚拟链路接收功能 组；对于虚拟链路发送功能组集合，当接收到从应用程序发来的消息后，按照配置文件端口 服务配置情况，进行采样端口和队列端口缓冲处理，并添加对应UDP包头，根据承载消息的 虚拟链路的最大帧长配置进行IP分包处理，将分包加上对应的IP头，计算IP包头的校验 和，然后将分包加上MAC包，将各包放入对应子虚拟链路的缓存队列中，轮盘查询所有虚拟 链...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锋，陈瑶，李峭，熊华钢，
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]