AFDX简介

AFDX简介目录1.AFDX概述2.AFDX工作原理简介3.AFDX终端系统(ENDSYSTEM)工作原理4.AFDX交换机(switch)工作原理1.AFDX概述AFDX:AvionicsFullDuplexSwitchedEthernet，航空电子全双工交换式以太网。与普通以太网的主要区别是AFDX是一个确定性的网络（deterministicnetwork）。AFDX有以下一些特点：–确定性:延迟（Latency)、交换路径（switching）、SystemPerformance（系统性能）–通道冗余:对于每个终端系统提供两个独立的网络通道–Scalability：可扩充性，采用小瀑布星型结构–OrdinalIntegrity：顺序一致性，充分考虑数据关联性–FaultPerformance：容错性，确保单点故障不影响整个网络AFDX的优势•以以太网络为基础：以太网是非常成熟的技术，而且其发展和进步非常快。•传输速度高：目前AFDX传输速度可以达到100Mbps。•终端系统的数量可扩充性：非常容易对系统进行扩充。•成本效率高：减少布线，降低重量、未来容易扩充等等•支持与Internet的通信连接：航电系统与地面计算机系统的连接更为简单AFDX连接示意图AFDX网络拓扑图终端设备交换机交换机终端设备终端设备网关Internet交换机交换机终端系统AFDXInterconnect2.AFDX工作原理简介–协议基础•物理及链路层：以太网协议（IEEE802.3标准）•网络层：IP协议•传输层：UDP协议–VirtualLink（虚拟链路）–Flow/TrafficControl（流速/流量控制）–IntegrityCheckingandRedundancyManagement（完整性检验及冗余管理）–AvionicsServices(航空电子通讯服务)–Full-duplex,SwitchedEthernet全双工、交换式协议基础•物理及链路层：以太网协议（IEEE802.3标准）–物理介质，用于传输计算机之间的以太网信号–介质访问控制规则–以太帧，由一组标准比特位构成，用于传输数据•网络层：IP协议–数据都以IP数据报格式传输，对IP提供不可靠(unreliable)、无连接(connectionless）的数据报传送服务。•传输层：UDP协议–UDP是一个简单的面向数据报的传输层协议：进程的每个输出操作都正好产生一个UDP数据报，并组装成一份待发送的IP数据报。UDP是面向非连接的协议，它不与对方建立连接，而是直接就把数据包发送过去。VirtualLink(虚拟链路)VirtualLink(虚拟链路）是一个概念上的通讯对象。VL定义了一个逻辑上单向的连接从一个源终端系统到一个或多个目的终端系统。每一个VL在逻辑上是隔离的，每个VL都有专门的带宽（由系统集成者分配确定），在有效的带宽内相互不影响。在航电系统，AFDX终端一定需要通过一个VL进行以太网帧的交换。可以说VL是AFDX的通讯基础。Flow/TrafficControl（流速/流量控制）在终端系统的输出中，每个特定的虚拟链接（VL）的流速流量受到系统集成者的规划控制，VL的流速流量与BAG(BandwidthAllocationGap)、JITTER以及帧的最大长度(Lmax)相关，具体如下图：frameBAGBAGBAGMAXJITTERMAXJITTERMAXJITTERframeframe0JitterMaxJitter=0Jitter=MaxIntegrityCheckingandRedundancyManagement（完整性检验及冗余管理）•完整性检验：检测和消除无效帧•冗余管理：提供两个独立的网络通道进行网络通讯PerVLEndSystemTransmitBNetworkANetworkPerVLEndSystemReceiveAvionicsServices(航空电子通讯服务)•提供两个类型的航空电子通讯服务：Samplingandqueuing（取样和队列）–AvionicsSamplingServices：信息长度小于等于VL的有效负荷长度，不支持IP分片，支持组播或单播。旧的信息将被新的信息覆盖–AvionicsQueuingService:信息长度最大为8K字节，支持IP分片，在发送和接收过程中采用FIFO方式管理信息。队列满后，新的信息将被丢弃•提供与兼容网络（Internet）的访问服务：SAPPort（服务访问点）Full-duplex,SwitchedEthernet全双工、交换式•全双工：全双工传输是采用点对点连接，数据的发送和接收分别由两组不同的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻可以同时进行发送和接收操作。•交换式：指通过交换机进行存储转发的数据传输模式。3.AFDX终端系统(ENDSYSTEM)工作原理•终端硬件系统向上提供三种类型的通信接口:sampling,queuing以及SAP•发送及接收都支持128个VL（每个VL支持4个SubVL）•发送和收发都支持1024个通讯端口•支持一次最大发送或接收8K字节的信息产品特性描述AFDX终端系统的协议层次AFDX终端系统的主要功能是提供一个确保可靠的数据交换服务。系统集成者通过最大16位数值来唯一标识一个终端系统ENDSYSTEM工作原理•VirtualLink(虚拟链路)•Flow/TrafficControl（流速/流量控制）•Scheduling（调度）•SubVL（子虚拟链路）•RedundancyManagement（冗余管理）•AvionicsServices(航空电子通讯服务)•StructureofanAFDXFrame（AFDX帧格式）•ENDSYSTEMTxPACKETS（发送流程）•ENDSYSTEMRxPACKETS（接收流程）17VirtualLink(虚拟链路)VirtualLink(虚拟链路）有下两个属性：1.一个虚拟链路定义了一个逻辑上单向的连接从一个源终端系统到一个或多个目的终端系统（如图）2.每个虚拟链路都有专用的最大带宽（有系统集成者负责分配确定）1324终端系统终端系统终端系统终端系统终端系统对于每个它支持的VL在有效的带宽内提供逻辑上的隔离；对于每个VL，终端系统将在发送及接收端维持数据的顺序的一致性；VL不允许共享两个或多个源18VirtualLink工作原理ES1EthernetFrameVLID=100ES2ES3VLID=100VLID=100定义一个VL,其VLID=100,源终端为ES1,目标终端为ES2、ES3。发送帧示意如下：Flow/TrafficControl（流速/流量控制）每个VL要指定两个参数：BAG、LmaxBAG表示在同一个VL中发送两个连续帧第一位之间的最小间隔。其值范围是2的0~7次方（1~128）毫秒，由于BAG的规定，Lmax为VL可以传送的最大帧的长度(字节），范围64~1518字节。系统集成者通过这两个参数的指定控制VL的流速流量，AFDX终端系统也是根据这两个基础的参数进行发送调度。BAGBAGBAGJitter=0Scheduling（调度）每个AFDX的通讯端口都与一个VL关联。应用系统通过通讯端口将信息发送到VL的队列中。AFDX终端系统的调度机（Scheduler）根据BAG对本终端系统中所有的VL进行调度发送，同一个VL中采用先进先出(FIFO)的策略。AFDXCOMMPORTAFDXCOMMPORTAFDXCOMMPORTUDP/IPVLQUEUEVL100BAG=32msLmax=1518AFDXCOMMPORTAFDXCOMMPORTUDP/IPVLQUEUEVL101BAG=16msLmax=256VL102BAG=128msLmax=64AFDXCOMMPORTUDP/IPVLQUEUESchedulerRedundancyManagement选择符合条件的帧进行发送发送发送复制帧（SRCMAC进行标识）由于存在多路VL，因此有可能出现jitter,系统要考虑jitter对VL的影响SubVL（子虚拟链路）每个VL可以派生最多4个SubVL，每个SubVL中也采用FIFO的策略，SubVL之间采用循环的策略。RedundancyManagement（冗余管理）AFDX终端系统通过两个独立的通讯进行数据发送接收。这样接收端将接收到两个一样的数据包，因此需要一个管理机制进行处理。1.标识通过两个网络接收到的数据包是同一个（复制品），每个VL的数据包有1个自己的序列值SN（sequencenumber）进行标识。从1到255循环，0表示复位（reset）。2.对数据包的处理采用“先到优先使用”（“FirstValidwins”）的策略。IntegrityChecking（完整性检验）在接收端，首先要进行FCS检验（这是以太网的基本要求），然后对序列值SN（sequencenumber）进行完整性检验，SN应该在下面的范围内：[PSN”+”1,PSN”+”2]PSN为前一个SNSN从1到255循环，如果PSN为255，PSN”+”1=255,PSN”+”2=1不符合条件的帧将被丢弃。有两个例外情况将被接收：1.SN=0，只有传输端复位后才会传输SN=02.接收端复位AvionicsServices(航空电子通讯服务)终端系统提供不同模式的传输通过两个类型的端口1.通讯端口：取样或队列模式（Samplingorqueuingmodes）2.SAP端口：用作简单文件传输（TFTP）或与兼容网络通讯AvionicsSamplingServices（取样服务）1.发送信息长度小于等于VL的有效负荷长度，不支持IP分片，支持组播（multicast）或单播（unidirectional）2.接收最后的信息存储在特定取样端口，可以被多个分区读取，每个取样端口都更新标识符，对于每个读取信息的分区都是可见的。M1信息到达后将覆盖当前端口缓存中的信息应用程序读取端口的信息后不移开该信息更新标识符AvionicsQueuingService（队列服务）1.发送信息长度最大为8K字节，支持IP分片，分片是信息将按顺序传输，队列采用FIFO，队列满后，新的帧将被丢弃，并向发送分区报告错误.2.接收有分片，整个帧组装完成后才会允许分区读取接收队列满，新的帧将被丢弃，并向接收分区报告错误M1信息到达后增加到队列中应用程序读取端口的信息后，将信息从队列中移走M2M3SAPport一个终端系统作为一个服务接入点（SAP,ServiceAccessPoint)具有一下特点：1.SAPport可以用于AFDX内部的通讯2.接入兼容网络（compliantnetwork)需要通过网关或路由器（设计为终端系统的一部分）3.终端系统提供与兼容网络（compliantnetwork)的UDP服务4.每个UDP服务支持8K字节信息长度5.作为一个可选项，适当配置SAPport，可以支持TCP可以直接访问IP层SAPport主要用于AFDX系统与非AFDX系统的通信。StructureofanAFDXFrame（AFDX帧格式）AFDX帧格式，最大的帧和最小的帧MAC地址MAC目标地址（6字节）MAC源地址（6字节）MAC源地址实际应用中会细化IPStructure（IP首部结构）20字节ClassAPrivateIPNetworkIDEquipmentIDPartitionID0000101010004bits8bits0005bitsIP地址(源及单播目的IP地址）格式IP地址(组播目的IP地址）格式ClassDIPMulticastIdentifier1110000011100000VirtualLinkIDUDPStructure（UDP首部结构）8字节UDP分片：ENDSYSTEMTxPACKETS（发送流程）应用API终端系统驱动A