一種具有通信完整性檢查功能的航空航天tte網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于航空航天設(shè)備的網(wǎng)關(guān)，更特別地說(shuō)，是指一種具有通信完 整性檢查功能的航空航天TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)。是采用具備完整性檢查功能的TTE網(wǎng)關(guān)來(lái)檢 測(cè)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信時(shí)序故障和內(nèi)容故障，從而達(dá)到系統(tǒng)級(jí)的故障隔離。
【背景技術(shù)】
[0002] 在通信系統(tǒng)中，完整性（integrity)是系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)故障并達(dá)到故障安 全狀態(tài)的能力，是可信性(dependability)的重要屬性之一。
[0003] 時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)（Time-Triggered Ethernet，TTE)是支持時(shí)間觸發(fā)通信和速率約 束通信的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，它的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)考慮了通信和定時(shí)的完整性，已經(jīng)被用于航空 航天電子系統(tǒng)的綜合化互連。
[0004] 對(duì)于航空航天設(shè)備的通信的完整性，不僅通過(guò)協(xié)議芯片級(jí)的指令/監(jiān)視組件，保證 了交換機(jī)接口處的通信完整性，而且對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也可以設(shè)置不同層次的完整 性保證。協(xié)議芯片級(jí)的指令/監(jiān)視組件與TTE網(wǎng)絡(luò)的多冗余配置相結(jié)合，能夠顯著提高網(wǎng)絡(luò) 通信的可靠性。
[0005] 采用TTE與航空航天設(shè)備的通信結(jié)合，即：同時(shí)具備監(jiān)視和流量管制功能，不同安 全關(guān)鍵性等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域之間可以通過(guò)具有完整性檢查功能的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)連接，保護(hù)高安全 性網(wǎng)絡(luò)免受低安全性網(wǎng)絡(luò)的故障影響。美國(guó)專利US 8,130,773 B2,公開(kāi)了 "HYBRID TOPOLOGY ETHERNET ARCHITECTURE"，譯文"一種TTE網(wǎng)關(guān)"，文中給出了一種具有專用拓?fù)?結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)（圖5C)--交織環(huán)形可用完整性網(wǎng)絡(luò)（Braided Ring Availability Integrity Network，BRAIN)，將它作為將遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)具有自檢對(duì)（即C0M/M0N)的TTE 網(wǎng)關(guān)接口與控制臺(tái)相連的方案。該方案的獨(dú)特之處在于網(wǎng)關(guān)的通信和監(jiān)視模塊分別具有獨(dú) 立的物理鏈路。C0M( commander，譯文為控制器）JOP'Kmonitor，譯文為監(jiān)視器）。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)航空航天網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)級(jí)故障隔離，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種具有雙通道的內(nèi)外 結(jié)合自檢的TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)，使之適應(yīng)于更通用的TTE網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)了一種具有完整性檢查功能的航空航天TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng) 關(guān)，該TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)能夠在充分利用設(shè)備級(jí)完整性檢查功能的基礎(chǔ)上，兼容兩端網(wǎng)絡(luò) 的交換式傳輸，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的故障隔離。本發(fā)明采用交換機(jī)構(gòu)建雙冗余網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)通用拓?fù)?下內(nèi)外結(jié)合的完整性保障功能，即利用TTE交換機(jī)提供的設(shè)備級(jí)完整性保障功能，通過(guò)冗余 的外部物理通信鏈路將交換機(jī)內(nèi)部的芯片級(jí)監(jiān)視流量鏡像到外部物理鏈路網(wǎng)絡(luò)端口，向 TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)輸入成對(duì)的C0M/M0N數(shù)據(jù)包，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)一致性判決 功能，網(wǎng)關(guān)將對(duì)接收到的成對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行過(guò)濾外部的冗余鏈路提供數(shù)據(jù)包物理傳輸?shù)耐暾?性保障，網(wǎng)關(guān)內(nèi)部的一致性判決提供數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)間和內(nèi)容的完整性保障。
[0008] 本發(fā)明的一種具有通彳目完整性檢查功能的航空航天TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)中 至少設(shè)有控制器C0M、監(jiān)視器Μ0Ν，其特征在于:所述航空航天TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)還包括有 控制型隊(duì)列單元(3A)、監(jiān)視型隊(duì)列單元(3B)、判斷接收時(shí)間差單元(3C)、判斷內(nèi)容一致性單 元(3D)和發(fā)送隊(duì)列單元(3E);
[0009] 其中，控制型隊(duì)列單元(3A)內(nèi)嵌在控制器COM中；
[0010]其中，監(jiān)視型隊(duì)列單元(3B)內(nèi)嵌在監(jiān)視器Μ0Ν中；
[0011] 其中，判斷接收時(shí)間差單元(3C)、判斷內(nèi)容一致性單元(3D)和發(fā)送隊(duì)列單元(3E) 設(shè)置在網(wǎng)關(guān)中；
[0012] 所述判斷接收時(shí)間差單元(3C)和判斷內(nèi)容一致性單元(3D)屬于內(nèi)部協(xié)議棧，所述 內(nèi)部協(xié)議棧與接收/發(fā)送并行執(zhí)行的一個(gè)工作線程，用于判斷控制型隊(duì)列中是否有數(shù)據(jù)包 需要通過(guò)內(nèi)部協(xié)議棧；
[0013] 控制型隊(duì)列單元(3A)用于實(shí)時(shí)接收并緩存控制型數(shù)據(jù)包；
[0014] 監(jiān)視型隊(duì)列單元(3B)用于實(shí)時(shí)接收并緩存監(jiān)視型數(shù)據(jù)包；
[0015] 判斷接收時(shí)間差單元(3C)用于判斷成對(duì)的控制型數(shù)據(jù)包和監(jiān)視型數(shù)據(jù)包是否滿 足時(shí)間一致性，即二者的接收時(shí)間差是否在TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)允許的范圍內(nèi)；
[0016] 判斷內(nèi)容一致性單元(3D)用于判斷成對(duì)的控制型數(shù)據(jù)包和監(jiān)視型數(shù)據(jù)包是否滿 足內(nèi)容一致性，即二者的包頭、A/B網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和有效負(fù)載是否相同；
[0017] 發(fā)送隊(duì)列單元(3E)用于緩存并分配通過(guò)時(shí)間一致性和內(nèi)容一致性檢查的待轉(zhuǎn)發(fā) 數(shù)據(jù)包，所述發(fā)送隊(duì)列單元(3E)定義了發(fā)送隊(duì)列TXarray，隊(duì)列元素為DATA;所述發(fā)送隊(duì)列 單元(3E)設(shè)有存儲(chǔ)模塊和發(fā)送模塊兩個(gè)模塊;存儲(chǔ)模塊用于接收判斷內(nèi)容一致性單元(3D) 輸出的COMdata，并將所述的COMdata存入TXarray隊(duì)尾。
[0018] 本發(fā)明具有通信完整性檢查功能的航空航天TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0019] ①本發(fā)明設(shè)計(jì)的TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)充分考慮到時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涠鄻?性，提供的通信完整性檢查網(wǎng)關(guān)適用于通用的交換式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在于通過(guò)內(nèi)外 結(jié)合的雙重通信完整性保障，能夠滿足級(jí)聯(lián)拓?fù)湎赂咄暾酝ㄐ诺男枨蟆?br>[0020] ②本發(fā)明設(shè)計(jì)的TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)考慮到時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)的通信時(shí)序故障，通 過(guò)協(xié)議棧判決功能實(shí)現(xiàn)流量時(shí)序檢查功能，在充分利用設(shè)備級(jí)完整性檢查的基礎(chǔ)上，完善 了系統(tǒng)對(duì)時(shí)序故障包的隔離。
[0021] ③本發(fā)明設(shè)計(jì)的TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)考慮到時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)的通信內(nèi)容故障，通 過(guò)協(xié)議棧判決功能實(shí)現(xiàn)流量?jī)?nèi)容檢查功能，補(bǔ)充了設(shè)備級(jí)完整性檢查功能的不足之處。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是雙冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自檢網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)框圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的具有通信完整性檢查功能的航空航天TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的航空航天TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4A是VL ID為1的未采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0026]圖4B是VL ID為2的未采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0027]圖4C是VL ID為3的未采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0028]圖4D是VL ID為4的未采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0029]圖4E是VL ID為5的未采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0030] 圖4F是VL ID為6的未采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0031] 圖5A是VL ID為1的采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0032]圖5B是VL ID為2的采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0033]圖5C是VL ID為3的采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0034]圖5D是VL ID為4的采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0035]圖5E是VL ID為5的采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
[0036]圖5F是VL ID為6的采用本發(fā)明TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行完整性檢查的流量統(tǒng)計(jì) 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0038] 參見(jiàn)圖1所示的雙冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，圖中，將兩個(gè)交換機(jī)分別定義為A網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)10 和B網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)20。經(jīng)過(guò)A網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)10進(jìn)行通信任務(wù)的節(jié)點(diǎn)稱為A網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所述A網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)中包括有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，即第一個(gè)節(jié)點(diǎn)記為1A、第二個(gè)節(jié)點(diǎn)記為1B、......、最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)記為 1N。經(jīng)過(guò)B網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)20進(jìn)行通信任務(wù)的節(jié)點(diǎn)稱為B網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所述B網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中包括有Μ個(gè) 節(jié)點(diǎn)，即第一個(gè)節(jié)點(diǎn)記為2Α、第二個(gè)節(jié)點(diǎn)記為2Β、……、最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)記為2Μ。一般情況下， 網(wǎng)關(guān)中至少有控制器COM和監(jiān)視器Μ0Ν。
[0039] 為了使航空航天設(shè)備的通信與TTE結(jié)合，本發(fā)明在常用網(wǎng)關(guān)中引入TTE機(jī)制，從而 構(gòu)建得到具有通信完整性檢查功能的航空航天TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)。
[0040] 參見(jiàn)圖2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的具有通信完整性檢查功能的航空航天TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí) 網(wǎng)關(guān)由控制型隊(duì)列單元3A、監(jiān)視型隊(duì)列單元3B、判斷接收時(shí)間差單元3C、判斷內(nèi)容一致性單 元3D和發(fā)送隊(duì)列單元3E構(gòu)成。其中，控制型隊(duì)列單元3A內(nèi)嵌在控制器COM中；監(jiān)視型隊(duì)列單 元3B內(nèi)嵌在監(jiān)視器Μ0Ν中；判斷接收時(shí)間差單元3C、判斷內(nèi)容一致性單元3D和發(fā)送隊(duì)列單元 3E內(nèi)嵌(采用編程語(yǔ)言軟件實(shí)現(xiàn))在網(wǎng)關(guān)中。所述判斷接收時(shí)間差單元3C和判斷內(nèi)容一致性 單元3D屬于內(nèi)部協(xié)議棧，所述內(nèi)部協(xié)議棧與接收/發(fā)送并行執(zhí)行的一個(gè)工作線程，用于判斷 控制型隊(duì)列中是否有數(shù)據(jù)包需要通過(guò)內(nèi)部協(xié)議棧。本發(fā)明設(shè)計(jì)的TTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)關(guān)不但 能夠應(yīng)用于具有高完整性通信要求的多層次TTE(Time-T