一种具有通信完整性检查功能的航空航天tte网络系统级网关的制作方法

文档序号:9754304阅读:1272来源:国知局
一种具有通信完整性检查功能的航空航天tte网络系统级网关的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于航空航天设备的网关,更特别地说,是指一种具有通信完 整性检查功能的航空航天TTE网络系统级网关。是采用具备完整性检查功能的TTE网关来检 测不同网络之间的通信时序故障和内容故障,从而达到系统级的故障隔离。
【背景技术】
[0002] 在通信系统中,完整性(integrity)是系统在运行过程中发现故障并达到故障安 全状态的能力,是可信性(dependability)的重要属性之一。
[0003] 时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTE)是支持时间触发通信和速率约 束通信的实时网络互连技术,它的协议标准考虑了通信和定时的完整性,已经被用于航空 航天电子系统的综合化互连。
[0004] 对于航空航天设备的通信的完整性,不仅通过协议芯片级的指令/监视组件,保证 了交换机接口处的通信完整性,而且对于网络设备和网络系统也可以设置不同层次的完整 性保证。协议芯片级的指令/监视组件与TTE网络的多冗余配置相结合,能够显著提高网络 通信的可靠性。
[0005] 采用TTE与航空航天设备的通信结合,即:同时具备监视和流量管制功能,不同安 全关键性等级的网络区域之间可以通过具有完整性检查功能的网关实现连接,保护高安全 性网络免受低安全性网络的故障影响。美国专利US 8,130,773 B2,公开了 "HYBRID TOPOLOGY ETHERNET ARCHITECTURE",译文"一种TTE网关",文中给出了一种具有专用拓扑 结构的网络(图5C)--交织环形可用完整性网络(Braided Ring Availability Integrity Network,BRAIN),将它作为将远程现场网络通过具有自检对(即C0M/M0N)的TTE 网关接口与控制台相连的方案。该方案的独特之处在于网关的通信和监视模块分别具有独 立的物理链路。C0M( commander,译文为控制器)JOP'Kmonitor,译文为监视器)。
[0006] 为了实现航空航天网络的系统级故障隔离,本发明设计了一种具有双通道的内外 结合自检的TTE网络系统级网关,使之适应于更通用的TTE网络拓扑结构。

【发明内容】

[0007] 本发明的目的是设计了一种具有完整性检查功能的航空航天TTE网络系统级网 关,该TTE网络系统级网关能够在充分利用设备级完整性检查功能的基础上,兼容两端网络 的交换式传输,实现系统级的故障隔离。本发明采用交换机构建双冗余网络,实现通用拓扑 下内外结合的完整性保障功能,即利用TTE交换机提供的设备级完整性保障功能,通过冗余 的外部物理通信链路将交换机内部的芯片级监视流量镜像到外部物理链路网络端口,向 TTE网络系统级网关输入成对的C0M/M0N数据包,再通过网关的内部协议栈实现一致性判决 功能,网关将对接收到的成对数据包进行过滤外部的冗余链路提供数据包物理传输的完整 性保障,网关内部的一致性判决提供数据包传输时间和内容的完整性保障。
[0008] 本发明的一种具有通彳目完整性检查功能的航空航天TTE网络系统级网关,网关中 至少设有控制器C0M、监视器Μ0Ν,其特征在于:所述航空航天TTE网络系统级网关还包括有 控制型队列单元(3A)、监视型队列单元(3B)、判断接收时间差单元(3C)、判断内容一致性单 元(3D)和发送队列单元(3E);
[0009] 其中,控制型队列单元(3A)内嵌在控制器COM中;
[0010]其中,监视型队列单元(3B)内嵌在监视器Μ0Ν中;
[0011] 其中,判断接收时间差单元(3C)、判断内容一致性单元(3D)和发送队列单元(3E) 设置在网关中;
[0012] 所述判断接收时间差单元(3C)和判断内容一致性单元(3D)属于内部协议栈,所述 内部协议栈与接收/发送并行执行的一个工作线程,用于判断控制型队列中是否有数据包 需要通过内部协议栈;
[0013] 控制型队列单元(3A)用于实时接收并缓存控制型数据包;
[0014] 监视型队列单元(3B)用于实时接收并缓存监视型数据包;
[0015] 判断接收时间差单元(3C)用于判断成对的控制型数据包和监视型数据包是否满 足时间一致性,即二者的接收时间差是否在TTE网络系统级网关允许的范围内;
[0016] 判断内容一致性单元(3D)用于判断成对的控制型数据包和监视型数据包是否满 足内容一致性,即二者的包头、A/B网络节点和有效负载是否相同;
[0017] 发送队列单元(3E)用于缓存并分配通过时间一致性和内容一致性检查的待转发 数据包,所述发送队列单元(3E)定义了发送队列TXarray,队列元素为DATA;所述发送队列 单元(3E)设有存储模块和发送模块两个模块;存储模块用于接收判断内容一致性单元(3D) 输出的COMdata,并将所述的COMdata存入TXarray队尾。
[0018] 本发明具有通信完整性检查功能的航空航天TTE网络系统级网关的优点在于:
[0019] ①本发明设计的TTE网络系统级网关充分考虑到时间触发以太网络的拓扑多样 性,提供的通信完整性检查网关适用于通用的交换式网络拓扑结构,其特点在于通过内外 结合的双重通信完整性保障,能够满足级联拓扑下高完整性通信的需求。
[0020] ②本发明设计的TTE网络系统级网关考虑到时间触发以太网的通信时序故障,通 过协议栈判决功能实现流量时序检查功能,在充分利用设备级完整性检查的基础上,完善 了系统对时序故障包的隔离。
[0021] ③本发明设计的TTE网络系统级网关考虑到时间触发以太网的通信内容故障,通 过协议栈判决功能实现流量内容检查功能,补充了设备级完整性检查功能的不足之处。
【附图说明】
[0022] 图1是双冗余网络结构的自检网关结构框图。
[0023] 图2是本发明设计的具有通信完整性检查功能的航空航天TTE网络系统级网关的 内部结构图。
[0024] 图3是本发明设计的航空航天TTE网络系统级网关拓扑结构示意图。
[0025]图4A是VL ID为1的未采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0026]图4B是VL ID为2的未采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0027]图4C是VL ID为3的未采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0028]图4D是VL ID为4的未采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0029]图4E是VL ID为5的未采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0030] 图4F是VL ID为6的未采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0031] 图5A是VL ID为1的采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0032]图5B是VL ID为2的采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0033]图5C是VL ID为3的采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0034]图5D是VL ID为4的采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0035]图5E是VL ID为5的采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
[0036]图5F是VL ID为6的采用本发明TTE网络系统级网关进行完整性检查的流量统计 图。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0038] 参见图1所示的双冗余网络结构,图中,将两个交换机分别定义为A网络交换机10 和B网络交换机20。经过A网络交换机10进行通信任务的节点称为A网络节点,所述A网络节 点中包括有N个节点,即第一个节点记为1A、第二个节点记为1B、......、最后一个节点记为 1N。经过B网络交换机20进行通信任务的节点称为B网络节点,所述B网络节点中包括有Μ个 节点,即第一个节点记为2Α、第二个节点记为2Β、……、最后一个节点记为2Μ。一般情况下, 网关中至少有控制器COM和监视器Μ0Ν。
[0039] 为了使航空航天设备的通信与TTE结合,本发明在常用网关中引入TTE机制,从而 构建得到具有通信完整性检查功能的航空航天TTE网络系统级网关。
[0040] 参见图2所示,本发明设计的具有通信完整性检查功能的航空航天TTE网络系统级 网关由控制型队列单元3A、监视型队列单元3B、判断接收时间差单元3C、判断内容一致性单 元3D和发送队列单元3E构成。其中,控制型队列单元3A内嵌在控制器COM中;监视型队列单 元3B内嵌在监视器Μ0Ν中;判断接收时间差单元3C、判断内容一致性单元3D和发送队列单元 3E内嵌(采用编程语言软件实现)在网关中。所述判断接收时间差单元3C和判断内容一致性 单元3D属于内部协议栈,所述内部协议栈与接收/发送并行执行的一个工作线程,用于判断 控制型队列中是否有数据包需要通过内部协议栈。本发明设计的TTE网络系统级网关不但 能够应用于具有高完整性通信要求的多层次TTE(Time-T
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