一種具有通信完整性檢查功能的航空航天tte網絡系統級網關的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種應用于航空航天設備的網關，更特別地說，是指一種具有通信完 整性檢查功能的航空航天TTE網絡系統級網關。是采用具備完整性檢查功能的TTE網關來檢 測不同網絡之間的通信時序故障和內容故障，從而達到系統級的故障隔離。
【背景技術】
[0002] 在通信系統中，完整性（integrity)是系統在運行過程中發現故障并達到故障安 全狀態的能力，是可信性(dependability)的重要屬性之一。
[0003] 時間觸發以太網（Time-Triggered Ethernet，TTE)是支持時間觸發通信和速率約 束通信的實時網絡互連技術，它的協議標準考慮了通信和定時的完整性，已經被用于航空 航天電子系統的綜合化互連。
[0004] 對于航空航天設備的通信的完整性，不僅通過協議芯片級的指令/監視組件，保證 了交換機接口處的通信完整性，而且對于網絡設備和網絡系統也可以設置不同層次的完整 性保證。協議芯片級的指令/監視組件與TTE網絡的多冗余配置相結合，能夠顯著提高網絡 通信的可靠性。
[0005] 采用TTE與航空航天設備的通信結合，即：同時具備監視和流量管制功能，不同安 全關鍵性等級的網絡區域之間可以通過具有完整性檢查功能的網關實現連接，保護高安全 性網絡免受低安全性網絡的故障影響。美國專利US 8,130,773 B2,公開了 "HYBRID TOPOLOGY ETHERNET ARCHITECTURE"，譯文"一種TTE網關"，文中給出了一種具有專用拓撲 結構的網絡（圖5C)--交織環形可用完整性網絡（Braided Ring Availability Integrity Network，BRAIN)，將它作為將遠程現場網絡通過具有自檢對（即C0M/M0N)的TTE 網關接口與控制臺相連的方案。該方案的獨特之處在于網關的通信和監視模塊分別具有獨 立的物理鏈路。C0M( commander，譯文為控制器）JOP'Kmonitor，譯文為監視器）。
[0006] 為了實現航空航天網絡的系統級故障隔離，本發明設計了一種具有雙通道的內外 結合自檢的TTE網絡系統級網關，使之適應于更通用的TTE網絡拓撲結構。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的是設計了一種具有完整性檢查功能的航空航天TTE網絡系統級網 關，該TTE網絡系統級網關能夠在充分利用設備級完整性檢查功能的基礎上，兼容兩端網絡 的交換式傳輸，實現系統級的故障隔離。本發明采用交換機構建雙冗余網絡，實現通用拓撲 下內外結合的完整性保障功能，即利用TTE交換機提供的設備級完整性保障功能，通過冗余 的外部物理通信鏈路將交換機內部的芯片級監視流量鏡像到外部物理鏈路網絡端口，向 TTE網絡系統級網關輸入成對的C0M/M0N數據包，再通過網關的內部協議棧實現一致性判決 功能，網關將對接收到的成對數據包進行過濾外部的冗余鏈路提供數據包物理傳輸的完整 性保障，網關內部的一致性判決提供數據包傳輸時間和內容的完整性保障。
[0008] 本發明的一種具有通彳目完整性檢查功能的航空航天TTE網絡系統級網關，網關中 至少設有控制器C0M、監視器Μ0Ν，其特征在于:所述航空航天TTE網絡系統級網關還包括有 控制型隊列單元(3A)、監視型隊列單元(3B)、判斷接收時間差單元(3C)、判斷內容一致性單 元(3D)和發送隊列單元(3E);
[0009] 其中，控制型隊列單元(3A)內嵌在控制器COM中；
[0010]其中，監視型隊列單元(3B)內嵌在監視器Μ0Ν中；
[0011] 其中，判斷接收時間差單元(3C)、判斷內容一致性單元(3D)和發送隊列單元(3E) 設置在網關中；
[0012] 所述判斷接收時間差單元(3C)和判斷內容一致性單元(3D)屬于內部協議棧，所述 內部協議棧與接收/發送并行執行的一個工作線程，用于判斷控制型隊列中是否有數據包 需要通過內部協議棧；
[0013] 控制型隊列單元(3A)用于實時接收并緩存控制型數據包；
[0014] 監視型隊列單元(3B)用于實時接收并緩存監視型數據包；
[0015] 判斷接收時間差單元(3C)用于判斷成對的控制型數據包和監視型數據包是否滿 足時間一致性，即二者的接收時間差是否在TTE網絡系統級網關允許的范圍內；
[0016] 判斷內容一致性單元(3D)用于判斷成對的控制型數據包和監視型數據包是否滿 足內容一致性，即二者的包頭、A/B網絡節點和有效負載是否相同；
[0017] 發送隊列單元(3E)用于緩存并分配通過時間一致性和內容一致性檢查的待轉發 數據包，所述發送隊列單元(3E)定義了發送隊列TXarray，隊列元素為DATA;所述發送隊列 單元(3E)設有存儲模塊和發送模塊兩個模塊;存儲模塊用于接收判斷內容一致性單元(3D) 輸出的COMdata，并將所述的COMdata存入TXarray隊尾。
[0018] 本發明具有通信完整性檢查功能的航空航天TTE網絡系統級網關的優點在于：
[0019] ①本發明設計的TTE網絡系統級網關充分考慮到時間觸發以太網絡的拓撲多樣 性，提供的通信完整性檢查網關適用于通用的交換式網絡拓撲結構，其特點在于通過內外 結合的雙重通信完整性保障，能夠滿足級聯拓撲下高完整性通信的需求。
[0020] ②本發明設計的TTE網絡系統級網關考慮到時間觸發以太網的通信時序故障，通 過協議棧判決功能實現流量時序檢查功能，在充分利用設備級完整性檢查的基礎上，完善 了系統對時序故障包的隔離。
[0021] ③本發明設計的TTE網絡系統級網關考慮到時間觸發以太網的通信內容故障，通 過協議棧判決功能實現流量內容檢查功能，補充了設備級完整性檢查功能的不足之處。
【附圖說明】
[0022] 圖1是雙冗余網絡結構的自檢網關結構框圖。
[0023] 圖2是本發明設計的具有通信完整性檢查功能的航空航天TTE網絡系統級網關的 內部結構圖。
[0024] 圖3是本發明設計的航空航天TTE網絡系統級網關拓撲結構示意圖。
[0025]圖4A是VL ID為1的未采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0026]圖4B是VL ID為2的未采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0027]圖4C是VL ID為3的未采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0028]圖4D是VL ID為4的未采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0029]圖4E是VL ID為5的未采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0030] 圖4F是VL ID為6的未采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0031] 圖5A是VL ID為1的采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0032]圖5B是VL ID為2的采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0033]圖5C是VL ID為3的采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0034]圖5D是VL ID為4的采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0035]圖5E是VL ID為5的采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
[0036]圖5F是VL ID為6的采用本發明TTE網絡系統級網關進行完整性檢查的流量統計 圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0038] 參見圖1所示的雙冗余網絡結構，圖中，將兩個交換機分別定義為A網絡交換機10 和B網絡交換機20。經過A網絡交換機10進行通信任務的節點稱為A網絡節點，所述A網絡節 點中包括有N個節點，即第一個節點記為1A、第二個節點記為1B、......、最后一個節點記為 1N。經過B網絡交換機20進行通信任務的節點稱為B網絡節點，所述B網絡節點中包括有Μ個 節點，即第一個節點記為2Α、第二個節點記為2Β、……、最后一個節點記為2Μ。一般情況下， 網關中至少有控制器COM和監視器Μ0Ν。
[0039] 為了使航空航天設備的通信與TTE結合，本發明在常用網關中引入TTE機制，從而 構建得到具有通信完整性檢查功能的航空航天TTE網絡系統級網關。
[0040] 參見圖2所示，本發明設計的具有通信完整性檢查功能的航空航天TTE網絡系統級 網關由控制型隊列單元3A、監視型隊列單元3B、判斷接收時間差單元3C、判斷內容一致性單 元3D和發送隊列單元3E構成。其中，控制型隊列單元3A內嵌在控制器COM中；監視型隊列單 元3B內嵌在監視器Μ0Ν中；判斷接收時間差單元3C、判斷內容一致性單元3D和發送隊列單元 3E內嵌(采用編程語言軟件實現)在網關中。所述判斷接收時間差單元3C和判斷內容一致性 單元3D屬于內部協議棧，所述內部協議棧與接收/發送并行執行的一個工作線程，用于判斷 控制型隊列中是否有數據包需要通過內部協議棧。本發明設計的TTE網絡系統級網關不但 能夠應用于具有高完整性通信要求的多層次TTE(Time-T