本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于ＣＯＴＳ的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)功能演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括端系統(tǒng)和交換節(jié)點兩部分。端系統(tǒng)采用通用計算技術(shù)模擬航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)中真實端系統(tǒng)功能。通過對端系統(tǒng)航空電子應(yīng)用相關(guān)消息的周期進(jìn)行模擬，對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的采樣服務(wù)和隊列服務(wù)進(jìn)行定制和行為仿真，對數(shù)據(jù)鏈路層的虛擬鏈路進(jìn)行配置和幀間間隔保障，并按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀格式進(jìn)行幀組裝，模擬端系統(tǒng)通信功能。交換節(jié)點采用ＣＯＴＳ交換機(jī)，按照配置的固定ＭＡＣ地址表對進(jìn)入到交換節(jié)點的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理。通過對端系統(tǒng)和交換節(jié)點進(jìn)行組網(wǎng)，完整實現(xiàn)：發(fā)送消息－源通信端口－源ＩＰ－虛擬鏈路－目的ＩＰ－目的通信端口－接收消息的尋址映射，模擬了帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)基于虛擬鏈路的整個通信過程。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種應(yīng)用于帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)的功能演示系統(tǒng)，更特別的說，是指 一種采用商用貨架技術(shù)(Commercial Off-The-Shelf, COTS)經(jīng)過協(xié)議改造而實現(xiàn)的帶寬預(yù) 分配保證網(wǎng)絡(luò)功能展示系統(tǒng)平臺。
技術(shù)介紹
隨著微電子、數(shù)字技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，航空電子總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)典型的也 經(jīng)歷了分立式、聯(lián)合式、綜合式和先進(jìn)綜合式四個發(fā)展階段。當(dāng)前的航空電子總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 更加強(qiáng)調(diào)商用貨架技術(shù)(COTS)和統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)(Universal Avionics Network，UAN)。相比于普通計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)載總線網(wǎng)絡(luò)在實時性和可靠性方面有更高的要求。實 時性要求航空電子總線網(wǎng)絡(luò)提供端到端延時保障機(jī)制，確保消息的實時傳輸；可靠性要求 航空電子總線網(wǎng)絡(luò)提供故障隔離、冗余檢錯等手段確保消息的有效傳輸。采用帶寬預(yù)分配 保證技術(shù)的航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)通過虛擬鏈路(Virtual Link,VL)對鏈路帶寬資 源進(jìn)行有效分配和隔離，極大地增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的實時性和可靠性。采用虛擬鏈路技術(shù)的帶寬 預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)源對消息流量進(jìn)行分配和規(guī)整，從而限制數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)突發(fā)性；在 空分交換網(wǎng)絡(luò)中，采用靜態(tài)路由的方案增強(qiáng)消息尋徑的實時性和可靠性。為了對基于虛擬鏈路技術(shù)的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能展示，并驗證其實施過 程中的關(guān)鍵技術(shù)，需要在COTS平臺的基礎(chǔ)上對普通以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行改造，使其滿足帶寬預(yù) 分配保證網(wǎng)絡(luò)的典型技術(shù)特征，建立一套帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)的功能演示系統(tǒng)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種COTS平臺下的改造和實施方案，實現(xiàn)基于虛擬鏈路 技術(shù)的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)的通信功能展示，建立一套帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)的功能演示系 統(tǒng)平臺。該功能演示系統(tǒng)通過對以太網(wǎng)協(xié)議棧進(jìn)行改造，使其接納以虛擬鏈路為標(biāo)識的消 息收發(fā)過程，并滿足帶寬預(yù)分配保證性能，建立了端系統(tǒng)演示模型；通過對交換節(jié)點進(jìn)行 靜態(tài)路由配置，使其滿足以虛擬鏈路為標(biāo)識進(jìn)行靜態(tài)尋址功能，建立了交換節(jié)點演示模型； 通過對端系統(tǒng)模型和交換節(jié)點模型進(jìn)行組網(wǎng)，構(gòu)建了典型帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)功能演示系 統(tǒng)。該功能演示系統(tǒng)可以實現(xiàn)多個節(jié)點的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)演示功能；作為消息源的端 系統(tǒng)(End System, ES)系統(tǒng)，能夠按照采樣端口服務(wù)和隊列端口服務(wù)以設(shè)定的幀間間隔 (Bandwidth Allocation Gap, BAG)發(fā)送數(shù)據(jù)幀；作為消息路由和轉(zhuǎn)發(fā)的交換節(jié)點，能夠按 照配置的固定路由方式實現(xiàn)消息的轉(zhuǎn)發(fā)處理；所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)與真實的航空電子全 雙工交換式以太網(wǎng)具有互操作性。本專利技術(shù)的一種基于COTS技術(shù)的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于航 空電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過對普通以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行改造，使系統(tǒng)在消息發(fā)送過程中滿 足帶寬預(yù)分配機(jī)制，并格式化通信數(shù)據(jù)幀格式，使改造后的普通以太網(wǎng)結(jié)點能夠無縫接入 航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)中；該系統(tǒng)包括端系統(tǒng)和交換節(jié)點兩部分；端系統(tǒng)采用通用計算技術(shù)模擬航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)中真實端系統(tǒng)功能; 通過對端系統(tǒng)航空電子應(yīng)用相關(guān)消息的周期進(jìn)行模擬，對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的采樣服務(wù)和隊列服 務(wù)進(jìn)行定制和行為仿真，對數(shù)據(jù)鏈路層的虛擬鏈路進(jìn)行配置和幀間間隔保障，并按照網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議幀格式進(jìn)行幀組裝，模擬端系統(tǒng)通信功能；所述的端系統(tǒng)包括有網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊、接口服 務(wù)模塊、端系統(tǒng)仿真模塊；交換節(jié)點采用COTS交換機(jī)，按照配置的固定MAC地址表對進(jìn)入到交換節(jié)點的數(shù)據(jù) 幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理；所述的交換節(jié)點包括有交換模塊和靜態(tài)路由配置模塊；在系統(tǒng)對于消息接收處理過程中，將具有虛擬鏈路標(biāo)識的數(shù)據(jù)幀提交端系統(tǒng)應(yīng)用 作進(jìn)一步處理，對于普通以太網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)幀，則原封不動提交給TCP/IP協(xié)議幀，進(jìn)行一般 網(wǎng)絡(luò)通信處理；通過配置靜態(tài)路由表，實現(xiàn)交換節(jié)點按照虛擬鏈路ID為標(biāo)識的固定轉(zhuǎn)發(fā)關(guān) 系進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)處理；通過對端系統(tǒng)和交換節(jié)點進(jìn)行組網(wǎng)，完整實現(xiàn)發(fā)送消息-源通信端 口-源IP-虛擬鏈路-目的IP-目的通信端口 -接收消息的尋址映射，模擬了帶寬預(yù)分配 保證網(wǎng)絡(luò)基于虛擬鏈路的整個通信過程。本專利技術(shù)基于COTS技術(shù)的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)的優(yōu)點在于1.本專利技術(shù)在普通以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過對COTS技術(shù)進(jìn)行改造，實施了一種帶寬預(yù) 分配保證網(wǎng)絡(luò)的功能演示系統(tǒng)，模擬了帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)基于虛擬鏈路的通信過程，提 供了一個迅速、快捷、廉價的途徑構(gòu)建帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)，為學(xué)習(xí)和研究帶寬預(yù)分配保證 網(wǎng)絡(luò)的通信模式和實時可靠性的保證機(jī)制提供了方便。2.本專利技術(shù)的技術(shù)改造方案基于windows平臺，并提供帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)接口服 務(wù)的API函數(shù)，方便研究人員在帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)功能演示系統(tǒng)上進(jìn)行二次開發(fā)，制定 或者改造已有特定應(yīng)用程序，并使其在帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)功能演示系統(tǒng)上進(jìn)行運行，研 究特定應(yīng)用在帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)上的通信行為。3.本專利技術(shù)的與真實帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)具有協(xié)議互操作性，可以在功能演示系統(tǒng) 平臺上利用改造技術(shù)方案實施端系統(tǒng)或者交換機(jī)的通信行為模擬，并與真實帶寬預(yù)分配保 證網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對接，替代網(wǎng)絡(luò)中部分真實節(jié)點或者交換機(jī)，完成整個帶寬預(yù)分配保證網(wǎng) 絡(luò)的部署。4.本專利技術(shù)提供通信參數(shù)配置和修改功能，可以在帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)功能演示系 統(tǒng)上通過修改通信參數(shù)，觀察通信參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)通信行為的影響結(jié)果和范圍，在功能演示系 統(tǒng)上進(jìn)行帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)實驗。附圖說明圖1是本專利技術(shù)一種基于COTS的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)功能演示系統(tǒng)框架圖。圖2是本專利技術(shù)的端系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本專利技術(shù)的交換節(jié)點實現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖。圖4是本專利技術(shù)端系統(tǒng)幀間間隔保證器工作流程圖。具體實施方式下面將結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本專利技術(shù)基于航空電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過對普通以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行改造，使其消息發(fā)送過程滿足帶寬預(yù)分配機(jī)制，并格式化通信數(shù)據(jù)幀格式，使改造后的普通以太網(wǎng)結(jié) 點能夠無縫接入航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)中；對于消息的接收處理，將具有虛擬鏈路 標(biāo)識的數(shù)據(jù)幀提交端系統(tǒng)應(yīng)用作進(jìn)一步處理，對于普通以太網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)幀，則原封不動提 交給TCP/IP協(xié)議幀，進(jìn)行一般網(wǎng)絡(luò)通信處理；通過配置靜態(tài)路由表，實現(xiàn)交換節(jié)點按照虛 擬鏈路ID為標(biāo)識的固定轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)處理；通過對端系統(tǒng)和交換節(jié)點進(jìn)行組網(wǎng)， 完整實現(xiàn)發(fā)送消息-源通信端口-源IP-虛擬鏈路-目的IP-目的通信端口 -接收消息 的尋址映射，模擬了帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)基于虛擬鏈路的整個通信過程。一種基于COTS的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)包括端系統(tǒng)和交換節(jié)點兩部分。 端系統(tǒng)，即第一個端系統(tǒng)10A、第二端個系統(tǒng)10B、第三端個系統(tǒng)10C、……、第η個端系統(tǒng) IOD0交換節(jié)點，即第一個交換節(jié)點20Α、第二個交換節(jié)點20Β、第三個交換節(jié)點20C、……、 第m個交換節(jié)點20D。端系統(tǒng)采用通用計算技術(shù)模擬航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)中真 實端系統(tǒng)功能。通過對端系統(tǒng)航空電子應(yīng)用相關(guān)消息的周期進(jìn)行模擬，對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的采 樣服務(wù)和隊列服務(wù)進(jìn)行定制和行為仿真，對數(shù)據(jù)鏈路層的虛擬鏈路進(jìn)行配置和幀間間隔保 障，并按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀格式進(jìn)行幀組裝，模擬端系統(tǒng)通信功能。交換節(jié)點采用COTS交換機(jī)， 按照配置的固定MAC地址表對進(jìn)入到交換節(jié)點的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理。對于端系統(tǒng)，主要 包括網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于ＣＯＴＳ技術(shù)的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于航空電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過對普通以太網(wǎng)ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧進(jìn)行改造，使系統(tǒng)在消息發(fā)送過程中滿足帶寬預(yù)分配機(jī)制，并格式化通信數(shù)據(jù)幀格式，使改造后的普通以太網(wǎng)結(jié)點能夠無縫接入航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)中；其特征在于：該系統(tǒng)包括端系統(tǒng)和交換節(jié)點兩部分；端系統(tǒng)采用通用計算技術(shù)模擬航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)中真實端系統(tǒng)功能；通過對端系統(tǒng)航空電子應(yīng)用相關(guān)消息的周期進(jìn)行模擬，對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的采樣服務(wù)和隊列服務(wù)進(jìn)行定制和行為仿真，對數(shù)據(jù)鏈路層的虛擬鏈路進(jìn)行配置和幀間間隔保障，并按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀格式進(jìn)行幀組裝，模擬端系統(tǒng)通信功能；所述的端系統(tǒng)包括有網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊、接口服務(wù)模塊、端系統(tǒng)仿真模塊；交換節(jié)點采用ＣＯＴＳ交換機(jī)，按照配置的固定ＭＡＣ地址表對進(jìn)入到交換節(jié)點的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理；所述的交換節(jié)點包括有交換模塊和靜態(tài)路由配置模塊；在系統(tǒng)對于消息接收處理過程中，將具有虛擬鏈路標(biāo)識的數(shù)據(jù)幀提交端系統(tǒng)應(yīng)用作進(jìn)一步處理，對于普通以太網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)幀，則原封不動提交給ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議幀，進(jìn)行一般網(wǎng)絡(luò)通信處理；通過配置靜態(tài)路由表，實現(xiàn)交換節(jié)點按照虛擬鏈路ＩＤ為標(biāo)識的固定轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)處理；通過對端系統(tǒng)和交換節(jié)點進(jìn)行組網(wǎng)，完整實現(xiàn)：發(fā)送消息－源通信端口－源ＩＰ－虛擬鏈路－目的ＩＰ－目的通信端口－接收消息的尋址映射，模擬了帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)基于虛擬鏈路的整個通信過程。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于COTS技術(shù)的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于航空電子網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)，通過對普通以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行改造，使系統(tǒng)在消息發(fā)送過程中滿足帶寬預(yù)分 配機(jī)制，并格式化通信數(shù)據(jù)幀格式，使改造后的普通以太網(wǎng)結(jié)點能夠無縫接入航空電子全 雙工交換式以太網(wǎng)中；其特征在于該系統(tǒng)包括端系統(tǒng)和交換節(jié)點兩部分；端系統(tǒng)采用通用計算技術(shù)模擬航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)中真實端系統(tǒng)功能；通過 對端系統(tǒng)航空電子應(yīng)用相關(guān)消息的周期進(jìn)行模擬，對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的采樣服務(wù)和隊列服務(wù)進(jìn) 行定制和行為仿真，對數(shù)據(jù)鏈路層的虛擬鏈路進(jìn)行配置和幀間間隔保障，并按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 幀格式進(jìn)行幀組裝，模擬端系統(tǒng)通信功能；所述的端系統(tǒng)包括有網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊、接口服務(wù)模 塊、端系統(tǒng)仿真模塊；交換節(jié)點采用COTS交換機(jī)，按照配置的固定MAC地址表對進(jìn)入到交換節(jié)點的數(shù)據(jù)幀進(jìn) 行轉(zhuǎn)發(fā)處理；所述的交換節(jié)點包括有交換模塊和靜態(tài)路由配置模塊；在系統(tǒng)對于消息接收處理過程中，將具有虛擬鏈路標(biāo)識的數(shù)據(jù)幀提交端系統(tǒng)應(yīng)用作進(jìn) 一步處理，對于普通以太網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)幀，則原封不動提交給TCP/IP協(xié)議幀，進(jìn)行一般網(wǎng)絡(luò) 通信處理；通過配置靜態(tài)路由表，實現(xiàn)交換節(jié)點按照虛擬鏈路ID為標(biāo)識的固定轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系 進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)處理；通過對端系統(tǒng)和交換節(jié)點進(jìn)行組網(wǎng)，完整實現(xiàn)發(fā)送消息-源通信端 口 -源IP-虛擬鏈路-目的IP-目的通信端口 -接收消息的尋址映射，模擬了帶寬預(yù)分配 保證網(wǎng)絡(luò)基于虛擬鏈路的整個通信過程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于COTS技術(shù)的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)，其特 征在于所述端系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊，實現(xiàn)帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)報文的收發(fā)功能；網(wǎng)絡(luò) 驅(qū)動模塊基于NDIS驅(qū)動模型，從物理端口捕獲數(shù)據(jù)，根據(jù)包的不同類型，將具有虛擬鏈路 編號的數(shù)據(jù)幀提交給端系統(tǒng)原型中的接口服務(wù)模塊，將其它數(shù)據(jù)包原封不動提交給TCP/IP 協(xié)議棧，進(jìn)行一般的網(wǎng)絡(luò)通信處理；從端系統(tǒng)原型中的接口服務(wù)模塊傳遞過來的帶有虛擬 鏈路標(biāo)識，并按照帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀格式進(jìn)行封裝的數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊將其 交給物理端口發(fā)送出去，完成數(shù)據(jù)幀的實際發(fā)送過程。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于COTS技術(shù)的帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)，其特征 在于所述端系統(tǒng)原型中的接口服務(wù)模塊，按照帶寬預(yù)分配保證網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的分 包、組包、幀格式封裝、幀格式解析的幀格式處理，同時按照承載數(shù)據(jù)幀的虛擬鏈路的幀間 間隔，控制數(shù)據(jù)幀向端系統(tǒng)原型中的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊提交的時間，保證消息通信所需的帶寬 預(yù)分配方案；接口服務(wù)模塊包括兩組功能集合虛擬鏈路發(fā)送功能組和虛擬鏈路接收功能 組；對于虛擬鏈路發(fā)送功能組集合，當(dāng)接收到從應(yīng)用程序發(fā)來的消息后，按照配置文件端口 服務(wù)配置情況，進(jìn)行采樣端口和隊列端口緩沖處理，并添加對應(yīng)UDP包頭，根據(jù)承載消息的 虛擬鏈路的最大幀長配置進(jìn)行IP分包處理，將分包加上對應(yīng)的IP頭，計算IP包頭的校驗 和，然后將分包加上MAC包，將各包放入對應(yīng)子虛擬鏈路的緩存隊列中，輪盤查詢所有虛擬 鏈...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：何鋒，陳瑤，李峭，熊華鋼，
申請(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]
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