郭惠军　方习高

【摘 要】航空电子全双工交换式以太网络（AFDX网络）是一种新型的机载网络，对该网络的测试主要是为了保证数据传输的确定性和可靠性。对AFDX网络的特点进行了分析，提出了AFDX网络交换机的测试需求，设计了一个AFDX网络交换机测试监视系统，并给出了测试方案和操作步骤。文中提出的测试系统已成功应用于工程实践中，提高了测试工作效率和自动化程度，是一种可行的AFDX网络交换机测试监视系统，AFDX是当今航电总线类产品中的最新产品，是国际公认的新一代飞机首选的通信网络，也是未来航电总线产品的主流。

【关键词】航空电子全双工交换式以太网；交换机；测试监视；自动化

0 引言

航空电子全双工以太网（Avionics Full Duplex Switched Ethernet， AFDX）是适用于大中型飞机航空电子系统的网络互连技术，它采用双余度、全双工、接入和骨干交换，以及虚拟链路流量隔离等技术解决了综合化互连对于网络容量和可扩展性、实时性等方面的要求，AFDX是当今航电总线类产品中的最新产品，是国际公认的新一代飞机首选的通信网络，也是未来航电总线产品的主流。

AFDX网络由3部分组成：端系统（End System，ES）、链路（Link）和交换机（Switch）。ES的主要功能是提供航空电子设备子系统和AFDX互联网络之间的接口；链路是ES与交换机之间的物理通路；交换机主要负责AFDX网络设备数据帧的接收和转发。作为AFDX通信节点的各类型主机间通过ES通信，ES通信由交换机中转。AFDX网络交换机是构成网络最核心的组成部分

本论文从分析AFDX网络交换机的测试需求出发，明确AFDX网络交换机的测试目标，完成AFDX交换机的配置信息定制与显示、帧过滤特征测试、高低优先级处理测试、缓冲能力测试、技术时延测试、流量管制测试等功能，组建AFDX交换机测试子系统，实现了对交换机的自动化测试和分析。

1 交换机测试需求分析

从AFDX网络的特点可以看出AFDX网络的测试主要是为了保证数据传输的确定性和可靠性。交换机是一个存储转发设备，通过接收和转发数据完成数据包从源端系统到目的端系统的传输，并在转发过程中执行流量监控和过滤功能，对数据包进行调度，避免网络冲突造成的丢包、错包现象[2-3]。

AFDX网络交换机对网络的通信性能起决定性影响，考虑到AFDX交换机严格遵守ARINC 664 Part 7规范，因此对AFDX网络交换机的测试主要包含以下几方面要求：

1）VL单播/多播过滤特性测试：根据特定测试时间段，针对指定的一条或多条VL，检查其目的端口以及非目的端口数据帧的转发情况；

2）网络流量管制测试：通过注入正常或违例的数据帧，测试交换机对于数据帧BAG过滤是否符合标准协议和配置文件的要求；

3）端口缓冲能力测试：按照交换机的配置，测定交换机指定端口对于入线数据包的积压大于缓冲长度情况下的帧处理情况，并将测试结果送到测试数据处理模块做进一步的处理工作，评价交换机端口数据缓冲的表现；

4）技术时延测试：根据特定测试时间段和配置参数，对指定VL，监测并统计其数据帧进出交换机的时间差，分析计算交换机技术时延以及抖动方差；

5）高低优先级帧处理测试：测定指定VL进出交换机的时间差，然后改变VL的优先级，再测量改变优先级后VL进出交换机的时间差，评价交换机针对VL不同优先级帧的处理情况。

2 测试方案

根据AFDX网络交换机的测试需求，AFDX交换机测试系统从功能角度应该包括流量注入和交换机测试两部分，以实现AFDX交换机测试功能。因此AFDX交换机测试系统至少包括AFDX交换机测试系统主机和人机交互设备、AFDX端系统模拟器、AFDX端系统接口卡、高速网络测试分支器、网络流量注入主机和人机交互设备等，

AFDX网络流量注入功能提供被测交换机运行时输入流量的模拟，AFDX网络流量注入工具通过端系统模拟器和背景流量注入器两方面提供流量模拟功能。端系统模拟器模拟一个ES的流量行为，背景流量注入器通过交换机进行基于端口的流量分配，实现分布式背景流量的输出过程。AFDX交换机测试功能通过AIM公司的TAP头分支器对被测交换机的输入流量和输出流量进行捕获和分析，并根据测试用例完成交换机的测试。

本交换机测试系统可以接入其它真实AFDX网络，由交换式网络提供背景流量注入的实现。在对交换机各个端口进行测试的过程中，当端口没有连接具体外部设备时，交换机测试主机可以不通过TAP头分支器直接与交换机端口相连，实现转发流量特征的测试。

在具体搭建本AFDX交换机测试系统时，系统由2个节点主机、一个流量注入主机、一个测试主机、3块AFDX接口卡、一块高速网络接口卡、2个TAP头分支器、一台高性能交换机、一套人机交互设备、一套视频切换矩阵等设备组成。

3 交换机测试

AFDX交换机测试系统具有操作良好的人机界面程序，在进行交换机测试之前，首先利用工具软件对网络中的端系统和交换机进行配置信息加载，根据交换机配置信息，结合典型测试流程[4]，实现交换机功能和行为的监视测试。在交换机测试之前，可由用户加载或新建配置文件，实现被测交换机配置信息的录入，并与实际测试的结果进行对比，形成测试报告。AFDX交换机测试工具支持没有配置文件信息下的基本帧监视功能，同时支持对捕获的流量特征信息进行保存和提取操作，数据的读取和存储以文件形式进行。当用户加载配置文件后，可以启动测试流程，实现VL单播/多播过滤特性测试、网络流量管制测试、端口缓冲能力测试、技术时延测试、高低优先级帧处理测试等，用户可以选择查看各种统计信息，并对测试的结果进行保存和导出。所有测试结束后，生成测试结果报告，并可导出测试结果。

4 结语

AFDX网络虽然在国外得到了成功应用，但是国际上只有公开的协议标准，没有测试方面的标准和文献，AFDX网络要真正投入工程应用，必须对其功能和性能进行全面的验证测试[5]。

目前，本系统已经在实验室成功地应用到AFDX网络交换机的测试。航空电子系统仿真测试已成为目前民用飞机设计及制造中的一个关键环节，其中独立交换机的测试和整网系统的测试具有同样的重要性。本文在讨论交换机测试需求的基础上设计了AFDX 网络交换机测试系统并进行了仿真测试，为下一步开发一个特定的民用飞机AFDX网络测试系统奠定了基础。

【参考文献】

[1]王世奎，李雯，王建宇.AFDX网络交换机验证测试平台的设计与实现[J].测控技术，2011，30（S0）：114-116.

[2]叶佳字，陈晓刚，张新家.基于AFDX的航空电子通信网络的设计[J].测控技术， 2008，27（6）：56-60.

[3]王辉，陈卓，刘宁.AFDX网络终端软件测试策略的研究与应用[J].航空电子技术，2006，37（4）：33-37.

[4]赵永库，唐来胜，李贞.AFDX网络测试技术研究[J].计算机测量与控制，2012， 20（4）：945-947.