航空电子全双工交换式以太网AFDX

一、AFDX发展概述

①新一代航空电子系统的通信业务已经从传统的数据、话音通信扩展为高速

  数据、图像、多媒体等多种业务，传统的以ARINC 429或Mil-STD-1553总线

  构架的信息传输网络不足以达到如此高的带宽和速率等要求。

②航空电子系统对信息传输网络的综合化、可扩展性、带宽、传输实时性、可靠性等的要求越来越高。

③Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX)是为航空电子系统中

  子系统间的数据交换而定义的电气特性的标准协议。

④AFDX 第一次在大型航空电子系统上实现了由传统的分立式电缆连接或
  共享介质的总线构架信息传输网络向交换式网络的转变，率先在大中型
  航空电子系统中扩大了互连信息传输网络的规模。

⑤AFDX是由工业标准的以太网通信协议经过适应性改进形成的，具有相
对更高的可靠性、对恶劣环境更强的适应性和更高的实时性，其传输速
率可以达到100 Mbit/s。

⑥目前已经应用于先进的大型客机项目(A380、B787以及A400M军用运输机)。

⑦AFDX系统网络组成：

  航空电子综合计算机子系统：：机载的传统航空电子子系统如飞行控制计算机等，通过综合计算机来整合各类航空电子子系统，并为各类航空电子子系统提供一个计算和AFDX端口的环境。

  AFDX终端系统(AFDX End System)：提供每一个航空电子综合计算机与AFDX网络交换机的连接方式。通过AFDX端口，实现各航空电子子系统间数据的安全、可靠传输。

  AFDX网络交换机：实现内部全双工网络数据的交换，它的主要功能是构建一个机载内部网络，并把相关数据信息及时地传送到不同的航空电子子系统或设备中。

⑧每个端系统唯一地接入到某一交换机的端口，端系统与交换机之间形成
  星型拓扑，交换机之间的拓扑可根据具体应用灵活配置。

⑨交换机用存储转发方式工作，在系统中只会出现点对点的链接，不会出
  现碰撞。通过优先权机制来安排数据包在交换机中的发送顺序。

⑩增加了“确定性网络”的实时性能保证机制和冗余管理的可靠性机制等

  措施，使得AFDX能够满足航空电子的要求。

⑪与ARINC429、ARINC629相比，AFDX系统节点规模有更大提高，可支持1024个端系统。

二、AFDX网络协议

①AFDX是基于商业以太网标准， 采用IEEE802.3/IP/UDP协议的大部分内容，并根据航空电子系统集成的实际情况进   行了优化的通信协议，是用于航空电子设备集成的系统通信接口协议。

②AFDX协议按照层次划分，可以分为传输层、网络层、链路(MAC)层和物理层4层。

③AFDX的信息流程包含在链路层中。当在AFDX端口间传送信息时，牵涉到发送端口、AFDX交换机和接收端口的协同工   作，并配置合理的地址，使信息到达需要到达的端口。

④AFDX网络交换机采用虚拟链接ID号来选择预定的路由。因此，虚拟链接使信息包从源头送到固定的目的地。

⑤UDP是一个简单的面向数据报的传输层协议：进程的每个输出操作都正好产生一个UDP数据报，并组装成一份待发送   的I P数据报。UDP是面向非连接的协议，它不与对方建立连接，而是直接就把数据包发送过去。

三、AFDX端系统

①端系统（End System, ES）的主要功能是提供一些服务，它们保证某个
  到分区（partition）软件的安全可靠的数据互换。

②保证服务提供一个稳定的、数学可证明的帧端到端传输延迟的上界。所
  以，对有界延迟的保证意味着在链路层次保证一定量的带宽。

③Virtual Link(虚拟链路）是一个概念上的通讯对象。

④VL定义了一个逻辑上单向的连接从一个源终端系统到一个或多个目的终端系统。

⑤每一个VL在逻辑上是隔离的，每个VL都有专门的带宽，在有效的带宽内相互不影响。

⑥在航电系统，AFDX终端一定需要通过一个VL进行以太网帧的交换。可以说VL是AFDX的通讯基础。

⑦在端系统支持的虚拟链路中，端系统应该利用可用带宽提供逻辑隔离。
  不论哪个分区试图在一条虚拟链路上得到怎样的利用率，任意其它虚拟
  链路的可用带宽不受影响。

⑧对于每条虚拟链路，在发送和接收过程中端系统应该保持被分区传送的
  数据的次序。一条虚拟链路不应被两个或两个以上的源分区所共享（VL
  不允许共享两个或多个源）。一个虚拟链路等于一个路径。

⑨网络冗余机制对应用来讲是透明的，在AFDX接收端系统进行冗余
  管理，采用“先来先服务”的策略，将晚到的数据包丢弃，这样仅
  一个数据副本被传递到应用层

四、AFDX交换机

①交换机应该具有在任意端口接收一个帧并将它转发到任意端口的组合的能力（包括正在接收的端口）。

②交换机应该具有基于MAC目的地址的流量优先级机制，分为高优先级和
  低优先级两类流量。优先级应该在配置表中基于虚拟链路定义。

五、AFDX应用

①A380

②B787