[发明专利]在共享式以太网中实现高确定性的方法

说明书

本发明公开了一种在共享式以太网中实现高确定性的方法，预先设置某个设备作为调度管理器，并将网络系统设备的个数和系统调度周期配置到调度管理器；调度管理器通过ARP协议收集设备的MAC地址，收集完成后采用静态路由的模式进行通信；将各设备的MAC地址映射成设备ID，调度管理器根据系统集成的设备个数以及各设备数据流个数在系统调度周期上进行进行时隙划分，并将对应的时隙ID号和设备ID号进行绑定，和同步信息合并到同步时隙数据报文后广播到其他设备；各个设备在全局同步情况下按照分配到本设备的时隙ID对应的时间片进行接入通信，实现了数据流在总线型的共享以太网中基于时间触发高确定性的传输服务。

技术领域

本发明属于航空电子系统中的机载总线通信技术领域，特别涉及飞行控制、发动机控制以及机电控制领域对数据传输的确定性和安全性要求极高的通信领域下的共享式以太网的实现方法。

背景技术

过去的几十年中，以太网作为一种开放性和标准化的网络在世界范围内取得了最广泛、最成功的应用，其经历了共享式到交换式的网络构型演变。当前主流的交换式以太网已从100Mbps发展100Gbps的速率。由于其开放式特性，容易受到各种攻击，安全性等级满足不了航空机载这种高安全性的应用领域；同时以太网采用的尽力传输的方式，并未过多考虑网络实时性和确定性的服务特性，即在现有的通信机制下很难保证用户数据的点到点传输时延的确定性。为了促使以太网能够安全可靠地应用于时间关键性和安全关键性的航空电子通信领域，首当其冲是改进该网络MAC接入机制，提高传输的确定性和可靠性。

SAE AS6802标准提出了一种高传输确定性的交换式以太网：时间触发以太网TimeTrigger Ethernet(TTE)。该网络已经在部分航空航天领域成功应用，如作为NASA新一代宇宙飞船的骨干网，并作为分布式综合模块化航空电子DIMA的互联系统应用于S-97攻击型直升机以及SB-1型旋翼机。TTE网络在以太网标准的基础上，引入分布式高容错的时钟同步机制，并预先为网络中通信的各条数据流划分通信时隙。各设备在全局时钟计时基础上，按照分配的时隙触发数据传输和接收数据。TTE支持三种不同QoS级别的数据流传输服务，满足集成航空电子系统的不同时间关键性等级的通信应用需求。但针对机电控制、飞行控制和发动机控制等机载控制系统等低带宽应用场合的互联通信，TTE存如下的局限性：

·成本较高，交换式的网络设备处理大带宽，对设备需求的硬件资源需求较高，提升了资源成本的投入；同时系统开发复杂度高，提高了设计成本；

·带宽资源相对过剩，利用率过低，相对而言，确定性的共享式总线网络更适用为这些控制领域提供传输服务。

时间触发协议TTP总线作为一种高确定性的机载传输总线，在航空航天领域的应用日益广泛，如洛马公司F-16及意大利马基公司(Aermacchi)M-346上的全权限数字发动机控制系统、A-380的客舱压力控制系统、B-787梦想客机的环境控制系统以及庞巴迪飞机的飞控系统；同时TTP在铁路工业系统等商业开发领域的存在广阔的应用场景。TTP作为一种相对封闭的总线技术，其研究范围和技术推进不像以太网技术那么广泛和持续，其物理层的技术几乎无新的更新迭代导致传输带宽可扩展性差；同时由于航空电子全双工交换式以太网AFDX、时间触发以太网TTE以及光纤以太网等基于802.3标准的骨干网在航电系统中大量的应用，设计一种高确定性的、低成本、带宽适用的兼容以太网的网络替换TTP应用于航空分布式控制系统是极具潜力的。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种在共享式以太网中实现高确定性的方法，通过划分时隙，设计高确定性的接入通信方式，极大的提高共享以太网的传输确定性和可靠性。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种在共享式以太网中实现高确定性的方法，包含以下步骤：

在共享式以太网中选定一个网络系统设备作为调度管理器；