CN102209000B - 一种带分层错误注入和错误分析的afdx网络终端系统模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，该模拟器包括有通信任务配置模块(1)、错误注入模块(2)、消息处理模块(3)、UDP/IP处理模块(4)、VL处理模块(5)和物理接口(6)。通信任务配置模块(1)通过加载终端系统配置数据，解读其中的通信任务和虚拟链路信息，来模拟终端系统通信过程，无缝地接入AFDX网络；错误注入模块(2)负责配置分层错误信息；消息处理模块(3)、UDP/IP处理模块(4)和VL处理模块(5)会依据加载的配置信息(11)和/或错误配置信息(22)进行IP层和UDP层解析。本发明的模拟器通过主动产生分层的错误流量来模拟终端系统上可能发生的各种错误，完善了AFDX网络的终端系统错误环境；通过接收并分析流量，来从终端系统的角度发现AFDX网络出现错误流量的原因。

Description

一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器

技术领域

本发明属于航空电子通信网络领域，涉及网络测试用途的航空电子全双工交换式以太网(AFDX)终端模拟器，更特别地说，是指一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器。

背景技术

随着军事技术、计算机技术、电子技术和网络技术的发展，航空电子系统逐渐趋向于先进的综合式体系结构，航空电子通信网络为了适应这种先进的综合化趋势，在保证原有的实时性、可靠性的基础上，提出了更高的要求——更高的带宽，更方便的维护和升级。交换式网络由于拓扑结构上的优势，可以满足航空电子网络的发展要求，成为了新一代航空电子网络的发展方向。

AFDX全称为航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex SwitchedEthernet，AFDX)，它是为在航空子系统之间进行数据交换而定义的一种协议标准，是基于ARINC429和1553B基础之上的一种通信协议规范。美国波音公司的B787和法国空客公司的A380都采用AFDX网络进行航电系统的互连。国内的民用客机正处于起始阶段，目前也进行AFDX网络的研究和测试。航空电子网络不同于民用网络，对可靠性和容错性要求很高，所以在航空电子网络测试阶段，往往需要人为地制造各种错误，来测试航空电子网络在错误环境下的行为和性能。

AFDX采用接入交换和骨干交换结合的空分交换技术与单网段全双工接驳方式，完全克服了共享介质以太网CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/CollisionDetect)机制固有的介质访问时间不确定性，同时采用虚拟链路(Virtual Link，VL)对链路带宽资源进行有效地分配和隔离，极大地增强了网络的实时性，使其成为航空电子网络互连的“确定性网络”。

AFDX具有拓展的网络拓扑，它的拓扑结构为星型。AFDX网络主要由终端系统、AFDX交换机以及传输链路组成。终端系统承载了航电分区，作为航电通信任务的接入点，将子系统与AFDX网络连接起来，负责消息的发送和接收。AFDX“确定型网络”的特性主要由端系统实现，这些特性主要包括流量整形、完整性检测和冗余管理等。AFDX交换机作为信息交换中心，将航电通信任务进行交换，实现航电任务在网络上的传输。相比于商用以太网交换机，AFDX交换机具备了过滤功能、交换功能、故障隔离以及静态路由等特点。每个端系统分别与AFDX交换机相连，每台交换机能连接20来个端系统，形成接入交换网络；AFDX交换机之间互联，形成骨干交换网络。每个航空电子子系统采用全双工方式，用2对双绞线直接连接在交换机上，一对用来发送，一对用来接收。

发明内容

本发明的目的是在AFDX网络测试过程中，不用构建实际的航空电子分区和终端系统，提供一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，通过加载终端系统配置数据，解读其中的通信任务和虚拟链路信息，来模拟终端系统通信过程，无缝地接入AFDX网络；错误分层注入功能，是指按AFDX网络协议分层来划分错误类型，并且将划分后的错误注入对应协议层来产生错误流量，模拟错误的AFDX网络终端系统环境；错误分析功能，是指可以接收AFDX网络上的流量，并结合AFDX网络的特点分析流量错误产生的原因。通过主动产生分层的错误流量来模拟终端系统上可能发生的各种错误，完善了AFDX网络的终端系统错误环境；通过接收并分析流量，来从终端系统的角度发现AFDX网络出现错误流量的原因。

本发明的一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，该AFDX网络终端系统模拟器包括有通信任务配置模块、错误注入模块、消息处理模块、UDP/IP层处理模块、VL处理模块和物理接口。

AFDX网络终端系统模拟器在发送模式下，通信任务配置模块加载终端系统通信任务配置数据，解析并保存其中的配置信息；错误注入模块保存错误注入的配置结果；消息处理模块根据终端系统通信配置信息和错误注入信息，构造应用消息并定时发出消息，来模拟分区的通信任务产生；UDP/IP处理模块将消息处理模块传送的消息进行UDP层和IP层封装，并按照要求进行错误注入生成IP数据报；VL处理模块接收UDP/IP处理模块的IP数据报，按照配置信息和错误注入进行数据链路层封装和VL排队，并对发送的数据帧进行序列号循环和帧备份，然后发送到物理接口。

AFDX网络终端系统模拟器在接收模式下，物理接口接收物理线路上的数据帧，发送到VL处理模块，VL处理模块进行数据帧的解析，然后对比配置信息进行错误检查和错误分析，然后将数据帧解封装生成IP数据报并提交到上层；UDP/IP处理模块接收IP数据报，对比配置信息进行UDP层和IP层的检查和错误分析，将生成的消息提交到上层；消息处理模块接收消息，对比配置信息进行检查和错误分析。

所述消息处理模块，由配置信息接口、消息配置信息单元、错误注入接口、消息错误配置信息单元、消息定时生成单元、消息内容封装单元、消息内容和规律解析单元和下层接口组成。消息配置信息单元通过配置信息接口从通信任务配置模块获得有关消息的所有配置信息并保存起来；消息错误信息单元通过错误注入接口，从错误注入模块获取应用层的错误注入信息，并保存起来，应用层的错误注入内容包括：数据原语内容错误、功能状态错误、消息周期错误。发送模式下，消息定时单元读取消息配置信息单元的信息并且根据应用层错误配置信息单元的信息进行定时的消息生成，消息内容封装单元将定时生成消息根据配置信息和应用层错误注入信息进行消息内容的构建和封装，封装好的应用层消息将通过下层接口发送到UDP/IP处理模块。接收模式下，由下层接口将消息传输到消息内容和规律解析单元，该单元根据消息配置信息单元对消息进行解析和错误分析。

所述UDP/IP处理模块，由配置信息接口、封装信息单元、错误注入接口、封装错误配置信息单元、UDP层处理单元、IP层处理单元，UDP/IP层解析单元和上下层接口组成。封装信息单元通过配置信息接口从通信任务配置模块获得传输层和网络层的配置信息并保存起来；封装错误配置信息单元通过错误注入接口，从错误注入模块获取传输层和网络层的错误注入信息，并保存起来，传输层和网络层错误包括：UDP源端口错误、UDP目的端口错误、源IP地址错误、目的IP地址错误、消息类型错误。发送模式下，UDP封装单元和IP封装单元分别根据封装信息单元和封装错误信息单元对上层接口传输来的应用层消息进行UDP层和IP层协议封装，将封装好的IP数据报通过下层接口传输到VL处理模块。接收模式下，由下层接口将IP数据报传输到UDP/IP层解析单元，通过封装配置信息单元存储的配置信息对IP数据报进行解析和错误分析。

所述VL处理模块，由配置信息接口、VL配置信息单元、错误注入接口、VL配置错误信息单元、VL封装单元，VL排队单元、冗余数据帧管理单元、VL解析单元和上下层接口组成。VL配置信息单元通过配置信息接口从通信任务配置模块获得VL配置信息并保存起来；VL配置错误信息单元通过错误注入接口，从错误注入模块获取数据链路层的错误注入信息，并保存起来，数据链路层的错误包括：源MAC地址错误、目的MAC地址错误、VL的BAG错误、VL备份帧缺失错误、VL帧序列号错误。发送模式下，VL封装单元和排队单元接收上层接口传来的IP数据报，根据VL配置信息和错误注入信息进行数据链路层封装并进行VL排队，排队输出的VL在冗余数据帧管理单元中按照冗余网络选择的结果进行帧备份，备份好的数据帧将通过下层接口传输到物理接口上，通过物理接口发送到各个冗余子网。

本发明AFDX网络终端系统模拟器的优点在于：

(1)本发明提供一种AFDX网络终端系统模拟器，通过加载终端系统配置数据，解读其中的通信任务和虚拟链路信息，来模拟正常终端系统通信过程，无缝地接入AFDX网络。不用构建AFDX网络中全部的终端系统，就能完成AFDX网络测试环境的搭建，简化了AFDX网络测试过程。

(2)本发明按照AFDX网络协议分层，从应用层，传输层，网络层，数据链路层的角度出发，进行各层的错误注入。错误结合了AFDX网络的特点，尤其是数据链路层对VL数据帧错误的构造。用分层错误注入来模拟AFDX网络终端系统可能遇到的各个协议层的错误，完善了AFDX网络终端系统错误环境。

(3)本发明捕获AFDX网络物理线路上的数据帧，按协议分层来解析流量，并结合AFDX网络特点分析错误原因。提供了一种从终端系统角度上分析AFDX网络错误原因的方式。

附图说明

图1是本发明AFDX网络终端系统模拟器的原理框图。

图2是本发明的终端网络层次图。

图3是本发明的消息处理模块的结构框图。

图3A是本发明的数据组装的结构图。

图4是本发明的UDP/IP处理模块的结构框图。

图5是本发明的VL处理模块的结构框图。

图5A是本发明的子VL排队模型图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，该模拟器包括有通信任务配置模块1、错误注入模块2、消息处理模块3、UDP/IP处理模块4、VL处理模块5和物理接口6。

UDP/IP处理模块4中的UDP是英文User Datagram Protocol的缩写，中文译文为用户数据包协议。IP是英文Internet Protocol的缩写，中文译文为互联网协议。

通信任务配置模块1用于负责AFDX网络终端系统通信任务配置数据的加载，并将加载的配置信息11分发给消息处理模块3、UDP/IP处理模块4和VL处理模块5；

错误注入模块2负责配置分层错误信息，并将错误配置信息22分发给消息处理模块3、UDP/IP处理模块4和VL处理模块5；

消息处理模块3根据加载的配置信息11和错误配置信息22构造应用消息并定时发出消息，来模拟航空电子分区通信任务的产生，同时接收下层解析的消息，进行内容解析和错误分析；

UDP/IP处理模块4将消息处理模块3传送的消息进行UDP层和IP层处理，并按照错误配置信息22进行错误注入生成IP数据报，同时接收加载配置信息11中的IP数据报；然后对所述生成的IP数据报和所述接收的IP数据报进行IP层和UDP层解析，生成UDP数据报；

VL处理模块5按照加载的配置信息11和错误配置信息22对生成的UDP数据报进行数据链路层封装和VL的调度、流量控制，并对发送的数据帧进行序列号循环和帧备份，然后发送到物理接口6；

物理接口6完成数据帧在物理线路上的传输。

(一)通信任务配置模块1

如图2所示，一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器采用ARINC(Aeronautical Radio Inc)664part7推荐的五层协议划分，与OSI(OpenSystem Interconnect)七层网络网络协议层次进行对比：通信任务配置模块1、错误注入模块2和消息处理模块3属于航空电子应用层，产生航电应用层消息；UDP/IP处理模块4完成传输层和网络层的处理，生成IP数据报并传给数据链路层；VL处理模块5属于数据链路层，数据帧的封装，VL的调度和流量控制；物理接口6属于物理层，传输电信号，采用双绞线介质。

在本发明中，所述通信任务配置模块1负责加载AFDX网络终端系统通信任务配置数据ESD＝{ES，Msg，VL}，并存储起来。

所述ES＝{ES_N，ES_ID}表示终端信息，包括有终端名称ES_N和终端ID号ES_ID。

所述 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\}$ 表示消息信息，包括有消息名称Msg_N、消息ID号Msg_ID、消息发送接收属性Msg_RT、消息长度(单位为字节)Msg_L、消息周期(单位为毫秒)Msg_Cyc、消息类型(分为采样消息和队列消息)Msg_Type、承载消息的虚拟链路ID号Msg_VLID、承载消息的子虚拟链路ID号Msg_sVLID、消息使用的源UDP端口号Msg_sUDP、消息使用的目的UDP端口号Msg_dUDP、消息内容(其中定义了功能数据集合、数据集合、数据原语，数据状态的位置和封装包含关系，定义了数据原语和状态的数据格式和内容)Msg_Data。

所述VL＝{VL_ID，VL_RT，VL_sIP，VL_dIP，VL_BAG，VL_MaxL，VL_MinL，VL_Net}表示VL(VirtualLink，虚拟链路)的信息，包括有VL的ID号VL_ID、VL的发送接收属性VL_RT、VL的源IP地址VL_sIP、VL的目的IP地址VL_dIP、VL的带宽分配间隔(BAG，单位为毫秒)VL_BAG、VL的最大帧长度(单位为字节)VL_MaxL、VL的最小帧长度(单位为字节)VL_MinL、VL的网络选择VL_Net。

(二)错误注入模块2

在本发明中，所述错误注入模块2负责配置要注入的分层错误配置信息Eor＝{EA，ET，EN，ED}，分为应用层错误EA、传输层错误ET、网络层错误EN和数据链路层错误ED这四层错误来注入。

可配置的应用层错误EA＝{EA_Data，EA_state，EA_MsgC}包括有数据原语内容错误EA_Data，功能状态错误EA_state，消息周期错误EA_MsgC。

可配置的传输层错误ET＝{ET_sUDP，ET_dUDP}包括有源UDP端口号错误ET_sUDP、目的UDP端口错误ET_dUDP。

可配置的网络层错误EN＝{EN_sIP，EN_dIP，EN_MsgT}包括有源IP地址错误EN_sIP、目的IP地址错误EN_dIP、消息类型错误EN_MsgT。

可配置的数据链路层错误ED＝{ED_sMAC，ED_dMAC，ED_BAG，ED_Lost，ED_Seq}包括有源MAC(Medium Access Control，介质访问控制层)地址错误ED_sMAC、目的MAC地址错误ED_dMAC、VL的BAG错误ED_BAG、VL备份帧缺失错误ED_Lost、VL帧序列号错误ED_Seq。

(三)消息处理模块3

在本发明中，所述消息处理模块3的结构图如图3所示，包含单元：配置信息接口301，消息配置信息单元302、错误注入接口303、消息错误配置信息单元304、消息定时生成单元305、消息内容封装单元306、消息内容和规律解析单元307和下层接口308。

所述消息处理模块3在发送模式下各模块执行为：

(A)消息配置信息单元302通过配置信息接口301读取通信任务配置模块1中的消息配置信息 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\},$ 并保存其中的消息ID号Msg_ID、消息名称Msg_N、消息长度Msg_L、消息周期Msg_Cyc、消息发送接收属性Msg_RT和消息内容Msg_Data。

(B)消息错误配置信息单元304通过错误注入接口303读取错误注入模块2中应用分层错误配置信息Eor＝{EA，ET，EN，ED}，并保存其中的EA_Data、EA_state、EA_MsgC、EA_MsgT。

(C)消息定时生成单元305读取消息配置信息单元302中的消息周期Msg_Cyc和消息大小Msg_L，同时读取消息错误配置信息单元304中的消息周期错误配置信息；若消息定时生成单元305要发送的消息有消息周期错误配置EA_MsgC，则按错误配置周期EA_MsgC定时产生消息，否则按照该消息的周期Msg_Cyc定时产生消息；消息定时生成单元305将产生的消息送到消息内容封装单元306进行数据封装。

(D)消息内容封装单元306在封装时读取消息配置信息单元302中的该消息的内容信息Msg_Data，同时读取消息错误配置信息单元304中的该消息的数据原语内容错误EA_Data和功能状态错误配置信息EA_state，进行航空电子应用消息的封装。

封装过程如图3A所示，数据原语若有错误配置EA_Data则按错误配置EA_Data来定义，否则按Msg_Data中数据原语的信息来定义，将多个数据原语组合成1个数据集合(DS)；数据状态若有错误配置EA_state则按错误配置EA_state来定义，否则Msg_Data中数据状态信息来定义，将4个状态组合成1个功能状态集合；1个功能状态集合和4个DS组装成功能数据集合(FDS)；多个FDS加上保留字段组合成为航空电子消息。封装好的消息由下层接口308送到UDP/IP处理模块4。

所述消息处理模块3在接收模式下各模块执行为：

消息内容和规律解析单元307通过下层接口308接收UDP/IP处理模块4传输来的消息，并读取消息配置信息单元302中的消息内容信息，根据承载该消息的VL的VL_ID和下层使用的UDP端口Msg_dUDP，找到对应的消息，得到该消息的内容信息Msg_Data和周期信息Msg_Cyc，进行下面的操作：

第一步：根据Msg_Data中定义的FDS、DS和数据原语的封装位置和数据格式来解析数据原语内容和数据状态，将解析结果和配置的Msg_Data中的数据原语和数据状态的内容作比较，若数据原语或者数据状态与设定值不一致，则报警，并分析与Msg_Data不一致的错误原因；该原因是：发送端应用消息创建时出现错误，或者传输过程中出现干扰误码；

第二步：记录消息到达的平均周期，并和配置周期信息Msg_Cyc做比较，计算得到相对误差。若相对误差超过设定值(一般设置为10％，该值可调)，则报警，并分析误差原因；该误差原因是：

(a)发送端应用层上，消息的产生周期与设定值不一致；或者

(b)发送端数据链路层上，相应VL的BAG设置不合理，或者配置错误，BAG过大导致不能实时承载上层通信任务；或者

(c)信用量设置过小导致传输过程中，因交换机的流量管制而丢包；或者

(d)传输过程出现误码，导致在终端系统中进行帧完整性检查时丢包；或者

(e)帧序号出现混乱，导致冗余检查时丢包；或者

(f)交换机输出端口缓存溢出而丢包。

在本发明中，消息处理模块3在发送消息时，可以进行多种类型的消息错误注入，完善了AFDX网络测试中的应用层错误环境；消息处理模块3在接收消息时，可以进行应用层的错误解析，解决了AFDX网络应用层错误原因定位的问题。

(四)UDP/IP处理模块4

参见图4所示，所述UDP/IP处理模块4包括有配置信息接口401、封装信息单元402、错误注入接口403、封装错误配置信息单元404、UDP层处理单元405、IP层处理单元406、UDP/IP层解析单元407、上层接口408和下层接口409。

所述UDP/IP处理模块4在发送模式下各单元执行为：

(A)封装信息单元402通过配置信息接口401读取通信任务配置模块1中消息配置信息 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\}$ 中的承载消息的虚拟链路ID号Msg_VLID、UDP源端口号Msg_sUDP、UDP目的端口号Msg_dUDP、消息类型Msg_Type，并保存；

(B)封装信息单元402通过配置信息接口401读取通信任务配置模块1中VL配置信息VL＝{VL_ID，VL_RT，VL_sIP，VL_dIP，VL_BAG，VL_MaxL，VL_MinL，VL_Net}中的VL的ID号VL_ID、源IP地址VL_sIP，目的IP地址VL_dIP、VL的最大帧长度VL_MaxL，并保存；

(C)封装错误配置信息单元404通过错误注入接口403读取错误注入模块2中传输层错误ET＝{ET_sUDP，ET_dUDP}和网络层错误EN＝{EN_sIP，EN_dIP，EN_MsgT}并保存起来；

(D)UDP层处理单元405通过上层接口408接收消息处理模块3传输的应用层消息，并读取封装错误配置信息单元404和封装信息单元402，若该消息设置有UDP源端口号错误ET_sUDP或目的端口号错误ET_dUDP，则按ET_sUDP或ET_dUDP将消息封装成UDP数据包，否则按照封装信息单元402中的配置信息Msg_sUDP和Msg_dUDP封装UDP数据包。

(E)IP层处理单元406接收UDP层处理单元405发送的UDP数据报，并读取封装错误配置信息单元404和封装信息单元402，通过Msg_VLID找到对应的VL配置信息。若设置有消息类型错误EN_MsgT，则按EN_MsgT来进行分包(采样消息不分包，队列消息按照IP数据报小于等于(VL_MaxL-18)来进行网络层分包)，否则按照Msg_Type类型来分包；若设置有源IP地址错误EN_sIP或目的IP地址错误EN_dIP，则按EN_sIP或EN_dIP封装IP数据报，否则按照封装信息单元402中对应VL的VL_sIP和VL_dIP封装IP数据报。IP层处理单元406封装好的IP数据报经由下层接口409发送到VL处理模块5。

所述UDP/IP处理模块4在接收模式下各单元执行为：

UDP/IP层解析单元407通过下层接口409接收VL处理模块5传输来IP数据报，根据VL的ID号VL_ID查询封装信息单元402中的关于该IP数据报的网络层配置信息，包括：源IP地址VL_sIP，目的IP地址VL_dIP，进行网络层解析：

解析步骤一：检查IP头部校验和，若有错误，则报警并丢弃IP数据报，分析原因为传输过程中出现干扰误码，终止网络层解析；若没有错误则执行解析步骤二；

解析步骤二：解析源IP地址和目的IP地址，若与VL_sIP或VL_dIP不一致，则报警，分析原因是：发送端网络层上产生的IP数据报与原始配置不一致，源或目的IP地址错误；或者传输过程中出现干扰误码；若存在IP地址不一致同时存在IP分片，则丢弃IP数据报，终止网络层解析；否则执行解析步骤三；

解析步骤三：IP分片检查，若是采样消息的IP数据报出现分包，则报警，分析原因是：消息类型设置错误，采样消息被设置为队列消息；或者发送端网络层处理错误，将采样消息分包。

网络层解析步骤全部完成后，UDP/IP层解析单元407将IP数据报进行组包，若组包失败则丢弃IP数据报，否则将生成UDP数据报。UDP/IP层解析单元407查询封装信息单元402中的所有Msg_VLID等于VL_ID的消息，用这些消息的UDP端口配置信息，包括：UDP源端口号Msg_sUDP，UDP目的端口号Msg_dUDP，对IP层处理单元406生成的UDP数据报进行传输层解析：

传输层解析步骤一：解析目的UDP端口号，若不存在一致的Msg_dUDP，则报警并丢弃UDP数据报，终止传输层解析，并分析原因；否则解析后将UDP数据报去封装，生成应用层消息，将消息通过上层接口408传输给消息处理模块3；若没有错误则继续进行传输层解析步骤二；

所述的分析原因是：发送端传输层上产生的UDP数据报与原始配置不一致，UDP源或目的端口号设置错误；或者传输过程中出现干扰误码。

传输层解析步骤二：解析UDP源端口号，若与Msg_sUDP(Msg_sUDP与前面的Msg_dUDP是同一个消息的一对源和目的UDP)不一致，则报警，并分析原因是：发送端传输层上产生的UDP数据报与原始配置不一致，UDP源或目的端口号设置错误；或者传输过程中出现干扰误码。解析后将UDP数据报去封装，生成应用层消息，将消息通过上层接口408传输给消息处理模块3。

在本发明中，UDP/IP处理模块4将消息处理模块3产生的消息进行UDP协议封装和IP协议封装时，进行多种类型的UDP错误注入和IP错误注入，完善了AFDX网络测试中的传输层和网络层错误环境；UDP/IP处理模块4接收VL处理模块5产生的IP数据报进行解析时，可以进行传输层和网络层错误解析，解决了AFDX网络在传输层和网络层上错误原因定位的问题。

(五)VL处理模块5

参见图5所示，所述VL处理模块5包括有配置信息接口501、VL配置信息单元502、错误注入接口503、VL配置错误信息单元504、VL封装单元505、VL排队单元506、冗余数据帧处理单元507、VL解析单元508、上层接口509和下层接口510。

所述VL处理模块5在发送模式下各单元执行为：

(A)VL配置信息单元502通过配置信息接口501读取通信任务配置模块1中的消息配置信息 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\}$ 中的消息类型Msg_Type，并保存；

(B)VL配置信息单元502通过配置信息接口501读取通信任务配置模块1中VL配置信息VL＝{VL_ID，VL_RT，VL_sIP，VL_dIP，VL_BAG，VL_MaxL，VL_MinL，VL_Net}中的VL的ID号VL_ID、VL的发送接收属性VL_RT、VL的带宽分配间隔VL_BAG、VL的最大帧长度VL_MaxL、VL的最小帧长度VL_MinL、VL网络选择VL_Net，并保存；

(C)VL配置错误信息单元504通过错误注入接口503读取错误注入模块2中的数据链路层错误ED＝{ED_sMAC，ED_dMAC，ED_BAG，ED_Lost，ED_Seq}并保存起来；

(D)VL封装单元505通过上层接口510接收UDP/IP处理模块4传输的IP数据报，并读取VL错误配置信息单元504中该IP数据报所属的ED_sMAC和ED_dMAC，同时也读取VL配置信息单元502中的IP数据报所属VL的配置信息VL。若是有ED_sMAC或ED_dMAC配置，则VL封装单元505按照ED_sMAC或ED_dMAC来构造MAC源地址或MAC目的地址，封装数据帧。

所述的源MAC地址包括有固定域24bits列、用户定义16bits列、网络ID号3bits列和固定域5bits列，与之相关的内容填入表1的对应列中。

固定域24bits列和固定域5bits列全是二进制0。用户定义16bits列是一个用户定义的确定值，网络ID号3bits列暂时设置为全0。

表1源MAC地址结构

所述的目的MAC地址包括有固定域32bits列和虚拟链路标识符16bits列，与之相关的内容填入表2的对应列中。

固定域32bits列第一个字节的最低两位都是1，其余位可由用户自由设定。

虚拟链路标识符16bits列为VL_ID的二进制表示。

表2目的MAC地址结构

(E)用构造好的源MAC地址和目的MAC地址来封装数据帧。封装好的数据帧发送到VL排队单元506。VL排队单元506根据该数据帧所属VL，读取VL配置错误信息单元504中的BAG错误配置信息ED_BAG和VL配置信息单元502中的VL_BAG，若有ED_BAG，则按ED_BAG来设置VL的BAG，否则按照VL_BAG来设置BAG。

(F)如图5A所示，VL排队单元506按照设置的多个Sub-VL的FIFO队列中的数据帧轮询调度后放入VL的FIFO队列(即VLFIFO)中。

(G)冗余数据帧处理单元507按顺序设置VLFIFO队列输出数据帧的序列号(1到256)，并按照VL配置信息单元502中该VL的冗余网络选择VL_Net信息对数据帧进行网络冗余备份，若没有ED_dMAC错误，则还会设置目的MAC地址中的网络ID号，发送到网络中。设置好序列号的数据帧根据VL配置错误信息单元504中的该VL的帧缺失错误ED_Lost和序列号错误ED_Seq进行错误注入，帧缺失错误将丢弃相应序列号的VL帧，帧序列号错误将修改相应序列号VL帧的序列号，最后完成数据帧的CRC校验，通过下层接口510发送到物理接口6。

所述VL处理模块5在接收模式下各单元执行为：

VL解析单元508通过下层接口501接收物理接口6传输的VL帧，并读取VL配置信息单元502中的VL配置信息，进行数据链路层解析：

数据链路层解析步骤一：CRC校验，若有错误，则报警并丢弃该数据帧，终止数据链路层解析，并分析原因是传输过程中有干扰误码。若没有错误则进行数据链路层解析步骤二；

数据链路层解析步骤二：解析MAC目的地址，若MAC目的地址的格式与表2所示的格式不一致，则报警并丢弃数据帧，终止数据链路层解析，并分析原因是：发送端没有按照AFDX网络协议规定的MAC目的地址格式进行数据帧的封装；或者传输过程中出现干扰误码，若误码后经过交换机，则交换机没有过滤掉错误的VL帧。若没有错误则进行数据链路层解析步骤三；

数据链路层解析步骤三：从MAC目的地址的虚拟链路标识符中解析出VL的ID号，若VL配置信息VL中没有与之相等的VL_ID，则报警并丢弃该数据帧，终止数据链路层解析，并分析原因是：发送端构造的MAC目的地址时，其中的虚拟链路标识符与该VL的VL_ID不一致，并且交换机没有过滤掉错误的VL帧；或者传输过程中出现干扰误码，若误码后经过交换机，则交换机没有过滤掉错误的VL帧。若没有错误则进行数据链路层解析步骤四；

数据链路层解析步骤四：解析MAC源地址，MAC源地址的结构如表1所示，固定域全是二进制0，用户定义ID是一个用户定义的确定值，网络ID与接收的冗余子网有关，若这些值与定义或者相关的冗余网络不一致，则报警，并分析原因是：发送端数据链路层上产生的VL帧的源MAC与原始配置不一致；或者传输过程中出现干扰误码；继续进行数据链路层解析步骤五；

数据链路层解析步骤五：解析帧序列号，若出现不连续号，则报警，分析原因是：

(a)发送端数据链路层上产生的VL帧的序列号错误；或者

(b)发送端数据链路层上有丢帧；或者

(c)发送端发送缓存溢出而丢帧；或者

(d)因为交换机流量管制参数不合理，传输过程中有流量管制丢帧；或者

(e)交换机输出端口缓存溢出而丢帧；或者

(f)传输工程中出现干扰误码，经过交换机时被过滤掉；或者

(g)传输过程中出现干扰误码，帧序号出错；继续进行数据链路层解析步骤六；

数据链路层解析步骤六：统计各个VL周期，若是小于各自配置的VL_BAG，则报警，分析原因是：发送端数据链路层，VLBAG设置错误，而且交换机没有流量管制没有起到应有的作用。数据链路层解析后，VL数据帧被解封装，生成IP数据报，通过上层接口509传输到UDP/IP处理模块4。

在本发明中，VL处理模块5将UDP/IP处理模块4产生的IP数据报进行数据链路层封装和排队发送时，可以进行多种类型的VL错误注入，完善了AFDX网络测试中的数据链路层错误环境；VL处理模块5对物理接口6接收的数据帧进行解析时，可以进行数据链路层错误解析，解决了AFDX网络在数据链路层上错误原因定位的问题。

(六)物理接口6

所述物理接口6，发送模式下，将VL处理模块5传输来的VL帧加上前导字、起始定界符和帧间间隔，发送到物理冗余网络中。接收模式下，接收物理冗余网络中的物理帧，将物理帧解封装为VL帧，并传送给VL处理模块5。

本发明设计的AFDX网络终端系统模拟器在发送模式下，通信任务配置模块1加载终端系统通信任务配置数据，解析并保存其中的配置信息；错误注入模块2保存错误注入的配置结果；消息处理模块3根据终端系统通信配置信息11和错误注入信息22，构造应用消息并定时发出消息，来模拟分区的通信任务产生；UDP/IP处理模块4将消息处理模块3传送的消息进行UDP层和IP层封装，并按照要求进行错误注入生成IP数据报；VL处理模块5接收UDP/IP处理模块4的IP数据报，按照配置信息11和错误注入信息22进行数据链路层封装和VL排队，并对发送的数据帧进行序列号循环和帧备份，然后发送到物理接口6。

本发明设计的AFDX网络终端系统模拟器在接收模式下，物理接口6接收物理线路上的数据帧，发送到VL处理模块5，VL处理模块5进行数据帧的解析，然后对比配置信息进行错误检查和错误分析，然后将数据帧解封装生成IP数据报并提交到上层；UDP/IP处理模块4接收IP数据报，对比配置信息进行UDP层和IP层的检查和错误分析，将生成的消息提交到上层；消息处理模块3接收消息，对比配置信息进行检查和错误分析。

Claims (10)

1.一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于：该模拟器包括有通信任务配置模块（1）、错误注入模块（2）、消息处理模块（3）、UDP/IP处理模块（4）、VL处理模块（5）和物理接口（6）；VL，Virtual Link，译文为虚拟链路；

通信任务配置模块（1）用于负责AFDX网络终端系统通信任务配置数据的加载，并将加载的配置信息（11）分发给消息处理模块（3）、UDP/IP处理模块（4）和VL处理模块（5）；

错误注入模块（2）负责配置分层错误信息，并将错误配置信息（22）分发给消息处理模块（3）、UDP/IP处理模块（4）和VL处理模块（5）；

消息处理模块（3）根据加载的配置信息（11）和错误配置信息（22）构造应用消息并定时发出消息，来模拟航空电子分区通信任务的产生，同时接收下层解析的消息，进行内容解析和错误分析；

UDP/IP处理模块（4）将消息处理模块（3）传送的消息进行UDP层和IP层处理，并按照错误配置信息（22）进行错误注入生成IP数据报，同时接收加载配置信息（11）中的IP数据报；然后对所述生成的IP数据报和所述接收的IP数据报进行IP层和UDP层解析，生成UDP数据报；

VL处理模块（5）按照加载的配置信息（11）和错误配置信息（22）对生成的UDP数据报进行数据链路层封装和VL的调度、流量控制，并对发送的数据帧进行序列号循环和帧备份，然后发送到物理接口（6）；

物理接口（6）完成数据帧在物理线路上的传输。

2.根据权利要求1所述的带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于：通信任务配置模块（1）、错误注入模块（2）和消息处理模块（3）属于航空电子应用层，产生航电应用层消息；

UDP/IP处理模块（4）完成传输层和网络层的处理，生成IP数据报并传给数据链路层；

VL处理模块（5）属于数据链路层，VL处理模块（5）包括有数据帧的封装、VL的调度和流量控制；

物理接口（6）属于物理层，传输电信号，采用双绞线介质。

3.根据权利要求1所述的带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于：所述通信任务配置模块（1）负责加载AFDX网络终端系统通信任务配置数据ESD＝{ES,Msg,VL}，并存储起来；

所述ES＝{ES_N,ES_ID}表示终端信息，包括有终端名称ES_N和终端ID号ES_ID；

所述 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\}$ 表示消息配置信息，包括有消息名称Msg_N、消息ID号Msg_ID、消息发送接收属性Msg_RT、消息长度Msg_L、消息周期Msg_Cyc、消息类型Msg_Type、承载消息的虚拟链路ID号Msg_VLID、承载消息的子虚拟链路ID号Msg_sVLID、消息使用的源UDP端口号Msg_sUDP、消息使用的目的UDP端口号Msg_dUDP、消息内容Msg_Data；

所述VL＝{VL_ID,VL_RT,VL_sIP,VL_dIP,VL_BAG,VL_MaxL,VL_MinL,VL_Net}表示VL的信息，包括有VL的ID号VL_ID、VL的发送接收属性VL_RT、VL的源IP地址VL_sIP、VL的目的IP地址VL_dIP、VL的带宽分配间隔VL_BAG、VL的最大帧长度VL_MaxL、VL的最小帧长度VL_MinL、VL的网络选择VL_Net。

4.根据权利要求1所述的带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于：所述错误注入模块（2）负责配置要注入的分层错误配置信息Eor＝{EA,ET,EN,ED}，分为应用层错误EA、传输层错误ET、网络层错误EN和数据链路层错误ED这四层错误来注入；

可配置的应用层错误EA＝{EA_Data,EA_state,EA_MsgC}包括有数据原语内容错误EA_Data，功能状态错误EA_state，消息周期错误EA_MsgC；

可配置的传输层错误ET＝{ET_sUDP,ET_dUDP}包括有源UDP端口号错误ET_sUDP、目的UDP端口错误ET_dUDP；

可配置的网络层错误EN＝{EN_sIP,EN_dIP,EN_MsgT}包括有源IP地址错误EN_sIP、目的IP地址错误EN_dIP、消息类型错误EN_MsgT；

可配置的数据链路层错误ED＝{ED_sMAC,ED_dMAC,ED_BAG,ED_Lost,ED_seq}包括有源MAC，Medium Access Control，介质访问控制层的地址错误ED_sMAC、目的MAC地址错误ED_dMAC、VL的BAG错误ED_BAG、VL备份帧缺失错误ED_Lost、VL帧序列号错误ED_Seq。

5.根据权利要求1所述的带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于所述消息处理模块（3）在发送模式下各单元执行为：

（A）消息配置信息单元（302）通过配置信息接口（301）读取通信任务配置模块（1）中的消息配置信息 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\},$ 并保存其中的消息ID号Msg_ID、消息名称Msg_N、消息长度Msg_L、消息周期Msg_Cyc、消息发送接收属性Msg_RT和消息内容Msg_Data；

所述 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\}$ 中包括有消息名称Msg_N、消息ID号Msg_ID、消息发送接收属性Msg_RT、消息长度Msg_L、消息周期Msg_Cyc、消息类型Msg_Type、承载消息的虚拟链路ID号Msg_VLID、承载消息的子虚拟链路ID号Msg_sVLID、消息使用的源UDP端口号Msg_sUDP、消息使用的目的UDP端口号Msg_dUDP、消息内容Msg_Data；（B）消息错误配置信息单元（304）通过错误注入接口（303）读取错误注入模块（2）中应用分层错误配置信息Eor＝{EA,ET,EN,ED}，并保存其中的数据原语内容错误EA_Data、功能状态错误EA_state、消息周期错误EA_MsgC、消息类型错误EA_MsgT；

所述Eor＝{EA,ET,EN,ED}中包括有应用层错误EA、传输层错误ET、网络层错误EN和数据链路层错误ED；（C）消息定时生成单元（305）读取消息配置信息单元（302）中的消息周期Msg_Cyc和消息大小Msg_L，同时读取消息错误配置信息单元（304）中的消息周期错误配置信息；若消息定时生成单元（305）要发送的消息有消息周期错误配置EA_MsgC，则按消息周期错误配置EA_MsgC定时产生消息，否则按照该消息的周期Msg_Cyc定时产生消息；消息定时生成单元（305）将产生的消息送到消息内容封装单元（306）进行数据封装；

（D）消息内容封装单元（306）在封装时读取消息配置信息单元（302）中的该消息的内容信息Msg_Data，同时读取消息错误配置信息单元（304）中的该消息的数据原语内容错误EA_Data和功能状态错误配置信息EA_state，进行航空电子应用消息的封装；

所述消息处理模块（3）在接收模式下各模块执行为：

消息内容和规律解析单元（307）通过下层接口（308）接收UDP/IP处理模块（4）传输来的消息，并读取消息配置信息单元（302）中的消息内容信息，根据承载该消息的VL的ID号VL_ID和下层使用的UDP端口号Msg_dUDP，找到对应的消息，得到该消息的消息内容信息Msg_Data和消息周期信息Msg_Cyc，进行下面的操作：

第一步：根据消息的内容信息Msg_Data中数据原语的信息来定义的功能数据集合FDS、数据集合DS和数据原语的封装位置和数据格式来解析数据原语内容和数据状态，将解析结果和配置的Msg_Data中的数据原语和数据状态的内容作比较，若数据原语或者数据状态与设定值不一致，则报警，并分析与Msg_Data不一致的错误原因；该原因是：发送端应用消息创建时出现错误，或者传输过程中出现干扰误码；DS表示将多个数据原语组合成1个数据集合；FDS表示将1个功能状态集合和4个DS组装成功能数据集合；

第二步：记录消息到达的平均周期，并和配置周期信息Msg_Cyc做比较，计算得到相对误差；若相对误差超过设定值，则报警，并分析误差原因；该误差原因是：

(a)发送端应用层上，消息的产生周期与设定值不一致；或者

(b)发送端数据链路层上，相应VL的带宽分配间隔BAG设置不合理，或者配置错误，BAG过大导致不能实时承载上层通信任务；或者

(c)信用量设置过小导致传输过程中，因交换机的流量管制而丢包；或者

(d)传输过程出现误码，导致在终端系统中进行帧完整性检查时丢包；或者

(e)帧序号出现混乱，导致冗余检查时丢包；或者

(f)交换机输出端口缓存溢出而丢包。

6.根据权利要求1所述的带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于所述UDP/IP处理模块（4）在发送模式下各单元执行为：

（A）封装信息单元（402）通过配置信息接口（401）读取通信任务配置模块（1）中消息配置信息 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\}$ 中的承载消息的虚拟链路ID号Msg_VLID、UDP源端口号Msg_sUDP、UDP目的端口号Msg_dUDP、消息类型Msg_Type，并保存；

所述 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\}$ 中包括有消息名称Msg_N、消息ID号Msg_ID、消息发送接收属性Msg_RT、消息长度Msg_L、消息周期Msg_Cyc、消息类型Msg_Type、承载消息的虚拟链路ID号Msg_VLID、承载消息的子虚拟链路ID号Msg_sVLID、消息使用的源UDP端口号Msg_sUDP、消息使用的目的UDP端口号Msg_dUDP、消息内容Msg_Data；（B）封装信息单元（402）通过配置信息接口（401）读取通信任务配置模块（1）中VL    配置信息VL＝{VL_ID,VL_RT,VL_sIP,VL_dIP,VL_BAG,VL_MaxL,VL_MinL，VL_Net}中的VL的ID号VL_ID、源IP地址VL_sIP，目的IP地址VL_dIP、VL的最大帧长度VL_MaxL，并保存；

所述VL＝{VL_ID,VL_RT,VL_sIP,VL_dIP,VL_BAG,VL_MaxL,VL_MinL,VL_Net}中包括有VL的ID号VL_ID、VL的发送接收属性VL_RT、VL的源IP地址VL_sIP、VL的目的IP地址VL_dIP、VL的带宽分配间隔VL_BAG、VL的最大帧长度VL_MaxL、VL的最小帧长度VL_MinL、VL的网络选择VL_Net；

（C）封装错误配置信息单元（404）通过错误注入接口（403）读取错误注入模块（2）中传输层错误ET＝{ET_sUDP,ET_dUDP}和网络层错误EN＝{EN_sIP,EN_dIP,EN_MsgT}并保存起来；

（D）UDP层处理单元（405）通过上层接口（408）接收消息处理模块（3）传输的应用层消息，并读取封装错误配置信息单元（404）和封装信息单元（402），若该消息设置有UDP源端口号错误ET_sUDP或目的端口号错误ET_dUDP，则按ET_sUDP或ET_dUDP将消息封装成UDP数据包，否则按照封装信息单元（402）中的配置信息Msg_sUDP和Msg_dUDP封装UDP数据包；

（E）IP层处理单元（406）接收UDP层处理单元（405）发送的UDP数据报，并读取封装错误配置信息单元（404）和封装信息单元（402），通过Msg_VLID找到对应的VL配置信息；若设置有消息类型错误EN_MsgT，则按EN_MsgT来进行分包，否则按照Msg_Type类型来分包；若设置有源IP地址错误EN_sIP或目的IP地址错误EN_dIP，则按EN_sIP或EN_dIP封装IP数据报，否则按照封装信息单元（402）中对应VL的VL_sIP和VL_dIP封装IP数据报；IP层处理单元（406）封装好的IP数据报经由下层接口（409）发送到VL处理模块（5）；

所述UDP/IP处理模块（4）在接收模式下各单元执行为：

UDP/IP层解析单元（407）通过下层接口（409）接收VL处理模块（5）传输来IP数据报，根据VL的ID号VL_ID查询封装信息单元（402）中的关于该IP数据报的网络层配置信息，包括：源IP地址VL_sIP，目的IP地址VL_dIP，进行网络层解析：

解析步骤一：检查IP头部校验和，若有错误，则报警并丢弃IP数据报，分析原因为传输过程中出现干扰误码，终止网络层解析；若没有错误则执行解析步骤二；

解析步骤二：解析源IP地址和目的IP地址，若与VL_sIP或VL_dIP不一致，则报警，分析原因是：发送端网络层上产生的IP数据报与原始配置不一致，源或目的IP地址错误；或者传输过程中出现干扰误码；若存在IP地址不一致同时存在IP分片，则丢弃IP数据报，终止网络层解析；否则执行解析步骤三；

解析步骤三：IP分片检查，若是采样消息的IP数据报出现分包，则报警，分析原因是：消息类型设置错误，采样消息被设置为队列消息；或者发送端网络层处理错误，将采样消息分包；

网络层解析步骤全部完成后，UDP/IP层解析单元（407）将IP数据报进行组包，若组包失败则丢弃IP数据报，否则将生成UDP数据报；UDP/IP层解析单元（407）查询封装信息单元（402）中的所有Msg_VLID等于VL_ID的消息，用这些消息的UDP端口配置信息，包括：UDP源端口号Msg_sUDP，UDP目的端口号Msg_dUDP，对IP层处理单元（406）生成的UDP数据报进行传输层解析：

传输层解析步骤一：解析目的UDP端口号，若不存在一致的Msg_dUDP，则报警并丢弃UDP数据报，终止传输层解析，并分析原因；否则解析后将UDP数据报去封装，生成应用层消息，将消息通过上层接口（408）传输给消息处理模块（3）；若没有错误则继续进行传输层解析步骤二；

所述的分析原因是：发送端传输层上产生的UDP数据报与原始配置不一致，UDP源或目的端口号设置错误；或者传输过程中出现干扰误码；

传输层解析步骤二：解析UDP源端口号，若与Msg_sUDP不一致，则报警，并分析原因是：发送端传输层上产生的UDP数据报与原始配置不一致，UDP源或目的端口号设置错误；或者传输过程中出现干扰误码；解析后将UDP数据报去封装，生成应用层消息，将消息通过上层接口（408）传输给消息处理模块（3）。

7.根据权利要求1所述的带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于所述VL处理模块（5）在发送模式下各单元执行为：

（A）VL配置信息单元（502）通过配置信息接口（501）读取通信任务配置模块（1）中的消息配置信息 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\}$ 中的消息类型Msg_Type，并保存；

所述 $\mathrm{Msg}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Msg}}_N,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{ID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{RT}},{\mathrm{Msg}}_L,{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Cyc}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Type}},\\ {\mathrm{Msg}}_{\mathrm{VLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sVLID}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{sUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{dUDP}},{\mathrm{Msg}}_{\mathrm{Data}}\end{array}\right\}$ 中包括有消息名称Msg_N、消息ID号Msg_ID、消息发送接收属性Msg_RT、消息长度Msg_L、消息周期Msg_Cyc、消息类型Msg_Type、承载消息的虚拟链路ID号Msg_VLID、承载消息的子虚拟链路ID号Msg_sVLID、消息使用的源UDP端口号Msg_sUDP、消息使用的目的UDP端口号Msg_dUDP、消息内容Msg_Data；

（B）VL配置信息单元（502）通过配置信息接口（501）读取通信任务配置模块（1）中VL配置信息VL＝{VL_ID,VL_RT,VL_sIP,VL_dIP,VL_BAG,VL_MaxL,VL_MinL，VL_Net}中的VL的ID号VL_ID、VL的发送接收属性VL_RT、VL的带宽分配间隔VL_BAG、VL的最大帧长度VL_MaxL、VL的最小帧长度VL_MinL、VL网络选择VL_Net，并保存；

所述VL＝{VL_ID,VL_RT,VL_sIP,VL_dIP,VL_BAG,VL_MaxL,VL_MinL，VL_Net}中包括有VL的ID号VL_ID、VL的发送接收属性VL_RT、VL的源IP地址VL_sIP、VL的目的IP地址VL_dIP、VL的带宽分配间隔VL_BAG、VL的最大帧长度VL_MaxL、VL的最小帧长度VL_MinL、VL的网络选择VL_Net；

（C）VL配置错误信息单元（504）通过错误注入接口（503）读取错误注入模块（2）中的数据链路层错误ED＝{ED_sMAC,ED_dMAC,ED_BAG,ED_Lost,ED_Seq}并保存起来；

所述ED＝{ED_sMAC,ED_dMAC,ED_BAG,ED_Lost,ED_Seq}包括有源MAC，MediumAccess Control，介质访问控制层的地址错误ED_sMAC、目的MAC地址错误ED_dMAC、VL的BAG错误ED_BAG、VL备份帧缺失错误ED_Lost、VL帧序列号错误ED_Seq；

（D）VL封装单元（505）通过上层接口（510）接收UDP/IP处理模块（4）传输的IP数据报，并读取VL错误配置信息单元（504）中该IP数据报所属的ED_sMAC和ED_dMAC，同时也读取VL配置信息单元（502）中的IP数据报所属VL的配置信息VL；若是有ED_sMAC或ED_dMC配置，则VL封装单元（505）按照ED_sMAC或ED_dMAC来构造MAC源地址或MAC目的地址，封装数据帧；

（E）用构造好的源MAC地址和目的MAC地址来封装数据帧；封装好的数据帧发送到VL排队单元（506）；VL排队单元（506）根据该数据帧所属VL，读取VL配置错误信息单元（504）中的BAG错误配置信息ED_BAG和VL配置信息单元（502）中的VL_BAG，若有ED_BAG，则按ED_BAG来设置VL的BAG，否则按照VL_BAG来设置BAG；

（F）VL排队单元（506）按照设置的多个Sub-VL的FIFO队列中的数据帧轮询调度后放入VL的FIFO队列中；

（G）冗余数据帧处理单元（507）按顺序设置VLFIFO队列输出数据帧的序列号，并按照VL配置信息单元（502）中该VL的冗余网络选择VL_Net信息对数据帧进行网络冗余备份，若没有ED_dMAC错误，则还会设置目的MAC地址中的网络ID号，发送到网络中；设置好序列号的数据帧根据VL配置错误信息单元（504）中的该VL的帧缺失错误ED_Lost和序列号错误ED_Seq进行错误注入，帧缺失错误将丢弃相应序列号的VL帧，帧序列号错误将修改相应序列号VL帧的序列号，最后完成数据帧的CRC校验，通过下层接口（510）发送到物理接口（6）；

所述VL处理模块（5）在接收模式下各单元执行为：

VL解析单元（508）通过下层接口（501）接收物理接口（6）传输的VL帧，并读取VL配置信息单元（502）中的VL配置信息，进行数据链路层解析：

数据链路层解析步骤一：CRC校验，若有错误，则报警并丢弃该数据帧，终止数据链路层解析，并分析原因是传输过程中有干扰误码；若没有错误则进行数据链路层解析步骤二；

数据链路层解析步骤二：解析MAC目的地址，若MAC目的地址的格式不对，则报警并丢弃数据帧，终止数据链路层解析，并分析原因是：发送端没有按照AFDX网络协议规定的MAC目的地址格式进行数据帧的封装；或者传输过程中出现干扰误码，若误码后经过交换机，则交换机没有过滤掉错误的VL帧；若没有错误则进行数据链路层解析步骤三；

数据链路层解析步骤三：从MAC目的地址的虚拟链路标识符中解析出VL的ID号，若VL配置信息VL中没有与之相等的VL_ID，则报警并丢弃该数据帧，终止数据链路层解析，并分析原因是：发送端构造的MAC目的地址时，其中的虚拟链路标识符与该VL的VL_ID不一致，并且交换机没有过滤掉错误的VL帧；或者传输过程中出现干扰误码，若误码后经过交换机，则交换机没有过滤掉错误的VL帧；若没有错误则进行数据链路层解析步骤四；

数据链路层解析步骤四：解析MAC源地址，若这些值与定义或者相关的冗余网络不一致，则报警，并分析原因是：发送端数据链路层上产生的VL帧的源MAC与原始配置不一致；或者传输过程中出现干扰误码；继续进行数据链路层解析步骤五；

数据链路层解析步骤五：解析帧序列号，若出现不连续号，则报警，分析原因是：

(a)发送端数据链路层上产生的VL帧的序列号错误；或者

(b)发送端数据链路层上有丢帧；或者

(c)发送端发送缓存溢出而丢帧；或者

(d)因为交换机流量管制参数不合理，传输过程中有流量管制丢帧；或者

(e)交换机输出端口缓存溢出而丢帧；或者

(f)传输工程中出现干扰误码，经过交换机时被过滤掉；或者

(g)传输过程中出现干扰误码，帧序号出错；继续进行数据链路层解析步骤六；

数据链路层解析步骤六：统计各个VL周期，若是小于各自配置的VL_BAG，则报警，分析原因是：发送端数据链路层，VLBAG设置错误，而且交换机没有流量管制没有起到应有的作用；数据链路层解析后，VL数据帧被解封装，生成IP数据报，通过上层接口（509）传输到UDP/IP处理模块（4）。

8.根据权利要求7所述的带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于：所述的源MAC地址包括有固定域24bits列、用户定义16bits列、网络ID号3bits列和固定域5bits列；固定域24bits列和固定域5bits列全是二进制0；用户定义16bits列是一个用户定义的确定值；网络ID号3bits列暂时设置为全0。

9.根据权利要求7所述的带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于：所述的目的MAC地址包括有固定域32bits列和虚拟链路标识符16bits列；固定域32bits列第一个字节的最低两位都是1，其余位可由用户自由设定；虚拟链路标识符16bits列为VL_ID的二进制表示。

10.根据权利要求1所述的带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器，其特征在于：是在AFDX网络测试过程中，不用构建实际的航空电子分区和终端系统，而构造的一种带分层错误注入和错误分析的AFDX网络终端系统模拟器。

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