０引言

大型飛機(jī)采用總線或網(wǎng)絡(luò)將嵌入式航空電子設(shè)備或模塊組件連接成為分布式系統(tǒng)。在先進(jìn)的大型民用飛機(jī)采用航空電子網(wǎng)絡(luò)取代過去的分立的點(diǎn)到點(diǎn)電纜，其中空中客車Ａ３８０和波音７８７均采用經(jīng)過適用性改造的以太網(wǎng)———航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)（ａｖｉｏｎｉｃｓｆｕｌｌｄｕｐｌｅｘｓｗｉｔｃｈｅｄＥｔｈｅｒｎｅｔ，ＡＦＤＸ）作為分布式綜合模塊化航電系統(tǒng)構(gòu)架（ＩＭＡ）的互連基礎(chǔ)設(shè)施。

ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)的空分全雙工交換資源和靈活的組網(wǎng)方案為開放式的寬帶通信提供使能條件，但是，不同于普通的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，航空電子網(wǎng)絡(luò)與通信任務(wù)的實(shí)時(shí)性、可靠性的性能屬性息息相關(guān)，盡管ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)采用虛擬鏈路（Ｖｉｒ－ｔｕａｌＬｉｎｋ，ＶＬ）、速率約束、流量管制（ｔｒａｆｆｉｃｐｏｌｉｃｉｎｇ）和靜態(tài)路由等機(jī)制，但合理的網(wǎng)絡(luò)行為仍依賴于嚴(yán)格的系統(tǒng)層面設(shè)計(jì)，以及運(yùn)行時(shí)間的監(jiān)控。異步的通信任務(wù)及其交互模式使得網(wǎng)絡(luò)流量存在調(diào)度、突發(fā)、聚合和擁塞的不確定性，不確定性的累積可行導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的隱患［１］。因此，影響ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的重要參數(shù)必須被有效地管理和監(jiān)控。ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)管理由ＡＲＩＮＣ６６４“飛機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（ＡＤＮ）”規(guī)范族的第７部分定義，并引用該規(guī)范族的第４部分的內(nèi)容，規(guī)定了經(jīng)過改造的ＳＮＭＰ協(xié)議。目前，ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)所采用的仍是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理模式———即：采用集中式的網(wǎng)絡(luò)管理信息收集，被動(dòng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)的“存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)”，管理端采用輪詢機(jī)制進(jìn)行管理，容易造成管理中心的“瓶頸”，且可擴(kuò)展性差［２］。

為了克服集中式網(wǎng)絡(luò)管理的弊端，主動(dòng)有效的控制策略是整個(gè)航空電子系統(tǒng)正常安全運(yùn)行的保證。對于航空電子網(wǎng)絡(luò)，不僅要求在運(yùn)行時(shí)間下監(jiān)視組件的完好狀態(tài)，而且可能涉及ＶＬ調(diào)度、靜態(tài)路由分配等與應(yīng)用任務(wù)有關(guān)的性能問題。這一方面要求減小網(wǎng)絡(luò)管理開銷對正常通信流量特性（包含平均意義下的帶寬占用率，以及最壞情況下的突發(fā)度）的影響，另一方面需要應(yīng)對管理對象分散、管理任務(wù)交叉耦合的挑戰(zhàn)，在宿主機(jī)分區(qū)有限處理資源的約束下得到及時(shí)和可用的信息。基于策略的主動(dòng)的和智能的網(wǎng)路管理方式為有效地進(jìn)行ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)管理提供了思路。在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，對基于策略的網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)的研究，提出了自己的體系結(jié)構(gòu)，其中被廣泛接受為ＩＥＴＦ網(wǎng)絡(luò)管理框架、ＴＭＦ策略“統(tǒng)一體”體系結(jié)構(gòu)等。本文借鑒航空電子領(lǐng)域和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，針對大型飛機(jī)ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，提出一種基于策略的分布式航空電子網(wǎng)絡(luò)管理模型，通過對ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)態(tài)重要參數(shù)進(jìn)行捕獲和分析。通過分層部署的分布式網(wǎng)絡(luò)管理，在給定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎拢杉畔⒌膹?fù)雜度低于傳統(tǒng)的集中式網(wǎng)絡(luò)管理；并且，結(jié)合一個(gè)案例進(jìn)行最壞情況下的網(wǎng)絡(luò)演算分析和軟件仿真，可以表明本文提出的網(wǎng)絡(luò)管理模型可以減輕網(wǎng)絡(luò)管理開銷對正常通信流量的影響。

１基于策略的網(wǎng)絡(luò)管理

基于策略的ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)管理的設(shè)計(jì)借鑒ＩＥＴＦ提出的策略管理體系結(jié)構(gòu)［３］如圖１所示，這個(gè)體系結(jié)構(gòu)主要由４部分組成：（１）策略管理工具（ｐｏｌｉｃｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｏｏｌｓ，ＰＭＴ）：為管理員提供操作接口。（２）策略庫（ｐｏｌｉｃｙｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ，ＰＲ）：用于存放由網(wǎng)絡(luò)管理工具產(chǎn)生的策略和各種網(wǎng)絡(luò)信息及系統(tǒng)參數(shù)。（３）策略決策點(diǎn)（ｐｏｌｉｃｙｄｅｃｉｓｉｏｎｐｏｉｎｔ，ＰＤＰ）：負(fù)責(zé)接收ＰＥＰ提交的策略請求，從策略庫內(nèi)獲取策略，并根據(jù)策略信息做出決策。（４）策略執(zhí)行點(diǎn)（ｐｏｌｉｃｙｅｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｐｏｉｎｔ，ＰＥＰ）：執(zhí)行具體策略的實(shí)際設(shè)備，可以是網(wǎng)絡(luò)中的路由器、交換機(jī)、防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在標(biāo)準(zhǔn)的ＩＥＴＦ策略實(shí)現(xiàn)框架中，要實(shí)現(xiàn)４個(gè)組件間的策略信息交換，ＩＥＴＦ建議使用輕量級(jí)目錄訪問協(xié)議ＬＤＡＰ和公共開放策略服務(wù)ＣＯＰＳ。而在ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)中，雖然ＡＲＩＮＣ６６４Ｐａｒｔ７中提到采用ＳＮＭＰ實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理功能，但至今沒有考慮與應(yīng)用和任務(wù)特性有關(guān)的管理問題。針對過去集中式網(wǎng)絡(luò)管理的缺陷，提出區(qū)域自治的分層管理模式，將這種策略管理體系結(jié)構(gòu)合理地分布于ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)區(qū)域與層次中，綜合化地使用分區(qū)處理資源，使網(wǎng)絡(luò)管理開銷以及ＳＮＭＰ信息采集與處理的難度降低。

２基于策略的ＡＦＤＸ分布式網(wǎng)絡(luò)管理模型

ＡＦＤＸ互連網(wǎng)絡(luò)已成功應(yīng)用于空客Ａ３８０，在Ａ３８０中，飛行控制系統(tǒng)、駕駛艙、燃油、動(dòng)力和客艙系統(tǒng)的電子設(shè)備，在考慮冗余配置和空間位置分布的條件下，分別與ＡＦＤＸ交換機(jī)相連，形成交換網(wǎng)絡(luò)［４］。這種高帶寬空分異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)分布使網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)多且分散，網(wǎng)絡(luò)管理流量過大等，增加了網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜度。并且，普通網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù)可以認(rèn)為是無關(guān)的，而在ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)中，不僅要考慮通信任務(wù)的耦合，而且還要考慮這種耦合對實(shí)時(shí)性能的影響。傳統(tǒng)的集中式網(wǎng)絡(luò)管理模式容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞和管理中心“瓶頸”，而分層管理方法可以有效的分散網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)［５］。

綜上述分析，我們設(shè)計(jì)了適應(yīng)ＡＦＤＸ網(wǎng)絡(luò)管理需求的航空電子網(wǎng)絡(luò)管理模型，如圖２所示。在該模型中，共設(shè)兩級(jí)策略服務(wù)層用于實(shí)現(xiàn)分層的策略決策與管理，即全局策略服務(wù)層和區(qū)域策略服務(wù)層。全局策略服務(wù)層是整個(gè)航空電子網(wǎng)絡(luò)的策略決策與管理中心。管理者可以通過飛機(jī)的駕駛員信息系統(tǒng)（ＣＩＳ）或維護(hù)人員信息系統(tǒng)（ＭＩＳ）使用相應(yīng)工具進(jìn)行策略編輯并存儲(chǔ)于策略庫（ＰＲ）。全局策略決策點(diǎn)（ＧＰＤＰ）負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的策略定制與分發(fā)，接受區(qū)域的策略請求，并根據(jù)策略信息進(jìn)行推理，甚至可以將必要的信息輸入到飛行數(shù)據(jù)記錄儀（ＦＤＲ）。分區(qū)的目的在于盡可能地解除所監(jiān)控通信任務(wù)之間的耦合，并且使與各個(gè)任務(wù)相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。例如，在波音７８７上，分為航空電子網(wǎng)絡(luò)、專用網(wǎng)絡(luò)（ｐｒｏｆｉｌｅｄｎｅｔｗｏｒｋ，供機(jī)組人員和維護(hù)人員訪問）和客艙機(jī)上娛樂系統(tǒng)（ＩＦＥ）網(wǎng)絡(luò)，如圖３所示。其中，航空電子網(wǎng)絡(luò)以安全關(guān)鍵性（ｓａｆｅｔｙ－ｃｒｉｔｉｃａｌ）ＡＦＤＸ為骨干網(wǎng)絡(luò)———被稱為“共用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)”（ＣＤＮ），連接核心處理機(jī)“共用處理系統(tǒng)”（ＣＣＳ）的各個(gè)通用處理模塊（ＧＰＭ），而后兩者則采用可與ＡＦＤＸ兼容或報(bào)文結(jié)構(gòu)兼容的飛機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（ＡＤＮ），另外燃料、動(dòng)力、起落架等電氣控制信息則通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)集中器（ＲＤＣ）匯集到ＣＤＮ網(wǎng)絡(luò)，并最終連接功能系統(tǒng)，如：ＥＩＣＡＳ等。如果利用基于策略的網(wǎng)絡(luò)管理，可以將大飛機(jī)上已有的區(qū)域隔離進(jìn)行劃分，并考慮網(wǎng)絡(luò)冗余配置（例如：波音７８７的具有左右兩套ＣＤＮ網(wǎng)絡(luò)），設(shè)定兩級(jí)的策略區(qū)域；在每個(gè)區(qū)域中，利用綜合模塊化航空電子（ＩＭＡ）的通用處理資源（如：ＧＰＭ）作為網(wǎng)絡(luò)管理軟件的宿主機(jī)。區(qū)域策略服務(wù)層是全局策略服務(wù)層的下一層，實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域的策略定制與管理，域策略決策點(diǎn)（ＤＰＤＰ）負(fù)責(zé)定制區(qū)域管理策略并派發(fā)給區(qū)域內(nèi)相應(yīng)的策略執(zhí)行點(diǎn)（ＰＥＰ），將ＰＥＰ反饋回的管理結(jié)果報(bào)告給ＧＰＤＰ。