[发明专利]交通工具上的通信网络、通信网络的订户设备及相应方法

说明书

一种装载在交通工具上的通信网络(5)，所述通信网络使用虚拟链路的确定性交换式以太网网络，所述通信网络包括一组订户设备(10a，10b，……10g)和一组交换机(12a，12b，……12h)，在所述通信网络中，冗余地进行通信。为了管理冗余，在虚拟链路(VL1)上发射的每个数据帧(24)包括所述帧的编号字段(SN)中的帧编号。当与所述虚拟链路相关联的BAG值大于或等于预定BAG值时，所述虚拟链路上的所述发射器订户设备和/或所述接收器订户设备考虑到所述编号字段的长度等于第一预定长度，否则等于大于所述第一长度的第二预定长度。

本发明涉及通信网络领域，并且更具体地涉及装载在交通工具、特别是飞行器上的通信网络。

飞行器通常包括一个或多个机载通信网络，旨在允许机载设备、特别是机载计算机之间的通信。为了满足在飞行器认证方面的法律要求，机载通信网络必须是确定性的，也就是说，其必须允许将信息从订阅该通信网络的发射器设备发射到订阅该通信网络的一个或多个接收器设备，其中发射持续时间短于预定持续时间并且保证通过网络没有信息丢失。ARINC 664标准第7部分基于全双工以太网技术定义了确定性机载航空电子通信网络。这种网络可以与例如通信网络相对应。在符合ARINC 664标准第7部分的网络中，订阅通信网络的每个设备都链接到网络的交换机，并且各个设备之间的通信在网络的定义和配置中采用预定义虚拟链路。虚拟链路经由网络的一个或多个交换机在发射器设备与一个或多个接收器设备之间定义。每个虚拟链路在网络中采用确定的路径。为每个虚拟链路分配带宽，并且网络的各种虚拟链路被路由成使得分配给采用同一物理链路的虚拟链路的带宽总和不超过所述物理链路支持的带宽。这对于保证网络的确定性是必要的。通过定义虚拟链路来预先定义设备之间的所有通信，以便使得可以将交换机配置成：每个交换机包括与通过此交换机的虚拟链路有关的配置表。在使用之前，将每个交换机的配置下载到所述交换机中。为了保证各个设备之间通信的充分可用性，以冗余方式将通信网络5划分为两层A和B，如在图1a所示的示例中：在层A和B中的每一层上完全相同地复制交换机、物理链路和虚拟链路。这两个层A和B因此形成两个独立的基本网络。链接到通信网络的各个设备各自包括分别链接到通信网络的层A和B的两个网络接口。因此，图中所示的网络包括层A上的交换机12a、12b、……12h、以及层B上与其类似的分别为22a、22b、……22h的交换机。通信网络的订户10a、10b、……10g中的每一个都链接到这两个层A和B中的两个类似的交换机：例如，订户10a链接到交换机12a和22a，订户10d链接到交换机12h和22h，订户10e链接到交换机12b和22b，依此类推。图1b中示出了允许从订户10d到订户10g的通信的虚拟链路VL1。此图类似于图1a，为了提高易读性，已经将标记删除。在实践中，虚拟链路VL1对应于层A上的虚拟链路VL1_A(经由交换机12h和12g)并且对应于层B上的虚拟链路VL1_B(经由交换机22h和22g)。这两个虚拟链路在其特性(带宽等)及其编号VL1两方面是完全相同的。因此，在通信网络上发射的数据帧在与层A和B相对应的独立基本网络中的每一个上冗余地发射。为了允许在接收时进行冗余管理，在每个所发射的数据帧的编号字段中添加帧编号。这个帧编号有时也被称为序列号。因此，例如，订户10d在虚拟链路VL1_A和虚拟链路VL1_B两者上发射每个具有相同帧编号的数据帧。对于在所考虑的虚拟链路上发射的每个新帧，帧编号递增。在接收时，当接收器订户10g接收到由订户10d在虚拟链路VL1上发射的数据帧时，订户10g分析所接收的数据帧以识别编号字段，并且其读取相应的帧编号。如果该订户在接收到与这个帧编号相对应的数据帧之前的预定时间间隔期间尚未接收到该帧，则订户10g接受所接收的数据帧。如果订户10g在预定时间间隔期间已经接收到与这个帧编号相对应的数据帧，则该订户拒绝所接收的数据帧。因此，接收器订户仅接受在虚拟链路上发射的同一数据帧的两个冗余实例中的第一个所接收的帧。例如，在来自申请人的专利EP1,309,131B1中描述了使用这种帧编号来管理通信网络的冗余。根据ARINC 664标准第7部分，在通信网络中使用的编号字段长度是8位。这个长度非常适合于通信位速率小于或等于100兆位/秒的通信网络。在这样的通信网络上，在同一虚拟链路上发送两个连续帧之间的最小时间间隔(称为BAG(“带宽分配间隙，bandwidth allocation gap”))通常选自以下各个值：1ms、2ms、4ms、8ms、16ms、32ms、64ms、128ms。8位长的编号字段使得可以对1到255之间的帧编号值进行编码。当帧编号达到255时，下一个帧的帧编号返回到1。因此，对于最小的BAG值(也就是说，1ms)，同一帧编号每255ms被重复使用一次。这个持续时间足以保证通信网络的行为在干扰(干扰设备、闪电等)的情况下令人满意，这种干扰实际持续小于255ms。