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0引言 大型飛機采用總線或網絡將嵌入式航空電子設備或模塊組件連接成為分布式系統。在先進的大型民用飛機采用航空電子網絡取代過去的分立的點到點電纜，其中空中客車A380和波音787均采用經過適用性改造的以太網———航空電子全雙工交換式以太網（avionicsfullduplexswitchedEthernet，afdx）作為分布式綜合模塊化航電系統構架（IMA）的互連基礎設施。 AFDX網絡的空分全雙工交換資源和靈活的組網方案為開放式的寬帶通信提供使能條件，但是，不同于普通的數據網絡，航空電子網絡與通信任務的實時性、可靠性的性能屬性息息相關，盡管AFDX網絡采用虛擬鏈路（Vir－tualLink，VL）、速率約束、流量管制（trafficpolicing）和靜態路由等機制，但合理的網絡行為仍依賴于嚴格的系統層面設計，以及運行時間的監控。異步的通信任務及其交互模式使得網絡流量存在調度、突發、聚合和擁塞的不確定性，不確定性的累積可行導致系統工作不穩定的隱患［1］。因此，影響AFDX網絡運行的重要參數必須被有效地管理和監控。AFDX網絡管理由ARINC664“飛機數據網絡（ADN）”規范族的第7部分定義，并引用該規范族的第4部分的內容，規定了經過改造的SNMP協議。目前，AFDX網絡所采用的仍是傳統的網絡管理模式———即：采用集中式的網絡管理信息收集，被動地進行數據的“存儲—轉發”，管理端采用輪詢機制進行管理，容易造成管理中心的“瓶頸”，且可擴展性差［2］。 為了克服集中式網絡管理的弊端，主動有效的控制策略是整個航空電子系統正常安全運行的保證。對于航空電子網絡，不僅要求在運行時間下監視組件的完好狀態，而且可能涉及VL調度、靜態路由分配等與應用任務有關的性能問題。這一方面要求減小網絡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度）的影響，另一方面需要應對管理對象分散、管理任務交叉耦合的挑戰，在宿主機分區有限處理資源的約束下得到及時和可用的信息。基于策略的主動的和智能的網路管理方式為有效地進行AFDX網絡管理提供了思路。在互聯網領域，對基于策略的網絡管理體系結構的研究，提出了自己的體系結構，其中被廣泛接受為IETF網絡管理框架、TMF策略“統一體”體系結構等。本文借鑒航空電子領域和互聯網領域的研究進展，針對大型飛機AFDX網絡特點，提出一種基于策略的分布式航空電子網絡管理模型，通過對AFDX網絡運行時態重要參數進行捕獲和分析。通過分層部署的分布式網絡管理，在給定的網絡拓撲下，所采集信息的復雜度低于傳統的集中式網絡管理；并且，結合一個案例進行最壞情況下的網絡演算分析和軟件仿真，可以表明本文提出的網絡管理模型可以減輕網絡管理開銷對正常通信流量的影響。 1基于策略的網絡管理 基于策略的AFDX網絡管理的設計借鑒IETF提出的策略管理體系結構［3］如圖1所示，這個體系結構主要由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）：用于存放由網絡管理工具產生的策略和各種網絡信息及系統參數。（3）策略決策點（policydecisionpoint，PDP）：負責接收PEP提交的策略請求，從策略庫內獲取策略，并根據策略信息做出決策。（4）策略執行點（policyenforcementpoint，PEP）：執行具體策略的實際設備，可以是網絡中的路由器、交換機、防火墻等網絡設備。在標準的IETF策略實現框架中，要實現4個組件間的策略信息交換，IETF建議使用輕量級目錄訪問協議LDAP和公共開放策略服務COPS。而在AFDX網絡中，雖然ARINC664Part7中提到采用SNMP實現網絡管理功能，但至今沒有考慮與應用和任務特性有關的管理問題。針對過去集中式網絡管理的缺陷，提出區域自治的分層管理模式，將這種策略管理體系結構合理地分布于AFDX網絡的各個區域與層次中，綜合化地使用分區處理資源，使網絡管理開銷以及SNMP信息采集與處理的難度降低。 2基于策略的AFDX分布式網絡管理模型 AFDX互連網絡已成功應用于空客A380，在A380中，飛行控制系統、駕駛艙、燃油、動力和客艙系統的電子設備，在考慮冗余配置和空間位置分布的條件下，分別與AFDX交換機相連，形成交換網絡［4］。這種高帶寬空分異構的網絡分布使網絡管理任務多且分散，網絡管理流量過大等，增加了網絡管理的復雜度。并且，普通網絡的通信任務可以認為是無關的，而在AFDX網絡中，不僅要考慮通信任務的耦合，而且還要考慮這種耦合對實時性能的影響。傳統的集中式網絡管理模式容易造成網絡擁塞和管理中心“瓶頸”，而分層管理方法可以有效的分散網絡管理任務［5］。 綜上述分析，我們設計了適應AFDX網絡管理需求的航空電子網絡管理模型，如圖2所示。在該模型中，共設兩級策略服務層用于實現分層的策略決策與管理，即全局策略服務層和區域策略服務層。全局策略服務層是整個航空電子網絡的策略決策與管理中心。管理者可以通過飛機的駕駛員信息系統（CIS）或維護人員信息系統（MIS）使用相應工具進行策略編輯并存儲于策略庫（PR）。全局策略決策點（GPDP）負責整個網絡中的策略定制與分發，接受區域的策略請求，并根據策略信息進行推理，甚至可以將必要的信息輸入到飛行數據記錄儀（FDR）。分區的目的在于盡可能地解除所監控通信任務之間的耦合，并且使與各個任務相關聯的網絡管理數據進行匯總。例如，在波音787上，分為航空電子網絡、專用網絡（profilednetwork，供機組人員和維護人員訪問）和客艙機上娛樂系統（IFE）網絡，如圖3所示。其中，航空電子網絡以安全關鍵性（safety－critical）AFDX為骨干網絡———被稱為“共用數據網絡”（CDN），連接核心處理機“共用處理系統”（CCS）的各個通用處理模塊（GPM），而后兩者則采用可與AFDX兼容或報文結構兼容的飛機數據網絡（ADN），另外燃料、動力、起落架等電氣控制信息則通過遠程數據集中器（RDC）匯集到CDN網絡，并最終連接功能系統，如：EICAS等。如果利用基于策略的網絡管理，可以將大飛機上已有的區域隔離進行劃分，并考慮網絡冗余配置（例如：波音787的具有左右兩套CDN網絡），設定兩級的策略區域；在每個區域中，利用綜合模塊化航空電子（IMA）的通用處理資源（如：GPM）作為網絡管理軟件的宿主機。區域策略服務層是全局策略服務層的下一層，實現各個區域的策略定制與管理，域策略決策點（DPDP）負責定制區域管理策略并派發給區域內相應的策略執行點（PEP），將PEP反饋回的管理結果報告給GPDP。#p#分頁標題#e# 與AFDX網絡特性有關的區域策略在于，根據端到端通信任務的配置，確定與某條給定VL的網絡管理監測信息。多條VL多路復用物理鏈路，造成可變的排隊延遲；對于給定的VL，其交換路徑上會與多條VL產生聚合（aggregative）或分路（de－multiplex），而與之相互作用的VL又間接地受到其它VL的影響，然而并不意味著必須全局的信息匯總才能說明問題。參考文獻［6］在仿真中對于相互影響的VL的劃分，對于區域中給定的VL，將其它VL分為直接相關、間接相關和無關3類，只考慮前兩類干擾并考慮典型的拓撲結構［7］，構建網絡管理策略，采集相關的端口輸入輸出吞吐量、緩存使用情況等參數，降低所需采集的數據量，同時提高偵測信息的針對性。策略執行層（即PEP層），負責接收并執行DPDP和GPDP派發的策略，根據解析后的策略適當的對網絡節點進行重新配置等操作，同時將對節點收集的信息反饋給DPDP。在模型中PMT和GPDP通過LDAP協議與策略庫進行通信，DPDP與PEP層通信采用COPS協議進行通信。 3案例分析與仿真計算 針對傳統集中式和基于策略分層式網絡管理流量對VL通信任務實時性影響進行分析，搭建AFDX網絡互連拓撲如圖4所示。 3．1網絡管理的復雜度分析 評估網絡復雜度有兩個重要的特征參數：特征路徑長度L［8］、聚類系數C［9］。特征路徑長度是網絡中所有節點到其它節點最短路徑長度均值的中位置，它是從一個全局角度出發，描述任意兩個節點之間距離的特征參數，即式中：D（i，j）———任意兩個相通節點間的最短路徑所包含邊的數目。衡量相鄰節點聯系緊密程度的聚類系數為式中：Ki———節點i的度數；ti———節點i鄰近節點之間存在的連接邊數。聚類系數越大，表明網絡具有越好的聚性。如圖4所示的AFDX網絡，及其子網絡A（如圖5所示）和子網絡B（如圖6所示）的特征路徑長度，聚類系數如表1所示。表1表明，局部的網絡具有更好的聚性，網絡半徑也更小，用于分布式的網絡管理將會減小由于網絡管理帶來的額外的流量，減小對AFDX網絡實時通信任務的影響。 3．2仿真與網絡演算 針對傳統集中式和基于策略分層式網絡管理流量對AFDX網絡VL通信任務實時性影響進行仿真［10－12］與網絡演算［13－15］。為網絡配置VL實時通信任務作為背景流量，消息類型為周期消息，消息的服務類型為采樣消息，最大允許延遲為0．2s，并根據AFDX協議為消息設定VL，背景流量配置如圖7所示。針對傳統集中式和基于策略的分層式兩種網絡管理流量對VL通信任務實時性影響進行網絡仿真與網絡演算，結果曲線如圖8，圖9，圖10所示。仿真結果和演算結果均顯示，在基于策略的分層式網絡管理體系下VL通信任務的平均延時低于傳統集中式網絡管理體系下的平均延時，且平均延時減小率在10％左右。仿真和網絡演算結果表明，基于策略的分層網絡管理可以減小對正常通信流量的影響，并緩解航空電子網絡管理任務交叉耦合的問題。 4結束語 航空電子系統向先進綜合化方向發展，其網絡互連的規模和通信任務性能屬性的細致程度要求具有主動性和針對性的網絡管理機制。本文提出的基于策略的分布式航空電子網絡管理模型，與傳統的C／S方式不同，將策略管理行為與具體實施分開，并且通過設立兩層策略決策服務器，實現分層的策略決策，以提高網絡管理和可擴展性。通過復雜度的對比，并利用網絡演算分析和軟件仿真進行案例研究，說明這種基于策略的分層網絡管理可以減小對正常通信流量的影響，從而表明這種網絡管理解決方案有望推動航空電子網絡管理的進一步發展。