随着大型客机关键飞行项目和乘客娱乐等设施的通信和数据交换需求越来越高,航电系统的带宽和服务质量也需要提高,ARINC规范协议即是一种解决方案,实现了飞机数据网络的综合集成和快速开发。
飞机数据网络的概念由ARINC规范而来,ARINC规范是美国艾瑞克(AeronauticalRadioInc.,ARINC)制定的新一代航空数据网络标准。ARINC规范一共有8个部分,从不同层次对航空数据网络标准的各个方面进行了系统的定义,形成以航电全双工交换以太网为核心的数据网络标准。
第一部分是系统整体概述,介绍了通信网络结构的基础知识,包括开放网络互联参考模型以及其网络拓扑结构的比较。
第二部分是关于以太网物理层和数据链路层的规范,提供了基于IEEE.3的以太网飞机数据网络使用规范,包括在不同物理媒介上使用半双工和全双工网络。
第三部分介绍了基于网络协议的服务,主要描述了TCP(TransmissionControlProtocol)协议、UDP(UserDatagramProtocol)协议、IP(InternetProtocol)以及基于TCP/IP传输协议的网络规范。
第四部分是网络地址结构和地址分配的介绍,为飞机数据网络定义了通用的地址架构。第五部分补充说明网络域特点,并且涉及到了网络设计考虑,服务质量和安保考虑。
第六部分现在被保留。
第七部分航电全双工交换以太网络(AvionicsFull-DuplexSwitchedEthernet,AFDX)文件定义了飞机应用所使用的明确性网络(Determinism)所应具有的特点。
第八部分则是飞机数据网络与非IP传输协议之间的互联。
ARINC协议是基于IEEE.3规范以太网柔性网络(Compliantnetwork)的一个特殊应用,使用IP地址和相关传输协议提供明确性(deterministic)的网络行为特征(Behavior)。在机载环境中,关键的机载功能需要顺序完整性(ordinalintegrity),延迟有界性(boundedlatency)和可用可靠性(reliability)等网络行为特征的指标是确定的。如图1所示是网络的等级制度(hierarchy)。
图1网络结构等级制度了解网络的层次结构是了解A协议的充要条件,如图2所示是飞机数据网络终端与终端之间应用通信应用不同标准模型定义通信模块层次之间的关系图,包括ISO-OSI参考模型(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel),IETF网络标准,IEEEE.3以太网标准,和ARINC信号。ARINC信号实际上使用的是类似于OSI开放系统互连参考模型的层次性结构。
图2不同网络标准对通信层次的定义如下表所示是OSI参考模型的层次及其说明。从上至下层次分别为Application应用层、Presentation展示层、Session会话层、Transport传输层、Network网络层、DataLink数据连接层和Physical物理层。
表OSI参考模型层次结构在ARINC协议中,IP网络协议不支持展示层会话层,故不涉及。
ARINC的应用消息封装如图所示。从驻留应用发出数据之后,应用层接收到应用消息,如图3上方绿色部分。到传输层(UDPDatagram)时,信息被加上了UDP协议的信息。到网络层(IPDatagram)时,应用消息又加上了IP表头信息。最后在数据链路层数据帧上(MACEthernetframe),继续增加了MAC表头信息。
为了获得更好的数据顺序完整性和可应用性,ARINCP7规范通过使用冗余网络信号通道拓展了IEEE.3对MAC层的机制定义。冗余网络信号通过在每一帧MAC地址中添加序列号(SequenceNumber,SN)实现。为了保持与标准IEEE.3MAC数据帧的一致性,序列号被放在MAC数据负载位(Payload)的旁边,与帧检查序列(FrameCheckSequence,FCS)相邻。
图3ARINC协议中应用消息的传输