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0引言 大型飞机采用总线或网络将嵌入式航空电子设备或模块组件连接成为分布式系统。在先进的大型民用飞机采用航空电子网络取代过去的分立的点到点电缆，其中空中客车A380和波音787均采用经过适用性改造的以太网———航空电子全双工交换式以太网（avionicsfullduplexswitchedEthernet，afdx）作为分布式综合模块化航电系统构架（IMA）的互连基础设施。 AFDX网络的空分全双工交换资源和灵活的组网方案为开放式的宽带通信提供使能条件，但是，不同于普通的数据网络，航空电子网络与通信任务的实时性、可靠性的性能属性息息相关，尽管AFDX网络采用虚拟链路（Vir－tualLink，VL）、速率约束、流量管制（trafficpolicing）和静态路由等机制，但合理的网络行为仍依赖于严格的系统层面设计，以及运行时间的监控。异步的通信任务及其交互模式使得网络流量存在调度、突发、聚合和拥塞的不确定性，不确定性的累积可行导致系统工作不稳定的隐患［1］。因此，影响AFDX网络运行的重要参数必须被有效地管理和监控。AFDX网络管理由ARINC664“飞机数据网络（ADN）”规范族的第7部分定义，并引用该规范族的第4部分的内容，规定了经过改造的SNMP协议。目前，AFDX网络所采用的仍是传统的网络管理模式———即：采用集中式的网络管理信息收集，被动地进行数据的“存储—转发”，管理端采用轮询机制进行管理，容易造成管理中心的“瓶颈”，且可扩展性差［2］。 为了克服集中式网络管理的弊端，主动有效的控制策略是整个航空电子系统正常安全运行的保证。对于航空电子网络，不仅要求在运行时间下监视组件的完好状态，而且可能涉及VL调度、静态路由分配等与应用任务有关的性能问题。这一方面要求减小网络管理开销对正常通信流量特性（包含平均意义下的带宽占用率，以及最坏情况下的突发度）的影响，另一方面需要应对管理对象分散、管理任务交叉耦合的挑战，在宿主机分区有限处理资源的约束下得到及时和可用的信息。基于策略的主动的和智能的网路管理方式为有效地进行AFDX网络管理提供了思路。在互联网领域，对基于策略的网络管理体系结构的研究，提出了自己的体系结构，其中被广泛接受为IETF网络管理框架、TMF策略“统一体”体系结构等。本文借鉴航空电子领域和互联网领域的研究进展，针对大型飞机AFDX网络特点，提出一种基于策略的分布式航空电子网络管理模型，通过对AFDX网络运行时态重要参数进行捕获和分析。通过分层部署的分布式网络管理，在给定的网络拓扑下，所采集信息的复杂度低于传统的集中式网络管理；并且，结合一个案例进行最坏情况下的网络演算分析和软件仿真，可以表明本文提出的网络管理模型可以减轻网络管理开销对正常通信流量的影响。 1基于策略的网络管理 基于策略的AFDX网络管理的设计借鉴IETF提出的策略管理体系结构［3］如图1所示，这个体系结构主要由4部分组成：（1）策略管理工具（policymanagementtools，PMT）：为管理员提供操作接口。（2）策略库（policyrepository，PR）：用于存放由网络管理工具产生的策略和各种网络信息及系统参数。（3）策略决策点（policydecisionpoint，PDP）：负责接收PEP提交的策略请求，从策略库内获取策略，并根据策略信息做出决策。（4）策略执行点（policyenforcementpoint，PEP）：执行具体策略的实际设备，可以是网络中的路由器、交换机、防火墙等网络设备。在标准的IETF策略实现框架中，要实现4个组件间的策略信息交换，IETF建议使用轻量级目录访问协议LDAP和公共开放策略服务COPS。而在AFDX网络中，虽然ARINC664Part7中提到采用SNMP实现网络管理功能，但至今没有考虑与应用和任务特性有关的管理问题。针对过去集中式网络管理的缺陷，提出区域自治的分层管理模式，将这种策略管理体系结构合理地分布于AFDX网络的各个区域与层次中，综合化地使用分区处理资源，使网络管理开销以及SNMP信息采集与处理的难度降低。 2基于策略的AFDX分布式网络管理模型 AFDX互连网络已成功应用于空客A380，在A380中，飞行控制系统、驾驶舱、燃油、动力和客舱系统的电子设备，在考虑冗余配置和空间位置分布的条件下，分别与AFDX交换机相连，形成交换网络［4］。这种高带宽空分异构的网络分布使网络管理任务多且分散，网络管理流量过大等，增加了网络管理的复杂度。并且，普通网络的通信任务可以认为是无关的，而在AFDX网络中，不仅要考虑通信任务的耦合，而且还要考虑这种耦合对实时性能的影响。传统的集中式网络管理模式容易造成网络拥塞和管理中心“瓶颈”，而分层管理方法可以有效的分散网络管理任务［5］。 综上述分析，我们设计了适应AFDX网络管理需求的航空电子网络管理模型，如图2所示。在该模型中，共设两级策略服务层用于实现分层的策略决策与管理，即全局策略服务层和区域策略服务层。全局策略服务层是整个航空电子网络的策略决策与管理中心。管理者可以通过飞机的驾驶员信息系统（CIS）或维护人员信息系统（MIS）使用相应工具进行策略编辑并存储于策略库（PR）。全局策略决策点（GPDP）负责整个网络中的策略定制与分发，接受区域的策略请求，并根据策略信息进行推理，甚至可以将必要的信息输入到飞行数据记录仪（FDR）。分区的目的在于尽可能地解除所监控通信任务之间的耦合，并且使与各个任务相关联的网络管理数据进行汇总。例如，在波音787上，分为航空电子网络、专用网络（profilednetwork，供机组人员和维护人员访问）和客舱机上娱乐系统（IFE）网络，如图3所示。其中，航空电子网络以安全关键性（safety－critical）AFDX为骨干网络———被称为“共用数据网络”（CDN），连接核心处理机“共用处理系统”（CCS）的各个通用处理模块（GPM），而后两者则采用可与AFDX兼容或报文结构兼容的飞机数据网络（ADN），另外燃料、动力、起落架等电气控制信息则通过远程数据集中器（RDC）汇集到CDN网络，并最终连接功能系统，如：EICAS等。如果利用基于策略的网络管理，可以将大飞机上已有的区域隔离进行划分，并考虑网络冗余配置（例如：波音787的具有左右两套CDN网络），设定两级的策略区域；在每个区域中，利用综合模块化航空电子（IMA）的通用处理资源（如：GPM）作为网络管理软件的宿主机。区域策略服务层是全局策略服务层的下一层，实现各个区域的策略定制与管理，域策略决策点（DPDP）负责定制区域管理策略并派发给区域内相应的策略执行点（PEP），将PEP反馈回的管理结果报告给GPDP。#p#分页标题#e# 与AFDX网络特性有关的区域策略在于，根据端到端通信任务的配置，确定与某条给定VL的网络管理监测信息。多条VL多路复用物理链路，造成可变的排队延迟；对于给定的VL，其交换路径上会与多条VL产生聚合（aggregative）或分路（de－multiplex），而与之相互作用的VL又间接地受到其它VL的影响，然而并不意味着必须全局的信息汇总才能说明问题。参考文献［6］在仿真中对于相互影响的VL的划分，对于区域中给定的VL，将其它VL分为直接相关、间接相关和无关3类，只考虑前两类干扰并考虑典型的拓扑结构［7］，构建网络管理策略，采集相关的端口输入输出吞吐量、缓存使用情况等参数，降低所需采集的数据量，同时提高侦测信息的针对性。策略执行层（即PEP层），负责接收并执行DPDP和GPDP派发的策略，根据解析后的策略适当的对网络节点进行重新配置等操作，同时将对节点收集的信息反馈给DPDP。在模型中PMT和GPDP通过LDAP协议与策略库进行通信，DPDP与PEP层通信采用COPS协议进行通信。 3案例分析与仿真计算 针对传统集中式和基于策略分层式网络管理流量对VL通信任务实时性影响进行分析，搭建AFDX网络互连拓扑如图4所示。 3．1网络管理的复杂度分析 评估网络复杂度有两个重要的特征参数：特征路径长度L［8］、聚类系数C［9］。特征路径长度是网络中所有节点到其它节点最短路径长度均值的中位置，它是从一个全局角度出发，描述任意两个节点之间距离的特征参数，即式中：D（i，j）———任意两个相通节点间的最短路径所包含边的数目。衡量相邻节点联系紧密程度的聚类系数为式中：Ki———节点i的度数；ti———节点i邻近节点之间存在的连接边数。聚类系数越大，表明网络具有越好的聚性。如图4所示的AFDX网络，及其子网络A（如图5所示）和子网络B（如图6所示）的特征路径长度，聚类系数如表1所示。表1表明，局部的网络具有更好的聚性，网络半径也更小，用于分布式的网络管理将会减小由于网络管理带来的额外的流量，减小对AFDX网络实时通信任务的影响。 3．2仿真与网络演算 针对传统集中式和基于策略分层式网络管理流量对AFDX网络VL通信任务实时性影响进行仿真［10－12］与网络演算［13－15］。为网络配置VL实时通信任务作为背景流量，消息类型为周期消息，消息的服务类型为采样消息，最大允许延迟为0．2s，并根据AFDX协议为消息设定VL，背景流量配置如图7所示。针对传统集中式和基于策略的分层式两种网络管理流量对VL通信任务实时性影响进行网络仿真与网络演算，结果曲线如图8，图9，图10所示。仿真结果和演算结果均显示，在基于策略的分层式网络管理体系下VL通信任务的平均延时低于传统集中式网络管理体系下的平均延时，且平均延时减小率在10％左右。仿真和网络演算结果表明，基于策略的分层网络管理可以减小对正常通信流量的影响，并缓解航空电子网络管理任务交叉耦合的问题。 4结束语 航空电子系统向先进综合化方向发展，其网络互连的规模和通信任务性能属性的细致程度要求具有主动性和针对性的网络管理机制。本文提出的基于策略的分布式航空电子网络管理模型，与传统的C／S方式不同，将策略管理行为与具体实施分开，并且通过设立两层策略决策服务器，实现分层的策略决策，以提高网络管理和可扩展性。通过复杂度的对比，并利用网络演算分析和软件仿真进行案例研究，说明这种基于策略的分层网络管理可以减小对正常通信流量的影响，从而表明这种网络管理解决方案有望推动航空电子网络管理的进一步发展。