GBT 39340-2020 宇航电子时间确定性网络协议

书书书犐犆犛４９．０３５犞２５!#$%&’’()*犌犅／犜３９３４０—２０２０!#$%&’()*+,-犃犲狉狅狊狆犪犮犲犲犾犲犮狋狉狅狀犻犮狋犻犿犲犱犲狋犲狉犿犻狀犻狊狋犻犮狀犲狋狑狅狉犽狆狉狅狋狅犮狅犾２０２０１１１９./２０２１０６０１01’(+,-./012’()*3/0456./目　　次前言Ⅰ…………………………………………………………………………………………………………１　范围１………………………………………………………………………………………………………２　规范性引用文件１…………………………………………………………………………………………３　术语和定义１………………………………………………………………………………………………４　缩略语２……………………………………………………………………………………………………５　一般要求３…………………………………………………………………………………………………　５．１　体系结构要求３………………………………………………………………………………………　５．２　网络组成３……………………………………………………………………………………………　５．３　传输业务类型要求３…………………………………………………………………………………　５．４　数据帧格式要求５……………………………………………………………………………………６　端系统详细要求８…………………………………………………………………………………………　６．１　端系统概述８…………………………………………………………………………………………　６．２　流量规整与调度要求９………………………………………………………………………………　６．３　完整性检查与冗余管理１０……………………………………………………………………………　６．４　综合电子服务１１………………………………………………………………………………………　６．５　性能指标１４……………………………………………………………………………………………７　交换机要求１５………………………………………………………………………………………………　７．１　基本概念１５……………………………………………………………………………………………　７．２　过滤与管制功能１５……………………………………………………………………………………　７．３　交换功能１６……………………………………………………………………………………………　７．４　交换机终端功能１７……………………………………………………………………………………　７．５　监视功能１７……………………………………………………………………………………………　７．６　配置文件１７……………………………………………………………………………………………　７．７　操作模式１７……………………………………………………………………………………………　７．８　数据加载１８……………………………………………………………………………………………　７．９　管脚编程１８……………………………………………………………………………………………　７．１０　性能特征１９…………………………………………………………………………………………　７．１１　性能指标１９…………………………………………………………………………………………８　物理层要求２０………………………………………………………………………………………………９　时间同步要求２０……………………………………………………………………………………………　９．１　同步方式２０……………………………………………………………………………………………　９．２　同步建立条件２１………………………………………………………………………………………１０　实时音视频传输２２………………………………………………………………………………………犌犅／犜３９３４０—２０２０前　　言　　本标准按照ＧＢ／Ｔ１．１—２００９给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ４２５）提出并归口。本标准起草单位：北京微电子技术研究所、北京空间技术研制试验中心。本标准主要起草人：赵沛、林建京、熊开利、张奇荣、陶淑婷、毛雅欣、闫攀、姚庭伟、张大鹏、李晓博。Ⅰ犌犅／犜３９３４０—２０２０宇航电子时间确定性网络协议１　范围本标准规定了宇航时间确定性网络的网络架构、端系统要求、交换机要求、物理层要求、时间同步要求和实时音视频传输等要求。本标准适用于端到端延时不大于１００ｕｓ，抖动不大于１０ｕｓ，网络同步精度不大于２００ｎｓ的强实时、高确定性的航天综合电子系统内部骨干网络。２　规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ＡＲＩＮＣ６１５Ａ　航空电子以太网接口的软件数据加载器（Ｓｏｆｔｗａｒｅｄａｔａｌｏａｄｅｒｕｓｉｎｇｅｔｈｅｒｎｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ）ＡＲＩＮＣ６５３　航空电子应用软件标准接口（Ａｖｉｏｎｉｃｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｓｔａｎｄａｒｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ＡＲＩＮＣ６６４Ｐ２　航空数据网络　第２部分：以太网物理层与数据链路层协议（Ａｉｒｃｒａｆｔｄａｔａｎｅｔｗｏｒｋ—Ｐａｒｔ２：Ｅｔｈｅｒｅｎｔｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｄａｔａｌｉｎｋｌａｙｅｒｓｐｃｅｉｆｉｃａｔｉｏｎ）ＡＲＩＮＣ６６４Ｐ７　航空数据网络　第７部分：航空电子以太网协议（Ａｉｒｃｒａｆｔｄａｔａｎｅｔｗｏｒｋ—Ｐａｒｔ７：Ａｖｉｏｎｉｃｓｆｕｌｌｄｕｐｌｅｘｓｗｉｔｃｈｅｄｅｔｈｅｒｎｅｔ（ＡＦＤＸ）ｎｅｔｗｏｒｋ）ＡＲＩＮＣ６６５　航空电子可加载的软件标准（Ｌｏａｄａｂｌｅｓｏｆｔｗａｒｅｓｔａｎｄａｒｄｓ）ＩＥＥＥ８０２．３　以太网标准（ＩＥＥＥｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒｅｔｈｅｒｎｅｔ）３　术语和定义下列术语和定义适用于本文件。３．１时间确定性网络　狋犻犿犲犱犲狋犲狉犿犻狀犻狊狋犻犮狀犲狋狑狅狉犽一种基于以太网的强实时、高确定性的高速网络，可实现不同类型数据在同一网络融合传输。３．２端系统　犲狀犱狊狔狊狋犲犿时间确定性网络组成部件，为宇航电子子系统与ＴＤＮ网络的连接提供应用接口，负责将前端采集的数据经过网络协议封装后组成的帧发给ＴＤＮ网络。３．３交换机　狊狑犻狋犮犺时间确定性网络组件，实现网络数据以及控制信息的融合交换，并在网络同步过程中承担一定的同步角色。３．４网络加载　狀犲狋狑狅狉犽犾狅犪犱犻狀犵将器件配置文件下载至网络交换机及端系统中，使整个网络按照配置正常运行。　　注：网络加载在本标准中简称加载。１犌犅／犜３９３４０—２０２０３．５虚拟链路　狏犻狉狋狌犪犾犾犻狀犽一个源端系统到一个或多个目的端系统的单向逻辑路径。多条ＶＬ共用一条以太网链路，通过交换机进行交换与多播。３．６带宽分配间隔　犫犪狀犱狑犻犱狋犺犪犾犾狅犮犪狋犻狅狀犵犪狆一条虚链路上两个连续帧之间的最小时间间隔，范围为１ｍｓ～１２８ｍｓ，并且为２的幂次，即１，２，４，８，…，１２８。３．７同步精度　狊狔狀犮犺狉狅狀犻狕犪狋犻狅狀犪犮犮狌狉犪犮狔网络系统同步后，各个节点时钟之间的最大偏差。３．８协议控制帧　狆狉狅狋狅犮狅犾犮狅狀狋狉狅犾犳狉犪犿犲时间同步过程中的控制帧，携带节点的发送、接收时刻信息以及链路延时信息，以实现同步建立及保持。４　缩略语下列缩略语适用于本文件。ＡＦＤＸ　航空电子全双工交换式以太网（ａｖｉｏｎｉｃｓｆｕｌｌｄｕｐｌｅｘｓｗｉｔｃｈｅｄｅｔｈｅｒｎｅｔ）ＢＡＧ带宽分配间隔（ｂａｎｄｗｉｄｔｈａｌｌｏｃａｔｉｏｎｇａｐ）ＢＥ尽力而为（ｂｅｓｔｅｆｆｏｒｔ）ＣＲＣ循环冗余校验（ｃｙｃｌｉｃｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｃｈｅｃｋ）ＥＳ端系统（ｅｎｄｓｙｓｔｅｍ）ＦＣＳ帧校验序列（ｆｒａｍｅｃｋｅｃｋｓｅｑｕｅｎｃｅ）ＦＩＦＯ先进先出（ｆｉｒｓｔｉｎｐｕｔｆｉｒｓｔｏｕｔｐｕｔ）ＩＣ完整性检查（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙｃｈｅｃｋｉｎｇ）ＩＦＧ帧间间隔（ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅｇａｐ）ＩＰ网际协议（ｉｎｔｅｒｎｅｔｐｒｏｔｏｃｏｌ）ＭＡＣ媒体访问控制（ｍｅｄｉｕｍａｃｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌ）ＭＩＢ管理信息库（ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｂａｓｅ）ＯＳＩ开放式系统互联通信参考模型（ｏｐｅｎｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｍｏｄｅｌ）ＰＳＮ前序列号（ｐｒｅｖｉｏｕｓｓｅｑｕｅｎｃｅｎｕｍｂｅｒ）ＲＣ速率受限（ｒａｔｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）ＲＭ冗余管理（ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）ＳＡＰ服务访问点（ｓｅｒｖｉｃｅａｃｃｅｓｓｐｏｉｎｔ）ＳＮ序列号（ｓｅｑｕｅｎｃｅｎｕｍｂｅｒ）ＳＮＭＰ简单网络管理协议（ｓｉｍｐｌｅｎｅｔｗｏｒｋｍａｎａｇｅｍｅｎｔｐｒｏｔｏｃｏｌ）ＴＣＰ传输控制协议（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｔｏｃｏｌ）ＴＤＮ时间确定性网络（ｔｉｍｅｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃｎｅｔｗｏｒｋ）ＴＦＴＰ简单文件传输协议（ｔｒｉｖｉａｌｆｉｌｅｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｔｏｃｏｌ）ＴＴ时间触发（ｔｉｍｅｔｒｉｇｇｅｒｅｄ）ＵＤＰ用户数据报协议（ｕｓｅｒｄａｔａｇｒａｍｐｒｏｔｏｃｏｌ）２犌犅／犜３９３４０—２０２０ＶＬ虚拟链路（ｖｉｒｔｕａｌｌｉｎｋ）５　一般要求５．１　体系结构要求时间确定性网络采用五层因特网体系架构，并在物理层和链路层增加时间同步与实时传输服务，其余三层不做改动，如图１所示。图１　犜犇犖网络架构５．２　网络组成时间确定性网络为交换式网络，由ＴＤＮ交换机、端系统以及其他上层网络设备构成，其中ＴＤＮ交换机与端系统为ＴＤＮ网络核心组成要素。ＴＤＮ网络支持总线＋星型的混合型网络拓扑，如图２所示。图２　犜犇犖网络拓扑结构５．３　传输业务类型要求ＴＤＮ网络根据应用对实时性的不同要求，提供三种类型的传输业务：时间触发业务（ＴＴ）、速率受限业务（ＲＣ）和尽力而为业务（ＢＥ），如图３所示。可根据应用需求，选择不同业务类型。３犌犅／犜３９３４０—２０２０图３　犜犇犖支持的类型业务ＴＤＮ网络提供的传输业务如下：ａ）　时间触发（ＴＴ）业务ＴＴ数据应用于对网络时延、传输抖动、传输确定性要求十分严格的应用，ＴＴ数据的发送依赖于整个网络的全局时间，所有的ＴＴ数据都是在预先定义的时间内和预先分配好的信道发送的，并且优先于其他的数据类型（ＢＥ和ＲＣ），该类型数据帧采用抢占模式传输。当节点到达配置传输ＴＴ数据时间，通信链路将会腾空所有正在传输的数据，转入为ＴＴ数据服务。保证了ＴＴ数据能无冲突、无等待传输。利用这种业务可以满足严格的时延、抖动和确定性传输等要求。ｂ）　速率受限（ＲＣ）业务速率受限（ＲＣ）数据流主要应用于对实时性和确定性要求不如时间触发（ＴＴ）数据流严格的情况下，ＲＣ数据流保证每个应用的带宽是预先定义好的，而且这些应用的时延和瞬时偏差也是有限制的。与ＴＴ数据流相比，ＲＣ数据流是不依赖于全局时间的，网络中的多个设备可以在同一时间向某一个设备发送ＲＣ数据。因此，ＲＣ数据流可能在交换机中形成很长的消息队列而增加网络传输抖动的机率，所以应将ＲＣ数据流的比率限制在网络可以接受的范围。ＲＣ业务的特性应符合ＡＲＩＮＣ６６４Ｐ７的规定。ｃ）　尽力而为（ＢＥ）业务传统以太网的传输业务类型。在没有ＴＴ业务传输时，端系统可以在任意时间传输ＢＥ业务。对于ＢＥ帧，系统不保证其传输时延、抖动，甚至不保证帧一定能够被投递到接收端。ＢＥ业务在整个系统中具有最低的优先级，只有当ＴＴ业务和ＲＣ业务的带宽均得到保障时，剩余带宽才能够被ＢＥ业务所利用。ＴＤＮ网络采用分时复用技术，通过合理时间规划能够保证ＴＴ、ＲＣ、ＢＥ业务在同一条物理链路上进行传输，彼此之间互不冲突。在ＴＤＮ网络中，每一个终端和交换机都按照调度表的要求，在规定的时间槽内收发数据