一种具有网络流量整形的航空电子通信中间件系统

摘要

本发明公开了一种具有网络流量整形的航空电子通信中间件系统，该系统包括配置文件解析功能模块、协议转换功能模块与流量整形功能模块；其中协议转换功能模块由数据帧检测单元、帧结构重填单元以及SN插入单元构成。本发明中间件系统基于NDIS模型的改造，通过对数据帧结构重填与SN插入，实现了航空电子全双工交换式网络协议与TCP/IP协议的互相转换，通过内核态的延时数据包发送，实现了对数据包流的整形。最终获得的航空电子通信中间件能够作为普通以太网与航空电子全双工交换式网络的连接部件，实现航空电子应用通信过程透明的在航空电子全双工交换式网络上运行。

主权项

一种具有网络流量整形的航空电子通信中间件系统，该系统用于普通以太网与航空电子网络之间进行数据流转换传输，其特征在于：该系统包括配置文件解析功能模块（107）、协议转换功能模块（108）与流量整形功能模块（109）；其中协议转换功能模块（108）由数据帧检测单元（110）、帧结构重填单元（111）以及SN插入单元构成（112）；所述配置文件解析功能模块（107）用于配置数据帧检测条件、帧结构重填区段以及帧间间隔，并对配置文件进行解析，从而将数据传递至协议转换功能模块（108）与流量整形功能模块（109）；所述协议转换功能模块（108）利用检测条件对数据包进行检测，当数据包从普通以太网进入到航空电子网络时，检测条件为数据帧的物理分层、协议类型以及源端口号，当数据包从航空电子网络进入到普通以太网时，检测条件为数据帧的物理分层、MAC头以及VL_ID信息位，对符合检测条件的数据包进行航空电子网络通信协议帧格式与普通以太网TCP/IP协议的互相转换；所述流量整形功能模块（109）是在数据帧由普通以太网进入到航空电子全双工交换式以太网络中时，针对航空电子全双工交换式以太网虚拟链路调度模型，利用NDIS内核调度延迟功能，实现的流量整形机制，即保证数据帧的帧间间隔不小于规定的时间间隔，从消息生成规律上直接限制接入航空电子全双工交换式以太网的通信带宽，保障了航空电子全双工交换式以太网络的通信确定性；NDIS全称为Network Driver Interface Specification，译文为网络驱动接口规范；中间层驱动程序在上端开放出一个Miniport接口（103），在其下端开放出一个Protocol接口（104）；其中位于上面的Miniport接口（103）与上层驱动程序的Protocol接口（102）进行对接；Protocol接口（104）同底层驱动程序的Miniport接口（105）进行对接；这样在安装了航空电子全双工交换式网络协议中间件的系统中，从上层向外界网络发送的数据包和从外界网络接收的数据包都必须经过中间层驱动程序的处理再继续传递；Miniport译文为微端口；Protocol译文为协议；利用流量整形功能模块（109）对数据包流进行流量整形后，数据包流中相邻数据包之间的时间间隔发生了改变，用户配置的帧间间隔记为TBAG，则有第一数据包与第二数据包之间的帧间间隔记为TBAG1、第二数据包与第三数据包之间的帧间间隔记为TBAG2、第三数据包与第四数据包之间的帧间间隔记为TBAG3；当数据包流从普通以太网向航空电子全双工以太网发送时，对于检测到协议类型为UDP且源端口号与配置文件解析功能模块（107）传递来的Usport参数相等的数据帧，将先经过协议转换功能模块（108）的处理，即将数据帧的结构进行重新填充以及进行SN的插入；设置检测条件ip_p=17，是由于航空电子全双工交换式以太网中采用UDP数据包进 行通信，经过协议转换功能模块（108）的处理后，数据帧格式将从TCP/IP协议帧格式转换成航空电子全双工交换式以太网协议帧格式规范；协议转换功能模块（108）中所需Usport参数以及帧结构重填字段均由配置文件解析功能模块（107）提供；接下来，流量整形功能模块（109）将会对从协议转换功能模块（108）输出的数据包流进行进一步处理；利用实际帧间间隔Treal与用户配置帧间间隔TBAG比较的结果来判别是否对数据包流进行整形，如果Treal＜TBAG，则对数据包流整形；计算到Treal1＜TBAG，则对数据包进行流量整形处理，当数据包从流量整形功能模块（109）输出时，时间间隔Treal1已经规整到TBAG1，则TBAG1＝TBAG；计算到Treal2＜TBAG，则对数据包进行流量整形处理，当数据包从流量整形功能模块（109）输出时，时间间隔Treal2已经规整到TBAG2，则TBAG2＝TBAG；计算到Treal3＞TBAG，这样的数据包将不被处理，在从流量整形功能模块（109）输出时，时间间隔未发生改变，仍满足TBAG3＝Treal3；当在普通以太网接收数据包时，配置文件解析功能模块（107）对配置文件（113）进行解析，获得AvionicsVL_ID、TTL，DesIP与DesMAC参数；AvionicsVL_ID参数被传递至数据帧检测单元（110），TTL、DesIP与DesMAC参数被传递至协议转换功能模块（108）；从Protocol接口（104）输出的数据包先经过协议转换功能模块（108）的数据帧检测单元（110）的处理，数据帧检测单元（110）检测通过数据帧的MAC头来确认该数据帧是否为航空电子全双工交换式以太网协议帧，若数据帧是航空电子全双工交换式以太网协议帧，进一步检测该数据帧的VL_ID信息位（511）是否与用户配置的AvionicsVL_ID参数一致；若一致，数据帧进入帧结构重填单元（111）处理；帧结构重填单元（111）利用TTL，DesIP与DesMAC参数并根据TCP/IP协议帧格式规范对数据帧结构进行重新填充，保证进入到普通以太网的数据包符合TCP/IP协议帧格式规范；相邻两个数据包的时间间隔记为Treal，则有第一数据包与第二数据包之间的时间间隔记为Treal1、第二数据包与第三数据包之间的时间间隔记为Treal2、第三数据包与第四数据包之间的时间间隔记为Treal3；Usport全称为User defined source port，译文为用户定义源端口号；SN全称为Sequence Number，译文为顺序号；AvionicsVL_ID全称为Avionics Virtual Link Identifier，译文为航空电子网络协议帧虚拟链路标识符；TTL全称为Time to live，译文为生存时间；DesIP全称为Destination IP Address，译文为目的IP地址；DesMAC全称为Destination Mac address，译文为目的MAC地址。