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?；诓呗缘闹鲃拥暮椭悄艿木W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。