综合电子系统5G混合组网的性能仿真平台技术方案

本发明专利技术公开了一种综合电子系统5G混合组网的性能仿真平台，是在5G通信网络模块与航电AFDX网络模块之间设置了基于5G通信的网关模块。所述基于5G通信的网关模块由帧格式转换单元(10)、优先级类型设置单元(20)、地址转换单元(30)和AFDX网络消息分析模块(40)构成。所述基于5G通信的网关模块一方面将5G协议信息(1)在航电AFDX网络模块中传输，另一方面将航电AFDX网络模块的AFDX协议信息(2)恢复为5G网络信息。将5G网络的消息在网关模块中进行协议转换，一方面可以将5G信息无损的在航电AFDX网络中传输，另一方面可以根据网络拓扑将航电AFDX信息恢复为5G网络信息，从而解决两个网络无法相互兼容的问题，为解决航电AFDX网络中有线电缆导致的机载网络的尺寸、重量和功耗过大的问题提供仿真平台。题提供仿真平台。题提供仿真平台。

【技术实现步骤摘要】
综合电子系统5G混合组网的性能仿真平台


[0001]本专利技术属于航空电子系统通信网络领域，更特别地说，是指一种基于机内5G混合组网架构性能分析及验证的仿真平台设计。

技术介绍

[0002]随着航空电子领域中分布式综合模块化航空电子系统(Distributed Integrated Modular Avionics，DIMA)架构理念的提出，如2010年12月第41卷第4期《航空电子技术》，“综合模块化航空电子系统标准分析及发展展望”，作者朱晓飞、黄永葵，公开了多种航空电子系统。航空电子系统综合化显著增强，各子系统之间的数据交换更为频繁，航空电子系统综合化程度决定了飞机的性能和发展水平。至今已经历分立式、联合式、综合式到高度综合的技术发展过程，新一代航空电子系统正向着深度综合演进，其复杂性也随着需求增加不断变大。目前以有线连接为主的航空电子网络，如航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet，简称AFDX)、时间触发以太网(Time Triggered Ethernet，简称TTE)等主流机载网络均面临着几乎遍布平台全身的有线电联带来的线缆重量过大、布线成本高以及难以维护的问题。
[0003]而近二十年来，无线通信经历了快速发展。逐渐成熟的无线通信技术在航电领域逐渐被人们所关注。第五代移动通信网络(5th generation mobile networks，5G)增强的移动宽带、超可靠、低时延通信等特性，将为物联网(IoT)提供重要的技术支撑，基于5G的物联网将显著提升各行业的质量和运营效率。业界逐渐开始针对机内更加灵活的组网展开了研究。
[0004]目前主流机载网络中不断冗余的组网架构使机载网络的尺寸、重量和功耗问题(SwaP问题)成为了进一步解决的问题，而5G技术的成熟使得机载网络5G混合组网技术成为了当下研究的热点。通过在机载网络中引入5G无线技术，利用5G技术的灵活无线缆的特性，从而解决机载网络中SWaP问题。
[0005]目前针对5G混合组网主要的研究仍处于理论论证阶段，主要研究仍处于对于组网拓扑架构设计，网络性能分析方面，而不能从整体直观可视化网络性能，缺少针对5G混合组网的仿真以及验证的自动化工具。

技术实现思路

[0006]为了解决现有航电网络仿真平台无法兼容5G网络仿真的问题，本专利技术设计了一种综合电子系统5G混合组网的性能仿真平台。本专利技术仿真平台是在5G通信网络模块与航电AFDX网络模块之间设置了基于5G通信的网关模块。所述基于5G通信的网关模块用于实现5G通信网络模块与航电AFDX网络模块之间的网络转换协议。一方面可以将5G信息无损的在航电AFDX网络中传输；另一方面可以根据航电AFDX网络拓扑结构将航电信息恢复为5G网络信息，从而解决两个网络无法相互兼容的问题；第三为解决航电AFDX网络中有线电缆导致的机载网络的尺寸、重量和功耗过大的问题提供仿真平台。
[0007]所述基于5G通信的网关模块由帧格式转换单元(10)、优先级类型设置单元(20)、地址转换单元(30)和AFDX网络消息分析模块(40)构成。
[0008]将5G网络的消息在所述基于5G通信的网关模块中进行协议转换，完成将5G信息无损的在航电AFDX网络中传输；对于到达的消息需要实现消息类型的判断：
[0009](一)如果是5G消息，执行以下步骤：
[0010]将5G消息解析，解析出5G消息中的核心帧长度、帧发送时刻、数据类型、以及必要AFDX消息；按照5G通信协议对应规则实现帧格式转换；
[0011]针对5G消息对应vlid消息设置不同的消息对应的优先级类型；
[0012]针对5G通信协议中vlid以及目的地将对应ip转换为端系统；
[0013](二)如果是AFDX消息，执行以下步骤：
[0014]将AFDX消息解析，解析AFDX消息中核心帧长度、帧发送时刻、数据类型、以及必要5G消息；按照对应规则实现帧格式转换，触发5G消息的发送；
[0015]针对AFDX消息对应vlid消息设置不同的消息对应的优先级类型；
[0016]针对AFDX通信协议中vlid以及目的地将对应端系统转换为ip地址。
[0017]在本专利技术中，基于离散事件触发的综合电子系统5G混合组网的性能仿真平台的构建方法，包括有根据AFDX网络需求进行网络配置的步骤和对配置后网络拓扑结构进行网络子网划分、消息路由配置的步骤。
[0018]步骤1－1：建立AFDX网络所需交换机数目、网络所需端系统数目、网络所需基站数目、网络需用户节点数目；
[0019]步骤1－2：根据设计网络架构将步骤1－1中声明的所有交换机、基站、用户节点以及网关进行放置。需要考虑真实的物理连接关系，可以通过修改配置文件进行配置。
[0020]步骤2－1：子网划分需要通过ini文件进行修改，合理的子网划分可以保证正确实现网络分析演算，通过修改仿真输入输出文件中的子网划分参数实现最终效果，从而判断网络划分；
[0021]步骤2－2：通过修改仿真输入输出文件中收发消息应用的属性，得到配置后的消息属性，是真实流量在网络中生效；
[0022]步骤2－3：网络路由配置，通过修改输入输出文件中的交换机和网关网络路由配置参数，使所述配置后的消息路由生效，从而能实现真实的链路转发。
[0023]本专利技术的优点在于：
[0024]本专利技术在进行网络设计的过程中，将5G网络与航电网络分别进行单独设计，从而保证两个网络之间组网的相互独立，保留了两个网络的核心功能，从而实现了一套完备的5G航电网络有线/无线混合组网仿真系统。
[0025]本专利技术在设计的过程中以网关节点作为5G网络接入航电网络的核心节点，通过网关节点的设计实现两种网络消息的无损转换，从而解决了航电网络无法兼容5G消息的问题，在实现网络兼容的过程中保障了航空电子网络的可靠性。
[0026]本专利技术设计过程中考量了机载混合组网架构消息的传输与信息统计，针对不同场景下的消息，实现端系统之间5G消息、AFDX消息的数据采集。按照仿真理论实现消息的统计，从而增加了统计结果统计的准确性。
附图说明
[0027]图1是本专利技术综合电子系统5G混合组网的性能仿真平台的结构框图。
[0028]图2是航电AFDX网络拓扑结构图。
[0029]图3是端系统内部架构图。
[0030]图4是交换机内部架构图。
[0031]图4A是交换机内部消息转换路由图。
[0032]图5是两种网络消息之间在网关中的无损转换。
[0033]图6是用户设备UE部分按照TCP/IP网络架构图。
[0034]图6A是最底层的cellularNic模块的内部协议框架图。
[0035]图7是celularNic模块的整体架构图。
具体实施方式
[0036]下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合电子系统5G混合组网的性能仿真平台，包括有5G通信网络模块与航电AFDX网络模块；其特征在于：还设置了基于5G通信的网关模块；所述基于5G通信的网关模块由帧格式转换单元(10)、优先级类型设置单元(20)、地址转换单元(30)和AFDX网络消息分析模块(40)构成；所述基于5G通信的网关模块用于实现5G通信网络模块与航电AFDX网络模块之间的网络转换协议；将5G网络的消息在所述基于5G通信的网关模块中进行协议转换，完成将5G信息无损的在航电AFDX网络中传输；对于到达的消息需要实现消息类型的判断：(一)如果是5G消息，执行以下步骤：将5G消息解析，解析出5G消息中的核心帧长度、帧发送时刻、数据类型、以及必要AFDX消息；按照5G通信协议对应规则实现帧格式转换；针对5G消息对应vlid消息设置不同的消息对应的优先级类型；针对5G通信协议中vlid以及目的地将对应ip转换为端系统；(二)如果是AFDX消息，执行以下步骤：将AFDX消息解析，解析AFDX消息中核心帧长度、帧发送时刻、数据类型、以及必要5G消息；按照对应规则实现帧格式转换，触发5G消息的发送；针对AFDX消息对应vlid消息设置不同的消息对应的优先级类型；针对AFDX通信协议中vlid以及目的地将对应端系统转换为ip地址；所述基于5G通信的网关模块用于模拟了5G的NR特性中的用户设备UE以及基站gNodeB；其中UE部分按照TCP/IP网络架构，实现了从物理层到应用层全部协议层；从上往下依次为：应用层实现不同类型的消息收发；运输层实现了两个应用之间的字节流传输协议；网络层实现了IPv4协议族，用于完成数据包在网络中的传输；最底层实现了带有nr的一路以及原始LTE的链路部署。2.依据权利要求1的基于5G通信的网关模块，构建综合电子系统5G混合组网的性能仿真平台的具体配置包括以下步骤：步骤一：设计需要实现的网络拓扑架构；步骤二：对网络进行子网划分；步骤三：消息路由配置；步骤四：网络路由配置；其特征在于：在步骤一的步骤11中，依据航电AFDX网络拓扑架构中交换机个数、以及每个交换机上连接的端系统个数建立网络；并对端系统之间的消息配置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锋，冯友林，张以恒，于思凡，周璇，李峭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：