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GB/T 39340-2020

基本信息

标准号: GB/T 39340-2020

中文名称:宇航电子时间确定性网络协议

标准类别:国家标准(GB)

标准状态:现行

出版语种:简体中文

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相关标签: 宇航 电子 时间 网络协议

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出版信息

相关单位信息

标准简介

GB/T 39340-2020.Aerospace electronic time deterministic network protocol.
1范围
GB/T 39340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。
GB/T 39340适用于端到端延时不大于100 us,抖动不大于10 us,网络同步精度不大于200 ns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。
ARINC 615A航空电子以 太网接口的软件数据加载器(Software data loader using ethernet interfaces)
ARINC 653航空电 子应用软件标准接口( Avionics application software standard interface)
ARINC 664P2航空数据网络 第 2部分:以太网物理层与数据链路层协议( Aircraft data network-Part 2: Etherent physical and data link layer spceification)
ARINC 664P7航空 数据网络第7部分:航空电子以太网协议( Aircraft data network-Part 7:Avionics full duplex switched ethernet ( AFDX) network)
ARINC 665航空 电子可加载的软件标准(Loadable software standards)
IEEE 802.3以太网标准(IEEE standard for ethernet)

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标准内容

ICS49.035
中华人民共和国国家标准
GB/T39340—2020
宇航电子时间确定性网络协议
Aerospace electronic time deterministic network protocol2020-11-19发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-06-01实施
GB/T39340—2020
规范性引用文件
术语和定义
缩略语
一般要求
体系结构要求
网络组成
传输业务类型要求
数据顿格式要求
6端系统详细要求
端系统概述
流量规整与调度要求
完整性检查与亢余管理….
综合电子服务
性能指标:
交换机要求
基本概念
过滤与管制功能
交换功能
交换机终端功能
监视功能……
配置文件·
操作模式·
数据加载:
管脚编程…
性能特征
性能指标
8物理层要求
时间同步要求,
同步方式·
同步建立条件
实时音视频传输
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草GB/T39340—2020
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
1范围
宇航电子时间确定性网络协议
GB/T39340—2020
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。凡是注目期的引用文件,仅注目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(Softwaredataloaderusingethernetinterfaces)
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(AircraftdatanetworkPart 2:Etherent physical and data link layer spceification)ARINC664P7航空数据网络第7部分:航空电子以太网协议(Aircraftdatanetwork一Part7:Avionics full duplex switched ethernet (AFDX) network)ARINC665航空电子可加载的软件标准(Loadablesoftwarestandards)IEEE8o2.3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timedeterministicnetwork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endsystem
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顿发给TDN网络。3.3
交换机switch
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。
网络加载networkloading
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
GB/T39340—2020
虚拟链路
virtuallink
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。
bandwidthallocationgap
带宽分配间隔
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的帚次,即1,2,4,8,….,128。
synchronizationaccuracy
同步精度
网络系统同步后,各个节点时钟之间的最大偏差3.8
protocol controlframe
协议控制顿
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。
航空电子全双工交换式以太网(avionicsfullduplexswitchedethernet)带宽分配间隔(bandwidthallocationgap)尽力而为(besteffort)
循环亢余校验(cyclicredundancycheck)端系统(endsystem)
帧校验序列(frameckecksequence)先进先出(firstinputfirstoutput)完整性检查(integritychecking)顿间间隔(inter-framegap)
网际协议(internetprotocol)媒体访问控制(mediumaccesscontrol)管理信息库(managementinformationbase)开放式系统互联通信参考模型(opensysteminterconnectionreferencemodel)前序列号(previoussequencenumber)速率受限(rateconstraint)
穴余管理(redundancymanagement)服务访问点(serviceaccesspoint)序列号(sequencenumber)
简单网络管理协议(simplenetworkmanagementprotocol)传输控制协议(transmissioncontrolprotocol)时间确定性网络(timedeterministicnetwork)简单文件传输协议(trivialfiletransferprotocol)时间触发(timetriggered)
用户数据报协议(userdatagramprotocol)VL
一般要求
虚拟链路(virtual link)
体系结构要求
GB/T39340—2020
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
应用层
传输层
网络层
链路层
CMII/GMII
物理层
五层因特网架构此内容来自标准下载网
5.2网络组成
TCP/UDP
IEEE802.3LLC
IEEE802.3MAC
IEEE802.3PHY
10BaseT
100BaseTx
实时应用
TT/RC服务
时间同步
1000BaseCX
TDN网络架构
图1TDN网络架构
时间裁
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。分接头
数据线
5.3传输业务类型要求
端接电阻
图2TDN网络拓扑结构
接入交损
接入交换
妾入交
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
GB/T39340—2020
TCP/UDP
BE业务
IEEE802.3PHY!
图3TDN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
实时应用
TT/RC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),该类型数据顿采用抢占模式传输。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,甚至不保证顿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。数据综合调度过程如图4所示,端系统A和端系统B分别发送数据TT、RC和BE顿通过交换机到端系统C,发送TT周期分别为2ms和3ms。RC和BE可在TT的间隙内发送,4
端系统A(T=2ms)
端系统B(T=3ms
交换机
端系统C
数据顿格式要求
基本周期1ms
TTAITTB
TDN网络顿格式
矩阵周期6ms
数据综合调度过程
TDN网络中顿格式应符合IEEE802.3(以太网)的规定,顿格式如图5所示:前导信号
(7Byte)
「顺并始分隔!
(1Byte)
5.4.2以太网顿头
以太网头
(14Byte)
(20Byte)
UDP头
(8Byte)
UDP负载
1471Byte)
顿格式示意图
以太网顿头的结构如图6所示,包括三部分:目标地址
(6Byte)
源地址
(6Byte)
(2Byte)
以太网头格式
MAC目的地址
(1Byte)
GB/T39340—2020
顿校验序列
(4Byte)
顿间间隔
(12Byte)
BE帧的MAC目的地址用来标明数据帧传递的目标地址,该字段分为供应商代码和序列号(OUI)两部分,具体格式如图7所示
24 bit
供应商代码
BE顿目的地址格式
TT、RC顿的MAC目的地址分为固定域和虚链路标识符两部分,具体格式如图8所示。5
GB/T39340—2020
固定域
48 bit
xxxx xx11 xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx图8TT、RC顿目的地址格式
虚拟链路标识符
图8中固定域是一个32bit长的固定的数,所有的TT数据帧中这一段都是相同的,所有的RC数据顿中这一段也部是相同的,该固定域可由用户自定义,用于区分这是TT顿或RC顿。虚拟链路标识符是用来标识虚拟链路的一个16bit数,交换机就是根据这一标识符判断转发的目的端,网络中的虚拟链路标识符的作用相当于以太网中的目标IP。b)MAC源地址
MAC源地址用来标明数据帧的源的地址,具体格式如图9所示。以太网MAC控制器标识符(48bit)固定域
24 bit
0000 0010 0000 0000 0000 0000用户定义标识符
16 bit
nnnnnnnnnnnnnnnn
图9MAC源地址格式
接口标识符
固定域
图9中固定域是一个24bit长的固定的数。用户定义标识符是一个单独的16bit域,系统集成者用以为每个在网络上IP可寻址的主机给定一个独一无二的并且有含义的IP地址。接口标识符表明以太网MAC控制器连接到哪个亢余网络,定义如表1所示,通过接口标识符使得TDN网络在高完整性情况下可支持最大三亢余。最后是一个5bit的固定数。表1接口标识符定义
Interface_ID
c)类型
以太网MAC控制器连接到网络A
以太网MAC控制器连接到网络B
以太网MAC控制器连接到网络C
对于TT和RC顿,这一部分是一个2Byte的常数,TT顿该常数为0x88d7,RC顿该常数为0x0800;对于BE该字段小于或等于0x0600时为以太网顺的长度,该字段大于0x0600时为以太网顿类型。
5.4.3IP头
IP头的格式如图10所示,对于IPV4,依次为一个12Byte的长度、分片管理、校验和等,一个6
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