GB/T 39340-2020 宇航电子时间确定性网络协议

ICS49.035

v25GB

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

Aerospaceelectronictimedeterministicnetworkprotocol

2020-11-19发布2021-06-01实施

国家市场监督管理总局申＃

国家标准化管理委员会保叩

GB/T39340-2020

目次

前言…………·”………I

1范围……

2规范性引用文件…··

3术语和定义…··

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

GB/T39340-2020

前言

本标准按照GB/T1.12009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z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、闰攀、姚庭伟、张大鹏、李晓博．

I

GB/T39340-2020

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200旧的强实

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:Etherentphysicalanddatalinklayerspceificati。ω

ARINC664P7航空数据网络第7部分＝航空电子以太网协议（Aircraftdatanetwork-Part7:

Av10mcsfullduplexswitchedethernetCAFDX)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帧发给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．

3.4

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2网络加载在本标准中简称加载。

1

GB/T39340-2020

3.5

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。

3.6

带宽分自己闰隔bandwidthallocationgap

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的军次，即1,2,4,

8,…,1280

3.7

同步精度synchronizationaccnracy

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protocolcontrolframe

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（opensysteminterconnectionreferencem。de!)

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

GB/T39340-2020

VL虚拟链胳（virtuallink)

5

－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。

差露露营擦擦

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错事曹露露苦吃苦苦UDP

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携妻握军毒

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icr稳稳输也τ；

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圄1TON网络架构

5.2

网络组成

时间确定性网络为交换式网络，由TON交换机、端系统以及其他上层网络设备构成，其中TON交

换机与端系统为TON网络核心组成要素。

TON网络支持总线＋星型的混合型网络拓扑，如图2所示。

绪辈按在包装在

口

圈2TON网络拓扑结构

5.3传输业务类型要求

TON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g时间触发业务（TT）、速率受

限业务（RC）和尽力而为业务。E），如图3所示。可根据应用需求，选择不同业务类型。

3

GB/T39340-2020

滋滋

苍苍cPJUDP

IP

8草草草务

llJB守鞠恶毒附YI

圄3TDN支持的类型业务

TON网络提供的传输业务如下E

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。E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ARINC664凹的

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。

TON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TON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

脑通过交换机到端系统C，发送TT周期分别为2ms和3msoRC和BE可在TT的间隙内发送。

4

GB/T39340-2020

(1＇~

3级么

咽‘‘’

圄4数据综合调度过程

5.4数据帧格式要求

5.4.1TDN罔络帧格式

TDN网络中帧格式应符合IEEE802.3（以太网）的规定，帧格式如图5所示z

圄5帧格式示意圄

5.4.2以太网帧头

以太网帧头的结构如图6所示，包括三部分z

目标地址｜源地址|类型

(6Byte)I(6Byte)I(2Byte)

圄6以太罔头格式

a)MAC目的地址

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。

om

t袭至整董事代码

圄7BE帧目的地址格式

TT、RC帧的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

48bit

虚拟链路标识符

圃寇域

32bit16bit

XXXXXXllXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

圄8TT、RC帧目的地址格式

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

据帧中这一段也都是相同的，该固定域可由用户自定义，用于区分这是TT帧或RC帧。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)

固定域用户定义标识符接口标识符固定域

24bit16bit3bit5bit

000000100000000000000000nnnnnnnnnnnnnnnnmmm0000

固9MAC源地址格式

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控制器连接到哪个冗余网络，定义如表l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冗余．最后是一个5bit的固定数a

表1接口标i.R符定义

InterfacιID

含义

000