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[摘 要]随着我国信息技术的不断发展，网络化机载测试系统在飞行试验的测量中成为一项重要的衡量标准。
[关键词]机载测试系统；时间精度；同步时间；
中图分类号：V217.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0135-01
一、网络性能测量方法
对于网络性能的测量可根据实施的技术分为主动检测与被动检测。主动检测的方式主要是将网络系统中的源节点向目标发送数据包，根据网络节点的反馈速率以及数据包的传输状况来判断该节点的网络性能。被動检测的方式与主动检测相反，是对于网络源节点按照相关的参数标准对该节点的网络数据包传输情况进行提取和分析，按照该节点的网络传输以及性能进行分析。主动检测的优势在于操作简单并且检测不会影响用户的数据使用，能够在点到点的网络中进行较好的性能检测，但是由于该方法需要向目标输入网络数据包，因此会对网络造成压力影响网络性能的检测结果，导致检测结果失去科学性以及实效性。被动检测的优点主要在于不会对源网络节点造成影响，检测结果往往是真实的网络数据流量，能够很好的检测网络的性能，但是该检测方法会对用户在操作中的相关信息以及隐私造成威胁。文章主要针对网络化机载测试系统中的各项性能的真实性以及科学性进行研究，并不涉及用户的隐私以及数据，在综合两组检测方式的优缺点后，文章使用的是被动检测网络性能测量。
二、测试系统结构和测试原理
某中型直升机机载测试系统采用了基于FPGA设计的采集器、基于CPU设计的交换机、网络化记录器、遥测设备、GPS设备等。其中基于FPGA设计的采集器上电后很快就投入工作，非常适合机载环境，但测试系统的配置和采集器编程对测试工程师的能力要求高；基于CPU设计的交换机具有操作系统，测试设备的功能强大，软件编译灵活，但设备掉电后重新启动的时间长。
1.测试系统的结构。试验建立的网络化机载测试系统核心是网络数据采集器和交换机，系统集成了2台机载网络交换机和5台数据采集器，其中2台交换机分为1台千兆主控交换机和1台百兆子交换机；5台采集器中的4台连接在子交换机上，编号1#至4#，另外一台交换机连接在主控交换机上，编号5#。5#采集器内部包含有一个PCM侦听模块，可以侦听整个测试系统内部的数据，并编码生成PCM数据流，所以该采集器不仅具有数据采集的功能，也具有PCM网关的功能。5#采集器可以通过交换机挑出其余4台采集器中的数据，并将这5台采集器中的数据融合成一条PCM输出。
2.系统测试原理。为了得到具有说服力的数据，测试系统的输入选择同一个标准信号，分别由1#和5#采集器采集，通过不同的数据传输路径A和路径B，最后由示波器、记录器等设备进行数据的捕获、记录，事后也可以对记录的数据进行处理、分析。路径A在整个机载测试系统中数据传输距离最远，路径B距离最近，因此具有一定的代表性，通过对比路径A和路径B传输的同一个信号，最终确定整个机载测试系统的时间精度、同步时间、丢包率等性能指标。
三、测试系统的集成
试验建立的机载测试系统，主要包含KAM500网络采集器、NSW网络交换机和miniR700数据记录器，均是当前国际先进的机载测试设备，各设备具有专用的编程环境。采集器配置了模拟量、数字量等测试模块，交换机配置了路由关系，记录器配置了网络数据采集模块，并按照图1的结构对系统硬件进行了相应的连接。
1.测试参数编程。按照测量原理的不同，每个采集器都配置了对应的测试模块，每个测试模块可以测量大量的参数。对每个采集器中的测试参数进行采集编程，并按照采样率对所有参数进行分类，编辑多个网络数据包，主要编包规则包括：发往不同目的地的数据一般封装在不同网络包内；高速采样和关键的有效参数应封装在能定时传送的网络包内；缓变和非关键的有效参数可以封装在一个数据包内，按采样周期正常发送。
2.采集器和交换机配置。机载数据测试系统是一个测试网络，需要对每个网络节点进行配置。采集器的配置内容主要包括网络输出模块的IP、网络数据包IP、数据包Key等。交换机的配置主要是路由关系，按照图1中测试系统的拓扑结构，对交换机每个端口进行相关设置，具体如表1所示。
3.测试系统调试。机载测试系统中的采集器和交换机设备完成各自的程序编辑，并配置好整个测试网络的路由逻辑后，对整个测试系统进行测试程序的加载，确保整个测试系统数据传输畅通。利用Wireshark软件测量测试系统中各节点数据流量，并对数据量大的节点进行调整，确保整个测试系统的数据传输均衡，整个测试网络工作稳定。
四、测试系统的测试
1.时间精度测试。时间精度是指测试系统中任意设备与基准时间的差值。依据IEEE1588协议，测试系统由主控交换机授时和修正，一般认为主控交换机的时间为基准时间。试验时采用高精度示波器测量系统内任意两台设备的秒脉冲（1PPS），即可得到这两台设备的时间差值。分析图1测试系统架构，1#采集器和5#采集器的数据传输路径最长，所以理论上这两台设备的时间差值应该最大。在不考虑时间信号幅值的情况下，对比1#采集器和5#采集器的秒脉冲，监控两台设备的时间差值在一定的范围内变化。通过测试，本次试验建立的测试系统时间精度在80～200ns之间。
2.同步时间测试。同步时间是指整个测试系统从上电开始，直到测试系统工作稳定所用的时间。机载测试系统上电后，系统内部会根据主控交换机的时间指令，对每个采集器的时间进行授时并修正，实现整个系统的时间同步，在此过程中，以主交换机的时间为基准，其他测试设备的时间是一个相对收敛并稳定的过程。使用示波器捕捉任意两台采集器或一台采集器和交换机输出的1PPS的波形，使用秒表，测试两个波形相对稳定所用的时间。由于本次试验建立的测试系统中主控交换机具有CPU和操作系统，因此系统的同步时间较长，约为180s±20s。
3.丢包测试。采集器生成的网络数据包，其内部包含该包的各种信息，例如数据包IP、数据包Key字等，其中有一项为该包发送次数相关信息，每发送一次数据包计数器累加一次，通过专用丢包分析软件对每条网络数据包进行分析，提取该数据包内部的计数信息，检查其是否连续，即可知道是否丢失数据包。运用网络记录器多次记录数据，通过丢包分析软件检查所记录的数据是否有丢包现象，未发现丢包现象显示为PASS，丢包是显示为FAIL。
4.数据记录和数据处理。完成测试的系统集成、测试后，需要按照具体的需求，编辑参数的采样率、测试系统的网络包等信息，并将这些信息加载到测试系统中，然后使用网络数据记录器记录这些数据，再通过专用软件卸载所记录的数据，并对数据进行处理和详细分析，最终确认测试系统工作正常。
研究网络化机载测试系统的集成和测试，也可为某中型直升机机载测试系统的设计提供技术参考和经验借鉴。
参考文献
[1]张贤.基于网络化的试飞机载测试系统及其应用.2017.
[2]戴慧锦.机载网络化测试系统框架设计技术研究.2016.
[关键词]机载测试系统；时间精度；同步时间；
中图分类号：V217.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0135-01
一、网络性能测量方法
对于网络性能的测量可根据实施的技术分为主动检测与被动检测。主动检测的方式主要是将网络系统中的源节点向目标发送数据包，根据网络节点的反馈速率以及数据包的传输状况来判断该节点的网络性能。被動检测的方式与主动检测相反，是对于网络源节点按照相关的参数标准对该节点的网络数据包传输情况进行提取和分析，按照该节点的网络传输以及性能进行分析。主动检测的优势在于操作简单并且检测不会影响用户的数据使用，能够在点到点的网络中进行较好的性能检测，但是由于该方法需要向目标输入网络数据包，因此会对网络造成压力影响网络性能的检测结果，导致检测结果失去科学性以及实效性。被动检测的优点主要在于不会对源网络节点造成影响，检测结果往往是真实的网络数据流量，能够很好的检测网络的性能，但是该检测方法会对用户在操作中的相关信息以及隐私造成威胁。文章主要针对网络化机载测试系统中的各项性能的真实性以及科学性进行研究，并不涉及用户的隐私以及数据，在综合两组检测方式的优缺点后，文章使用的是被动检测网络性能测量。
二、测试系统结构和测试原理
某中型直升机机载测试系统采用了基于FPGA设计的采集器、基于CPU设计的交换机、网络化记录器、遥测设备、GPS设备等。其中基于FPGA设计的采集器上电后很快就投入工作，非常适合机载环境，但测试系统的配置和采集器编程对测试工程师的能力要求高；基于CPU设计的交换机具有操作系统，测试设备的功能强大，软件编译灵活，但设备掉电后重新启动的时间长。
1.测试系统的结构。试验建立的网络化机载测试系统核心是网络数据采集器和交换机，系统集成了2台机载网络交换机和5台数据采集器，其中2台交换机分为1台千兆主控交换机和1台百兆子交换机；5台采集器中的4台连接在子交换机上，编号1#至4#，另外一台交换机连接在主控交换机上，编号5#。5#采集器内部包含有一个PCM侦听模块，可以侦听整个测试系统内部的数据，并编码生成PCM数据流，所以该采集器不仅具有数据采集的功能，也具有PCM网关的功能。5#采集器可以通过交换机挑出其余4台采集器中的数据，并将这5台采集器中的数据融合成一条PCM输出。
2.系统测试原理。为了得到具有说服力的数据，测试系统的输入选择同一个标准信号，分别由1#和5#采集器采集，通过不同的数据传输路径A和路径B，最后由示波器、记录器等设备进行数据的捕获、记录，事后也可以对记录的数据进行处理、分析。路径A在整个机载测试系统中数据传输距离最远，路径B距离最近，因此具有一定的代表性，通过对比路径A和路径B传输的同一个信号，最终确定整个机载测试系统的时间精度、同步时间、丢包率等性能指标。
三、测试系统的集成
试验建立的机载测试系统，主要包含KAM500网络采集器、NSW网络交换机和miniR700数据记录器，均是当前国际先进的机载测试设备，各设备具有专用的编程环境。采集器配置了模拟量、数字量等测试模块，交换机配置了路由关系，记录器配置了网络数据采集模块，并按照图1的结构对系统硬件进行了相应的连接。
1.测试参数编程。按照测量原理的不同，每个采集器都配置了对应的测试模块，每个测试模块可以测量大量的参数。对每个采集器中的测试参数进行采集编程，并按照采样率对所有参数进行分类，编辑多个网络数据包，主要编包规则包括：发往不同目的地的数据一般封装在不同网络包内；高速采样和关键的有效参数应封装在能定时传送的网络包内；缓变和非关键的有效参数可以封装在一个数据包内，按采样周期正常发送。
2.采集器和交换机配置。机载数据测试系统是一个测试网络，需要对每个网络节点进行配置。采集器的配置内容主要包括网络输出模块的IP、网络数据包IP、数据包Key等。交换机的配置主要是路由关系，按照图1中测试系统的拓扑结构，对交换机每个端口进行相关设置，具体如表1所示。
3.测试系统调试。机载测试系统中的采集器和交换机设备完成各自的程序编辑，并配置好整个测试网络的路由逻辑后，对整个测试系统进行测试程序的加载，确保整个测试系统数据传输畅通。利用Wireshark软件测量测试系统中各节点数据流量，并对数据量大的节点进行调整，确保整个测试系统的数据传输均衡，整个测试网络工作稳定。
四、测试系统的测试
1.时间精度测试。时间精度是指测试系统中任意设备与基准时间的差值。依据IEEE1588协议，测试系统由主控交换机授时和修正，一般认为主控交换机的时间为基准时间。试验时采用高精度示波器测量系统内任意两台设备的秒脉冲（1PPS），即可得到这两台设备的时间差值。分析图1测试系统架构，1#采集器和5#采集器的数据传输路径最长，所以理论上这两台设备的时间差值应该最大。在不考虑时间信号幅值的情况下，对比1#采集器和5#采集器的秒脉冲，监控两台设备的时间差值在一定的范围内变化。通过测试，本次试验建立的测试系统时间精度在80～200ns之间。
2.同步时间测试。同步时间是指整个测试系统从上电开始，直到测试系统工作稳定所用的时间。机载测试系统上电后，系统内部会根据主控交换机的时间指令，对每个采集器的时间进行授时并修正，实现整个系统的时间同步，在此过程中，以主交换机的时间为基准，其他测试设备的时间是一个相对收敛并稳定的过程。使用示波器捕捉任意两台采集器或一台采集器和交换机输出的1PPS的波形，使用秒表，测试两个波形相对稳定所用的时间。由于本次试验建立的测试系统中主控交换机具有CPU和操作系统，因此系统的同步时间较长，约为180s±20s。
3.丢包测试。采集器生成的网络数据包，其内部包含该包的各种信息，例如数据包IP、数据包Key字等，其中有一项为该包发送次数相关信息，每发送一次数据包计数器累加一次，通过专用丢包分析软件对每条网络数据包进行分析，提取该数据包内部的计数信息，检查其是否连续，即可知道是否丢失数据包。运用网络记录器多次记录数据，通过丢包分析软件检查所记录的数据是否有丢包现象，未发现丢包现象显示为PASS，丢包是显示为FAIL。
4.数据记录和数据处理。完成测试的系统集成、测试后，需要按照具体的需求，编辑参数的采样率、测试系统的网络包等信息，并将这些信息加载到测试系统中，然后使用网络数据记录器记录这些数据，再通过专用软件卸载所记录的数据，并对数据进行处理和详细分析，最终确认测试系统工作正常。
研究网络化机载测试系统的集成和测试，也可为某中型直升机机载测试系统的设计提供技术参考和经验借鉴。
参考文献
[1]张贤.基于网络化的试飞机载测试系统及其应用.2017.
[2]戴慧锦.机载网络化测试系统框架设计技术研究.2016.