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工業以太網技術:AFDX/TTE網絡原理•接口•互連與安全
 作  者: 蔡皖東
 出版單位: 電子工業
 出版日期: 2020.01
 進貨日期: 2020/3/24
 ISBN: 9787121295355
 開  本: 16 開    
 定  價: 518
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編輯推薦:

工業互聯網、工業以太網領域不多的技術圖書


內容簡介:

工業領域對網絡傳輸的實時性、確定性和可靠性等特性的要求比較高,傳統以太網並不具有這些特性,不能直接用於工業領域,需要通過工業化改造,使之達到工業領域對網絡傳輸特性的基本要求。這種經過工業化改造的以太網稱為工業以太網,而AFDX和TTE網絡是這類工業以太網的典型代表,已成功應用於航空航天行業,對於其他工業行業改造升級傳統的數據傳輸系統具有重要的借鑒意義。隨著工業化和信息化的深度融合,通過先進的工業網絡技術來提升工業控制網絡的性能,推動工業互聯網的發展,成為工業控制行業的必然發展趨勢,AFDX和TTE等先進的工業網絡技術的推廣應用將成為提升“兩化”深度融合品質的基礎。

  《工業以太網技術:AFDX/TTE網絡原理、接口、互連與安全》主要介紹典型工業以太網——AFDX/TTE網絡的原理、接口、互連與安全技術。全書共7章,分別介紹以太網技術、工業以太網、AFDX端系統接口、TTE端系統接口、AFDX網絡環境建立與測試、AFDX安全網關技術、工業互聯網安全等內容。

  《工業以太網技術:AFDX/TTE網絡原理、接口、互連與安全》可作為相關專業本科生和研究生的教材,也可作為從事相關工作科技人員的參考書。


作者簡介:

蔡皖東,博士,教授,博導,西北工業大學網絡與信息安全學科帶頭人,長期從事網絡與信息安全等學科的教學與科研工作。主持的主要科研項目有:國家863計劃項目、國家信息安全計劃項目、科技部技術創新基金項目、教育部博士點基金項目、航空基礎科學基金項目、部委創新基金項目以及省市科技計劃項目等,在國內外核心學術刊物和重要學術會議上共發表學術論文200多篇,被SCI、EI和ISTP等三大檢索機構收錄100多篇,獲得發明專利授權15項,以第一完成人獲得國防科技二等獎1項、陝西省科技二、三等獎各1項。獲得教學成果二等獎1項,陝西省優秀教學成果二等獎1項,陝西省優秀教材一等獎1項,校級優秀教學成果一等獎3項、二等獎3項,校級優秀教材獎3項。


圖書目錄:

蔡皖東,博士,教授,博導,西北工業大學網絡與信息安全學科帶頭人,長期從事網絡與信息安全等學科的教學與科研工作。主持的主要科研項目有:國家863計劃項目、國家信息安全計劃項目、科技部技術創新基金項目、教育部博士點基金項目、航空基礎科學基金項目、部委創新基金項目以及省市科技計劃項目等,在國內外核心學術刊物和重要學術會議上共發表學術論文200多篇,被SCI、EI和ISTP等三大檢索機構收錄100多篇,獲得發明專利授權15項,以第一完成人獲得國防科技二等獎1項、陝西省科技二、三等獎各1項。獲得***教學成果二等獎1項,陝西省優秀教學成果二等獎1項,陝西省優秀教材一等獎1項,校級優秀教學成果一等獎3項、二等獎3項,校級優秀教材獎3項。
內頁插圖

目錄

第1章 以太網技術 1
1.1 引言 1
1.2 LLC協議 4
1.3 以太網協議 6
1.3.1 介質訪問控制協議 6
1.3.2 100Mbps Ethernet 11
1.3.3 Gigabit Ethernet 14
1.3.4 10Gigabit Ethernet 17
1.3.5 全雙工以太網 17
1.4 交換式網絡 18
1.4.1 交換機技術 19
1.4.2 虛擬局域網 20
1.4.3 交換式網絡組網 22
第2章 工業以太網 25
2.1 引言 25
2.2 AFDX網絡 25
2.2.1 AFDX系統組成 26
2.2.2 AFDX數據幀格式 28
2.2.3 AFDX特殊機制 29
2.2.4 AFDX網絡配置 32
2.2.5 AFDX網絡通信 32
2.3 TTE網絡 33
2.3.1 TTE網絡體系結構 33
2.3.2 TTE時鐘同步控制 34
2.3.3 TTE數據傳輸控制 42
2.3.4 TTE容錯控制 43
2.3.5 TTE網絡配置 43
2.4 AFDX與TTE比較 43
2.5 工業以太網應用 45
2.5.1 航空器通信網絡應用 45
2.5.2 航天器通信網絡應用 47
第3章 AFDX端系統接口 49
3.1 引言 49
3.2 接口類型 50
3.3 內存映射 52
3.4 特殊寄存器 54
3.5 配置接口 55
3.5.1 消息輸出配置接口 55
3.5.2 消息輸入配置接口 64
3.6 編程接口 71
3.6.1 控制域 71
3.6.2 狀態域 74
3.6.3 消息輸出域 85
3.6.4 消息輸入域 91
3.6.5 DMA控制器 95
第4章 TTE端系統接口 97
4.1 引言 97
4.2 配置接口 98
4.2.1 調度表 100
4.2.2 IC/RM表 101
4.2.3 輸出VL表 102
4.2.4 輸入VL查找表 104
4.2.5 調度進入點表 104
4.2.6 COTS 過濾表 105
4.2.7 調度參數表 106
4.2.8 整形參數表 106
4.2.9 IC/RM參數表 108
4.2.10 時鐘同步參數表 108
4.2.11 常規參數表 114
4.3 編程接口 115
4.3.1 狀態域 115
4.3.2 控制域 124
4.3.3 配置域 124
4.4 幀輸入/輸出接口 125
4.4.1 幀輸出接口 125
4.4.2 幀輸入接口 126
4.5 通用加載器格式 127
第5章 AFDX網絡環境建立與測試 129
5.1 引言 129
5.2 AFDX網絡安裝 129
5.2.1 AFDX網絡系統硬件安裝 129
5.2.2 AFDX端系統軟件安裝 130
5.3 AFDX網絡系統配置 133
5.4 AFDX應用編程接口 141
5.5 AFDX網絡測試 145
5.5.1 網絡測試方法 145
5.5.2 設備測試 146
5.5.3 網絡測試 152
第6章 AFDX安全網關技術 165
6.1 引言 165
6.2 AFDX安全網關應用模型 165
6.3 AFDX安全網關工作機理 168
6.3.1 網絡互連通信 168
6.3.2 數據包安全檢查 170
6.4 AFDX安全網關關鍵技術 172
6.4.1 OPC協議 172
6.4.2 DCE RPC協議 177
6.4.3 Windows過濾平台 184
6.4.4 安全規則設置 185
6.4.5 數據包檢查 187
6.4.6 OPC連接管理 188
6.4.7 數據深度解析 189
第7章 工業互聯網安全 191
7.1 引言 191
7.2 工業控制系統及通信協議 194
7.2.1 工業控制系統簡介 194
7.2.2 工控通信協議簡介 195
7.3 工業控制系統信息安全問題 197
7.3.1 工業控制系統安全風險 197
7.3.2 震網病毒工作原理 198
7.4 工業控制系統信息安全標準 200
7.4.1 國際標準 200
7.4.2 國內標準 209
7.5 信息系統安全等級保護 211
7.5.1 信息系統安全等級保護基本概念 211
7.5.2 等級保護定級方法 213
7.5.3 等級保護基本要求 216
7.5.4 工業控制系統信息安全等級保護問題 219
參考文獻 221


章節試讀:

與普通辦公環境的網絡系統相比,在工業領域中應用的網絡系統對網絡通信的實時性、確定性和可靠性等特性的要求要高得多。在工業領域中,工業控制系統、航空電子系統等安全關鍵類系統以往主要採用專用的數據總線進行數據通信,以滿足系統對實時性、確定性和可靠性等特性的要求。專用的數據總線存在一些缺點,如傳輸速率低、可擴展性差、系統成本高、維護複雜等。
  以太網具有高速化、低成本、商業化等優點,廣泛應用於辦公自動化環境中。傳統的以太網並不具有實時性、確定性和可靠性等特性,將以太網技術應用於工業領域時需要進行適當的改造,使之能夠達到工業領域對實時性、確定性和可靠性的要求。經過工業化改造的以太網稱為工業以太網,典型的工業以太網是應用於航空航天領域的航空電子全雙工交換式以太網(Avionics Full Duplex switched Ethernet,AFDX)和TTE(Time Triggered Ethernet)。
  AFDX是歐洲空客公司提出的一種用於航空電子各子系統之間相互連接和數據交換的網絡通信技術,它在傳統以太網技術的基礎上,增加了用於確保航空電子數據傳輸實時性、確定性和可靠性的新機制,達到了航空電子數據傳輸的基本要求。歐洲空客公司在研製A-380大型客機項目時,提出以新型的數據傳輸系統取代以往在空客飛機上使用的ARINC429總線系統。以太網組網簡單、可擴展性好,並且以太網硬件、軟件和設備的商業化程度高,能夠很快投入應用。因此,空客公司以全雙工交換式以太網為基礎,對以太網進行改造,開發了能夠滿足航空電子系統數據通信要求的AFDX協議規範,對航空電子系統的各組成部分相互之間如何進行通信及電氣規範進行了規範化定義,包括將以太網作為機載信息網絡的應用方法、以太網傳輸特性以及向未來IPv6協議擴展等方面的要求。國際航空民用通用標準化機構(ARINC)已正式接納AFDX協議規範為ARINC664Part7標準,AFDX網絡在空客A-380、A-350、A-400M4,波音B787和中國C919客機航空電子平台上得到了成功應用。
  TTE是奧地利TTTech公司研發的時間觸發以太網,在傳統以太網基礎上增加了基於時間觸發的實時傳輸機制和服務,它將數據傳輸服務分成時間觸發(TT)數據和事件觸發(ET)數據兩種,並相應採取不同的數據傳輸機制。對於TT數據,採用基於全局時鐘同步和時間觸發的數據傳輸機制,通過時鐘同步控制協議在全網內建立統一的全局時鐘,在全網時鐘同步的基礎上,按照事先制定的調度規則及時間點來觸發TT數據的傳輸。對於ET數據,則按AFDX網絡傳輸模式或傳統以太網傳輸模式來傳輸,主要是為了與AFDX網絡和傳統以太網相兼容,起到保護用戶已有投資的作用。美國機動車工程師學會(SAE)已正式接納TTE協議規範為SAEAS6802標準。TTE網絡在實時性、確定性、可靠性和帶寬保證上具有突出的優點,已經在美國NASA的載人飛船項目中得到應用,並受到國外飛機製造商的關注,中國也考慮在今後的航天器系統中採用TTE網絡技術。
  AFDX和TTE網絡都是通過改造和升級傳統以太網的途徑來滿足特定工業行業應用需求的典型代表,對於其他工業行業改造升級傳統的數據傳輸系統具有重要的借鑒意義。隨著工業化和信息化的深度融合,通過先進的工業網絡技術來提升工業控制網絡的性能,推動工業互聯網的發展,成為工業控制行業的必然發展趨勢,AFDX和TTE等先進工業網絡技術的推廣應用將成為提升“兩化”深度融合品質的基礎。
  本書主要介紹典型工業以太網-AFDX/TTE網絡的原理、接口、互連與安全技術。全書共7章,第1章為以太網技術,系統介紹傳統以太網技術,主要內容有LLC協議、以太網協議、交換式以太網等;第2章為工業以太網,主要介紹AFDX/TTE網絡的網絡特性、工作機制、基本原理及應用舉例等內容;第3章為AFDX端系統接口,主要介紹一種AFDX網卡的結構與功能,包括接口類型、內存映射、特殊寄存器、配置接口、編程接口等內容;第4章為TTE端系統接口,主要介紹一種TTE網卡的結構與功能,包括配置接口、編程接口、幀輸入/輸出接口、通用加載器格式等內容;第5章為AFDX網絡環境建立與測試,主要介紹AFDX網絡安裝、AFDX網絡系統配置、AFDX應用編程接口、AFDX網絡測試等內容;第6章為AFDX安全網關技術,主要介紹AFDX安全網關應用模型、AFDX安全網關工作機理、AFDX安全網關關鍵技術等內容;第7章為工業互聯網安全,主要介紹工業控制系統及通信協議、工業控制系統信息安全問題、工業控制系統信息安全標準、信息系統安全等級保護等內容。
  本書雖然以特定的AFDX網卡產品為例來介紹AFDX端系統接口,凡是按照ARINC664Part7標準開發的AFDX網卡產品所提供的網絡特性和功能應當是一致的,只是在實現細節上可能略有差別,總體上並不影響對AFDX網絡應用開發技術和方法的理解,具有很好的借鑒和啟示作用。
  由於AFDX/TTE網絡技術比較複雜,很難覆蓋AFDX/TTE網絡技術的方方面面,書中難免存在不足和疏漏之處,歡迎廣大讀者批評指正。
  最後,感謝西北工業大學教材專著出版基金對本書的大力資助。

 
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