新一代航空航天總線技術

伴隨航空和航天電子技術的飛速發展,傳統總線已經不能滿足新型航空及航天電子系統的技術總體設計需求,因此目前傳統的總線技術正逐步被新一代航空數據總線技術所替代,目前國外新型的商業和軍用航空航天項目中的電子系統采用的總線已經開始轉向光纖通道(Fiber Channel,FC)、航空電子全雙工交換式以太 網(Avionics Full-Duplex Switched Ethernet,AFDX)、SpaceWire、Time-triggered Protocol(TTP)和Time-triggered Ethernet(TTE)。新一代總線技術相比于傳統的總線可以提供更高帶寬、更高可靠性和低延遲性,能夠很好地滿足新一代航空航天電子系統的技術設計要求。

  光纖通道

FC是由美國標準化委員會(ANSI)的X3T11小組于1988年提出的高速串行傳輸總線,解決了并行總線SCSI遇到的技術瓶頸,并在同一大的協議平臺框架下可以映射更多FC-4上層協議。FC具備通道和網絡雙重優勢,具備高帶寬、高可靠性、高穩定性,抵抗電磁干擾等優點,能夠提供非常穩定可靠的光纖連接,容易構建大型的數據傳輸和通信網絡,目前支持1x、2x、4x和8x的帶寬連接速率,隨著技術的不斷發展該帶寬還在不斷進行擴展,以滿足更高帶寬數據傳輸的技術性能要求。FC在航電上的應用主要包括:FC-AE、FC-AV(ARINC818)協議2個大的分支。 

1 FC-AE協議集

FC-AE標準本身是一個FC應用到航空電子環境中的一組協議集,主要用于航空電子環境下各設備之間的數據通信,傳輸視頻、指控、儀器儀表、傳感器等數據,主要包含:FC-AE-1553、FC-AE-ASM、FC-AE-RDMA、FC-AE-FCLP及FC-AEVI共5種協議,目前FC已經被用在FC-35、B1-B、F18E/F、V22、Apache等機型,FC是四代和五代戰機的代表性技術之一。從國內整體應用形式看,FC-AE-ASM協議已經開始預研和驗證,并對國際標準協議進行了一些特定的改進,是將來國內應用的一個重點方向。

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   (光航信科技自主研發生產的FC-AE產品組建的地面仿真測試系統)

2 FC-AV(ARINC818)協議

FC-AV標準于2002年正式對外發布,主要基于FC 傳輸具備大數據量特點的音視頻數據流,針對工業級的應用,該協議在F18和C-130AMP等軍用機型上廣泛應用,主要用于傳輸機內的視頻和音頻數據。隨著航電技術的不斷前進,目前美國和歐洲在機型視頻系統設計時已經開始全部轉向ARINC818(航空電子數字視頻總線,Avionics DigitalVideo Bus,ADVB)標準于2007年由美國航空電子委員會(AEEC)正式對外發布,主要用于傳輸關鍵非壓縮數字視頻,采用單向點對點傳輸方式,用于完成執行關鍵安全視頻任務,目前該協議在波音787,A400M、A350XWB機型上得到成功應用。

目前國內該項總線技術還處于預研階段,預計將來在國內軍用機型及其他項目上會有廣泛的應用,FC是一項重要的總線技術發展方向。

航空電子全雙工交換式以太網

AFDX 通過采用電信標準的異步傳輸模式(ATM)概念來解決IEEE802.3以太網存在延時的缺陷,以便滿足關鍵安全數據傳輸的設計需求,該項技術起源于A380的通信骨干線設計,并成功引入了IMA設計概念。目前該項技術已經在A380上得到成功應用;國內在軍機項目和大飛機項目上均選用了AFDX作為通信骨干線,國內很多航空航天科研院所開始使用該項技術。

Space Wire總線

Space Wire總線是歐洲航天局基于兩個商用標準IEEE 1355-1995和IEEE 1596.3(LVDS),通過對IEEE 1355可靠性、功耗等方面的改進,使其能夠更好地滿足航空航天應用而提出的一種專門用于空間高速數據傳輸的總線標準。Space Wire采用全雙工、點到點連接的結構,在同一網絡中可以同時使用多條總線,網絡拓撲具有很高的自由度。因此,即使設備間各個連接的數據傳輸速度不高,仍可通過增加總線數量的方法來成倍地提高整個網絡的數據傳輸速度。目前Space Wire總線主要應用在歐空航天局(ESA)的幾個太空飛船上,在國內航天研制單位已經開始推廣,Space Wire總線將是衛星和太空飛船開發的重要總線。

TTP

TTP協議用于關鍵安全系統設計時全部采用TTP/C,它是由維也納科技大學和TTTech公司共同開發的,提供同步和容錯機制的TTP/C主要用于關鍵安全實時系統的設計,總線型結構支持5Mbps,星型結構支持25Mbps,采用時間觸發機制,提供更高的確定性和可靠性。TTP是重要的關鍵安全控制總線,目前已有部分航空和航天研制單位開始建立實驗室,在國內還處于開發和預研階段。

TTE

TTE是國際上最新的一項基于以太網的新型總線技術,它具備最高等級的安全性、可靠性及確定性網絡。該總線技術兼容了時間觸發協議和以太網技術的優勢,能夠在同一個網絡平臺上兼容普通網絡數據流、AFDX數據流和TTE網絡數據流,具備更高的安全性和強有力的容錯機制。TTE支持100Mbps和1000Mbps,相比于TTP提供了更高的傳輸帶寬。TTE應用比較廣泛,具備非常廣闊的應用前景,目前國內還處于推廣階段。

結束語

從國內整體大環境看,目前航空航天研制單位正處于從傳統總線到新型總線實現技術升級的初級階段。國內航空單位基本選定了FC和AFDX作為新一代總線發展方向,并已經開始進入調研、預研和開發階段,而國內的航天單位對下一代型號的總線技術還處于調研階段,預計馬上會轉入預研階段。

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