航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的要求與全雙工交換以太網(wǎng)應(yīng)用

符富強(qiáng)

（河南省洛陽(yáng)市民航飛行學(xué)院洛陽(yáng)分院機(jī)務(wù)工程部，河南 洛陽(yáng) 471001）

1 航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的要求

隨著計(jì)算機(jī)電子通信技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)前航空電子系統(tǒng)已進(jìn)入綜合化的發(fā)展階段，而隨著航空電子系統(tǒng)的模塊化、綜合化程度的不斷提高，對(duì)其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求也相應(yīng)提高，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的傳輸與交換、吞吐量、延遲等方面，其中，航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的要求則具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①高速率的數(shù)據(jù)傳輸；②實(shí)時(shí)性；③高穩(wěn)定性；④低周期性。

2 全雙工交換式以太網(wǎng)的簡(jiǎn)介

建立IEEE802.3協(xié)議的基礎(chǔ)上并通過(guò)虛擬鏈路的方式進(jìn)行通信的全雙工交換式以太網(wǎng)（AFDX）是一種確定性網(wǎng)絡(luò)，不僅具有最大延時(shí)確保寬帶，而且還具有最大抖動(dòng)及已定義丟失的概率。

目前以太網(wǎng)已成為使用最為廣泛的局域網(wǎng)，其傳輸速率可高達(dá)千萬(wàn)兆以上；而AFDX在運(yùn)用以太網(wǎng)技術(shù)的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性與實(shí)時(shí)性，滿(mǎn)足了航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)要求，AFDX網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用功能優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

2.1 實(shí)時(shí)性的控制

由于航空電子系統(tǒng)中需要對(duì)其相關(guān)的實(shí)時(shí)任務(wù)進(jìn)行處理，因此，ADFX可實(shí)現(xiàn)時(shí)間的郵戳與最大網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t控制的供給，以此實(shí)現(xiàn)AFDX網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性的控制功能。

其中，時(shí)間郵戳的供給可為數(shù)據(jù)包的傳輸提供精確的計(jì)時(shí)，而最大網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲的供給則為節(jié)點(diǎn)－節(jié)點(diǎn)間的可確定性的網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)提供了相應(yīng)的保證。

2.2 數(shù)據(jù)帶寬的保證

由于AFDX網(wǎng)絡(luò)將虛擬鏈路概念引入系統(tǒng)，因而在邏輯上可以實(shí)現(xiàn)一條數(shù)據(jù)通路向多條虛擬鏈路的劃分，而且ADFX網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)任務(wù)間的數(shù)據(jù)通信還可以采用靜態(tài)分配形式的虛擬鏈路來(lái)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了任務(wù)數(shù)據(jù)通信帶寬與傳輸延遲的有效保證。

2.3 專(zhuān)用航空電子通信協(xié)議的運(yùn)用

由于AFDX網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了ARINC664標(biāo)準(zhǔn)，因此，通過(guò)通信端口機(jī)制與服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)的建立，可使其上層的通信應(yīng)用、具體的物理硬件與其通信協(xié)議無(wú)關(guān)聯(lián)，從而使ADFX系統(tǒng)具有良好的容錯(cuò)性、重構(gòu)性及移植性。

3 全雙工交換式以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ADFX具有星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由3部分組成，即終端系統(tǒng)、虛擬鏈路和AFDX交換機(jī)。

3.1 終端系統(tǒng)

該系統(tǒng)是連接航空電子系統(tǒng)與ADFX交換機(jī)的紐帶，是每個(gè)航空子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的唯一渠道。

3.2 虛擬鏈路

它只是邏輯上的一個(gè)通信對(duì)象，是終端系統(tǒng)數(shù)據(jù)幀實(shí)現(xiàn)交換的有效途徑。

3.3 ADFX交換機(jī)

作為通訊系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信息交換功能的關(guān)鍵設(shè)備，是整個(gè)ADFX網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的心臟，不僅采用靜態(tài)路由表的設(shè)置，而且還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)臋z測(cè)、過(guò)濾及管制等功能。

4 全雙工交換式以太網(wǎng)的應(yīng)用

全雙工交換式以太網(wǎng)在航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用，是網(wǎng)絡(luò)化信息技術(shù)成功應(yīng)用于航空電子系統(tǒng)的重要體現(xiàn)，也是近年來(lái)航空電子系統(tǒng)所應(yīng)用的最先進(jìn)的通用通信鏈路。

4.1 完整性檢測(cè)與冗余管理

為提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，AFDX網(wǎng)絡(luò)通常采用兩個(gè)互為冗余的網(wǎng)絡(luò)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，并可實(shí)現(xiàn)潛在網(wǎng)絡(luò)冗余有效隱身的良好效果。

首先，由終端系統(tǒng)對(duì)其待發(fā)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行編號(hào)并復(fù)制，然后通過(guò)相對(duì)獨(dú)立存在的物理交換設(shè)備將兩份相同的數(shù)據(jù)幀分別發(fā)送至目的終端系統(tǒng)，最后再由目的終端系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)幀的編號(hào)并按其相應(yīng)的順序進(jìn)行接收。

目的終端系統(tǒng)在對(duì)其數(shù)據(jù)幀進(jìn)行接收時(shí)，應(yīng)遵循先到先勝出的原則。當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)幀副本都在正常情況下被接收時(shí)，將丟棄其后到的數(shù)據(jù)幀，而且可以根據(jù)數(shù)據(jù)幀之前的編號(hào)將其同號(hào)數(shù)據(jù)幀的到達(dá)順序輕易的判別出來(lái)，從而有效地避免了數(shù)據(jù)幀重復(fù)情況的發(fā)生。而當(dāng)其中的某個(gè)數(shù)據(jù)幀在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，只需利用另一個(gè)相同的數(shù)據(jù)幀將其替代即可。

在以上方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，完整性檢測(cè)就是目的終端系統(tǒng)在接收數(shù)據(jù)幀時(shí)在每條虛擬鏈路中對(duì)其序列號(hào)按順序進(jìn)行的相關(guān)檢查。一般情況下，就正常網(wǎng)絡(luò)而言，進(jìn)行完整性檢測(cè)的目的就是把數(shù)據(jù)幀傳遞到冗余管理模塊；而就故障網(wǎng)絡(luò)而言，進(jìn)行完整性檢測(cè)則是將無(wú)效的數(shù)據(jù)幀消除并通知到網(wǎng)絡(luò)的管理模塊。

而冗余管理則是終端系統(tǒng)在完整性檢測(cè)之后根據(jù)數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)將其冗余的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行消除的相關(guān)操作。

4.2 流量的整形與多路的復(fù)用

由于AFDX網(wǎng)絡(luò)中的終端系統(tǒng)與虛擬鏈路的對(duì)應(yīng)關(guān)系為一對(duì)多的關(guān)系，因此，AFDX網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送端通常采用流量的整形機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬鏈路通信資源的有效分配，其中，進(jìn)行流量的整形不僅可以使其數(shù)據(jù)流在向外傳輸過(guò)程中以較均勻的速度進(jìn)行，而且還可以有效控制AFDX網(wǎng)絡(luò)中虛擬鏈路上突發(fā)流量的出現(xiàn)，并可控制其消息的傳輸延遲于某個(gè)范圍內(nèi)。

而每條特定的虛擬鏈路上，其數(shù)據(jù)幀的流量整形都是通過(guò)BAG和Lmax兩個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)描述的。在終端系統(tǒng)中，根據(jù)其自身的BAG參數(shù)值，所有的虛擬鏈路都需要進(jìn)行相應(yīng)的流量整形，待其流量整形完畢后，再采用多路復(fù)用技術(shù)，將其整形所得的虛擬鏈路數(shù)據(jù)幀進(jìn)行合并，且合并于同一條物理鏈路上，然后再進(jìn)行物理鏈路數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。

5 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代化科技技術(shù)飛速發(fā)展的前提下，航空電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求也隨即得到了較大的提高，而全雙工交換以太網(wǎng)的應(yīng)用，以其特有的功能優(yōu)勢(shì)，將有效滿(mǎn)足現(xiàn)階段航空電子系統(tǒng)發(fā)展的相關(guān)要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)航空電子系統(tǒng)與現(xiàn)代化科技發(fā)展相適應(yīng)的發(fā)展要求。

[1]杜宏偉，馬捷中.航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].測(cè)控技術(shù)，2008（12）.

[2]任向隆，馬捷中.航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)終端系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2009（5）.