基于數(shù)字總線技術(shù)的民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)

朱青

【摘 要】隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)對(duì)電子技術(shù)應(yīng)用需求范圍不斷擴(kuò)展，傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)也因面臨著大數(shù)據(jù)量、高傳輸速率等技術(shù)要求的挑戰(zhàn)。本文對(duì)客艙系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行了解讀，并通過(guò)分析不同數(shù)字總線技術(shù)，提出了設(shè)計(jì)滿足技術(shù)發(fā)展要求的民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的新思路。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；客艙系統(tǒng)；通信網(wǎng)絡(luò)；總線

0 引言

隨著民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)功能的日趨復(fù)雜，客艙電子設(shè)備數(shù)量的大幅度提升，傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的弊端逐漸顯現(xiàn)，可擴(kuò)展能力差，線纜多，設(shè)備尺寸重量偏大等問(wèn)題困擾著主機(jī)制造商。此類(lèi)通信網(wǎng)絡(luò)所能提供的傳輸速率和可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量更是嚴(yán)重限制了客艙電子設(shè)備的增加和運(yùn)用。因此，傳輸速率更高、交互能力更強(qiáng)、開(kāi)放性更好的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)成為了新一代客艙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心。

數(shù)字總線技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用為客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來(lái)了更多的可能。本文綜合數(shù)據(jù)傳輸速率要求、傳輸數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)傳輸有效性和完整性等因素，研究了幾種主流數(shù)字總線技術(shù)在客艙系統(tǒng)中的運(yùn)用。

1 民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)

民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)通常由旅客廣播及內(nèi)話、客艙管理、機(jī)載娛樂(lè)和外部通信幾個(gè)部分組成的，其中機(jī)載娛樂(lè)和外部通信在現(xiàn)役機(jī)型中通常作為選裝系統(tǒng)?？团撓到y(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不僅需要實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)格式信息的高速傳輸，還需要滿足各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎碌木W(wǎng)絡(luò)配置和管理要求。

2 數(shù)字總線技術(shù)在客艙系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的運(yùn)用

民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)根據(jù)不同數(shù)字總線技術(shù)的運(yùn)用，可以分為以下兩種類(lèi)型：

1）基于RS232，RS485，ARINC429、CAN等數(shù)字總線的通信網(wǎng)絡(luò)

2）基于以太網(wǎng)的客艙通信網(wǎng)絡(luò)

在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)選型中，應(yīng)考慮數(shù)據(jù)傳輸速率要求、傳輸數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)傳輸有效性和等因素。交互能力越強(qiáng)、開(kāi)放性越好的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對(duì)客艙系統(tǒng)的功能擴(kuò)展越有利，主要表現(xiàn)為可選功能的增加和部分功能實(shí)現(xiàn)時(shí)的多樣性。

2.1 基于RS232，RS485，ARINC429等數(shù)字總線的通信網(wǎng)絡(luò)

在客艙系統(tǒng)設(shè)備之間可采用RS232，RS485或ARINC429等數(shù)字總線形成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?。這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加適用于多個(gè)同類(lèi)型的控制終端與系統(tǒng)頭端設(shè)備之間的通信。與其他交聯(lián)飛機(jī)系統(tǒng)之間同樣可以使用RS232，RS485或ARINC429等數(shù)字總線。

以ARINC429總線為例，對(duì)此類(lèi)數(shù)據(jù)總線的分析如下：

1）傳輸速率

ARINC429總線的傳輸速率分為高速工作狀態(tài)和低速工作狀態(tài)。高速工作狀態(tài)的位速率應(yīng)為100kb/s±1%。低速工作狀態(tài)的位速率應(yīng)在12.0～14.5kb/s范圍內(nèi)。選定后的位速率誤差范圍應(yīng)在±1%之內(nèi)。這樣的傳輸速率決定了大部分客艙系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)可以通過(guò)高/低速工作狀態(tài)下的ARINC429總線進(jìn)行傳輸。

2）傳輸數(shù)據(jù)類(lèi)型

ARINC429總線的數(shù)據(jù)包格式相對(duì)固定，可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字格式包括了離散（DIS），二進(jìn)制（BNR），二-十進(jìn)制（BCD）等，同樣也可以完成文件數(shù)據(jù)的傳輸。ARINC429總線一般不用于音、視頻數(shù)據(jù)的傳輸，因此在客艙系統(tǒng)中通常會(huì)與RS485總線結(jié)合使用。

3）數(shù)據(jù)傳輸有效性和完整性

對(duì)于客艙系統(tǒng)的功能而言，對(duì)數(shù)據(jù)的有效性和完整性要求不高，通常為1.00E-05和1.00E-03。ARINC429總線完全可以滿足對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有效性和完整性的要求。

2.2 基于以太網(wǎng)的客艙通信網(wǎng)絡(luò)

運(yùn)用交換機(jī)/路由器技術(shù)建立客艙通信網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)，并將客艙系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備、客艙系統(tǒng)的設(shè)備、客艙系統(tǒng)以外的設(shè)備以及地面加載/下傳設(shè)備接入到了客艙系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中。主要需要考慮的問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置的管理和控制。使用適合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以大大的降低網(wǎng)絡(luò)配置所帶來(lái)的資源損耗，從而提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。

1）傳輸速率

10M，100M以太網(wǎng)的運(yùn)用大大的提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，1000M以太網(wǎng)的傳輸速率更是達(dá)到了1000Mbit/s。在客艙系統(tǒng)中，使用以太網(wǎng)可以極大程度的解決因大量音、視頻數(shù)據(jù)傳輸帶來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸速率問(wèn)題。

2）數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型

以太網(wǎng)可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類(lèi)型較多，包括各類(lèi)數(shù)據(jù)字，文件數(shù)據(jù)和音、視頻數(shù)據(jù)。客艙系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)包格式的定義通常遵循ARINC628，僅部分設(shè)備之間存在基于IEEE802.3的私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

3）數(shù)據(jù)傳輸有效性和完整性

從以太網(wǎng)的特性來(lái)說(shuō)，對(duì)于客艙系統(tǒng)的功能，數(shù)據(jù)的有效性和完整性要求是可以滿足的。

3 發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，民用飛機(jī)客艙內(nèi)來(lái)自客艙乘組和旅客的電子技術(shù)應(yīng)用需求范圍也不斷擴(kuò)展和攀升。作為民用飛機(jī)的直接用戶，航空公司希望提供定制化的和差異化的客艙服務(wù)及飛行體驗(yàn)來(lái)吸引乘客爭(zhēng)奪市場(chǎng)。從客艙乘組的角度出發(fā)，由于飛機(jī)客艙系統(tǒng)日漸多樣復(fù)雜，工作負(fù)荷也隨之增加。客艙乘組希望客艙系統(tǒng)能夠提供更多的自動(dòng)化應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效和更便捷的客艙管理。從乘客的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的飛行體驗(yàn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足不同用戶群體的需求，乘客希望在幾個(gè)甚至是十幾個(gè)小時(shí)的旅途中獲得更舒適和多樣化的飛行體驗(yàn)。

一方面，從航空公司的角度，客艙系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)需要考慮為更多，更復(fù)雜的應(yīng)用提供廣闊的平臺(tái)。擴(kuò)展性強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高將成為新型客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基本需求。

另一方面，從主機(jī)制造商的角度，客艙系統(tǒng)的復(fù)雜度高，功能多樣化帶來(lái)的直接成本就是系統(tǒng)重量的大幅度增加。因此集成化程度高，線纜鋪設(shè)少的客艙系統(tǒng)將更受主機(jī)制造商的歡迎。

4 總結(jié)

客艙電子技術(shù)的應(yīng)用客觀上對(duì)飛機(jī)客艙系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。大量音視頻數(shù)據(jù)的頻繁加載，新興電子技術(shù)的應(yīng)用，客艙電子設(shè)備的控制都需求一個(gè)高帶寬，數(shù)字化的通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的支撐。通過(guò)合理的運(yùn)用總線設(shè)計(jì)，并結(jié)合具體機(jī)型客艙需求，搭建一個(gè)交互能力更強(qiáng)、開(kāi)放性更好的通信網(wǎng)絡(luò)以克服傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)和新興電子技術(shù)的碰撞帶來(lái)的技術(shù)瓶頸。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]