新一代民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

朱青

【摘 要】隨著以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)中日趨廣泛的運(yùn)用，如果選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成為了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建基礎(chǔ)。本文通過結(jié)合民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)的需求、功能和性能要求，提出了適用于民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；客艙系統(tǒng)；以太網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

0 引言

傳統(tǒng)的客艙系統(tǒng)通信架構(gòu)多用模擬離散線，模擬音頻線以及少量速率低的數(shù)據(jù)總線，這類通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是連接線纜多，傳輸速率低，適合較小數(shù)據(jù)量、刷新率要求低的系統(tǒng)。

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，民用飛機(jī)客艙內(nèi)來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)來吸引乘客爭奪市場。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)。

客艙電子技術(shù)的應(yīng)用客觀上對(duì)飛機(jī)客艙內(nèi)的電子系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)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。

1 新一代民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)

新一代民用飛機(jī)客艙系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)大致可分為以下兩種類型：

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)的通信網(wǎng)絡(luò)

2 客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸介質(zhì)互連各種設(shè)備的物理布局，是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的成員間特定的物理的或邏輯的排列方式?？偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是幾種運(yùn)用廣泛且技術(shù)成熟的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.1 考慮因素

在設(shè)計(jì)客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，通常需要首先考慮以下幾點(diǎn)：

1）對(duì)外接口繁多

客艙系統(tǒng)與其他機(jī)載系統(tǒng)的接口較多，種類繁多，為了避免數(shù)據(jù)的重復(fù)傳遞和不同數(shù)據(jù)來源導(dǎo)致的時(shí)序不一致等問題，一般采用統(tǒng)一對(duì)外接口的方式來處理客艙系統(tǒng)內(nèi)外部的數(shù)據(jù)傳遞。

2）同一設(shè)備的分布式使用

客艙系統(tǒng)內(nèi)部不同的功能需要不同的設(shè)備來負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，而同一功能可能需要多個(gè)同種設(shè)備分布在全客艙來實(shí)現(xiàn)。因此在此類設(shè)備之間數(shù)據(jù)的傳遞是重復(fù)的。

3）選裝設(shè)備和必裝設(shè)備的系統(tǒng)集成

客艙系統(tǒng)本身又分為客艙管理，旅客廣播和客艙內(nèi)話，機(jī)載娛樂和外部通信四大功能模塊。模塊內(nèi)部又存在選裝和必裝，這就會(huì)導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)時(shí)存在需要對(duì)不同供應(yīng)商的設(shè)備完成系統(tǒng)集成。

2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用

1）采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)外的統(tǒng)一接口。

用一個(gè)中央節(jié)點(diǎn)即交換機(jī)/路由器來連接內(nèi)外部通信網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)集中后再根據(jù)要求分發(fā)，可以有效的解決對(duì)外接口繁多的問題。也可以通過使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解決選裝設(shè)備和必裝設(shè)備的系統(tǒng)集成問題。在交換機(jī)內(nèi)為選裝設(shè)備預(yù)留好端口可以有效，便捷的解決這一問題，具體將在網(wǎng)絡(luò)配置中對(duì)這一問題展開討論。

2）采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)同一種/類設(shè)備的重復(fù)部署。

總線拓?fù)浜铜h(huán)形拓?fù)渫瑯涌梢詫?shí)現(xiàn)同一設(shè)備的重復(fù)部署。但總線拓?fù)涞牟蛔阍谟诋?dāng)總線內(nèi)有一點(diǎn)出現(xiàn)通信中斷，那么自這一點(diǎn)向后所有的節(jié)點(diǎn)都喪失了與頭端設(shè)備通訊的功能。因此在客艙系統(tǒng)中，大量了采用一種環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來解決總線拓?fù)涞倪@一弊端，這一拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又被稱為環(huán)型菊花鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

2.3 環(huán)型菊花鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膽?yīng)用技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

ARINC628 [1]定義了菊花鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理和在客艙系統(tǒng)中的適用范圍。然而在具體設(shè)計(jì)的過程中，發(fā)現(xiàn)具體實(shí)現(xiàn)環(huán)型菊花鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥€需要解決以下問題：

1）環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的廣播風(fēng)暴問題

廣播風(fēng)暴是指當(dāng)廣播數(shù)據(jù)充斥網(wǎng)絡(luò)無法處理，并占用大量網(wǎng)絡(luò)帶寬，導(dǎo)致正常業(yè)務(wù)不能運(yùn)行，甚至徹底癱瘓。當(dāng)采用環(huán)形菊花鏈網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一個(gè)數(shù)據(jù)幀或包被傳輸?shù)奖镜鼐W(wǎng)段的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是廣播，由于菊花鏈網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都在發(fā)送幾乎相同的數(shù)據(jù)幀或包并將上一級(jí)或下一級(jí)廣播發(fā)出的數(shù)據(jù)幀或包重新再發(fā)送出去，因此導(dǎo)致廣播在網(wǎng)段內(nèi)大量復(fù)制，最終形成了網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。

2）拓?fù)錁?gòu)造問題

當(dāng)菊花鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)運(yùn)用到客艙系統(tǒng)中時(shí)，多個(gè)同類型設(shè)備需考慮如何在網(wǎng)絡(luò)中的自動(dòng)配置和拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)

3 發(fā)展趨勢(shì)分析

因設(shè)備供應(yīng)商更新?lián)Q代的研發(fā)成本，主制造商的取證成本等問題，現(xiàn)役的許多機(jī)型大多還是采用的數(shù)字總線的客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。隨著客艙系統(tǒng)功能需求的提升，選裝系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量的增加，基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的通信網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)吞吐量，可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型上的缺陷逐漸暴露了出來。此類通信網(wǎng)絡(luò)在擴(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模方面的力不從心迫使主制造商將目光轉(zhuǎn)向了基于以太網(wǎng)的客艙系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，在新機(jī)型上開始大范圍的運(yùn)用以提升系統(tǒng)的復(fù)雜度，以此為客戶提供更多的功能和服務(wù)。

從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大多被采用在可靠性要求高的客艙系統(tǒng)功能中，天生的冗余特性可以被更好的發(fā)揮；而環(huán)型網(wǎng)絡(luò)則是被大量的運(yùn)用在數(shù)量較多，可靠性要求低的系統(tǒng)功能中，從而起到簡化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)減重的目的。

4 總結(jié)

新一代客艙通信網(wǎng)絡(luò)的目的是為了為客艙系統(tǒng)各類復(fù)雜的應(yīng)用提供了廣闊的平臺(tái)。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，納入拓展性，標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思想，選擇合理、合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)的第一步也是極其重要的一步。

【參考文獻(xiàn)】

[1]ARINC628 CABIN EQUIPMENT INTERFACES.

[2]ARINC664 PART3 INTERNET-BASED PROTOCOLS AND SERVICES.

[責(zé)任編輯：張濤]