一種適合于使命計(jì)算的航空電子總線應(yīng)用研究

摘 要：航空電子總線網(wǎng)絡(luò)是航空電子系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)航空電子綜合化程度的高低和性能的優(yōu)劣起著極其重要的作用。通過(guò)對(duì)使命計(jì)算對(duì)航電總線網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)出發(fā)，分析現(xiàn)有航電總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，比較現(xiàn)有航電總線網(wǎng)絡(luò)在使命計(jì)算方面的適用性。最后提出一種新的航電總線網(wǎng)絡(luò)即簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：航電總線系統(tǒng)；使命計(jì)算；彈性分組環(huán)網(wǎng)；簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)絡(luò)

Applicable Research of Avionics Bus and Network of uitable Mission Computing

LI Bin1，YUAN Bo2

(1Computer College，Northwestern Polytechnical University，Xi′an，710072，China;

[JZ]2oftware College，Northwestern Polytechnical University，Xi′an，710072，China)

Abstract：Avionics bus network is one of the most important part of avionics system，it attaches much importance to integration and performance of avionics systemhis paper begins with mission computing which are content with speciality of Avionics bus networks，then analyzes current avionics bus networks system and compares to suitability of current avionics bus networks in mission computingIt brings forward a new sort of avionics bus networks

Keywords：avionics bus system;avionics mission computing;resilient packet ring network;simple resilient packet ring network

1 引 言

綜合航空電子系統(tǒng)是現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)的一個(gè)重要組成部分，航電總線系統(tǒng)是航電系統(tǒng)的關(guān)鍵。就新一代飛機(jī)的航電系統(tǒng)而言，對(duì)航空電子總線系統(tǒng)提出了更具挑戰(zhàn)性的要求，必須選擇先進(jìn)的總線技術(shù)進(jìn)行研究，為新一代航空電子綜合系統(tǒng)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，使航空電子系統(tǒng)能夠適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)不斷增長(zhǎng)的需求，同時(shí)滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)可承受性、高可用性、高可靠性和大容量、深層次的信號(hào)與信息綜合化程度要求。航電總線系統(tǒng)已逐漸演化為完整的航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

使命計(jì)算是面向任務(wù)的，用以完成高性能計(jì)算技術(shù)和超越高性能計(jì)算技術(shù)范圍的各項(xiàng)使命應(yīng)用。在航電系統(tǒng)發(fā)展早期和中期，導(dǎo)航、雷達(dá)等子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，任務(wù)的處理多依賴(lài)于飛行員的判斷和各航電子系統(tǒng)的獨(dú)立計(jì)算，使命計(jì)算的作用并不突出。

隨著航電系統(tǒng)的不斷發(fā)展，綜合化程度的不斷增強(qiáng)，使命計(jì)算的地位越來(lái)越重要，與此同時(shí)使命計(jì)算面臨越來(lái)越大的挑戰(zhàn)，包括調(diào)度策略問(wèn)題，滿(mǎn)足Qo需求和支持新一代飛機(jī)實(shí)時(shí)應(yīng)用需求的面向?qū)ο笾虚g件設(shè)計(jì)問(wèn)題，以及處理各種確定性、非確定性、運(yùn)行時(shí)問(wèn)題等。

2 使命計(jì)算對(duì)航電總線網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)

隨著航電系統(tǒng)綜合化不斷提高，不確定性的增加，環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，航空電子使命計(jì)算越加重要，而與此同時(shí)也就出現(xiàn)了越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，包括調(diào)度策略、擴(kuò)展I/O、緊耦合多處理能力、尺寸和重量的限制、不確定性和緊迫性下的處理能力、支持可替換性和高度可重用性等［1］。擴(kuò)展I/O需求、緊耦合多處理能力、尺寸和重量的限制、高可用性要求、支持可替換性和高度可重用性與航電總線網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)。

21 擴(kuò)展I/O需求

使命計(jì)算機(jī)需要互連大量的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)傳感器、導(dǎo)航子系統(tǒng)、雷達(dá)、導(dǎo)彈報(bào)警傳感器、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路、視頻顯示、大量存儲(chǔ)接口等。事實(shí)上，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的平臺(tái)而言，使命計(jì)算機(jī)需要互連20~30個(gè)不同的子系統(tǒng)。這些數(shù)據(jù)接口通常要求使用不同的航電總線網(wǎng)絡(luò)。航電總線系統(tǒng)不斷發(fā)展要求I/O信號(hào)的數(shù)量急劇增加，這些I/O信號(hào)要求具有1 Gb/s或者更大的傳輸速率。

22 緊耦合多處理能力

現(xiàn)代航空電子使命計(jì)算要求最密集軟件、嵌入式、關(guān)鍵性、不確定性、緊迫性下實(shí)時(shí)應(yīng)用特性共同存在?？刹僮黠w機(jī)程序的復(fù)雜性，就相當(dāng)于工業(yè)領(lǐng)域那樣，被具有多數(shù)據(jù)源多處理任務(wù)的多功能系統(tǒng)操作。增加使命計(jì)算復(fù)雜性涉及到很多待處理類(lèi)型：周期性任務(wù)；異步任務(wù)和要求苛刻的任務(wù)；集中式的可計(jì)算任務(wù)；可結(jié)合任務(wù)和優(yōu)先狀態(tài)機(jī)邏輯任務(wù)。處理上述各種任務(wù)需要多處理器操作。此外，為了便于維護(hù)和升級(jí)，可操作飛機(jī)程序也必須模塊化處理。圖1闡明在進(jìn)行使命計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)時(shí)一個(gè)典型的軟件層次劃分。

23 尺寸和重量的限制

無(wú)論是超音速戰(zhàn)斗機(jī)還是攻擊型殲擊機(jī)或是其他戰(zhàn)機(jī)，使命計(jì)算機(jī)都有自己的位置和范圍。隨著航空電子高度綜合化，對(duì)各種負(fù)載所占空間和質(zhì)量都有了更嚴(yán)格的限制，這就要求系統(tǒng)集成者研究一種體性結(jié)構(gòu)使得終端系統(tǒng)具有最小的尺寸和質(zhì)量。

24 支持可替換性和高度可重用性

在現(xiàn)今的航電系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)中，一個(gè)復(fù)雜的武器系統(tǒng)超過(guò)生命周期而繼續(xù)維護(hù)的代價(jià)是可以接受的。維護(hù)代價(jià)大部分在于修理代價(jià)，并非真正的修理武器系統(tǒng)本身，而是應(yīng)用于后勤的修理代價(jià)。通過(guò)移除和替代系統(tǒng)組件，例如一些可插拔的處理部件和I/O板級(jí)，這減少了傳統(tǒng)的移除系統(tǒng)級(jí)“黑匣子”的操作。通過(guò)設(shè)計(jì)線形可替代環(huán)系統(tǒng)和處理故障在部件級(jí)而非盒子級(jí)可以顯著減少成本、體積、質(zhì)量、費(fèi)用。現(xiàn)在的航空電子應(yīng)用通常基于特定的產(chǎn)品族，如果大的、公共的部分可以被共用、開(kāi)發(fā)和測(cè)試成本就會(huì)顯著縮減。此外，組件的測(cè)試和驗(yàn)證也可以被共享，這也會(huì)減少開(kāi)發(fā)的時(shí)間和提高效率。

3 常用航電總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

31 MIL-D-13B數(shù)據(jù)總線

MIL-D-13B數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)于1978年形成并一直沿用到今天。它是一種按時(shí)分式指令/響應(yīng)模式工作的串行多路數(shù)據(jù)傳輸總線?？偩€結(jié)構(gòu)如圖2所示。13B總線可以?huà)旖?2個(gè)終端，除了總線控制器外任何一個(gè)終端出故障都不會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的故障，總線控制器可以通過(guò)備份提高可靠性［2］。1 3 B總線在減少航空電子設(shè)備的空間、質(zhì)量、復(fù)雜性、軍用航空電子綜合費(fèi)用并且可以解決電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在綜合來(lái)自不同廠家各種現(xiàn)場(chǎng)可更換單元時(shí)所面臨的難題的優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)代機(jī)載計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的支柱。但其工作模式限定了它只能是集中式控制分布式處理，消息只能以1 Mb/s的速率傳輸，消息傳輸?shù)钠骄掏铝繛?00~300 kb/s，且能掛接的終端數(shù)目?jī)H32個(gè)［3］。

13B數(shù)據(jù)總線在減少航空電子設(shè)備的空間、質(zhì)量、復(fù)雜性、費(fèi)用方面具有較好的能力，在可替換性和可重用性方面具有較好的能力。13B總線不能保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的固定傳輸帶寬和實(shí)時(shí)性以及非關(guān)鍵數(shù)據(jù)對(duì)帶寬的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)搶占，不能很好地處理關(guān)鍵性任務(wù)；消息只能以1 Mb/s的速率傳輸，對(duì)于關(guān)鍵性、不確定性和緊迫性下的處理能力大打折扣；僅能掛接32個(gè)終端數(shù)目，不能滿(mǎn)足擴(kuò)展I/O需求。

32 MIL-D-1773數(shù)據(jù)總線

20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)在13B總線技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展MIL-D-1773光纖總線，它與13B總線主要區(qū)別在于采用光纖作為傳輸介質(zhì)［2］。MIL-D-1773總線物理層之上的協(xié)議機(jī)制與民用傳輸協(xié)議類(lèi)似。為滿(mǎn)足特殊的使用環(huán)境采用流量分類(lèi)技術(shù)，同時(shí)復(fù)合時(shí)分和空分機(jī)制，從而保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的固定傳輸帶寬和實(shí)時(shí)性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)非關(guān)鍵數(shù)據(jù)對(duì)帶寬的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)搶占。其關(guān)鍵性缺陷在于，協(xié)議中沒(méi)有對(duì)冗余保護(hù)機(jī)制做明確說(shuō)明，冗余保護(hù)依賴(lài)于上層應(yīng)用，物理層和MAC層只提供簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤檢測(cè)、糾錯(cuò)和告警處理。

1773數(shù)據(jù)總線在減少航空電子設(shè)備的空間、質(zhì)量、復(fù)雜性、費(fèi)用方面具有好的能力，在可替換性和可重用性方面具有較好的能力。由于采用了光纖作為傳輸介質(zhì)并且數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到20 Mb/s，1773數(shù)據(jù)總線在關(guān)鍵性、不確定性和緊迫性下的處理能力都有所增強(qiáng)。但是1773數(shù)據(jù)總線不能進(jìn)行分布式處理，不能滿(mǎn)足擴(kuò)展I/O需求。

33 高速數(shù)據(jù)總線DB

20世紀(jì)80年代來(lái)航空電子設(shè)備也發(fā)生了深刻變化，為了適應(yīng)航空電子航空電子系統(tǒng)的高度復(fù)雜性和對(duì)控制上健壯性的需求，美國(guó)提出“寶石柱”計(jì)劃，該計(jì)劃的一個(gè)重要特點(diǎn)是采用高速數(shù)據(jù)總線DB，以光纖技術(shù)構(gòu)成雙冗余度的通信信道，提高數(shù)據(jù)通信容量，滿(mǎn)足處理部件之間以及系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換需要。這一時(shí)期的總線技術(shù)由1 Mb/s的13B上升到0 Mb/s的線性令牌傳遞總線(LPB)，使航電系統(tǒng)在信息一級(jí)實(shí)現(xiàn)了更高層次的綜合。但是綜合仍限于數(shù)據(jù)處理，對(duì)于信號(hào)，尤其是射頻信號(hào)仍沒(méi)有達(dá)到全面綜合的目的［4］。

高速數(shù)據(jù)總線DB在減少航空電子設(shè)備的空間、質(zhì)量、復(fù)雜性、費(fèi)用以及可替換性和可重用性方面具有很好地能力。DB以光纖技術(shù)構(gòu)成雙冗余度的通信信道，滿(mǎn)足處理部件之間以及系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換需要。DB的傳輸速率能達(dá)到0 Mb/s，能夠很好地支持實(shí)時(shí)應(yīng)用，這使得DB在關(guān)鍵性、不確定性和緊迫性下的處理能力相比較1773數(shù)據(jù)總線都有所增強(qiáng)。DB可以?huà)旖?28個(gè)終端設(shè)備，在擴(kuò)展I/O方面比13B和1773數(shù)據(jù)總線有所改善。

4 彈性分組環(huán)網(wǎng)和簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)

前面已經(jīng)分析過(guò)使命計(jì)算在現(xiàn)有航空總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。下面對(duì)彈性分組環(huán)(RPR)做研究分析并提出一種簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)來(lái)改善上述各種總線網(wǎng)絡(luò)的不足。

41 彈性分組環(huán)網(wǎng)

彈性分組環(huán)網(wǎng)是IEEE 802協(xié)議中最新的一種電信運(yùn)營(yíng)級(jí)以太網(wǎng)傳輸協(xié)議。彈性分組環(huán)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖3所示。RPR技術(shù)是一種在環(huán)形結(jié)構(gòu)上優(yōu)化數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的新型MAC層協(xié)議，能夠適應(yīng)多種物理層(如D、以太網(wǎng)、DWDM等)，可有效地傳送數(shù)據(jù)、話(huà)音、圖像等多種業(yè)務(wù)類(lèi)型。

RPR融合以太網(wǎng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、靈活性、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，同時(shí)吸收了D環(huán)網(wǎng)的0 ms快速保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。它采用雙環(huán)(內(nèi)環(huán)和外環(huán))結(jié)構(gòu)，保證了高可用性；對(duì)環(huán)路帶寬采用空間重用機(jī)制，單播數(shù)據(jù)傳送可在環(huán)的不同部分同時(shí)進(jìn)行，提高了環(huán)路帶寬的利用率；并具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣?dòng)發(fā)現(xiàn)、環(huán)路帶寬共享、公平分配、嚴(yán)格的業(yè)務(wù)分類(lèi)(CO)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。其技術(shù)特點(diǎn)包括：支持的傳輸帶寬可達(dá)10 Gb/s、空間重用帶寬、本地重用帶寬、支持優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)、可由大量的節(jié)點(diǎn)或站點(diǎn)組成環(huán)網(wǎng)、即插即用、全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的公平性、Qo支持、支持基于環(huán)網(wǎng)的冗余保護(hù)、獨(dú)立于物理層媒質(zhì)和所有節(jié)點(diǎn)處于同步工作狀態(tài)(時(shí)鐘誤差在ns級(jí)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)統(tǒng))[]。

42 簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)

根據(jù)RPR的優(yōu)勢(shì)及技術(shù)特點(diǎn)可知RPR可以較好地解決現(xiàn)有航空總線網(wǎng)絡(luò)在關(guān)鍵性、不確定性和緊迫性下以及掛接終端數(shù)目的問(wèn)題。但是RPR在航電設(shè)備應(yīng)用環(huán)境下存在以下問(wèn)題：協(xié)議過(guò)于復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)成本較高；只能支持環(huán)形組網(wǎng)、靈活性受限；對(duì)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的操作描述不夠詳細(xì)。

通過(guò)分析現(xiàn)有傳輸總線協(xié)議和RPR，提出了簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)， 使之適合于新一代航空電子總線系統(tǒng)的特點(diǎn)，同時(shí)滿(mǎn)足使命計(jì)算所面臨的各種挑戰(zhàn)要求。簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)主要的改造部分包括主要的改造部分包括：削減支持的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)；削減對(duì)擴(kuò)展協(xié)議的處理；在流量分類(lèi)上降低原有的靈活性，固定為幾種常用系統(tǒng)中可能存在的類(lèi)型，只保留很少的用戶(hù)可配置類(lèi)型；對(duì)最高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)處理方式做更詳細(xì)的規(guī)定；對(duì)業(yè)務(wù)的劃分借鑒MIL-D-1773和ARINC629的方式進(jìn)行；對(duì)最高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，采用UB模式處理(響應(yīng)方式)。簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)協(xié)議可由1塊芯片實(shí)現(xiàn)協(xié)議。簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：

簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)提供即插即用，不需要用人工指配來(lái)設(shè)置環(huán)網(wǎng)上的新節(jié)點(diǎn)，支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳輸速率能夠達(dá)到1 Mb/s，時(shí)分和搶占相結(jié)合機(jī)制，流量控制機(jī)制，自動(dòng)防止光纖或節(jié)點(diǎn)故障，保護(hù)倒換機(jī)制，在使命計(jì)算調(diào)度策略、關(guān)鍵性、不確定性和緊迫性下都具有很強(qiáng)的處理能力。每個(gè)環(huán)網(wǎng)可以多達(dá)64個(gè)節(jié)點(diǎn)，利用拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、帶寬管理、保護(hù)算法等功能能夠在已有的網(wǎng)絡(luò)中增加新節(jié)點(diǎn)，或從網(wǎng)絡(luò)中移除節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)具有強(qiáng)的I/O擴(kuò)展能力。

簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)及特性：

(1) 支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：包括環(huán)型拓?fù)?、線型拓?fù)?、雙環(huán)型拓?fù)?、網(wǎng)狀拓?fù)?、集線器拓?fù)?、關(guān)鍵路徑冗余拓?fù)涞?。?/p>

(2) 動(dòng)態(tài)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)：當(dāng)前航空總線的拓?fù)湫畔⑹峭ㄟ^(guò)網(wǎng)管軟件配置實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)功能雖然會(huì)增加協(xié)議芯片本身的復(fù)雜度，但大幅降低了網(wǎng)管軟件和人為控制的復(fù)雜度，總體而言大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時(shí)使系統(tǒng)的自動(dòng)化水平更高。動(dòng)態(tài)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)還能帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì)：可最大限度的提高網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬；可防止網(wǎng)絡(luò)斷路或節(jié)點(diǎn)失效的情況下引起的重發(fā)風(fēng)暴；可方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的冗余保護(hù)機(jī)制。

(3) 能適應(yīng)多系統(tǒng)整合：可以滿(mǎn)足不同系統(tǒng)的測(cè)試接入；可支持多個(gè)節(jié)點(diǎn)接入；網(wǎng)絡(luò)帶寬高、易于系統(tǒng)擴(kuò)容；網(wǎng)絡(luò)管理方便、易于用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)。

(4) 高可靠性：可方便實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件的冗余保護(hù)；傳輸線路可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)冗余倒換；網(wǎng)絡(luò)物理層和協(xié)議層采用增強(qiáng)的前向糾錯(cuò)碼保護(hù)；關(guān)鍵數(shù)據(jù)采用接收端終結(jié)方式，并采用接收響應(yīng)機(jī)制。

() 時(shí)分和搶占相結(jié)合機(jī)制：整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶寬按2 M單元進(jìn)行時(shí)隙劃分。單元內(nèi)容可以自行定義(可定義為PCM，13，429幀格式)，未定義的帶寬部分默認(rèn)為可搶占的一般性帶寬。這樣即保證了高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性，又可使各節(jié)點(diǎn)的非高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的實(shí)時(shí)公平搶占，有效增加帶寬的使用率。

(6) 流量控制機(jī)制：系統(tǒng)中存在各種不同的非高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，它們的重要性和實(shí)時(shí)性均不相同，因此需要對(duì)不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)分優(yōu)先級(jí)處理，避免造成低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)搶占高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)帶寬的情況出現(xiàn)。同時(shí)流控機(jī)制的加入，可將網(wǎng)絡(luò)使用情況間接的通知應(yīng)用層，使應(yīng)用層暫停或放慢向環(huán)路發(fā)送數(shù)據(jù)。

(7) 帶寬管理公平性算法：對(duì)非高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，為避免突發(fā)業(yè)務(wù)造成的網(wǎng)絡(luò)擁賽，需權(quán)衡各節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)的帶寬使用情況，保證網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)在帶寬使用上的加權(quán)公平性。公平算法的一些規(guī)則包括：對(duì)穿的高優(yōu)先級(jí)包先發(fā)送；如果對(duì)穿的低優(yōu)先級(jí)包緩存沒(méi)有超過(guò)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)閾值，且本地的帶寬使用率低于允許的帶寬使用率，來(lái)自本地的低優(yōu)先級(jí)包可以發(fā)送；如果沒(méi)有別的符合上述要求的包要發(fā)，則可以發(fā)送對(duì)穿的低優(yōu)先級(jí)包。簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)帶寬管理機(jī)制如圖所示。

(8) 同步機(jī)制：采用節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘調(diào)整機(jī)制，可將各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘調(diào)整到同一時(shí)鐘頻率和相位之上，誤差為ns級(jí)?？赏ㄟ^(guò)專(zhuān)用的授時(shí)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘作為參考時(shí)鐘。

(9) 保護(hù)倒換機(jī)制：在節(jié)點(diǎn)或者線路失效時(shí)，能在0 ms內(nèi)恢復(fù)線路通訊。采用2級(jí)倒換方式，一級(jí)倒換對(duì)失效做出快速反應(yīng)，二級(jí)倒換優(yōu)化倒換后的傳輸路徑。簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)保護(hù)倒換機(jī)制如圖6所示。

(10) 開(kāi)放性：在工程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)接口和符合這些標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備?？梢栽诰S護(hù)系統(tǒng)性能甚至提高系統(tǒng)性能的情況下降低開(kāi)發(fā)成本、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。具有故障檢測(cè)、隔離和修復(fù)功能，因此減少和縮短了停機(jī)時(shí)間，保證了飛機(jī)具有較高的出勤率，從而提高系統(tǒng)的可用性。依據(jù)穩(wěn)定的接口標(biāo)準(zhǔn)使開(kāi)放式系統(tǒng)更適合先進(jìn)技術(shù)和市場(chǎng)變化。

(11) 實(shí)現(xiàn)協(xié)議的代價(jià)較?。撼杀镜汀Ⅲw積(面積)小、重量輕。

簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)總線協(xié)議基于對(duì)通訊用80217協(xié)議的簡(jiǎn)化，結(jié)合傳統(tǒng)航空總線的一些特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一種滿(mǎn)足航空分布式設(shè)備的局部總線協(xié)議。它具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、支持的傳輸帶寬高、與物理層獨(dú)立、能適應(yīng)多系統(tǒng)整合、高可靠性、高可用性、同步機(jī)制、實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性等特點(diǎn)。

簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)在減少航空電子設(shè)備的空間、質(zhì)量、復(fù)雜性、費(fèi)用以及可替換性和可重用性方面具有很好的能力。簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)提供即插即用，不需要用人工指配來(lái)設(shè)置環(huán)網(wǎng)上的新節(jié)點(diǎn)，支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳輸速率能夠達(dá)到1 Mb/s，時(shí)分和搶占相結(jié)合機(jī)制、流量控制機(jī)制、自動(dòng)防止光纖或節(jié)點(diǎn)故障，保護(hù)倒換機(jī)制，在使命計(jì)算調(diào)度策略、關(guān)鍵性、不確定性和緊迫性下都具有很強(qiáng)的處理能力。每個(gè)環(huán)網(wǎng)可以多達(dá)64個(gè)節(jié)點(diǎn)，利用拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、帶寬管理、保護(hù)算法等功能能夠在已有的網(wǎng)絡(luò)中增加新節(jié)點(diǎn)，或從網(wǎng)絡(luò)中移除節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)網(wǎng)具有強(qiáng)的I/O擴(kuò)展能力。

結(jié) 語(yǔ)

航電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展與演化，已經(jīng)經(jīng)歷了三代?，F(xiàn)今，美國(guó)航電系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為第四代，而我國(guó)也正在進(jìn)行預(yù)研第四代航電系統(tǒng)。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異，再加上航空設(shè)備研制周期相對(duì)較長(zhǎng)，因此，現(xiàn)在還難以準(zhǔn)確地描述新一代航電總線網(wǎng)絡(luò)的需求、功能、要求等。本文旨在從使命計(jì)算對(duì)航電總線網(wǎng)絡(luò)提出的挑戰(zhàn)出發(fā)，提出一種新的航電總線網(wǎng)絡(luò)。對(duì)新一代航電總線網(wǎng)絡(luò)還有很多問(wèn)題需要深入的研究和探討。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］tewart Dewarackling Challenging Avionics Airborne Mission Computing Applications with VPX (VIA 46)-based ystems[J]VMEBus ystem，2006

［2］熊華鋼，周貴榮，李峭機(jī)載總線網(wǎng)絡(luò)及其發(fā)展[J]航空學(xué)報(bào)，2006，27(6):1 13-1 144

［3］丁永飛機(jī)載航電總線系統(tǒng)發(fā)展評(píng)述[J]航空計(jì)算技術(shù)，2007，34(2):1-7[LL]

［4］趙永庫(kù)新一代航空電子總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究[J]航空計(jì)算技術(shù)，200，3(1):99-103

［］IEEE 80217 Resilient Packet Ring Working Group [EB/OL]http://wwwieee802org/17/

［6］David L Levine，Christopher Gill D，Douglas chmidt C17th IEEE/AIAA Digital Avionics ystems Conference，eattle，Washington，1998

［7］Morgan D RPave Pace:ystem Avionics for the 21st Century ［J］DA CON，1990(9):3-401

［8］Fredrik Davik，Mete Yilmaz，tein Gjessing，et alI(xiàn)EEE 80217 Resilient Packet Ring utorial

作者簡(jiǎn)介

李 彬 男，1980年出生，西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生。研究方向?yàn)榉植际椒抡?。?/p>

袁 博 男，1980年出生，西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生。研究方向?yàn)榉植际椒抡妗?/p>