基于數字總線技術的民用飛機客艙系統通信網絡

朱青

【摘 要】隨著電子技術的飛速發展，民用飛機客艙系統對電子技術應用需求范圍不斷擴展，傳統通信網絡也因面臨著大數據量、高傳輸速率等技術要求的挑戰。本文對客艙系統的通信網絡設計需求進行了解讀，并通過分析不同數字總線技術，提出了設計滿足技術發展要求的民用飛機客艙系統通信網絡的新思路。

【關鍵詞】民用飛機；客艙系統；通信網絡；總線

0 引言

隨著民用飛機客艙系統功能的日趨復雜，客艙電子設備數量的大幅度提升，傳統的通信網絡架構的弊端逐漸顯現，可擴展能力差，線纜多，設備尺寸重量偏大等問題困擾著主機制造商。此類通信網絡所能提供的傳輸速率和可傳輸的數據量更是嚴重限制了客艙電子設備的增加和運用。因此，傳輸速率更高、交互能力更強、開放性更好的網絡架構成為了新一代客艙系統的設計核心。

數字總線技術的發展和運用為客艙系統通信網絡架構帶來了更多的可能。本文綜合數據傳輸速率要求、傳輸數據類型、數據傳輸有效性和完整性等因素，研究了幾種主流數字總線技術在客艙系統中的運用。

1 民用飛機客艙系統

民用飛機客艙系統通常由旅客廣播及內話、客艙管理、機載娛樂和外部通信幾個部分組成的，其中機載娛樂和外部通信在現役機型中通常作為選裝系統。客艙系統通信網絡架構不僅需要實現各種數據格式信息的高速傳輸，還需要滿足各類網絡拓撲下的網絡配置和管理要求。

2 數字總線技術在客艙系統網絡架構中的運用

民用飛機客艙系統的通信網絡架構根據不同數字總線技術的運用，可以分為以下兩種類型：

1）基于RS232，RS485，ARINC429、CAN等數字總線的通信網絡

2）基于以太網的客艙通信網絡

在數字網絡架構選型中，應考慮數據傳輸速率要求、傳輸數據類型、數據傳輸有效性和等因素。交互能力越強、開放性越好的網絡架構，對客艙系統的功能擴展越有利，主要表現為可選功能的增加和部分功能實現時的多樣性。

2.1 基于RS232，RS485，ARINC429等數字總線的通信網絡

在客艙系統設備之間可采用RS232，RS485或ARINC429等數字總線形成點對點的網絡拓撲形式。這樣的網絡架構更加適用于多個同類型的控制終端與系統頭端設備之間的通信。與其他交聯飛機系統之間同樣可以使用RS232，RS485或ARINC429等數字總線。

以ARINC429總線為例，對此類數據總線的分析如下：

1）傳輸速率

ARINC429總線的傳輸速率分為高速工作狀態和低速工作狀態。高速工作狀態的位速率應為100kb/s±1%。低速工作狀態的位速率應在12.0～14.5kb/s范圍內。選定后的位速率誤差范圍應在±1%之內。這樣的傳輸速率決定了大部分客艙系統所需數據可以通過高/低速工作狀態下的ARINC429總線進行傳輸。

2）傳輸數據類型

ARINC429總線的數據包格式相對固定，可傳輸的數據字格式包括了離散（DIS），二進制（BNR），二-十進制（BCD）等，同樣也可以完成文件數據的傳輸。ARINC429總線一般不用于音、視頻數據的傳輸，因此在客艙系統中通常會與RS485總線結合使用。

3）數據傳輸有效性和完整性

對于客艙系統的功能而言，對數據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數據傳輸有效性和完整性的要求。

2.2 基于以太網的客艙通信網絡

運用交換機/路由器技術建立客艙通信網絡的主干網，并將客艙系統內部的設備、客艙系統的設備、客艙系統以外的設備以及地面加載/下傳設備接入到了客艙系統的通信網絡中。主要需要考慮的問題是如何實現網絡配置的管理和控制。使用適合的網絡拓撲結構可以大大的降低網絡配置所帶來的資源損耗，從而提高網絡的傳輸效率。

1）傳輸速率

10M，100M以太網的運用大大的提高了網絡的傳輸速率，1000M以太網的傳輸速率更是達到了1000Mbit/s。在客艙系統中，使用以太網可以極大程度的解決因大量音、視頻數據傳輸帶來的數據傳輸速率問題。

2）數據傳輸類型

以太網可傳輸的數據類型較多，包括各類數據字，文件數據和音、視頻數據。客艙系統的網絡協議設計和數據包格式的定義通常遵循ARINC628，僅部分設備之間存在基于IEEE802.3的私有網絡協議。

3）數據傳輸有效性和完整性

從以太網的特性來說，對于客艙系統的功能，數據的有效性和完整性要求是可以滿足的。

3 發展趨勢分析

隨著電子技術的飛速發展，民用飛機客艙內來自客艙乘組和旅客的電子技術應用需求范圍也不斷擴展和攀升。作為民用飛機的直接用戶，航空公司希望提供定制化的和差異化的客艙服務及飛行體驗來吸引乘客爭奪市場。從客艙乘組的角度出發，由于飛機客艙系統日漸多樣復雜，工作負荷也隨之增加。客艙乘組希望客艙系統能夠提供更多的自動化應用，來實現更高效和更便捷的客艙管理。從乘客的角度出發，傳統的飛行體驗已遠遠不能滿足不同用戶群體的需求，乘客希望在幾個甚至是十幾個小時的旅途中獲得更舒適和多樣化的飛行體驗。

一方面，從航空公司的角度，客艙系統的通信網絡的設計需要考慮為更多，更復雜的應用提供廣闊的平臺。擴展性強，標準化程度高將成為新型客艙系統通信網絡架構的基本需求。

另一方面，從主機制造商的角度，客艙系統的復雜度高，功能多樣化帶來的直接成本就是系統重量的大幅度增加。因此集成化程度高，線纜鋪設少的客艙系統將更受主機制造商的歡迎。

4 總結

客艙電子技術的應用客觀上對飛機客艙系統的通信網絡提出了更高的要求。大量音視頻數據的頻繁加載，新興電子技術的應用，客艙電子設備的控制都需求一個高帶寬，數字化的通信網絡平臺的支撐。通過合理的運用總線設計，并結合具體機型客艙需求，搭建一個交互能力更強、開放性更好的通信網絡以克服傳統通信網絡和新興電子技術的碰撞帶來的技術瓶頸。

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[責任編輯：田吉捷]