關(guān)于交換式以太網(wǎng)用于航電系統(tǒng)的研究

李鵬 張鳳龍 陳軍

摘要：交換式以太網(wǎng)是廣播形式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)容易受到信號(hào)干擾，影響網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)能力，需要對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析。本文主要研究交互式以太網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和特征，在此基礎(chǔ)上，對(duì)航電系統(tǒng)中交換式以太網(wǎng)的應(yīng)用途徑進(jìn)行研究，以期提升航電系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率，為相關(guān)工作提供技術(shù)便利。

關(guān)鍵詞：交換式結(jié)構(gòu);以太網(wǎng);航電系統(tǒng)

前言：多路傳輸數(shù)據(jù)總線是航電系統(tǒng)的核心和主要部分，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。目前應(yīng)用較為廣泛的航空數(shù)據(jù)總線為MIL-STD-1553，和ARINC429，相關(guān)線路基于交換式以太網(wǎng)的應(yīng)用，使得航電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通訊能力有效提升，相關(guān)人員應(yīng)重視交互式以太網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并且分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。

1交換式以太網(wǎng)性能分析

1.1以太網(wǎng)優(yōu)勢(shì)

以太網(wǎng)屬于基帶總線類型的局域網(wǎng)，目前應(yīng)用的以太網(wǎng)版本大約可細(xì)分為兩個(gè)類型，即DIX V1和DIX V2。在相關(guān)類型基礎(chǔ)上，也應(yīng)用了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，使得以太網(wǎng)的應(yīng)用更加科學(xué)高效，滿足各領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用要求。目前，以太網(wǎng)的應(yīng)用較為廣泛，其技術(shù)應(yīng)用趨向成熟，開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境逐漸健全。

鑒于通信便利、速度和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，目前應(yīng)用較為普遍的以太網(wǎng)速率在10M～100M之間。隨著技術(shù)成熟發(fā)展，千兆或萬(wàn)兆的以太網(wǎng)應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)可能性，對(duì)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，勢(shì)必會(huì)提升行業(yè)整體運(yùn)行效率。

1.2載波監(jiān)聽(tīng)

載波監(jiān)聽(tīng)是先進(jìn)的技術(shù)手段，主要應(yīng)用在以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)中，主要指計(jì)算機(jī)在發(fā)送具體數(shù)據(jù)前，會(huì)對(duì)電纜進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，判斷系統(tǒng)中是否存在其他數(shù)據(jù)傳輸可能，由此避免數(shù)據(jù)信息碰撞，提升以太網(wǎng)整體服務(wù)水平[1]。

由于以太網(wǎng)是廣播通訊形式的一種，當(dāng)某一站點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)頻段的站點(diǎn)均可接收到相關(guān)信息，為防止數(shù)據(jù)阻塞，影響實(shí)際工作效率，應(yīng)減少系統(tǒng)的傳輸碰撞和重試發(fā)送，提升工作效率，方式發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞影響正常工作能力。

1.3碰撞檢測(cè)

交換式以太網(wǎng)的碰撞檢測(cè)中，需要將最小數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在64字節(jié)，防止相關(guān)數(shù)據(jù)信息發(fā)送失敗問(wèn)題出現(xiàn)。實(shí)踐應(yīng)用中，每個(gè)監(jiān)聽(tīng)站在總線空閑時(shí)可發(fā)送數(shù)據(jù)，倘若相關(guān)數(shù)據(jù)信息不能達(dá)到接收端，則可能發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞問(wèn)題，相關(guān)研究人員應(yīng)數(shù)據(jù)碰撞進(jìn)行技術(shù)檢驗(yàn)，使得交換式以太網(wǎng)在航電系統(tǒng)中具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。需要在任何負(fù)載情況下，數(shù)據(jù)信息均能得到有效發(fā)送，并且不獨(dú)占信息傳輸媒介。

2航空系統(tǒng)中交換式以太網(wǎng)應(yīng)用途徑

2.1交換機(jī)改造

為提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，促使航電系統(tǒng)中交換式以太網(wǎng)應(yīng)用高效性，需要對(duì)交換機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。交換機(jī)主要以數(shù)據(jù)源端和目的端為核心，提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，對(duì)交換機(jī)進(jìn)行改造可提升航電系統(tǒng)整體服務(wù)能力。傳統(tǒng)模式下，以共享式為主要結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)，在數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收過(guò)程中容易發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞問(wèn)題，影響航電系統(tǒng)服務(wù)能力提升，為有效改善這一問(wèn)題，應(yīng)用了交換式以太網(wǎng)，使得數(shù)據(jù)傳輸與應(yīng)用更加具有時(shí)效性，減少數(shù)據(jù)信息延遲情況發(fā)生。

交換機(jī)的應(yīng)用突破了以往以太網(wǎng)寬帶被獨(dú)占的問(wèn)題，使得數(shù)據(jù)信息的獲取能力極大提升。實(shí)踐中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)交換機(jī)的一個(gè)端口，可將以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)碰撞問(wèn)題有效化解，并且形成若干子沖突區(qū)域，達(dá)到交換隔離的有效作用，極大提升了數(shù)據(jù)交換的及時(shí)性與確定性。航電系統(tǒng)中，對(duì)數(shù)據(jù)信息資源的應(yīng)用效率較高，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工應(yīng)用。而基于交換機(jī)的改造為相關(guān)模式實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)保障，使得航電系統(tǒng)整體服務(wù)效率提升，發(fā)揮交換機(jī)改造優(yōu)勢(shì)，提升航電系統(tǒng)整體運(yùn)行水平，相關(guān)策略也是目前應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)手段。

航空系統(tǒng)中應(yīng)用的交換式以太網(wǎng)使得數(shù)據(jù)信息的傳播效率獲得提升，需要對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)交換機(jī)的改進(jìn)與調(diào)整，使得航電系統(tǒng)的整體運(yùn)行能力得到強(qiáng)化。實(shí)踐工作中，也應(yīng)對(duì)交換機(jī)改造技術(shù)和效益進(jìn)行分析，注重在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，實(shí)現(xiàn)航電系統(tǒng)應(yīng)用性能的最大化。

2.2全雙工傳輸

雖然以太網(wǎng)應(yīng)用具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)交換式設(shè)計(jì)，使得每個(gè)端口可作為獨(dú)立的沖突域，但是整體上分析，交換式以太網(wǎng)仍然屬于半雙工通信模式，不能有效滿足信息數(shù)據(jù)的同時(shí)發(fā)送與接收，其通訊效率較低。為有效改善這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)并且應(yīng)用了全雙工模式，使得端口間傳輸線路可同時(shí)滿足信息接收與發(fā)送需求，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用可不發(fā)生內(nèi)部沖突，實(shí)現(xiàn)傳輸技術(shù)應(yīng)用穩(wěn)定性與連續(xù)性。

航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，每個(gè)裝置均帶有自己的交換機(jī)，交換機(jī)工作原理主要在于存儲(chǔ)式轉(zhuǎn)發(fā)，即對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送，使得信息資源的交互與共享更加順暢，滿足航空系統(tǒng)穩(wěn)定性需求。實(shí)踐應(yīng)用中，通過(guò)優(yōu)先權(quán)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)包應(yīng)用，對(duì)交換順序進(jìn)行規(guī)范，由此可知，對(duì)交換式以太網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了航空系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，可提升后臺(tái)指揮控制效率。

同時(shí)，為進(jìn)一步提升以太網(wǎng)的服務(wù)能力，對(duì)載波監(jiān)聽(tīng)的多路訪問(wèn)進(jìn)行嚴(yán)格要求，相關(guān)技術(shù)也被稱為載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)方法，CSMA的基本應(yīng)用思路如下：以航電系統(tǒng)為例，在進(jìn)行航空數(shù)據(jù)的獲取和應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)通信介質(zhì)上的載波進(jìn)行分析，當(dāng)載波系統(tǒng)夾帶相關(guān)信息后，說(shuō)明其他站點(diǎn)正在應(yīng)用信道，需要等待介質(zhì)平靜后，方可進(jìn)行傳送處理;而信道上無(wú)栽培信息時(shí)，應(yīng)及時(shí)傳遞相關(guān)控制信息，使得數(shù)據(jù)傳輸更加高效合理，滿足新時(shí)期載波傳輸現(xiàn)實(shí)需要。

2.3優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

應(yīng)用在航電系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于冗余和通信環(huán)境影響，與以往的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)存在差異性，需要對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析。為保證系統(tǒng)冗余，不僅要保證每個(gè)端系統(tǒng)End System與交換機(jī)Switch之間進(jìn)行有效連接，同時(shí)，也需要每個(gè)交換機(jī)Switch之間保持雙向連接。以太網(wǎng)環(huán)境下，交換技術(shù)應(yīng)用使得寬帶網(wǎng)絡(luò)更加高效便捷，提升了運(yùn)行保證能力[2]。

航電系統(tǒng)中，由于技術(shù)要求更高，對(duì)交換式以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出明確要求，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要具有足夠的穩(wěn)定性與安全性。實(shí)踐應(yīng)用中，交互式以太網(wǎng)協(xié)議采用一種虛擬連接的方式，形成Virtual Link結(jié)構(gòu)，相關(guān)結(jié)構(gòu)定義了從信號(hào)發(fā)出端到目的端的單向連接形式，促使航電系統(tǒng)中相關(guān)數(shù)據(jù)資源能夠通過(guò)Virginiatual Link結(jié)構(gòu)傳播。在MAC層面上，對(duì)每個(gè)終端分配了48位的地址識(shí)別符，將標(biāo)識(shí)符號(hào)的后16位作為虛擬鏈接識(shí)別符號(hào)。

交換式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)MAC源文件格式的應(yīng)用，可為每個(gè)IP地址的主機(jī)配置唯一的網(wǎng)絡(luò)地址信息，此時(shí)，用戶只需定義ID中的指定16位字段，便可對(duì)以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化[3]。航電系統(tǒng)中，基于交換式以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使用冗余法減少數(shù)據(jù)丟失概率，通過(guò)對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的有效獲取，并且對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)層進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)中某一部分出現(xiàn)故障時(shí)，不影響整體航電系統(tǒng)整體運(yùn)行，因此，對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，相關(guān)領(lǐng)域工作人員應(yīng)對(duì)此提高重視力度。

結(jié)論：

綜上所述，在航空電子通信系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)交換機(jī)選擇應(yīng)用、全雙工傳輸模式分析和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，交換式以太網(wǎng)的服務(wù)能力更強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)先進(jìn)技術(shù)合理應(yīng)用，提升航電系統(tǒng)整體服務(wù)能力。同時(shí)，在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)注重探究完善的制度體系，為相關(guān)方案與技術(shù)方法的貫徹落實(shí)提供必要保障。

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