AFDX航空通信協議及其核心技術分析

中航西安飛機工業（集團）有限責任公司 張涵中

航空電子系統是基于航空通信技術發展起來的，在當前我國的航空航天行業中，航空電子系統有著重要的應用。AFDX從本質上來說是一種交換技術，在應用中能夠滿足航空行業對可靠性、實時性等方面的要求。本文以AFDX航空通信協議為主要研究對象，在對AFDX航空通信協議進行研究之后，著重分析了基于AFDX航空通信協議及其核心技術，旨在促進我國航空行業技術水平的提高。

AFDX航空通信協議作為一種先進技術，主要應用于目前大中型民用飛機以及軍用飛機中，通過拓撲網絡的建立來實現航空通信網絡的構建。AFDX航空通信協議擁有的技術優勢，使得其能夠在航空領域發揮著重要的作用。基于當前我國航空通信行業領域的發展要求，對基于AFDX航空通信協議及其核心技術進行分析，能夠為我國航空通信行業領域的發展提供借鑒的思路和經驗。

1 AFDX航空通信協議

在科學技術的不斷發展下，傳統的語音通信已經不能夠滿足當前各個行業和領域的通信需求。對于航空航天領域來說，通信系統需要滿足高速數據、圖像、多媒體等在內的多種業務需求，才能夠更好的促進航空通信領域的發展。在網絡技術不斷發展的背景下，現階段各種信息業務的傳輸方式已經朝著網絡化傳輸的方向轉變，AFDX網絡就是在這種情況下發展起來的。AFDX網絡主要由終端系統、AFDX交換機以及航空電子系統三個部分組成，以AFDX網絡建立和發展起來的AFDX航空通信協議，已經成為當前我國航空行業應用的主要通信系統技術，對促進航空通信的發展具有重要的意義。

2 基于AFDX航空通信協議及其核心技術的具體分析

科學技術的不斷發展，為人們探索世界的未知領域提供了更加簡便的條件。AFDX網絡的出現和應用，能夠有效解決以往航空通信技術在實時通信、可靠性等方面的質量問題，對促進航空領域的高效發展起到了重要的作用。在對基于AFDX航空通信協議及其核心技術進行分析時，主要可以從以下幾個方面來入手：

2.1 AFDX網絡協議

AFDX網絡是在傳統的網絡技術上發展起來的，在實際應用中可以劃分為物理層、媒體訪問控制層、網絡層、傳輸層以及應用層。與傳統的以太網相比，AFDX網絡在實際應用中不僅能夠滿足數據的有序傳輸需求，還能夠通過虛擬鏈路來實現數據傳輸的有序性和可靠性。

具體來說，AFDX網絡協議主要包括AFDX發送協議棧以及AFDX接收協議棧。AFDX發送協議棧主要承擔著數據的發送功能，利用AFDX發送協議棧進行數據發送時，首先由傳輸層為數據添加UDP，含有UDP的數據包在進入IP網絡層之后，依據虛擬線路來實現對最大幀的判斷，將數據包中的數據進行分包處理，并依次為各個分包添加IP報頭、IP校驗和以太網報頭。當數據包不需要進行分包處理時，則直接為其添加報頭。然后再依據虛擬鏈路調度和冗余處理，將數據發送出去。

AFDX接收協議棧主要承擔著數據的接收功能，再利用AFDX接收協議棧進行數據接收時，首先需要在虛擬鏈路層對數據包是否正確進行校驗，依據檢驗結果對數據包進行完整性檢查或冗余處理。當數據進入IP層后，在對IP進行檢查之后，需要進行數據包的解包處理，并將其發送到傳輸層，再通過傳輸層的多路分配器，將數據發送到AFDX端口，從而實現數據的接收。

2.2 AFDX航空通信協議的硬件結構設計

（1）航空電子子系統設計

在對AFDX航空通信協議的硬件結構進行設計時，首先要從航空電子的子系統入手，保證AFDX航空通信協議輸入前端能夠正確發揮作用。現階段，AFDX系統已經成為飛機駕駛艙設計應用的主要系統，在對航空電子子系統進行設計時，最主要的就是要設計控制器局域網絡。當前應用航空領域控制器局域網絡設計的總線以CAN總線為主，這種現場總線不僅能夠滿足抗干擾、強性能的要求，還能夠滿足航空領域對AFDX航空通信協議性能提出的要求。CAN總線在實際應用中，主要通過總控制器模塊eCAN來實現功能，這一模塊擁有的32位結構，能夠在利用內部嵌入硬核的方式實現協議的有效運行，且外部的連線方式也較為簡單，能夠有效保證全局網絡時間的同步效果。

（2）芯片硬件設計

芯片是AFDX航空通信協議能夠實現運行的重要依據。在依據芯片來對AFDX航空通信協議進行設計時，最主要的就是滿足芯片配置電路模塊的功能需求。在對芯片進行選擇時，首先，需要滿足模塊內部的DLL向數字時鐘管理模式的轉變需求，提高模塊運行的靈活性。其次，需要滿足擴充系統的邏輯容量、提高系統資源利用率的需求。第三，還需要滿足提升系統信號處理速度的需要。最后，以增加系統的存儲容量為主要目標，而由于芯片主要在AFDX航空通信協議的物理層發揮作用，因而在對AFDX航空通信協議進行設計時，還要從物理層硬件設計的角度入手，提高對物理層控制芯片選擇工作的重視程度。

2.3 AFDX航空通信協議的軟件結構設計

AFDX航空通信協議的軟件結構設計是應用核心技術較多的部分，在對軟件結構進行設計時，應用的AFDX核心技術主要包括虛擬鏈路、冗余管理兩部分內容。而除了應用AFDX的核心技術之外，軟件結構的設計還要重視完整性檢測模塊的設計分析。完整性檢測模塊的設計位于冗余管理之前，以保證數據的完整性為主要設計目標，通過驗證完整性檢測模塊是否能夠滿足消除無效幀的功能，達到保證數據信息完整性的目的。

2.4 AFDX核心技術

（1）虛擬鏈路

虛擬鏈路是AFDX航空通信協議應用的主要核心技術之一，在AFDX航空通信協議中，虛擬鏈路能夠對AFDX協議進行有效處理。與以往以太網應用的CSMA/CD技術相比，虛擬鏈路重新定義了一條能夠實現數據信息發送和接收的源地址和目的地址。虛擬鏈路的應用，主要可以從最大帶寬分配以及流量規整與鏈路調度兩個方面入手。從最大帶寬分配的角度來說，虛擬鏈路的應用能夠通過設定最大可用帶寬，滿足實際帶寬的分時復用需求。而從流量規整與鏈路調度的角度來說，虛擬鏈路的應用，不僅能夠通過流量整形來減少突發流量情況對虛擬鏈路正常運行造成的影響，還能夠實現對每條鏈路最大帶寬的限制，進而滿足對AFDX網絡提出的固定性要求。

（2）冗余管理

冗余管理也是AFDX航空通信協議主要應用的核心技術之一，該技術在AFDX航空通信協議中的應用，主要通過建立冗余管理機制來實現。當AFDX航空通信協議進行數據的發送和接收時，虛擬鏈路能夠對數據添加SN號，再依據每一條虛擬鏈路的冗余狀態，將數據幀分別發往2個獨立的網絡，在接收端接收信息，并利用SN序列號對數據幀進行冗余管理。在AFDX航空通信協議中應用冗余管理機制，能夠有效保證發送和接收的數據可靠性，為航空通信提供保障。

（3）交換機技術

交換機技術主要包括兩個方面的內容，首先是數據的幀過濾功能。交換機的幀過濾功能，能夠在數據進入交換機的運行領域之后，對數據進行實時的監控，并檢驗數據是否能夠滿足AFDX航空通信協議規定的數據通信標準。其次是交換調度功能。交換機在實際應用中，依據數據幀傳輸的不同需求，能夠實現數據幀在輸入端口和輸出端口之間的交換調度。這樣不僅能夠滿足數據信息的及時傳遞功能，還能夠適應當前我國越來越復雜的航空通信需求。

結論：綜上所述，AFDX航空通信協議對保障民用及軍用飛機的正常通信具有重要的作用。基于當前不斷發展的科學技術，在對AFDX航空通信協議進行設計時，不僅要關注軟硬件系統結構的設計對協議整體性能的影響，還要更加關注核心技術在AFDX航空通信協議中的有效應用。充分利用好虛擬鏈路、冗余管理以及交換機技術，對促進AFDX航空通信協議應用技術水平的提高具有重要的作用。