在上一期的“航空航天數(shù)據(jù)總線技術發(fā)展綜述（一）”中，我們主要介紹了MIL-STD-1553B、ARINC429、RS485及CAN等部分航空航天數(shù)據(jù)總線技術，本期將針對AFDX、TTE、Ethernet及FC總線等通信速率達到百兆以上的高速數(shù)據(jù)總線技術進行詳細介紹。

一、AFDX總線技術

航空電子全雙工交換以太網(wǎng)（AFDX:Avionics Full-Duplex Switched Ethernet）就是基于標準（IEEE802、3以太網(wǎng)技術與ARINC664 Part7）定義的電子協(xié)議規(guī)范，主要用于實現(xiàn)航空子系統(tǒng)之間進行的數(shù)據(jù)交換。AFDX就是通過航空電子委員會審議的新一代機載以太網(wǎng)標準，AFDX允許連接到其他標準總線如ARINC429與MIL-STD-1553B等，并允許通過網(wǎng)關與路由與其他的適應ARINC664但非確定的網(wǎng)絡通訊。AFDX就是大型運輸機與民用機載電子系統(tǒng)綜合化互聯(lián)的解決方案。

AFDX的傳輸速率可達1000Mpbs，傳輸介質為銅制電纜或光纖。AFDX中沒有總線控制器，不存在1553B中集中控制的問題。同時，AFDX采用接入交換式拓撲結構，使它的覆蓋范圍與可支持的節(jié)點數(shù)目遠遠超過了1553B總線。

AFDX的主要特點如下：

（1）全雙工：物理層的連接介質就是兩個雙絞線對，一對用于接收，另一對用于發(fā)送；

（2）交換式網(wǎng)絡：網(wǎng)絡連接采用星型拓撲結構，每個交換機最多可連接24個終端節(jié)點，交換機可以級聯(lián)以實現(xiàn)更大規(guī)模的網(wǎng)絡。

（3）確定性：網(wǎng)絡采用點到點網(wǎng)絡，通過使用虛連接以保證帶寬。

（4）冗余：雙重網(wǎng)絡提供了更高的可靠性。

（5）網(wǎng)絡傳輸速率可選擇10Mbps、100Mbps和1000Mbps

空中客車公司在最新研制的A380飛機上就率先采用AFDX總線，同時波音公司在最新研制的787與747-400ER飛機中也采用了AFDX作為機載數(shù)據(jù)總線。

二、TTE

時間觸發(fā)以太網(wǎng)（TTE，Time-Triggered-Ethernet），即以時間觸發(fā)代替事件觸發(fā)，將通信任務通過合理的調度定時觸發(fā)發(fā)送。時間觸發(fā)概念的提出，其目的就是在于通過全局時鐘精確同步，可有效避免數(shù)據(jù)幀征用物理鏈路，保證通信延遲與時間偏移的確定性。時間觸發(fā)與事件觸發(fā)相比在系統(tǒng)確定性、資源損耗、可靠性、實時性上有很大優(yōu)勢。

TTE總線技術具有高數(shù)據(jù)量、高實時性等特點，能適應分布式綜合模塊化航空電子架構的發(fā)展。

TTE網(wǎng)絡就是在標準IEEE802、3以太網(wǎng)上實現(xiàn)的時間觸發(fā)網(wǎng)絡協(xié)議，可作為完全分布的、嚴格確定性的安全關鍵性計算及聯(lián)網(wǎng)平臺，目前支持100Mb/s與1000Mb/s速率，10000Mb/s速率的TTE網(wǎng)絡也在開發(fā)過程中。

TTE總線技術兼容了時間觸發(fā)協(xié)議與以太網(wǎng)技術的優(yōu)勢，能夠在同一個網(wǎng)絡平臺上兼容普通網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流、AFDX數(shù)據(jù)流與TTE網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流，具備更高的安全性與強有力的容錯機制，擁有非常廣闊的應用前景，有望作為AFDX互連的子集，在大中型飛機的綜合化互聯(lián)中扮演重要角色。目前，美國航天局已將TTE的一些技術應用在了獵戶座載人探索飛行器上（Orion Crew Exploration Vehicle）。

三、Ethernet

在地面局域網(wǎng)中，以太網(wǎng)就是首選的局域互連技術，速率從百兆到千兆，正向萬兆以太網(wǎng)技術發(fā)展。Ethernet來源于商業(yè)應用，雖沒有軍品級器件，但商業(yè)支持非常強，被NASA推薦為將來可在空間應用的總線之一。國際空間站與一些小衛(wèi)星上已采用過這種總線。

目前，用于解決地面局域網(wǎng)寬帶接入問題的就是無源光網(wǎng)絡技術（passive optical network，簡稱“PON”），近十年來隨著光通信技術的成熟，PON技術開始走上了大規(guī)模的應用，可解決接入網(wǎng)的帶寬瓶頸問題。其傳輸速率支持上下行對等1.25Gbps或下行2.5Gbps、上行1.25Gbps，目前最高支持上下對等10Gbps的帶寬；PON技術就是一種點對點的結構，下行方向（網(wǎng)絡到用戶）采用TDM廣播機制，上行（用戶到網(wǎng)絡）采用TDMA復用方式，因此下行方向具有共享媒介的特性；并采用單模光纖作為傳輸介質，傳輸距離最大可達10km~20km，采用無源光分路器取代了有源復用器或交換機，簡化了光纖分配網(wǎng)的設計，提高了傳輸鏈路的可靠性，因此便于運行、維護與管理并且成本低廉等特點。

不論在國內還是國外，無源光網(wǎng)絡技術因其獨特的優(yōu)勢都在大規(guī)模商用，中國電信與中國聯(lián)通以EPON為主進行接入網(wǎng)部署，日本與韓國當前也均以EPON為主，北美與中東以GPON為主。EPON與GPON，尤其就是EPON在商用領域的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)走向成熟。

四、FC總線

光纖通道（FiberChannel，簡稱FC）就是美國國家標準委員會（ANSI）的X3T11小組于1988年開始制定的高速串行傳輸協(xié)議，將計算機通道技術與網(wǎng)絡技術有機結合起來，具有全新概念的通信機制。FC采用通道技術控制信號傳輸，在共享介質時采用基于仲裁或交換的信道共享沖突解決機制與基于信用（Credit）的流量控制策略，信道的傳輸效率較高，適用于網(wǎng)絡負載較重的應用系統(tǒng)中。

光纖通道的高帶寬、低延遲、低誤碼率、靈活的拓撲結構與服務類型、支持多種上層協(xié)議與底層傳輸介質以及具有流量控制功能，使得它能夠很好地滿足未來航空電子系統(tǒng)互連的要求。美國在“寶石臺”與“寶石柱”計劃的基礎上，開展了JAST計劃研究，把統(tǒng)一網(wǎng)絡引入航電系統(tǒng)，并把FC作為統(tǒng)一網(wǎng)絡的總線標準。

目前，光纖通道已應用于美國航空電子的升級換代中，如：AH-64D“阿帕奇”、“長弓”式直升機中用于數(shù)字視頻接口與飛行試驗與任務處理器的互連。B1-B中用于航空電子計算機與數(shù)據(jù)存儲/傳輸設備間的互連。機載預警與控制系統(tǒng)“擴展哨所”（AWACS Extendsentry）中用于構成交換式網(wǎng)絡。美英下一代聯(lián)合攻擊機JSF的飛機管理系統(tǒng)、綜合RF與綜合核心處理機（ICP）三個子系統(tǒng)間的高速互連也采用了FC-AE作為統(tǒng)一的網(wǎng)絡。

五、高速數(shù)據(jù)總線對比

通過對以上高速數(shù)據(jù)總線的分析，民用航空領域主要就是AFDX，軍用航空領域主要以FC為主，同時也就是JAST計劃提出的“航空電子統(tǒng)一網(wǎng)絡”首選協(xié)議之一；基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡技術就是正在大規(guī)模商用與部署的地面寬帶接入技術；而基于以太網(wǎng)的TTE總線技術具有較為廣闊的應用前景。具體性能比較如下表所示：

各種總線對比分析

六、結語

本文主要介紹了AFDX、TTE、Ethernet及FC總線等高速航空航天數(shù)據(jù)總線技術。通過前面對航空航天數(shù)據(jù)總線技術的簡要分析，F(xiàn)C技術由于其高速率、高可靠性、擴展余度大、拓撲靈活等特點，較其他總線技術更加適合航空航天數(shù)據(jù)通信的發(fā)展要求，應該成為我國航空航天用數(shù)據(jù)總線的研究與關注焦點。