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新一代航空航天总线技术

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  • 发布日期:2012-03-18 12:51
  • 有效期至:长期有效
  • 技术区域:广东湛江市
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详细说明
  伴随航空航天电子技术的飞速发展,传统总线已经不能满足新型航空及航天电子系统的技术总体设计需求,因此目前传统的总线技术正逐步被新一代航空数据总线技术所替代,目前国外新型的商业和军用航空航天项目中的电子系统采用的总线已经开始转向光纤通道(Fiber Channel,FC)、航空电子全双工交换式以太 网(Avionics Full-Duplex Switched Ethernet,AFDX)、SpaceWire、Time-triggered Protocol(TTP)和Time-triggered Ethernet(TTE)。新一代总线技术相比于传统的总线可以提供更高带宽、更高可靠性和低延迟性,能够很好地满足新一代航空航天电子系统的技术设计要求。

 


      光纤通道


      FC是由美国标准化委员会(ANSI)的X3T11小组于1988年提出的高速串行传输总线,解决了并行总线SCSI遇到的技术瓶颈,并在同一大的协议平台框架下可以映射更多FC-4上层协议。FC具备通道和网络双重优势,具备高带宽、高可靠性、高稳定性,抵抗电磁干扰等优点,能够提供非常稳定可靠的光纤连接,容易构建大型的数据传输和通信网络,目前支持1x、2x、4x和8x的带宽连接速率,随着技术的不断发展该带宽还在不断进行扩展,以满足更高带宽数据传输的技术性能要求。FC在航电上的应用主要包括:FC-AE、FC-AV(ARINC818)协议2个大的分支。


      1 FC-AE协议集


      FC-AE标准本身是一个FC应用到航空电子环境中的一组协议集,主要用于航空电子环境下各设备之间的数据通信,传输视频、指控、仪器仪表、传感器等数据,主要包含:FCAE-1553、FC-AE-ASM、FC-AERDMA、FC-AE-FCLP及FC-AEVI共5种协议,目前FC已经被用在FC-35、B1-B、F18E/F、V22、Apache等机型,FC是四代和五代战机的代表性技术之一。从国内整体应用形式看,FC-AE-ASM协议已经开始预研和验证,并对国际标准协议进行了一些特定的改进,是将来国内应用的一个重点方向。


      2 FC-AV(ARINC818)协议


      FC-AV标准于2002年正式对外发布,主要基于FC 传输具备大数据量特点的音视频数据流,针对工业级的应用,该协议在F18和C-130AMP等军用机型上广泛应用,主要用于传输机内的视频和音频数据。随着航电技术的不断前进,目前美国和欧洲在机型视频系统设计时已经开始全部转向ARINC818(航空电子数字视频总线,Avionics DigitalVideo Bus,ADVB)标准于2007年由美国航空电子委员会(AEEC)正式对外发布,主要用于传输关键非压缩数字视频,采用单向点对点传输方式,用于完成执行关键安全视频任务,目前该协议在波音787,A400M、A350XWB机型上得到成功应用。


      目前国内该项总线技术还处于预研阶段,预计将来在国内军用机型及其他项目上会有广泛的应用,FC是一项重要的总线技术发展方向。


      航空电子全双工交换式以太网


      AFDX 通过采用电信标准的异步传输模式(ATM)概念来解决IEEE802.3以太网存在延时的缺陷,以便满足关键安全数据传输的设计需求,该项技术起源于A380的通信骨干线设计,并成功引入了IMA设计概念。目前该项技术已经在A380上得到成功应用;国内在军机项目和大飞机项目上均选用了AFDX作为通信骨干线,国内很多航空航天科研院所开始使用该项技术。


      Space Wire总线


      Space Wire总线是欧洲航天局基于两个商用标准IEEE 1355-1995和IEEE 1596.3(LVDS),通过对IEEE 1355可靠性、功耗等方面的改进,使其能够更好地满足航空航天应用而提出的一种专门用于空间高速数据传输的总线标准。Space Wire采用全双工、点到点连接的结构,在同一网络中可以同时使用多条总线,网络拓扑具有很高的自由度。因此,即使设备间各个连接的数据传输速度不高,仍可通过增加总线数量的方法来成倍地提高整个网络的数据传输速度。目前Space Wire总线主要应用在欧空航天局(ESA)的几个太空飞船上,在国内航天研制单位已经开始推广,Space Wire总线将是卫星和太空飞船开发的重要总线。


      TTP


      TTP协议用于关键安全系统设计时全部采用TTP/C,它是由维也纳科技大学和TTTech公司共同开发的,提供同步和容错机制的TTP/C主要用于关键安全实时系统的设计,总线型结构支持5Mbps,星型结构支持25Mbps,采用时间触发机制,提供更高的确定性和可靠性。TTP是重要的关键安全控制总线,目前已有部分航空和航天研制单位开始建立实验室,在国内还处于开发和预研阶段。


      TTE


      TTE是国际上最新的一项基于以太网的新型总线技术,它具备最高等级的安全性、可靠性及确定性网络。该总线技术兼容了时间触发协议和以太网技术的优势,能够在同一个网络平台上兼容普通网络数据流、AFDX数据流和TTE网络数据流,具备更高的安全性和强有力的容错机制。TTE支持100Mbps和1000Mbps,相比于TTP提供了更高的传输带宽。TTE应用比较广泛,具备非常广阔的应用前景,目前国内还处于推广阶段。


      结束语


     从国内整体大环境看,目前航空航天研制单位正处于从传统总线到新型总线实现技术升级的初级阶段。国内航空单位基本选定了FC和AFDX作为新一代总线发展方向,并已经开始进入调研、预研和开发阶段,而国内的航天单位对下一代型号的总线技术还处于调研阶段,预计马上会转入预研阶段。

 

 
 
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