未来航空电子高速数据总线技术的研究

郑娟

摘 要：高速数据总线技术是航空电子系统实现综合化的关键技术，对航空电子系统的性能有着决定性的影响。本文论述了航空电子数据总线的发展历程，并基于其现状和发展需求，对未来航空电子高速数据总线技术展开了讨论与研究。

关键词：航空电子；高速数据总线

航空电子总线技术是决定航空电子系统整体性能的核心技术，也是衡量航空电子系统技术水平的重要依据。纵观航空电子系统综合技术的发展历程，可以发现航空电子总线技术是推动航电系统更新的重要动力。总线技术与结构的不断创新为航空电子系统的日益综合化提供了实施条件和技术支持。而信息技术在航空航天领域的应用日益广泛，随之产生的大量复杂的数据也给未来的航空电子系统带来了更多的挑战。现有的航空电子总线技术已经不能够满足对于井喷式增长的各类信息的处理和传输要求。1553总线技术正逐渐被光纤通信（FC）、1394串行总线以及以太网等高速总线技术取代。研发新一代高速数据总线技术是航空电子系统发展的必然要求，也是研发新一代民航飞机的必然需要。未来航空电子高速数据总线技术应具备高传输速率、良好的环境适应性、良好的兼容性和冗余容错能力等特征。

1 线性令牌传输总线

1988年美国制定了两个高速数据总线标准，即线性令牌传输总线（LTPB）和光纤分布式数据接口（FDDI）。在经过测试和比较后，线性令牌传输总线被选定为下一代飞机的高速数据总线标准。线性令牌传输总线的传输速率达到50Mb/s，可传输最长为4096个字节的消息，最多能够与128个终端相连。LTPB在物理结构上是星型拓扑，可以方便地对网络上信息的传输情况乃至整个网络的状态进行监控。LTPB所采用的通信协议是限时令牌多优先级传递协议。该协议将网络中传递的信息划分为4个优先级，高优先级的信息会被优先传输。LTPB的每个终端都配备有定时器以减少高优先级信息传输的延迟，并可有效防止网络中的某个节点长期占用总线。线性令牌传输总线具有较强的容错能力，并能够实现系统的重构。

2 IEEE1394

IEEE1394又被称为火线，是在上个世纪末诞生的一种高性能串行总线技术。其目前能达到的最高傳输速率为800Mb/s，而正在研发中的1394b技术支持3.2Gb/s的传输速度。高速的数据传输速率使得IEEE1394在信息通信领域体现出明显的优势。一旦最终实现了3.2Gb/s的数据传输速度，在航空电子系统中只需一个IEEE1394网络，便可实现对所有声音、图像、视频、数据等信息的实时传递，极大地提高航空电子系统的性能。近些年IEEE1394技术的研发突飞猛进，是未来航空电子高速数据总线技术的有力竞争者之一。IEEE1394总线技术自带能源线，具有更高的可靠性。同时，IEEE1394支持即插即用功能，具有高度的灵活性。每一条IEEE1394总线可最多连接数十个设备，便于实现复杂网络结构的组成，扩展性强。此外，IEEE1394技术支持同一个外部设备供数台处理器共享使用，而这是其他高速总线技术尚无法实现的。在实际应用中，火线技术的供货渠道较多，成本也较为低廉，但由于其拓扑结构必须在特定距离范围内进行铺设，具有一定的局限性。

3 SCI

随着计算机技术的快速发展，未来航空电子系统将会由超级计算机和具有大容量存储器的多个处理器等构成。由于计算机处理速度的不断提升，传统总线技术已经难以满足计算机群大带宽、低延迟的要求。而SCI协议采用缓冲器插入环技术，带宽可高达8Gb/s。采用SCI协议的互联网络传输信号稳定，抗干扰能力强；支持多对节点之间同时进行信息传输，通信效率高；拓扑链接灵活，可扩展性强。同其他环网相比，SCI环网的信息吞吐量明显高了不少。从实验测试结果来看，SCI协议可以满足航空电子系统的基本互联要求，并具备有独特的技术优势，但其数据传输的可靠性和实时性仍然有待提高。

4 光纤通道

光纤通道（FC）的传输速率最高可达4Gb/s，并且支持主机到主机的网络连接，能够满足未来航空电子高速数据总线高带宽和低延迟的要求。由于采用了8B/10B的编码方式，光纤通道的数据传输具有更高的可靠性。光纤通道可以通过点对点、交换和仲裁环路三种结构进行拓扑。目前光纤通道技术已经得到了较为广泛的应用，其在航空电子系统领域的具体应用也正在研究之中。

5 航天光纤数据总线

航天光纤数据总线（SFODB）是由NASA和美国国防部于1999年制定的。该标准采用了环形拓扑结构，可采用串行或者并行传输方式。虽然航天光纤数据总线是针对航天飞行器的应用而制定的，但是由于其具有高容错、高传输速率、低延时和长寿命等特点，也可用于未来航空电子系统。不过由于成本过高，航天光纤数据总线在航空电子系统中的应用受到了一些限制。

6 结语

随着现代民航飞机的航空电子系统所需处理和传输的信息量日益增长，其对数据总线技术的传输速率提出了越来越高的要求。传统的1553B总线和CAN总线等已经不能满足现代航空电子系统的要求。而各种高速数据总线技术的快速发展，也为未来航空电子系统的更新换代提供了多种选择。从目前的研究成果来看，IEEE1394和光纤通道等高速数据总线技术各自具有独特的技术优势，发展前景可观。为了缩小我国与国外在航空电子系统领域的差距，有必要积极加大对高速数据总线技术的研发力度，提高我国的航空电子系统综合化水平。

[参考文献]

[1]赵永库，王昆睿.新一代军用飞机航空电子数据总线标准选择[J].数据采集与处理，2012.

[2]胡辛，李红军，等.航空电子数据总线技术研究[J].现代电子技术，2010.