郭賀

【摘? 要】隨著科技的進步，我國的航空技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，實現(xiàn)了“質(zhì)”的飛躍。隨著航空電子技術(shù)的全面發(fā)展，對機載的航空電子數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的性能也提出了新的要求，因此原有的航空電子技術(shù)已無法滿足航空技術(shù)發(fā)展的需要，所以采用以太網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)對航空電子系統(tǒng)的實時通信則十分必要，解決以太網(wǎng)在傳輸信息時間的確定性是當前的首要任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】以太網(wǎng)技術(shù);航空電子系統(tǒng);實時

引言

隨著計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的發(fā)展，信息的交換已經(jīng)覆蓋世界的各個領(lǐng)域，以太網(wǎng)實時控制技術(shù)的發(fā)展解決了工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信的確定性和實時性，這一技術(shù)的發(fā)展同樣給航空電子系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利條件。以太網(wǎng)是應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信的開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用分段化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和確定性通信調(diào)度控制策略，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備間的通信，廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。以太網(wǎng)具有高效、穩(wěn)定等優(yōu)點，根據(jù)這些優(yōu)勢，可以對以太網(wǎng)進行適當?shù)馗脑?，以便實現(xiàn)在航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用，更好的滿足航空電子系統(tǒng)的發(fā)展需要。

1.以太網(wǎng)的概述

以太網(wǎng)是在20世紀70年代研制開發(fā)的一種計算機局域網(wǎng)技術(shù)，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)媒體，采用載波多路訪問和沖突檢測機制，應(yīng)用廣泛。如今的以太網(wǎng)常指各種采用CSMA/CD技術(shù)的局域網(wǎng)，以太網(wǎng)的幀格式與IP一致，特別適合傳輸IP數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)具有簡單方便、價格低、速度高等優(yōu)點。

2.傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)遵循IEEE802.3協(xié)議，采用的是CSMA/CD方式進行數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸速率為10Mbps。在一個局域網(wǎng)內(nèi)，只能同時有且只有一個客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，具有限制性、不確定性和非實時性等缺點。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，傳統(tǒng)標準的以太網(wǎng)技術(shù)已難以滿足日益增長的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量速度需求，因此以太網(wǎng)實時控制技術(shù)應(yīng)運而生，滿足實時功能的要求，實現(xiàn)了工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)各層次信息的無縫連接，推動了工業(yè)企業(yè)的技術(shù)改造和提升，加快了信息化改造進程。

3.以太網(wǎng)在航空電子系統(tǒng)的不適應(yīng)性

由于以太網(wǎng)采用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制機制，因此具有通信“不確定性”的缺點。雖然在一定程度上避免了碰撞，但也存在著一定的局限性：

3.1以太網(wǎng)交換機的存儲機制使通信延遲具有不確定性

通信延遲的不確定性主要來自于其排隊延遲。無論采用哪種存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制，當同時來自于多個端口的報文需要向同一個端口轉(zhuǎn)發(fā)時，交換機就必須將這些報文進行排隊緩沖，并依次轉(zhuǎn)發(fā)。因此，交換機的緩沖池大小將直接影響了來自于某一端口的報文能否以及何時被成功轉(zhuǎn)發(fā)。

3.2以太網(wǎng)交換機存在的“廣播風暴”問題

在數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)中，人們廣泛采用廣播方式發(fā)送實時數(shù)據(jù)報文，在此過程中，同樣會產(chǎn)生碰撞。

4.實現(xiàn)實時以太網(wǎng)的改造方法

4.1采用EPA網(wǎng)絡(luò)

采用EPA網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)綜合自動化智能工廠系統(tǒng)中從底層的現(xiàn)場設(shè)備層到上層的控制層、管理層的通信網(wǎng)絡(luò)平臺基于以太網(wǎng)技術(shù)的統(tǒng)一，即所謂的“E（Ethernet）網(wǎng)到底”。采用EPA，可實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)智能工廠中垂直和水平兩個方向的信息無縫集成：

通過EPA網(wǎng)絡(luò)通信平臺提供的實時數(shù)據(jù)通信服務(wù)，來自不同廠商的現(xiàn)場智能設(shè)備和應(yīng)用程序可以實現(xiàn)信息透明互訪和互可操作。

采用EPA網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)智能工廠中從管理層、控制層直至現(xiàn)場設(shè)備層等所有網(wǎng)絡(luò)層基于以太網(wǎng)的信息無縫集成，用戶可以在世界的任何地方通過其訪問權(quán)限，直接通過常用的工具或軟件訪問智能工廠中的任何一個設(shè)備。

利用EPA開放網(wǎng)絡(luò)平臺，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（如DCS、PLC）與基于EPA的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS之間的信息無縫集成，使得工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備中的大量控制和非控制信息能夠無縫地傳遞到制造執(zhí)行層和企業(yè)管理層系統(tǒng)，通過信息集成創(chuàng)新技術(shù)、數(shù)據(jù)綜合利用技術(shù)、數(shù)據(jù)增值挖掘技術(shù)等，對工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)全過程實現(xiàn)高效智能化管理。

4.2制定統(tǒng)一的高層協(xié)議，實現(xiàn)信號互通

所謂信號的互通，即兩個需要互相通信的設(shè)備所采用的通信介質(zhì)、信號類型、信號大小、信號的輸入/輸出匹配等幾方面的參數(shù)符合同一標準，即物理層標準。在此基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，不同的設(shè)備就能連接在同一網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)互連。

如今，幾乎所有的控制系統(tǒng)都采用了以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議作為其通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了設(shè)備的互連。但是，如果僅采用以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議，而沒有統(tǒng)一的高層協(xié)議（如應(yīng)用層協(xié)議），不同設(shè)備之間還不能相互理解、識別彼此所傳送的信息含義，就不能實現(xiàn)信息互通，也就不可能實現(xiàn)開放系統(tǒng)之間的互可操作。為此《EPA》標準為用戶層應(yīng)用程序定義了應(yīng)用層服務(wù)與協(xié)議規(guī)范。

5.航空電子系統(tǒng)

航空電子是指飛機上所有電子系統(tǒng)的總和。一個最基本的航空電子系統(tǒng)由通信、導(dǎo)航和顯示管理等多個系統(tǒng)構(gòu)成。

5.1航空系統(tǒng)的智能化

新一代航空系統(tǒng)的特點是向智能化發(fā)展。當代的航空電子系統(tǒng)只能將各種數(shù)據(jù)提供給駕駛員，或者經(jīng)過處理后給出引導(dǎo)性的指示信號，有時變換成易理解的直觀圖示方式，但最終的判定、決斷要駕駛員給出，利用實時以太網(wǎng)可以完成收集數(shù)據(jù)、推理和判斷并做出決斷，可以直接給出控制指令，也可以向駕駛員提出處理建議，由駕駛員決斷及實施控制，進而完成信息的實時通信。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究也取得很大進展，應(yīng)用到機載后可以使航空電子系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，人工智能的方法可以在航空電子系統(tǒng)中找到很多應(yīng)用，例如智能人機接口;本機完好情況監(jiān)視及應(yīng)急處理等。智能化系統(tǒng)使駕駛員從過量的任務(wù)負擔中解脫出來，集中精力于高層次的判斷，并可避免人腦在某些方面的能力不足。

5.2航空系統(tǒng)的通信

通信系統(tǒng)也許是航電系統(tǒng)中最先出現(xiàn)的，完善的通信系統(tǒng)航空電子的發(fā)展提供便利，飛機和地面的通信能力從一開始就是至關(guān)重要的。遠程通信爆發(fā)式的增長意味著飛機必須攜帶著一大堆的通信設(shè)備。其中一小部分提供了關(guān)乎乘客安全的空地通信系統(tǒng)。以太網(wǎng)的存在剛好解決了這一問題，由于其具有速度快、成本低等優(yōu)點，可以解決現(xiàn)代航空系統(tǒng)存在的問題，能夠促進航空系統(tǒng)更好的發(fā)展。

5.3航空系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線

70年代以來，隨著微電子、計算機、控制論的發(fā)展，使得航空電子系統(tǒng)的發(fā)展更為迅速。1980年美國專門制定了軍用1553系列標準和ARINC系列標準，使數(shù)據(jù)總線更加規(guī)范化。目前自動化程度較高的軍、民用飛機、如F-16、F-117、幻影2000、空中客機A340等都采用了數(shù)據(jù)總線技術(shù)。數(shù)據(jù)總線技術(shù)是我國航空電子系統(tǒng)設(shè)計中已有十幾年的設(shè)計和使用經(jīng)驗。航空航天電子系統(tǒng)選用數(shù)據(jù)總線需要綜合考慮通信速率、可靠性、抗干擾、兼容性、可擴展等要求。

6.結(jié)束語

數(shù)據(jù)總線是航空電子系統(tǒng)能夠成功傳遞信息的關(guān)鍵，而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線已經(jīng)不能滿足航空發(fā)展的需要。而以太網(wǎng)速度快，成本低等優(yōu)點，以后必將廣泛的應(yīng)用于航空電子系統(tǒng)，滿足航空電子系統(tǒng)的時代要求。但對于以太網(wǎng)真正應(yīng)用到航空電子系統(tǒng)，還有一系列問題需要解決，建立迎合航空電子需要的以太網(wǎng)是我們工作的首要內(nèi)容。

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