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摘 要：文章介绍了现阶段航空电子系统数据网络的相关要求，并就全双工交换以太网的功能优势、结构及其相关应用进行了相应的阐述。
关键词：航空电子系统；数据网络；全双工交换以太网
中图分类号：TP393.1 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）14－0150－02
1 航空电子系统数据网络的要求
随着计算机电子通信技术的飞速发展，当前航空电子系统已进入综合化的发展阶段，而随着航空电子系统的模块化、综合化程度的不断提高，对其系统的数据网络要求也相应提高，主要体现在数据网络的传输与交换、吞吐量、延迟等方面，其中，航空电子系统数据网络的要求则具体表现为以下几个方面：①高速率的数据传输；②实时性；③高稳定性；④低周期性。
2 全双工交换式以太网的简介
建立IEEE802.3协议的基础上并通过虚拟链路的方式进行通信的全双工交换式以太网（AFDX）是一种确定性网络，不仅具有最大延时确保宽带，而且还具有最大抖动及已定义丢失的概率。
目前以太网已成为使用最为广泛的局域网，其传输速率可高达千万兆以上；而AFDX在运用以太网技术的同时，还实现了数据传输的确定性与实时性，满足了航空电子系统数据传输的相关要求，AFDX网络的应用功能优势主要表现为以下几个方面：
2.1 实时性的控制
由于航空电子系统中需要对其相关的实时任务进行处理，因此，ADFX可实现时间的邮戳与最大网络传输的延迟控制的供给，以此实现AFDX网络实时性的控制功能。
其中，时间邮戳的供给可为数据包的传输提供精确的计时，而最大网络传输延迟的供给则为节点－节点间的可确定性的网络通信延时提供了相应的保证。
2.2 数据带宽的保证
由于AFDX网络将虚拟链路概念引入系统，因而在逻辑上可以实现一条数据通路向多条虚拟链路的划分，而且ADFX网络中各节点任务间的数据通信还可以采用静态分配形式的虚拟链路来进行，从而实现了任务数据通信带宽与传输延迟的有效保证。
2.3 专用航空电子通信协议的运用
由于AFDX网络技术实现了ARINC664标准，因此，通过通信端口机制与服务器访问点的建立，可使其上层的通信应用、具体的物理硬件与其通信协议无关联，从而使ADFX系统具有良好的容错性、重构性及移植性。
3 全双工交换式以太网的网络结构
ADFX具有星型的拓扑结构，其网络结构主要由3部分组成，即终端系统、虚拟链路和AFDX交换机。
3.1 终端系统
该系统是连接航空电子系统与ADFX交换机的纽带，是每个航空子系统实现数据接收和发送的唯一渠道。
3.2 虚拟链路
它只是逻辑上的一个通信对象，是终端系统数据帧实现交换的有效途径。
3.3 ADFX交换机
作为通讯系统中实现信息交换功能的关键设备，是整个ADFX网络系统的心脏，不仅采用静态路由表的设置，而且还实现了数据帧传输的检测、过滤及管制等功能。
4 全双工交换式以太网的应用
全双工交换式以太网在航空电子系统中的应用，是网络化信息技术成功应用于航空电子系统的重要体现，也是近年来航空电子系统所应用的最先进的通用通信链路。
4.1 完整性检测与冗余管理
为提高网络的可靠性，AFDX网络通常采用两个互为冗余的网络方法来实现，并可实现潜在网络冗余有效隐身的良好效果。
首先，由终端系统对其待发的数据帧进行编号并复制，然后通过相对独立存在的物理交换设备将两份相同的数据帧分别发送至目的终端系统，最后再由目的终端系统根据数据帧的编号并按其相应的顺序进行接收。
目的终端系统在对其数据帧进行接收时，应遵循先到先胜出的原则。当两个数据帧副本都在正常情况下被接收时，将丢弃其后到的数据帧，而且可以根据数据帧之前的编号将其同号数据帧的到达顺序轻易的判别出来，从而有效地避免了数据帧重复情况的发生。而当其中的某个数据帧在传输过程中出现故障时，只需利用另一个相同的数据帧将其替代即可。
在以上方法实现过程中，完整性检测就是目的终端系统在接收数据帧时在每条虚拟链路中对其序列号按顺序进行的相关检查。一般情况下，就正常网络而言，进行完整性检测的目的就是把数据帧传递到冗余管理模块；而就故障网络而言，进行完整性检测则是将无效的数据帧消除并通知到网络的管理模块。
而冗余管理则是终端系统在完整性检测之后根据数据帧的序列号将其冗余的数据帧进行消除的相关操作。
4.2 流量的整形与多路的复用
由于AFDX网络中的终端系统与虚拟链路的对应关系为一对多的关系，因此，AFDX网络在发送端通常采用流量的整形机制来实现虚拟链路通信资源的有效分配，其中，进行流量的整形不仅可以使其数据流在向外传输过程中以较均匀的速度进行，而且还可以有效控制AFDX网络中虚拟链路上突发流量的
出现，并可控制其消息的传输延迟于某个范围内。
而每条特定的虚拟链路上，其数据帧的流量整形都是通过BAG和Lmax两个参数来进行相应描述的。在终端系统中，根据其自身的BAG参数值，所有的虚拟链路都需要进行相应的流量整形，待其流量整形完毕后，再采用多路复用技术，将其整形所得的虚拟链路数据帧进行合并，且合并于同一条物理链路上，然后再进行物理链路数据帧的发送。
5 结束语
在现代化科技技术飞速发展的前提下，航空电子系统的数据网络要求也随即得到了较大的提高，而全双工交换以太网的应用，以其特有的功能优势，将有效满足现阶段航空电子系统发展的相关要求，进而实现航空电子系统与现代化科技发展相适应的发展要求。
参考文献：
［1］杜宏伟，马捷中.航空电子全双工交换式以太网及其关键技术研究［J］.测控技术，2008（12）.
［2］任向隆，马捷中.航空电子全双工交换式以太网终端系统研究［J］.计算机测量与控制，2009（5）. （编辑：李敏）
Avionics System Data Network Requirements
and Full Duplex Switched Ethernet Application
Fu Fuqiang
Abstract: This article introduces the present stage of avionics system data network requirements, and full－duplex switched Ethernet functional advantages, structure and its related applications are described.
Key words: Avionics System; data network; full－duplex switched Ethernet
关键词：航空电子系统；数据网络；全双工交换以太网
中图分类号：TP393.1 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）14－0150－02
1 航空电子系统数据网络的要求
随着计算机电子通信技术的飞速发展，当前航空电子系统已进入综合化的发展阶段，而随着航空电子系统的模块化、综合化程度的不断提高，对其系统的数据网络要求也相应提高，主要体现在数据网络的传输与交换、吞吐量、延迟等方面，其中，航空电子系统数据网络的要求则具体表现为以下几个方面：①高速率的数据传输；②实时性；③高稳定性；④低周期性。
2 全双工交换式以太网的简介
建立IEEE802.3协议的基础上并通过虚拟链路的方式进行通信的全双工交换式以太网（AFDX）是一种确定性网络，不仅具有最大延时确保宽带，而且还具有最大抖动及已定义丢失的概率。
目前以太网已成为使用最为广泛的局域网，其传输速率可高达千万兆以上；而AFDX在运用以太网技术的同时，还实现了数据传输的确定性与实时性，满足了航空电子系统数据传输的相关要求，AFDX网络的应用功能优势主要表现为以下几个方面：
2.1 实时性的控制
由于航空电子系统中需要对其相关的实时任务进行处理，因此，ADFX可实现时间的邮戳与最大网络传输的延迟控制的供给，以此实现AFDX网络实时性的控制功能。
其中，时间邮戳的供给可为数据包的传输提供精确的计时，而最大网络传输延迟的供给则为节点－节点间的可确定性的网络通信延时提供了相应的保证。
2.2 数据带宽的保证
由于AFDX网络将虚拟链路概念引入系统，因而在逻辑上可以实现一条数据通路向多条虚拟链路的划分，而且ADFX网络中各节点任务间的数据通信还可以采用静态分配形式的虚拟链路来进行，从而实现了任务数据通信带宽与传输延迟的有效保证。
2.3 专用航空电子通信协议的运用
由于AFDX网络技术实现了ARINC664标准，因此，通过通信端口机制与服务器访问点的建立，可使其上层的通信应用、具体的物理硬件与其通信协议无关联，从而使ADFX系统具有良好的容错性、重构性及移植性。
3 全双工交换式以太网的网络结构
ADFX具有星型的拓扑结构，其网络结构主要由3部分组成，即终端系统、虚拟链路和AFDX交换机。
3.1 终端系统
该系统是连接航空电子系统与ADFX交换机的纽带，是每个航空子系统实现数据接收和发送的唯一渠道。
3.2 虚拟链路
它只是逻辑上的一个通信对象，是终端系统数据帧实现交换的有效途径。
3.3 ADFX交换机
作为通讯系统中实现信息交换功能的关键设备，是整个ADFX网络系统的心脏，不仅采用静态路由表的设置，而且还实现了数据帧传输的检测、过滤及管制等功能。
4 全双工交换式以太网的应用
全双工交换式以太网在航空电子系统中的应用，是网络化信息技术成功应用于航空电子系统的重要体现，也是近年来航空电子系统所应用的最先进的通用通信链路。
4.1 完整性检测与冗余管理
为提高网络的可靠性，AFDX网络通常采用两个互为冗余的网络方法来实现，并可实现潜在网络冗余有效隐身的良好效果。
首先，由终端系统对其待发的数据帧进行编号并复制，然后通过相对独立存在的物理交换设备将两份相同的数据帧分别发送至目的终端系统，最后再由目的终端系统根据数据帧的编号并按其相应的顺序进行接收。
目的终端系统在对其数据帧进行接收时，应遵循先到先胜出的原则。当两个数据帧副本都在正常情况下被接收时，将丢弃其后到的数据帧，而且可以根据数据帧之前的编号将其同号数据帧的到达顺序轻易的判别出来，从而有效地避免了数据帧重复情况的发生。而当其中的某个数据帧在传输过程中出现故障时，只需利用另一个相同的数据帧将其替代即可。
在以上方法实现过程中，完整性检测就是目的终端系统在接收数据帧时在每条虚拟链路中对其序列号按顺序进行的相关检查。一般情况下，就正常网络而言，进行完整性检测的目的就是把数据帧传递到冗余管理模块；而就故障网络而言，进行完整性检测则是将无效的数据帧消除并通知到网络的管理模块。
而冗余管理则是终端系统在完整性检测之后根据数据帧的序列号将其冗余的数据帧进行消除的相关操作。
4.2 流量的整形与多路的复用
由于AFDX网络中的终端系统与虚拟链路的对应关系为一对多的关系，因此，AFDX网络在发送端通常采用流量的整形机制来实现虚拟链路通信资源的有效分配，其中，进行流量的整形不仅可以使其数据流在向外传输过程中以较均匀的速度进行，而且还可以有效控制AFDX网络中虚拟链路上突发流量的
出现，并可控制其消息的传输延迟于某个范围内。
而每条特定的虚拟链路上，其数据帧的流量整形都是通过BAG和Lmax两个参数来进行相应描述的。在终端系统中，根据其自身的BAG参数值，所有的虚拟链路都需要进行相应的流量整形，待其流量整形完毕后，再采用多路复用技术，将其整形所得的虚拟链路数据帧进行合并，且合并于同一条物理链路上，然后再进行物理链路数据帧的发送。
5 结束语
在现代化科技技术飞速发展的前提下，航空电子系统的数据网络要求也随即得到了较大的提高，而全双工交换以太网的应用，以其特有的功能优势，将有效满足现阶段航空电子系统发展的相关要求，进而实现航空电子系统与现代化科技发展相适应的发展要求。
参考文献：
［1］杜宏伟，马捷中.航空电子全双工交换式以太网及其关键技术研究［J］.测控技术，2008（12）.
［2］任向隆，马捷中.航空电子全双工交换式以太网终端系统研究［J］.计算机测量与控制，2009（5）. （编辑：李敏）
Avionics System Data Network Requirements
and Full Duplex Switched Ethernet Application
Fu Fuqiang
Abstract: This article introduces the present stage of avionics system data network requirements, and full－duplex switched Ethernet functional advantages, structure and its related applications are described.
Key words: Avionics System; data network; full－duplex switched Ethernet