1.AFDX應用情況 1.1. 空客 AFDX在空中客車A380和A400M中均有使用。 AFDX作為A380大型客機的航空電子綜合化網(wǎng)絡，對機上飛行控制、座艙、動力、燃油、機艙等系統(tǒng)的電子設備進行互連，并考慮到飛機的冗余控制和左右的空間布局，網(wǎng)絡拓撲形式為：骨干交換機與接入交換機，每個接入交換機與大約20個端系統(tǒng)全雙工相連，總共150~200節(jié)點，網(wǎng)絡連接具有冗余鏈路。 1.2. 波音 AFDX的應用實例還包括波音787 和波音767-400ER通信與飛行管理系統(tǒng)。 1.3. 國內我國的大飛機已確定用AFDX系統(tǒng)，在AFDX被提出之前，我國也對交換式以太網(wǎng)在軍用平臺上的應用進行了研究，其中，雙冗余交換式以太網(wǎng)已經(jīng)在我國的艦船上得到了應用，艦載電子設備空間分布廣，與大型機上的應用環(huán)境有著類似的地方。目前，我國對AFDX的研究是與先進航空電子綜合化系統(tǒng)關鍵技術相結合進行的，各相關的科研院所、大專院校均已用GE的AFDX的產(chǎn)品進行網(wǎng)絡的性能評價與工程應用。2. AFDX技術 2.1. 什么是AFDX AFDX全稱為航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)（Avionics Full Duplex SwitchedEthernet ），簡稱AFDX，它是為在航空子系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換而定義的一種協(xié)議（IEEE 802.3和ARINC 664 Part7）標準，是基于ARINC429和1553B基礎之上的一種總線通信協(xié)議規(guī)范（ARINC664）。 AFDX是機載交換式網(wǎng)絡的代表，也是大型機航空電子網(wǎng)絡的有價值的候選方案。AFDX發(fā)源于商用交換式以太網(wǎng)技術，根據(jù)航空電子的應用特點進行了改造，獲得產(chǎn)業(yè)界的廣泛支持，并且已由航空電子工程委員會（AEEC）發(fā)布了ARINC 664 part 1~part 8規(guī)范草案。 2.2. AFDX用途 AFDX網(wǎng)絡是大型運輸機和民用機載電子系統(tǒng)綜合化互聯(lián)的適宜的解決方案。傳統(tǒng)大型飛機機載系統(tǒng)的信息處理密度小于主戰(zhàn)飛機，它們的航空電子系統(tǒng)由成套的分立式設備組成。然而，大型飛機的航空電子系統(tǒng)不會停滯不前，機載電子系統(tǒng)會涉及到高性能的處理與信息綜合與融合任務，從長遠來看，綜合式模塊化是航空電子系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。因此，我們的確需要從實際情況出發(fā)，采用一種既能夠滿足信息綜合強度和實時性能保證的要求，又能夠兼顧多代既有的航電設備，而且能夠穩(wěn)步地過渡到先進的航空電子體系結構的開放式網(wǎng)絡互連技術，航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)（AFDX）就是這種應用條件下成功的典范。2.3. AFDX與1553B,ARINC429的區(qū)別 ARINC429和1553B兩種實用化機載總線都經(jīng)過了多年的實際應用，其優(yōu)點也是毋庸置疑的。但是，它們同時也存在不同程度的缺點。MIL-STD-1553B總線的主要缺點是采用了總線控制器，整個總線系統(tǒng)的通信是在總線控制器的指揮下完成的，這給總線帶來潛在的單點故障可能性，一旦總線控制器失效，將造成整個總線系統(tǒng)的癱瘓。雖然可以增加一個備用總線控制器來提高總線的可靠性，但這樣就大大增加了系統(tǒng)軟硬件的復雜程度。同時1553B總線雖然提高了綜合化程度，但是單條1553B總線的節(jié)點數(shù)目不能超過31個，集中式的總線調度限制了系統(tǒng)升級和適應多任務的靈活性。 ARINC429總線雖然沒有總線控制器，但是為了使消息在總線上有序的傳輸而不發(fā)生碰撞，其付出的代價是只能使一個信源連接一條ARINC429總線，這必然大大增加了電纜重量和聯(lián)接器的數(shù)量，這給航空電子系統(tǒng)進行更大規(guī)模的綜合帶來不可逾越的障礙。 AFDX的傳輸速度可以達到100Mbit/s甚至更高，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中的集中控制問題。同時，AFDX采用接入交換和骨干交換拓撲結構使它的覆蓋范圍和可以支持的節(jié)點數(shù)目遠遠超過了1553B總線。在ARINC429中，一個發(fā)送機可以連接20個接收機。而在AFDX中，發(fā)送機連接的接收機的數(shù)量僅由交換機端口的數(shù)目限制。同樣，通過交換機的串連，可以很容易的將接收機的數(shù)量增加到需要的數(shù)目。另外，根據(jù)ARINC 664 part7 “確定型網(wǎng)絡”草案的規(guī)定，AFDX采用虛擬鏈路（virtual link, VL）技術替代數(shù)目眾多的ARINC 429單向傳輸總線，大大減少了電纜的重量和聯(lián)接器的數(shù)量，使航空電子系統(tǒng)可以進行大規(guī)模的綜合。幾種總線性能指標對比如下：ARINC429 1553B AFDX 商用 以太網(wǎng) FC 應用機種 A310，A300，600 波音757-767 F16，F(xiàn)18，B-1 A380，A400M 波音787 ，波音767-400ER 傳輸速率 低速為12～14.5kb/s；高速為100kb/s 1Mbps 10/100/ 1000M/bit 10/100 /1000M/bit 1Gbps 實時性 高 較高 高 低 高 消息最大數(shù)據(jù)字節(jié) 4 32 1518 1518 2112 傳輸方式 單工 半雙工 全雙工 半雙工/全雙工 仲裁環(huán) 通訊方式 異步 異步 傳輸碼型 雙極性歸零碼 曼徹斯特雙極性碼 耦合方式 直接耦合 變壓器耦合 傳輸介質 屏蔽雙絞線 屏蔽雙絞線 光纖/電纜 光纖/電纜 光纖 拓撲結構 點對點 總線型 星型 星型 星型 最大終端數(shù) 20 32 冗余特性 不支持 支持 支持 不支持 不支持 標準頒布時間 1977 1978 目前機載總線主要有ARINC429、1553B、AFDX、商用以太網(wǎng)和FC等。 ARINC429總線傳輸速率僅有100Kbps，由于是點對點的連接方式，所以多個分系統(tǒng)之間相互傳輸數(shù)據(jù)時需要多條數(shù)據(jù)總線，從而大大增加了機載電纜的數(shù)量。 1553B總線實時性較高，總線速度最高只能達到1Mbps，并且需要總線控制器進行總線的統(tǒng)一調度，比較適用于分系統(tǒng)之間控制指令的傳輸，不適合分系統(tǒng)間大數(shù)據(jù)量的傳輸。 FC的傳輸速率雖然達到1Gbps，但構建機載網(wǎng)絡系統(tǒng)的成本較高，再加上目前國內技術不成熟，無法直接用于機載型號的研制。商用以太網(wǎng)傳輸速度可以達到10/100/1000M/bit，適合大數(shù)據(jù)量的傳輸，但商用以太網(wǎng)協(xié)議本身并不能保證傳輸?shù)膶崟r性。 AFDX的傳輸速率一般為100Mbps，采用商用以太網(wǎng)的MAC和物理鏈路，從而大大降低了總線網(wǎng)絡系統(tǒng)的全壽命周期成本，另外通過對商用以太網(wǎng)的傳輸協(xié)議進行實時性改造，并增加了虛擬鏈路（VL）的概念，同時通過雙余度的傳輸網(wǎng)絡來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。目前，AFDX總線網(wǎng)絡系統(tǒng)已經(jīng)應用到民用客機A380、B787、ARJ21和軍用運輸機A400M上。 2.4. AFDX組成 2.4.1. AFDX網(wǎng)絡拓撲 AFDX具有封閉的網(wǎng)絡拓撲，拓撲結構為星型。AFDX網(wǎng)絡主要由端系統(tǒng)（end-system），AFDX交換機（switch）以及傳輸鏈路（link）組成。

2.4.2. 端系統(tǒng)端系統(tǒng)是構成AFDX網(wǎng)絡的一種重要網(wǎng)絡元件，它嵌入在每個航空電子子系統(tǒng)中，將子系統(tǒng)與AFDX網(wǎng)絡連接起來，它負責消息的發(fā)送和接收。AFDX“確定型網(wǎng)絡”的特性主要由端系統(tǒng)實現(xiàn)，這些特性主要包括：流量整形、完整性檢測和冗余管理等。 2.4.3. AFDX交換機交換機就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設備。相比于商用以太網(wǎng)交換機，AFDX交換機具備了過濾功能、交換功能、故障隔離、靜態(tài)路由等特點。

2.5. 功能 2.5.1. AFDX幀結構 AFDX網(wǎng)絡中傳輸?shù)男盘柡鸵蕴W(wǎng)一樣是以幀的形式存在的，幀是以太網(wǎng)通信信號的基本單元。AFDX幀結構遵守由IEEE802.3標準規(guī)范的以太網(wǎng)幀結構。

?2.5.2. 實時性 AFDX是一種確定型網(wǎng)絡，其確定性其中很重要的一部分是指時間的確定性，即網(wǎng)絡保證給定的處理（或通信傳輸）會在確定的時間段內（截止期限）內完成。AFDX的實時性是通過流量整形機制來保證的。在介紹流量整形機制之前首先對幾個AFDX中的重要概念進行簡單的說明。 2.5.3. 冗余管理 AFDX網(wǎng)絡在運行時需要兩個互為冗余的交換網(wǎng)絡（網(wǎng)絡A和網(wǎng)絡B），AFDX通過冗余路徑來提高網(wǎng)絡的可靠性。在端系統(tǒng)中，每個需要發(fā)送的幀都被復制，然后分別發(fā)送到網(wǎng)絡A和網(wǎng)絡B上，最后幀和其副本都被傳送到目的端系統(tǒng)中。

3.航電系統(tǒng)方案 AFDX系統(tǒng)結構如下圖所示，航電系統(tǒng)通過端系統(tǒng)與AFDX仿真網(wǎng)絡交換機連接。端系統(tǒng)嵌入在航電系統(tǒng)中。一般來說，航電系統(tǒng)能夠支持多個航空電子子系統(tǒng)。任務分區(qū)給同一個航電系統(tǒng)中的航空電子子系統(tǒng)提供了隔離。4.AFDX船舶系統(tǒng)可行性方案新型的船舶主動力監(jiān)控系統(tǒng)是以雙環(huán)冗余工業(yè)以太網(wǎng)及工業(yè)現(xiàn)場總線為網(wǎng)絡基礎，結合嵌入式雙冗余主機系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、網(wǎng)關（現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)轉換）、智能人機交互系統(tǒng)、智能圖像監(jiān)控采集終端、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端等嵌入式網(wǎng)絡設備和智能模塊構成的對船舶主動力系統(tǒng)（包括柴油機、燃氣輪機、推進電機等及附件）進行監(jiān)控的網(wǎng)絡系統(tǒng)。但這種雙環(huán)冗余工業(yè)以太網(wǎng)還是存在著以太網(wǎng)的先天缺陷：即通訊的不可控、不確定和強占帶寬等缺點。 AFDX網(wǎng)絡可解決這些潛在的通訊問題，其存在優(yōu)勢如下：· 現(xiàn)有的船舶主動力監(jiān)控系統(tǒng)是以雙環(huán)冗余工業(yè)以太網(wǎng)及工業(yè)現(xiàn)場總線為網(wǎng)絡基礎，而AFDX網(wǎng)絡也是基于以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)范改進的。· 隨著船舶主動力系統(tǒng)日趨復雜，船舶主動力監(jiān)控系統(tǒng)的要求也越來越高。AFDX可滿足高可靠性要求。· AFDX在國外的大飛機上得到成功應用，國內大飛機AFDX系統(tǒng)已在各研究所得到測試和仿真。這種星型的網(wǎng)絡架構可拓展的很多領域，尤其船舶行業(yè)最為被看好，將來會有大量的應用空間。· 首先船舶內部通訊、聯(lián)絡裝置各節(jié)點分布類似大飛機的各個ES,如果用AFDX網(wǎng)絡替代原有的1553和其它總線，這必然大大減少了電纜重量和聯(lián)接器的數(shù)量，這給船舶電子系統(tǒng)進行更大規(guī)模綜合的控制和組網(wǎng)帶來革命性的改變。· AFDX的傳輸速度、信息綜合強度和實時性、冗余網(wǎng)絡結構完全可以滿足現(xiàn)代各種船舶的控制需求。· AFDX的低成本及開放的網(wǎng)絡架構是下一代船舶控制的最佳選擇。· 同時，AFDX采用接入交換和骨干交換拓撲結構使它的覆蓋范圍和可以支持的節(jié)點數(shù)目遠遠超過了1553B總線。