不同速率下1553B總線網(wǎng)絡(luò)性能分析

張 楠，王晨博，馮思桐

(航空工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

MIL-STD-1553B廣泛用作軍用飛機的航空電子數(shù)據(jù)總線，于1978年標準化，其通信速度為1 Mbps。三代機中航空電子系統(tǒng)各設(shè)備之間通過1553B總線互聯(lián)通信，隨著航電系統(tǒng)任務(wù)量的增大，后續(xù)型號飛機中已采用高速光纖交換網(wǎng)絡(luò)替代1553B作為航電系統(tǒng)主網(wǎng)絡(luò)。但目前仍有大量現(xiàn)役型號使用1553B總線。隨著數(shù)據(jù)量的增加，目前1 Mbps的1553B總線已飽和，原有的通信速度顯然成為了提升飛機整體作戰(zhàn)性能的瓶頸，為提高現(xiàn)役飛機整體作戰(zhàn)性能，需要在原有1 Mbps提升速率，以滿足綜合孔徑雷達系統(tǒng)、增強視景系統(tǒng)以及視頻、圖像等的傳輸帶寬要求。

1 不同速率總線性能分析

目前典型的高速1553B包含2 M/4 Mbps速率，10 Mbps以及100 Mbps 1553B總線。3種1553B產(chǎn)品采用完全不同的總線技術(shù)，基于1553B協(xié)議實現(xiàn)通信功能。

1) 2 M/4 Mbps技術(shù)

2 M/4 Mbps 1553B總線是在MIL-STD-1553B基礎(chǔ)上，不改變原有網(wǎng)絡(luò)拓撲和傳輸物理介質(zhì)。將原有1 Mb/s的1553B總線傳輸速率提升至2 M/4 Mbps。

2 M/4 Mbps技術(shù)主要是通過修改協(xié)議處理器主頻并修改收發(fā)器編解碼速率來實現(xiàn)總線速率提升，總線協(xié)議、編解碼方式與1 Mb/s的1553B總線相比并未發(fā)生變換。

2) 10 M技術(shù)

EBR-1553(Enhenced Bit Rate 1553)總線是以AS5652標準為基礎(chǔ)，在原有1553B總線協(xié)議基礎(chǔ)上，通過修改總線拓撲結(jié)構(gòu)以及傳輸物理介質(zhì)，將原有1 Mb/s的1553B總線傳輸速率提升至10 Mb/s，極大提升了原有1553B總線負載能力。

EBR-1553摒棄了原有1553B總線結(jié)構(gòu)拓撲，改為星型總線拓撲結(jié)構(gòu)，增強總線消息的實時性，總線控制器(BC) 通過邏輯集線器(logicHUB) 和所有的遠程終端RT分別獨立連接。星型拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 EBR-1553星型拓撲結(jié)構(gòu)

消息傳輸方式方面，EBR-1553的星型結(jié)構(gòu)中，Logical HUB在總線結(jié)構(gòu)中起到了BC與RT消息收發(fā)“開關(guān)”的作用，可實現(xiàn)BC到RT通路控制，通過設(shè)置不同的工作模式，BC可以選擇將指令字發(fā)給所有RT地址，也可以選擇發(fā)給指定的RT地址，既可以選擇相應(yīng)所有RT回的狀態(tài)字，也可以只指定相應(yīng)RT地址回的狀態(tài)字。該結(jié)構(gòu)增強了網(wǎng)絡(luò)的確定性，提高了總線點到點的傳輸能力。消息類型方面，與傳統(tǒng)1553B 消息格式相比減少了RT到RT傳輸消息和RT到RT廣播消息，其余消息格式與1553B總線相同。在物理介質(zhì)方面，EBR-1553不再采用傳統(tǒng)的屏蔽雙絞線，而是采用更適合星型總線的RS485總線作為傳輸介質(zhì)。

3) 100 M技術(shù)

E1553(Extend-1553)總線基于STANAG 7221標準。E1553總線技術(shù)復(fù)用原有1553B線纜，在原有機載1553B總線上實現(xiàn)100M傳輸，與原有1M速率同時運行，互不干擾。其技術(shù)實現(xiàn)的原理為在現(xiàn)有電纜可用的數(shù)據(jù)傳輸區(qū)域(未使用的頻帶)，增加新的高速數(shù)字通信技術(shù)，實現(xiàn)并行傳輸。消息傳輸方面，E1553由總線控制器統(tǒng)一調(diào)度，支持點對點通信和廣播兩種方式，支持命令響應(yīng)型和時分復(fù)用型兩種總線調(diào)度方式。

圖2 E1553總線拓撲圖

消息類型方面，網(wǎng)絡(luò)調(diào)度參照1553B協(xié)議，采用命令響應(yīng)方式，由BC統(tǒng)一負責總線調(diào)度。與傳統(tǒng)1553B 消息類型相同。消息格式及編碼方式進行更改。物理介質(zhì)方面，原有機載1553B總線上實現(xiàn)100 M傳輸，與1 M速率1553B總線同時運行，互不干擾。在現(xiàn)有電纜可用的數(shù)據(jù)傳輸區(qū)域(未使用的頻帶)，增加新的高速數(shù)字通信技術(shù)，實現(xiàn)并行傳輸。四載波頻分復(fù)用+單載波正交頻分復(fù)用(OFDM)，增大傳輸速率，單載波頻寬5 MHz，起始頻點為20 MHz，抗干擾能力強，減少高頻衰減，傳輸距離遠。

2 三種總線特點對比

對三種不同速率的1553B總線進行對比，如表1所示。

從通用性角度，2/4 Mbp 1553B產(chǎn)品通用性強，無需更改當前總線傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，僅需更換原有網(wǎng)絡(luò)接口模塊即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級，但對飛機總體速率提升不明顯，依然無法滿足個別設(shè)備如視頻、雷達數(shù)據(jù)的傳輸要求。EBR-1553產(chǎn)品相比于2/4 M1553B產(chǎn)品，不需要更換原有網(wǎng)絡(luò)接口模塊及傳輸介質(zhì)。E1553產(chǎn)品可在不影響當前網(wǎng)絡(luò)的情況下通過加裝設(shè)備實現(xiàn)，且不需要改變總線傳輸介質(zhì)，通用性較強。

表1 三種總線基本參數(shù)對比

從成熟度出發(fā)，2/4 Mbp 1553B產(chǎn)品目前應(yīng)用較為廣泛，4 Mbp 1553已在航天等領(lǐng)域應(yīng)用多年，且協(xié)議符合性測試及電氣特性測試標準和設(shè)備成熟，成熟度較高。E1553產(chǎn)品目前已在國外多款飛機中開展多項驗證工作并列裝，技術(shù)相對成熟，但國內(nèi)相關(guān)技術(shù)剛開展研制，尚無完善的測試驗證手段，成熟度為低。

3 結(jié)論

三種總線是針對不同的應(yīng)用背景在1 Mbp 1553B總線的技術(shù)基礎(chǔ)上進行升級改造。2/4 Mbp 1553B技術(shù)成熟，改造難度低，但速率提升不明顯，需更換全部節(jié)點才能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級，成本較高。EBR-1553技術(shù)提速明顯，但需更換網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)拓撲，成本和改造難度均較高。E1553產(chǎn)品可在原有機載1553B總線上實現(xiàn)100 M傳輸，與1 Mbp 1553B總線同時運行，互不干擾，可以不改變飛機原有布線，不更改線纜，無需對飛機本體進行改動，可以大大節(jié)省時間和成本，而且可以根據(jù)任務(wù)特點進行設(shè)備加裝，方便靈活，因此100 M產(chǎn)品非常適用于飛機升級改造工作，必然成為未來航電、機電等系統(tǒng)升級改造的首選。