1.AFDX應用(yong)情況
    1.1. 空客

    AFDX在(zai)空中客車(che)A380和A400M中均有(you)使用。
    AFDX作為(wei)A380大(da)型(xing)客(ke)機(ji)的(de)(de)航空電(dian)子綜合(he)化(hua)網(wang)絡，對機(ji)上飛(fei)行控制(zhi)、座艙、動力、燃油、機(ji)艙等系(xi)統(tong)的(de)(de)電(dian)子設備進行互(hu)連(lian)，并考慮到飛(fei)機(ji)的(de)(de)冗余(yu)控制(zhi)和左右的(de)(de)空間布局，網(wang)絡拓撲形式為(wei)：骨干交換機(ji)與接(jie)入交換機(ji)，每個接(jie)入交換機(ji)與大(da)約20個端(duan)系(xi)統(tong)全雙工相連(lian)，總共150~200節點(dian)，網(wang)絡連(lian)接(jie)具有冗余(yu)鏈路。

    1.2. 波音

    AFDX的應用實例還(huan)包括波(bo)音787 和(he)波(bo)音767-400ER通信與飛(fei)行管理系統。

    1.3. 國內

    我國的大飛機已確定用AFDX系統，在AFDX被提出之前，我國也對交換式以太網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已經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境有著類似的地方。
    目前(qian)，我(wo)國對AFDX的(de)研究是與(yu)先進航空(kong)電(dian)子綜合化系統(tong)關鍵技術相(xiang)結合進行(xing)的(de)，各相(xiang)關的(de)科研院所、大專院校均已用GE的(de)AFDX的(de)產(chan)品進行(xing)網絡的(de)性能評價與(yu)工程應用。

2. AFDX技術
    2.1. 什么是(shi)AFDX

    AFDX全稱為航(hang)空電子全雙工交換(huan)式以太(tai)網(wang)（Avionics Full Duplex SwitchedEthernet ），簡稱AFDX，它是為在(zai)航(hang)空子系(xi)統之間進行數(shu)據交換(huan)而定義(yi)的(de)一種(zhong)協(xie)議（IEEE 802.3和(he)ARINC 664 Part7）標準，是基于ARINC429和(he)1553B基礎(chu)之上的(de)一種(zhong)總線通(tong)信協(xie)議規(gui)范(fan)（ARINC664）。
    AFDX是(shi)機(ji)載交(jiao)(jiao)換(huan)式網絡(luo)的(de)代表，也(ye)是(shi)大型機(ji)航空(kong)電(dian)(dian)子(zi)網絡(luo)的(de)有價(jia)值(zhi)的(de)候(hou)選方案(an)。AFDX發源于商用交(jiao)(jiao)換(huan)式以(yi)太網技術，根據(ju)航空(kong)電(dian)(dian)子(zi)的(de)應(ying)用特點(dian)進行了改造，獲得產業界(jie)的(de)廣泛支持(chi)，并(bing)且(qie)已由航空(kong)電(dian)(dian)子(zi)工程委員會（AEEC）發布了ARINC 664 part 1~part 8規范(fan)草案(an)。

    2.2. AFDX用途

    AFDX網絡是大型運輸機和(he)民(min)用(yong)機載(zai)電子系統(tong)綜合化(hua)互聯的適宜的解決方案。
    傳統(tong)大(da)(da)型飛機(ji)(ji)機(ji)(ji)載系(xi)統(tong)的(de)(de)信(xin)息處(chu)理(li)密度小于主戰飛機(ji)(ji)，它們(men)(men)的(de)(de)航(hang)空(kong)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)系(xi)統(tong)由成套的(de)(de)分立式(shi)設備組成。然而，大(da)(da)型飛機(ji)(ji)的(de)(de)航(hang)空(kong)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)系(xi)統(tong)不(bu)會停滯不(bu)前，機(ji)(ji)載電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)系(xi)統(tong)會涉及到高性(xing)能的(de)(de)處(chu)理(li)與信(xin)息綜合與融合任務，從長遠來看，綜合式(shi)模塊化是航(hang)空(kong)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)系(xi)統(tong)發展的(de)(de)趨勢。因此，我們(men)(men)的(de)(de)確需要(yao)從實(shi)際情況出(chu)發，采(cai)用一種既能夠(gou)滿足信(xin)息綜合強度和實(shi)時性(xing)能保證的(de)(de)要(yao)求，又能夠(gou)兼顧多(duo)代既有的(de)(de)航(hang)電(dian)(dian)(dian)(dian)設備，而且(qie)能夠(gou)穩步地過渡(du)到先進的(de)(de)航(hang)空(kong)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)體(ti)系(xi)結構的(de)(de)開放式(shi)網(wang)絡互連技術，航(hang)空(kong)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)全雙工交換式(shi)以太網(wang)（AFDX）就是這種應(ying)用條(tiao)件下成功的(de)(de)典范。

2.3. AFDX與1553B,ARINC429的區別

    ARINC429和1553B兩種(zhong)實(shi)用化(hua)機(ji)載總(zong)(zong)(zong)(zong)線都經過了(le)(le)多年的(de)實(shi)際應(ying)(ying)用，其優點(dian)也(ye)是毋庸(yong)置疑的(de)。但是，它們同時也(ye)存在(zai)不同程度(du)(du)的(de)缺(que)點(dian)。MIL-STD-1553B總(zong)(zong)(zong)(zong)線的(de)主要缺(que)點(dian)是采用了(le)(le)總(zong)(zong)(zong)(zong)線控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)，整個總(zong)(zong)(zong)(zong)線系(xi)統的(de)通(tong)信是在(zai)總(zong)(zong)(zong)(zong)線控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)的(de)指揮下完(wan)成的(de)，這給總(zong)(zong)(zong)(zong)線帶來(lai)潛(qian)在(zai)的(de)單點(dian)故障可能性，一旦(dan)總(zong)(zong)(zong)(zong)線控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)失效，將造成整個總(zong)(zong)(zong)(zong)線系(xi)統的(de)癱瘓。雖然可以增加一個備用總(zong)(zong)(zong)(zong)線控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)來(lai)提高(gao)總(zong)(zong)(zong)(zong)線的(de)可靠性，但這樣就(jiu)大大增加了(le)(le)系(xi)統軟(ruan)硬件(jian)的(de)復雜程度(du)(du)。同時1553B總(zong)(zong)(zong)(zong)線雖然提高(gao)了(le)(le)綜(zong)合化(hua)程度(du)(du)，但是單條1553B總(zong)(zong)(zong)(zong)線的(de)節點(dian)數目不能超過31個，集(ji)中式的(de)總(zong)(zong)(zong)(zong)線調(diao)度(du)(du)限制(zhi)了(le)(le)系(xi)統升級和適應(ying)(ying)多任務的(de)靈活性。

    ARINC429總(zong)線雖然沒有總(zong)線控制器，但(dan)是為了(le)使(shi)消息(xi)在(zai)總(zong)線上(shang)有序的(de)(de)傳輸(shu)而不發生碰撞，其付出的(de)(de)代價(jia)是只能使(shi)一個(ge)信源連接一條ARINC429總(zong)線，這(zhe)必(bi)然大大增(zeng)加了(le)電纜重量和(he)聯接器的(de)(de)數量，這(zhe)給航空電子系(xi)統進行(xing)更大規模的(de)(de)綜合帶(dai)來不可(ke)逾越的(de)(de)障(zhang)礙(ai)。

    AFDX的傳(chuan)(chuan)輸速(su)度可以達(da)到100Mbit/s甚至更高，傳(chuan)(chuan)輸介質(zhi)為銅制(zhi)電(dian)纜或光纖。AFDX中沒有(you)總(zong)線控制(zhi)器，不存在1553B中的集中控制(zhi)問題。同時，AFDX采用接(jie)入交換和(he)(he)骨干交換拓撲結構使它的覆蓋范圍和(he)(he)可以支持(chi)的節點數目遠遠超(chao)過了1553B總(zong)線。

    在(zai)ARINC429中(zhong)，一個發(fa)送(song)機(ji)可(ke)以連接(jie)20個接(jie)收機(ji)。而(er)在(zai)AFDX中(zhong)，發(fa)送(song)機(ji)連接(jie)的(de)(de)(de)接(jie)收機(ji)的(de)(de)(de)數(shu)量僅由(you)交換機(ji)端口的(de)(de)(de)數(shu)目(mu)限制。同樣，通過交換機(ji)的(de)(de)(de)串(chuan)連，可(ke)以很容(rong)易的(de)(de)(de)將接(jie)收機(ji)的(de)(de)(de)數(shu)量增加到(dao)需(xu)要的(de)(de)(de)數(shu)目(mu)。另(ling)外，根據ARINC 664 part7 “確定型網絡”草案的(de)(de)(de)規(gui)定，AFDX采用虛擬鏈路（virtual link, VL）技術替代數(shu)目(mu)眾多(duo)的(de)(de)(de)ARINC 429單(dan)向傳輸總線，大(da)大(da)減少了(le)電纜(lan)的(de)(de)(de)重量和聯(lian)接(jie)器(qi)的(de)(de)(de)數(shu)量，使航空電子系統可(ke)以進行大(da)規(gui)模(mo)的(de)(de)(de)綜(zong)合(he)。

    幾種總(zong)線(xian)性能指標對(dui)比(bi)如下：
ARINC429 1553B AFDX 商用(yong) 以太網 FC 應用(yong)機種 A310，A300，600 波音(yin)(yin)757-767 F16，F18，B-1 A380，A400M 波音(yin)(yin)787 ，波音(yin)(yin)767-400ER 傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)速(su)率 低速(su)為12～14.5kb/s；高(gao)速(su)為100kb/s 1Mbps 10/100/ 1000M/bit 10/100 /1000M/bit 1Gbps 實時性(xing) 高(gao) 較高(gao) 高(gao) 低 高(gao) 消息最(zui)大數(shu)據(ju)字節 4 32 1518 1518 2112 傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)方式 單工 半(ban)雙(shuang)(shuang)工 全(quan)雙(shuang)(shuang)工 半(ban)雙(shuang)(shuang)工/全(quan)雙(shuang)(shuang)工 仲裁(cai)環 通訊方式 異(yi)步 異(yi)步 傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)碼型 雙(shuang)(shuang)極性(xing)歸零碼 曼(man)徹斯特雙(shuang)(shuang)極性(xing)碼 耦合方式 直(zhi)接耦合 變壓(ya)器耦合 傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)介(jie)質(zhi) 屏蔽雙(shuang)(shuang)絞線 屏蔽雙(shuang)(shuang)絞線 光纖(xian)/電(dian)纜(lan) 光纖(xian)/電(dian)纜(lan) 光纖(xian) 拓撲結(jie)構 點(dian)對點(dian) 總(zong)線型 星(xing)型 星(xing)型 星(xing)型 最(zui)大終端數(shu) 20 32 冗(rong)余特性(xing) 不(bu)支(zhi)持(chi) 支(zhi)持(chi) 支(zhi)持(chi) 不(bu)支(zhi)持(chi) 不(bu)支(zhi)持(chi) 標準(zhun)頒布時間 1977 1978     目前(qian)機載總(zong)線主要有ARINC429、1553B、AFDX、商用(yong)以太網和FC等。

    ARINC429總(zong)線(xian)傳輸(shu)速率僅(jin)有100Kbps，由于是點(dian)對點(dian)的連接方式，所以多個(ge)分系統之間(jian)相(xiang)互傳輸(shu)數據(ju)時需要多條數據(ju)總(zong)線(xian)，從而大(da)大(da)增加了機載電纜的數量。

    1553B總(zong)線(xian)實時性較(jiao)高，總(zong)線(xian)速度(du)最高只能達(da)到1Mbps，并且需(xu)要總(zong)線(xian)控(kong)制器進行總(zong)線(xian)的統一調度(du)，比較(jiao)適(shi)用于(yu)分系統之間控(kong)制指令的傳(chuan)(chuan)輸(shu)，不適(shi)合分系統間大(da)數據(ju)量的傳(chuan)(chuan)輸(shu)。

    FC的(de)(de)傳輸(shu)速率雖然(ran)達到1Gbps，但(dan)構建機載網(wang)絡系統的(de)(de)成(cheng)本(ben)較(jiao)高，再(zai)加上(shang)目前國內技術不成(cheng)熟(shu)，無法直接用于機載型號的(de)(de)研制。

    商用(yong)以(yi)太網傳輸(shu)速度可以(yi)達到10/100/1000M/bit，適合大數據量的傳輸(shu)，但(dan)商用(yong)以(yi)太網協議(yi)本(ben)身并不能保(bao)證傳輸(shu)的實時性。

    AFDX的(de)傳輸(shu)(shu)速率一般為100Mbps，采用商(shang)用以太網(wang)(wang)的(de)MAC和物理鏈(lian)路，從(cong)而大大降低了總線(xian)網(wang)(wang)絡系(xi)統(tong)的(de)全壽命周期成本，另外通(tong)過(guo)對(dui)商(shang)用以太網(wang)(wang)的(de)傳輸(shu)(shu)協議進行(xing)實(shi)時(shi)性改造，并增加了虛擬鏈(lian)路（VL）的(de)概念，同時(shi)通(tong)過(guo)雙(shuang)余度的(de)傳輸(shu)(shu)網(wang)(wang)絡來保證數據(ju)傳輸(shu)(shu)的(de)實(shi)時(shi)性和可靠性。目(mu)前，AFDX總線(xian)網(wang)(wang)絡系(xi)統(tong)已經(jing)應用到民用客機A380、B787、ARJ21和軍用運(yun)輸(shu)(shu)機A400M上。

    2.4. AFDX組成

    2.4.1. AFDX網絡拓撲(pu)

    AFDX具有封(feng)閉的網(wang)絡(luo)拓(tuo)撲(pu)，拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)為星(xing)型。AFDX網(wang)絡(luo)主要由端(duan)系統(tong)（end-system），AFDX交換機（switch）以及傳輸鏈路（link）組成。

2.4.2. 端(duan)系統

    端系(xi)(xi)統是構成AFDX網(wang)絡的(de)一種重要(yao)網(wang)絡元件，它嵌入在每個航空電子(zi)子(zi)系(xi)(xi)統中，將(jiang)子(zi)系(xi)(xi)統與(yu)AFDX網(wang)絡連接起來，它負責消息的(de)發送和接收。AFDX“確定型網(wang)絡”的(de)特性(xing)主(zhu)要(yao)由端系(xi)(xi)統實現，這些(xie)特性(xing)主(zhu)要(yao)包括：流量整形、完(wan)整性(xing)檢測(ce)和冗(rong)余管理(li)等。

    2.4.3. AFDX交換機

    交(jiao)換(huan)機就是(shi)一種在通信系統中完成信息交(jiao)換(huan)功能的設(she)備。相(xiang)比(bi)于商用(yong)以太網交(jiao)換(huan)機，AFDX交(jiao)換(huan)機具(ju)備了(le)過濾功能、交(jiao)換(huan)功能、故(gu)障隔離、靜態路由等特點。

2.5. 功(gong)能

    2.5.1. AFDX幀結構

    AFDX網絡(luo)中(zhong)傳(chuan)輸的信號和以(yi)太(tai)(tai)網一樣是(shi)以(yi)幀的形式存在的，幀是(shi)以(yi)太(tai)(tai)網通信信號的基本單元。AFDX幀結(jie)構遵守由IEEE802.3標準(zhun)規范的以(yi)太(tai)(tai)網幀結(jie)構。

 2.5.2. 實時性

    AFDX是(shi)一(yi)種(zhong)確(que)定型網(wang)絡，其(qi)確(que)定性其(qi)中很重要(yao)的(de)(de)(de)一(yi)部分是(shi)指時間的(de)(de)(de)確(que)定性，即網(wang)絡保(bao)(bao)證給定的(de)(de)(de)處理（或通信傳(chuan)輸(shu)）會在確(que)定的(de)(de)(de)時間段內（截止期限）內完成(cheng)。AFDX的(de)(de)(de)實時性是(shi)通過流(liu)量(liang)整(zheng)形(xing)機制(zhi)來(lai)保(bao)(bao)證的(de)(de)(de)。在介紹流(liu)量(liang)整(zheng)形(xing)機制(zhi)之前首(shou)先對幾個AFDX中的(de)(de)(de)重要(yao)概(gai)念進行簡單的(de)(de)(de)說(shuo)明。

    2.5.3. 冗余管理

    AFDX網(wang)(wang)絡在(zai)運行時(shi)需要(yao)兩個(ge)互為(wei)冗余(yu)的(de)(de)交換網(wang)(wang)絡（網(wang)(wang)絡A和網(wang)(wang)絡B），AFDX通過(guo)冗余(yu)路徑(jing)來(lai)提高網(wang)(wang)絡的(de)(de)可靠性。在(zai)端系統中，每個(ge)需要(yao)發送(song)的(de)(de)幀都被(bei)復制，然后(hou)分別發送(song)到(dao)網(wang)(wang)絡A和網(wang)(wang)絡B上，最后(hou)幀和其副本都被(bei)傳送(song)到(dao)目的(de)(de)端系統中。

3.航電系統(tong)方案
    AFDX系(xi)(xi)(xi)統(tong)結(jie)構如下圖所示，航電(dian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)通過端(duan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)與AFDX仿真網絡交換(huan)機連接。端(duan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)嵌入(ru)在航電(dian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)中。一般來說，航電(dian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)能夠(gou)支持多個航空電(dian)子(zi)子(zi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)。任務分區給同一個航電(dian)系(xi)(xi)(xi)統(tong)中的航空電(dian)子(zi)子(zi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)提供了隔離。

4.AFDX船(chuan)舶系統可行性(xing)方(fang)案
    新型的船舶主動(dong)力監(jian)控系(xi)(xi)統是以(yi)雙環冗余工業以(yi)太網(wang)(wang)及工業現(xian)場總線為網(wang)(wang)絡(luo)基礎，結合嵌(qian)入式(shi)雙冗余主機系(xi)(xi)統、工業以(yi)太網(wang)(wang)交換機、網(wang)(wang)關（現(xian)場總線與以(yi)太網(wang)(wang)轉換）、智(zhi)能人機交互系(xi)(xi)統、智(zhi)能圖像監(jian)控采集終(zhong)端(duan)、現(xian)場數據采集終(zhong)端(duan)等(deng)嵌(qian)入式(shi)網(wang)(wang)絡(luo)設備(bei)和(he)智(zhi)能模(mo)塊構成的對船舶主動(dong)力系(xi)(xi)統（包括柴油(you)機、燃(ran)氣輪機、推進電機等(deng)及附件）進行監(jian)控的網(wang)(wang)絡(luo)系(xi)(xi)統。

    但這種雙環冗余工業以太網還是存(cun)在著以太網的(de)先(xian)天缺陷：即通(tong)訊的(de)不(bu)(bu)可控、不(bu)(bu)確定和強占帶寬等缺點。

    AFDX網絡可解決這(zhe)些潛在(zai)的通訊(xun)問題(ti)，其存在(zai)優勢如下：

    · 現有的船舶主動(dong)力(li)監控系統是以(yi)雙環冗余(yu)工業(ye)以(yi)太網及(ji)工業(ye)現場總(zong)線為網絡基礎，而AFDX網絡也(ye)是基于以(yi)太網協議規(gui)范改進的。

    · 隨著船舶主動力(li)系統日(ri)趨復雜，船舶主動力(li)監(jian)控(kong)系統的要求(qiu)也越來越高(gao)。AFDX可滿足高(gao)可靠性要求(qiu)。

    · AFDX在國(guo)外的(de)大飛機上得到(dao)(dao)成功應用(yong)，國(guo)內(nei)大飛機AFDX系(xi)統已在各研究(jiu)所得到(dao)(dao)測試和仿真。這種星型的(de)網絡架(jia)構(gou)可拓(tuo)展(zhan)的(de)很多領域，尤其(qi)船舶行業最為被(bei)看好(hao)，將來會有大量的(de)應用(yong)空間。

    · 首(shou)先(xian)船舶內部通訊(xun)、聯(lian)絡裝置各節點(dian)分布類似(si)大飛機(ji)的(de)各個ES,如(ru)果用(yong)AFDX網(wang)(wang)絡替(ti)代原有(you)的(de)1553和其它(ta)總線(xian)，這(zhe)必然大大減(jian)少(shao)了電纜重量和聯(lian)接器(qi)的(de)數量，這(zhe)給船舶電子系統進行(xing)更(geng)大規(gui)模綜合的(de)控制(zhi)和組網(wang)(wang)帶來革命性的(de)改(gai)變。

    · AFDX的傳輸速度、信息綜合強度和實時性、冗余網絡(luo)結構完全可(ke)以滿(man)足現(xian)代各種船舶的控制需求。

    · AFDX的(de)低成本及開放的(de)網絡架構是下一代(dai)船舶控制的(de)最佳選擇。

    · 同時，AFDX采用接入交換和骨干交換拓撲結構(gou)使它的覆(fu)蓋范圍和可(ke)以支持的節點(dian)數目遠遠超(chao)過了1553B總線。