FC网络在民用技术的基础上增加了满足航空电子系统应用要求的高层协议,具有高带宽、低延迟、抗干扰等优点,已经广泛应用于新一代航空电子系统。
航空电子系统和输入/输出设备之间采用光纤传输的高性能数据传输接口。
FC网络在民用技术的基础上增加了满足航空电子系统应用要求的高层协议,具有高带宽、低延迟、抗干扰等优点,已经广泛应用于新一代航空电子系统。
20世纪80年代,美国国家标准委员会(ANSI)的光纤通道小组(编号X3T11)研究并制定高速串行数据传输协议,主要用来连接工作站、大型机、巨型机和存储设备,此协议可实现大量的高速度数据传输,为网络、存储设备和数据传输设备提供了实用、高性能和可扩展的数据交换标准。
21世纪以来,国际信息技术标准委员会(INCITS)陆续制定了适应于航空电子环境的FC高层协议系列标准——光纤通道-航空电子环境(FC-AE),已成为ISO标准。包括基于FC-AE的匿名签署消息协议(FC-AE-ASM)、1553协议(FC-AE-1553)、远程直接存储器访问协议(FC-AE-RDMA)、FC轻量协议(FC-AE-FCLP)等,主流应用的是FC-AE-ASM 和FC-AE-1553 协议。FC-AE-ASM协议旨在实现两个FC端口之间的双向通信,用于航电的命令、控制、仪表、仿真、信号处理、传感器等数据的传输,这些应用需求虽多种多样,但均用于支持实时系统的控制应答,共同特点是高可靠性、容错以及确定性。FC-AE-1553协议是将传统机载总线协议MIL-STD-1553B映射到高带宽的FC网络中,形成一个传输速率高、维护费低廉、抗干扰能力强的高确定性协议,能够实现对传统机载总线协议的兼容。
在航空电子系统中,美国空军的“联合先进攻击技术”计划(JAST)提出了统一航空电子互联网络FC的方案,用以连接综合核心处理机、综合传感器系统、飞行器管理系统、驾驶员/飞机接口等。
FC协议抽象为五个独立的层次(图1),从低层到高层顺序为FC-0到FC-4。FC-0层是物理层,定义了连接的物理端口特性。物理介质有同轴电缆和光纤。光纤通道所规定的基本数据传输率为1.0625吉比特/秒,还有2~4倍甚至更高的传输率。FC-1层是信号编码和解码层。FC-2层定义了数据帧传输机制,负责将数据从网络发送出去所必需的一些操作,包括组帧、流量控制策略、目标寻址、传输服务等。FC-3层是通用服务层,提供高级特性的公共服务,如名称服务和时钟服务。FC-4层是高层协议映射层,定义了小型计算机系统接口(SCSI)、互联网协议(IP)、异步传输模式(ATM)等高层协议是如何运行于光纤通道上的,增加了扩展性和可动态配置的优势。
FC协议定义了三种基本的拓扑结构:点到点、仲裁环和交换结构。每一种拓扑结构都适用于不同的目的,并且这些拓扑结构都能够组合起来构成更大规模的网络(图2)。为了适应各种要求,FC协议定义了多种数据传输的方式,每种传输方式都对应一种服务类型,通过使用不同的连接方式和流控机制来传送数据。其中,3类服务具有很好的实时性,光纤通道的物理层保证了传输可靠性,比较适合航空电子应用。美国国家标准委员会颁布的FC-AE标准明确规定了必须使用3类服务进行数据传输。例如,FC-AE-ASM作为航电主干网络通信协议,FC-AE-1553通信协议用于与外挂等子系统互连。
FC网络适用于航空电子系统,旨在降低航空电子系统的成本、整机重量,提高系统可靠性。同时,FC网络还给综合化航空电子系统带来了容错、重构、资源共享、信息融合等优势,并有助于提升系统的性能、开放性和可扩展能力。很多新型战斗机航空电子系统中都采用了FC网络,例如美国F-35飞机。
FC网络能为航空电子系统提供了高速、可靠的数据通信,支撑航电系统从综合化航空电子系统向先进综合化航空电子系统的跨代发展,提升了飞机的信息化、智能化水平。