基于数字总线技术的民用飞机客舱系统通信网络

朱青

【摘 要】随着电子技术的飞速发展，民用飞机客舱系统对电子技术应用需求范围不断扩展，传统通信网络也因面临着大数据量、高传输速率等技术要求的挑战。本文对客舱系统的通信网络设计需求进行了解读，并通过分析不同数字总线技术，提出了设计满足技术发展要求的民用飞机客舱系统通信网络的新思路。

【关键词】民用飞机；客舱系统；通信网络；总线

0 引言

随着民用飞机客舱系统功能的日趋复杂，客舱电子设备数量的大幅度提升，传统的通信网络架构的弊端逐渐显现，可扩展能力差，线缆多，设备尺寸重量偏大等问题困扰着主机制造商。此类通信网络所能提供的传输速率和可传输的数据量更是严重限制了客舱电子设备的增加和运用。因此，传输速率更高、交互能力更强、开放性更好的网络架构成为了新一代客舱系统的设计核心。

数字总线技术的发展和运用为客舱系统通信网络架构带来了更多的可能。本文综合数据传输速率要求、传输数据类型、数据传输有效性和完整性等因素，研究了几种主流数字总线技术在客舱系统中的运用。

1 民用飞机客舱系统

民用飞机客舱系统通常由旅客广播及内话、客舱管理、机载娱乐和外部通信几个部分组成的，其中机载娱乐和外部通信在现役机型中通常作为选装系统。客舱系统通信网络架构不仅需要实现各种数据格式信息的高速传输，还需要满足各类网络拓扑下的网络配置和管理要求。

2 数字总线技术在客舱系统网络架构中的运用

民用飞机客舱系统的通信网络架构根据不同数字总线技术的运用，可以分为以下两种类型：

1）基于RS232，RS485，ARINC429、CAN等数字总线的通信网络

2）基于以太网的客舱通信网络

在数字网络架构选型中，应考虑数据传输速率要求、传输数据类型、数据传输有效性和等因素。交互能力越强、开放性越好的网络架构，对客舱系统的功能扩展越有利，主要表现为可选功能的增加和部分功能实现时的多样性。

2.1 基于RS232，RS485，ARINC429等数字总线的通信网络

在客舱系统设备之间可采用RS232，RS485或ARINC429等数字总线形成点对点的网络拓扑形式。这样的网络架构更加适用于多个同类型的控制终端与系统头端设备之间的通信。与其他交联飞机系统之间同样可以使用RS232，RS485或ARINC429等数字总线。

以ARINC429总线为例，对此类数据总线的分析如下：

1）传输速率

ARINC429总线的传输速率分为高速工作状态和低速工作状态。高速工作状态的位速率应为100kb/s±1%。低速工作状态的位速率应在12.0～14.5kb/s范围内。选定后的位速率误差范围应在±1%之内。这样的传输速率决定了大部分客舱系统所需数据可以通过高/低速工作状态下的ARINC429总线进行传输。

2）传输数据类型

ARINC429总线的数据包格式相对固定，可传输的数据字格式包括了离散（DIS），二进制（BNR），二-十进制（BCD）等，同样也可以完成文件数据的传输。ARINC429总线一般不用于音、视频数据的传输，因此在客舱系统中通常会与RS485总线结合使用。

3）数据传输有效性和完整性

对于客舱系统的功能而言，对数据的有效性和完整性要求不高，通常为1.00E-05和1.00E-03。ARINC429总线完全可以满足对数据传输有效性和完整性的要求。

2.2 基于以太网的客舱通信网络

运用交换机/路由器技术建立客舱通信网络的主干网，并将客舱系统内部的设备、客舱系统的设备、客舱系统以外的设备以及地面加载/下传设备接入到了客舱系统的通信网络中。主要需要考虑的问题是如何实现网络配置的管理和控制。使用适合的网络拓扑结构可以大大的降低网络配置所带来的资源损耗，从而提高网络的传输效率。

1）传输速率

10M，100M以太网的运用大大的提高了网络的传输速率，1000M以太网的传输速率更是达到了1000Mbit/s。在客舱系统中，使用以太网可以极大程度的解决因大量音、视频数据传输带来的数据传输速率问题。

2）数据传输类型

以太网可传输的数据类型较多，包括各类数据字，文件数据和音、视频数据。客舱系统的网络协议设计和数据包格式的定义通常遵循ARINC628，仅部分设备之间存在基于IEEE802.3的私有网络协议。

3）数据传输有效性和完整性

从以太网的特性来说，对于客舱系统的功能，数据的有效性和完整性要求是可以满足的。

3 发展趋势分析

随着电子技术的飞速发展，民用飞机客舱内来自客舱乘组和旅客的电子技术应用需求范围也不断扩展和攀升。作为民用飞机的直接用户，航空公司希望提供定制化的和差异化的客舱服务及飞行体验来吸引乘客争夺市场。从客舱乘组的角度出发，由于飞机客舱系统日渐多样复杂，工作负荷也随之增加。客舱乘组希望客舱系统能够提供更多的自动化应用，来实现更高效和更便捷的客舱管理。从乘客的角度出发，传统的飞行体验已远远不能满足不同用户群体的需求，乘客希望在几个甚至是十几个小时的旅途中获得更舒适和多样化的飞行体验。

一方面，从航空公司的角度，客舱系统的通信网络的设计需要考虑为更多，更复杂的应用提供广阔的平台。扩展性强，标准化程度高将成为新型客舱系统通信网络架构的基本需求。

另一方面，从主机制造商的角度，客舱系统的复杂度高，功能多样化带来的直接成本就是系统重量的大幅度增加。因此集成化程度高，线缆铺设少的客舱系统将更受主机制造商的欢迎。

4 总结

客舱电子技术的应用客观上对飞机客舱系统的通信网络提出了更高的要求。大量音视频数据的频繁加载，新兴电子技术的应用，客舱电子设备的控制都需求一个高带宽，数字化的通信网络平台的支撑。通过合理的运用总线设计，并结合具体机型客舱需求，搭建一个交互能力更强、开放性更好的通信网络以克服传统通信网络和新兴电子技术的碰撞带来的技术瓶颈。

【参考文献】

[1]ARINC429，MARK 33 DIGITAL INFORMATIONTRANSFER SYSTEM （DITS）[M].

[2]ARINC628，CABIN EQUIPMENT INTERFACES[S].

[3]万翀.采用总线的民用飞机客舱照明系统[J].电光与控制，2015（3）.

[4]刘跃.新一代机载娱乐系统进人客舱[J].国际航空杂志，2009（8）.

[责任编辑：田吉捷]