1 引 言
综合航空电子系统是现代战机的一个重要组成部分，航电总线系统是航电系统的关键。就新一代飞机的航电系统而言，对航空电子总线系统提出了更具挑战性的要求，必须选择先进的总线技术进行研究，为新一代航空电子综合系统发展奠定基础，使航空电子系统能够适应现代战争不断增长的需求，同时满足经济可承受性、高可用性、高可靠性和大容量、深层次的信号与信息综合化程度要求。航电总线系统已逐渐演化为完整的航电网络系统。
使命计算是面向任务的，用以完成高性能计算技术和超越高性能计算技术范围的各项使命应用。在航电系统发展早期和中期，导航、雷达等子系统相对独立，任务的处理多依赖于飞行员的判断和各航电子系统的独立计算，使命计算的作用并不突出。
随着航电系统的不断发展，综合化程度的不断增强，使命计算的地位越来越重要，与此同时使命计算面临越来越大的挑战，包括调度策略问题，满足QoS需求和支持新一代飞机实时应用需求的面向对象中间件设计问题，以及处理各种确定性、非确定性、运行时问题等。
2 使命计算对航电总线网络的挑战
随着航电系统综合化不断提高，不确定性的增加，环境越来越复杂，航空电子使命计算越加重要，而与此同时也就出现了越来越多的挑战，包括调度策略、扩展I／O、紧耦合多处理能力、尺寸和重量的限制、不确定性和紧迫性下的处理能力、支持可替换性和高度可重用性等。扩展I／O需求、紧耦合多处理能力、尺寸和重量的限制、高可用性要求、支持可替换性和高度可重用性与航电总线网络密切相关。
2.1 扩展I／O需求
使命计算机需要互连大量的系统，包括数据传感器、导航子系统、雷达、导弹报警传感器、网络数据链路、视频显示、大量存储接口等。事实上，对于一个复杂的平台而言，使命计算机需要互连20～30个不同的子系统。这些数据接口通常要求使用不同的航电总线网络。航电总线系统不断发展要求I／O信号的数量急剧增加，这些I／O信号要求具有1 Gb／s或者更大的传输速率。
2.2 紧耦合多处理能力
现代航空电子使命计算要求最密集软件、嵌入式、关键性、不确定性、紧迫性下实时应用特性共同存在。可操作飞机程序的复杂性，就相当于工业领域那样，被具有多数据源多处理任务的多功能系统操作。增加使命计算复杂性涉及到很多待处理类型：周期性任务；异步任务和要求苛刻的任务；集中式的可计算任务；可结合任务和优先状态机逻辑任务。处理上述各种任务需要多处理器操作。此外，为了便于维护和升级，可操作飞机程序也必须模块化处理。图1阐明在进行使命计算机软件设计时一个典型的软件层次划分。
2.3 尺寸和重量的限制
无论是超音速战斗机还是攻击型歼击机或是其他战机，使命计算机都有自己的位置和范围。随着航空电子高度综合化，对各种负载所占空间和质量都有了更严格的限制，这就要求系统集成者研究一种体性结构使得终端系统具有最小的尺寸和质量。
2.4 支持可替换性和高度可重用性
在现今的航电系统部署结构中，一个复杂的武器系统超过生命周期而继续维护的代价是可以接受的。维护代价大部分在于修理代价，并非真正的修理武器系统本身，而是应用于后勤的修理代价。通过移除和替代系统组件，例如一些可插拔的处理部件和I／O板级，这减少了传统的移除系统级“黑匣子”的操作。通过设计线形可替代环系统和处理故障在部件级而非盒子级可以显著减少成本、体积、质量、费用。现在的航空电子应用通常基于特定的产品族，如果大的、公共的部分可以被共用、开发和测试成本就会显著缩减。此外，组件的测试和验证也可以被共享，这也会减少开发的时间和提高效率。
3 常用航电总线网络系统
3.1 MIL-STD-1553B数据总线
MIL-STD-1553B数据总线标准于1978年形成并一直沿用到今天。它是一种按时分式指令／响应模式工作的串行多路数据传输总线。总线结构如图2所示。1553B总线可以挂接32个终端，除了总线控制器外任何一个终端出故障都不会造成整个网络的故障，总线控制器可以通过备份提高可靠性。1 553 B总线在减少航空电子设备的空间、质量、复杂性、军用航空电子综合费用并且可以解决电子系统设计师在综合来自不同厂家各种现场可更换单元时所面临的难题的优势，成为现代机载计算机局域网的支柱。但其工作模式限定了它只能是集中式控制分布式处理，消息只能以1 Mb／s的速率传输，消息传输的平均吞吐量为200～300 kb／s，且能挂接的终端数目仅32个。
1553B数据总线在减少航空电子设备的空间、质量、复杂性、费用方面具有较好的能力，在可替换性和可重用性方面具有较好的能力。1553B总线不能保证关键数据的固定传输带宽和实时性以及非关键数据对带宽的实时动态抢占，不能很好地处理关键性任务；消息只能以1 Mb／s的速率传输，对于关键性、不确定性和紧迫性下的处理能力大打折扣；仅能挂接32个终端数目，不能满足扩展I／O需求。
3.2 MIL-SFD-1773数据总线
20世纪80年代中期，美国在1553B总线技术的基础上发展MIL-STD-1773光纤总线，它与1553B总线主要区别在于采用光纤作为传输介质。MIL-STD-1773总线物理层之上的协议机制与民用传输协议类似。为满足特殊的使用环境采用流量分类技术，同时复合时分和空分机制，从而保证关键数据的固定传输带宽和实时性，同时实现非关键数据对带宽的实时动态抢占。其关键性缺陷在于，协议中没有对冗余保护机制做明确说明，冗余保护依赖于上层应用，物理层和MAC层只提供简单的错误检测、纠错和告警处理。
1773数据总线在减少航空电子设备的空间、质量、复杂性、费用方面具有好的能力，在可替换性和可重用性方面具有较好的能力。由于采用了光纤作为传输介质并且数据传输速率达到20 Mb／s，1773数据总线在关键性、不确定性和紧迫性下的处理能力都有所增强。但是1773数据总线不能进行分布式处理，不能满足扩展I／O需求。
3.3 高速数据总线HSDB
20世纪80年代来航空电子设备也发生了深刻变化，为了适应航空电子航空电子系统的高度复杂性和对控制上健壮性的需求，美国提出“宝石柱”计划，该计划的一个重要特点是采用高速数据总线HSDB，以光纤技术构成双冗余度的通信信道，提高数据通信容量，满足处理部件之间以及系统间的数据交换需要。这一时期的总线技术由1 Mb／s的1553B上升到50 Mb／s的线性令牌传递总线(LTPB)，使航电系统在信息一级实现了更高层次的综合。但是综合仍限于数据处理，对于信号，尤其是射频信号仍没有达到全面综合的目的。
高速数据总线HSDB在减少航空电子设备的空间、质量、复杂性、费用以及可替换性和可重用性方面具有很好地能力。HSDB以光纤技术构成双冗余度的通信信道，满足处理部件之间以及系统间的数据交换需要。HSDB的传输速率能达到50 Mb／s，能够很好地支持实时应用，这使得HSDB在关键性、不确定性和紧迫性下的处理能力相比较1773数据总线都有所增强。HSDB可以挂接128个终端设备，在扩展I／O方面比1553B和1773数据总线有所改善。
4 弹性分组环网和简化的弹性分组环网
前面已经分析过使命计算在现有.网络应用中的优点及缺点。下面对弹性分组环(RPR)做研究分析并提出一和简化的弹性分组环网来改善上述各种总线网络的不足。
4.1 弹性分组环网
弹性分组环网是IEEE 802协议中最新的一种电信运营级以太网传输协议。弹性分组环网的节点结构如图3所示。RPR技术是一种在环形结构上优化数据业务传送的新型MAC层协议，能够适应多种物理层(如SDH、以太网、DWDM等)，可有效地传送数据、话音、图像等多种业务类型。
