AFDX

一、技术介绍

AFDX（Avionics Full - Duplex Switched Ethernet）即航空电子全双工交换式以太网，是一种专门为航空电子系统设计的网络技术。它基于以太网技术，但针对航空应用的高可靠性、高安全性和实时性要求进行了优化和改进。AFDX 网络能够在飞机的各个航空电子设备之间实现高速、可靠的数据传输，为飞机的飞行控制、导航、通信等关键系统提供了稳定的信息交互平台。

二、发展历史

早期的航空电子系统采用传统的串行总线，如 ARINC 429 等，这些总线虽然可靠性较高，但数据传输速率较低，难以满足现代航空电子系统日益增长的数据传输需求。随着航空技术的不断发展，飞机上的电子设备越来越多，数据量也急剧增加，传统总线的局限性日益明显。

以太网技术由于其高带宽、低成本和广泛的应用基础，逐渐受到航空领域的关注。然而，标准以太网缺乏确定性和可靠性保障，不能直接应用于航空电子系统。为了解决这些问题，在 20 世纪 90 年代末至 21 世纪初，欧洲航空航天工业界联合开展了相关研究，开发出了 AFDX 技术。AFDX 技术在 2000 年左右逐渐成熟，并首次应用于空中客车 A380 飞机上，之后在更多的民用和军用飞机上得到了广泛应用。

三、技术原理

（一）网络拓扑结构

AFDX 网络采用全双工交换式以太网拓扑结构，主要由端系统（ES，End System）和交换机（Switch）组成。端系统是连接到 AFDX 网络的航空电子设备，如飞行控制计算机、导航系统等。交换机则负责在端系统之间转发数据帧，它具有多个端口，可以同时处理多个端系统之间的数据通信。

（二）数据传输机制

1. 虚拟链路（VL，Virtual Link）：AFDX 引入了虚拟链路的概念，将物理网络划分为多个逻辑通道。每个虚拟链路都有唯一的标识符（VLID），不同的航空电子设备之间通过虚拟链路进行数据传输。虚拟链路的使用使得不同类型的数据可以在同一物理网络上进行隔离传输，提高了数据传输的安全性和可靠性。
2. 确定性调度：为了保证数据传输的实时性，AFDX 交换机采用了确定性调度算法。交换机根据虚拟链路的优先级和带宽分配，对数据帧进行调度和转发。高优先级的虚拟链路的数据帧可以优先通过交换机，确保关键数据能够及时传输。
3. 冗余设计：AFDX 网络采用双余度设计，即每个端系统通过两条独立的物理链路连接到两个独立的交换机。在正常情况下，两条链路同时工作，传输相同的数据。当其中一条链路出现故障时，另一条链路可以继续保证数据的传输，提高了网络的可靠性。

（三）数据帧格式

AFDX 数据帧基于以太网帧格式，但在以太网帧的基础上增加了一些字段，用于支持虚拟链路和冗余管理等功能。例如，在以太网帧的头部增加了虚拟链路标识符（VLID）字段，用于标识该数据帧所属的虚拟链路。

四、应用场景

（一）民用航空领域

1. 飞行控制系统：飞行控制系统需要实时获取飞机的各种传感器数据，如姿态、速度、高度等，并根据这些数据进行飞行姿态的调整和控制。AFDX 网络的高可靠性和实时性能够确保传感器数据及时、准确地传输到飞行控制计算机，保证飞行安全。
2. 航电综合系统：现代民用飞机的航电综合系统集成了多个子系统，如导航系统、通信系统、气象雷达等。AFDX 网络可以实现这些子系统之间的数据共享和交互，提高航电系统的整体性能和效率。
3. 客舱娱乐系统：随着乘客对机上娱乐体验的要求越来越高，客舱娱乐系统的数据传输量也不断增加。AFDX 网络的高带宽特性可以满足客舱娱乐系统对高清视频、音频等数据的传输需求。

（二）军用航空领域

1. 作战飞机航电系统：作战飞机的航电系统需要处理大量的战术数据，如雷达探测信息、武器系统状态等。AFDX 网络的高速数据传输能力和高可靠性可以确保作战飞机在复杂的战场环境下能够快速、准确地获取和处理信息，提高作战效能。
2. 无人机系统：无人机的飞行控制和任务执行需要实时的数据传输和处理。AFDX 网络可以为无人机的各个子系统提供稳定的通信连接，保证无人机的飞行安全和任务的顺利完成。