不同速率下1553B总线网络性能分析

张 楠，王晨博，冯思桐

(航空工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710065)

0 引言

MIL-STD-1553B广泛用作军用飞机的航空电子数据总线，于1978年标准化，其通信速度为1 Mbps。三代机中航空电子系统各设备之间通过1553B总线互联通信，随着航电系统任务量的增大，后续型号飞机中已采用高速光纤交换网络替代1553B作为航电系统主网络。但目前仍有大量现役型号使用1553B总线。随着数据量的增加，目前1 Mbps的1553B总线已饱和，原有的通信速度显然成为了提升飞机整体作战性能的瓶颈，为提高现役飞机整体作战性能，需要在原有1 Mbps提升速率，以满足综合孔径雷达系统、增强视景系统以及视频、图像等的传输带宽要求。

1 不同速率总线性能分析

目前典型的高速1553B包含2 M/4 Mbps速率，10 Mbps以及100 Mbps 1553B总线。3种1553B产品采用完全不同的总线技术，基于1553B协议实现通信功能。

1) 2 M/4 Mbps技术

2 M/4 Mbps 1553B总线是在MIL-STD-1553B基础上，不改变原有网络拓扑和传输物理介质。将原有1 Mb/s的1553B总线传输速率提升至2 M/4 Mbps。

2 M/4 Mbps技术主要是通过修改协议处理器主频并修改收发器编解码速率来实现总线速率提升，总线协议、编解码方式与1 Mb/s的1553B总线相比并未发生变换。

2) 10 M技术

EBR-1553(Enhenced Bit Rate 1553)总线是以AS5652标准为基础，在原有1553B总线协议基础上，通过修改总线拓扑结构以及传输物理介质，将原有1 Mb/s的1553B总线传输速率提升至10 Mb/s，极大提升了原有1553B总线负载能力。

EBR-1553摒弃了原有1553B总线结构拓扑，改为星型总线拓扑结构，增强总线消息的实时性，总线控制器(BC) 通过逻辑集线器(logicHUB) 和所有的远程终端RT分别独立连接。星型拓扑结构如图1所示。

图1 EBR-1553星型拓扑结构

消息传输方式方面，EBR-1553的星型结构中，Logical HUB在总线结构中起到了BC与RT消息收发“开关”的作用，可实现BC到RT通路控制，通过设置不同的工作模式，BC可以选择将指令字发给所有RT地址，也可以选择发给指定的RT地址，既可以选择相应所有RT回的状态字，也可以只指定相应RT地址回的状态字。该结构增强了网络的确定性，提高了总线点到点的传输能力。消息类型方面，与传统1553B 消息格式相比减少了RT到RT传输消息和RT到RT广播消息，其余消息格式与1553B总线相同。在物理介质方面，EBR-1553不再采用传统的屏蔽双绞线，而是采用更适合星型总线的RS485总线作为传输介质。

3) 100 M技术

E1553(Extend-1553)总线基于STANAG 7221标准。E1553总线技术复用原有1553B线缆，在原有机载1553B总线上实现100M传输，与原有1M速率同时运行，互不干扰。其技术实现的原理为在现有电缆可用的数据传输区域(未使用的频带)，增加新的高速数字通信技术，实现并行传输。消息传输方面，E1553由总线控制器统一调度，支持点对点通信和广播两种方式，支持命令响应型和时分复用型两种总线调度方式。

图2 E1553总线拓扑图

消息类型方面，网络调度参照1553B协议，采用命令响应方式，由BC统一负责总线调度。与传统1553B 消息类型相同。消息格式及编码方式进行更改。物理介质方面，原有机载1553B总线上实现100 M传输，与1 M速率1553B总线同时运行，互不干扰。在现有电缆可用的数据传输区域(未使用的频带)，增加新的高速数字通信技术，实现并行传输。四载波频分复用+单载波正交频分复用(OFDM)，增大传输速率，单载波频宽5 MHz，起始频点为20 MHz，抗干扰能力强，减少高频衰减，传输距离远。

2 三种总线特点对比

对三种不同速率的1553B总线进行对比，如表1所示。

从通用性角度，2/4 Mbp 1553B产品通用性强，无需更改当前总线传输介质和网络架构，仅需更换原有网络接口模块即可实现网络升级，但对飞机总体速率提升不明显，依然无法满足个别设备如视频、雷达数据的传输要求。EBR-1553产品相比于2/4 M1553B产品，不需要更换原有网络接口模块及传输介质。E1553产品可在不影响当前网络的情况下通过加装设备实现，且不需要改变总线传输介质，通用性较强。

表1 三种总线基本参数对比

从成熟度出发，2/4 Mbp 1553B产品目前应用较为广泛，4 Mbp 1553已在航天等领域应用多年，且协议符合性测试及电气特性测试标准和设备成熟，成熟度较高。E1553产品目前已在国外多款飞机中开展多项验证工作并列装，技术相对成熟，但国内相关技术刚开展研制，尚无完善的测试验证手段，成熟度为低。

3 结论

三种总线是针对不同的应用背景在1 Mbp 1553B总线的技术基础上进行升级改造。2/4 Mbp 1553B技术成熟，改造难度低，但速率提升不明显，需更换全部节点才能实现网络升级，成本较高。EBR-1553技术提速明显，但需更换网络传输介质和网络拓扑，成本和改造难度均较高。E1553产品可在原有机载1553B总线上实现100 M传输，与1 Mbp 1553B总线同时运行，互不干扰，可以不改变飞机原有布线，不更改线缆，无需对飞机本体进行改动，可以大大节省时间和成本，而且可以根据任务特点进行设备加装，方便灵活，因此100 M产品非常适用于飞机升级改造工作，必然成为未来航电、机电等系统升级改造的首选。