实时分布式网络中间件在航电系统中的应用

实时分布式网络中间件在航电系统中的应用

航电系统是现代化战斗机的一个重要组成部分，战斗机的作战性能与航空电子系统密切相关。可以说，没有高性能的航电系统，就不可能有高效能作战的战斗机。

其系统结构经历了分立式航空电子系统、联合式航空电子系统到开发式航空电子系统的发展过程。

开放式系统结构是由开放系统接口标准定义的一个结构框架，它的优点是：便于构成分布式系统；便于不同厂家生产的、不同型号的计算机或其他硬件之间的互连、互通和互操作；也便于硬件、软件的移植；便于系统功能的增强和扩充。此外，开放式系统结构还支持系统可变规模，有利于缩短研制开发周期。在计划开发、采购、维修及更新时能降低成本。其原因是它增加了可重新使用机会，更有可能使用商用货架产品（COTS）技术，还能快速建立系统模型。采用该结构后，就能较好地解决系统的功能扩充、修改，及元器件的更新换代。　美国空军把应用军用技术和商用技术实现系统从传统的封闭式结构向经济上可承受的、灵活的开放式结构转变视为当前一项挑战。这是因为开放式系统结构由民用向军用推广存在着争论，主要是由于标准和最佳性能不能兼顾，一些领域还不能完全满足军事上的需要，这就要求制订和贯彻各种标准接口，使不同的产品研制、生产单位都要遵循公开一致的标准和规范。此外，开放式系统结构不仅涉及硬件，也涉及软件。软件开放系统、软件可重复使用、软件可变规模与硬件的开放性同样重要，也是降低系统寿命周期费用、缩短研制开发周期的重要措施。因此，新一代综合航电系统的软件包括操作系统、应用程序、数据库、网络、人机界面等应遵循统一的系列标准、规范研制开发，软件的可重用、标准化、智能化、可移植性、质量、可靠性等都应列入表征软件技术的特征参数之中。　因此，今后十年，开放式工业标准向军用过渡趋势会更加明显，开放式系统结构向军事上应用的转移不可逆转。

未来十年，COTS技术的应用研究将进一步加强。　为了实现经济上可承受、性能、可改进性和重新使用能力的四大指标，在新一代综合航电系统中将会更加强调采用COTS技术。COTS技术具有如下特点：显著减少专用器件、专用组件或模块、专用软件等的数量，从而降低科研生产成本；采用通用的、开放的技术标准，兼容性好；技术先进，符合技术发展潮流；具有良好的技术支持，便于扩充和升级，产品更新换代快；可以直接在商品货架上采购，供货渠道有保障；采购费用低廉；研制、生产周期短；产品维修和后勤保障较为方便，维修保障费用低；无须投入专项科研经费等。　在综合航电系统结构中采用COTS技术的主要目的还是降低成本。如JSF的综合核心处理机（ICP）将广泛采用COTS互连装置。预计处理机的能力要比F—22的高一个数量级，但成本只有后者的几分之一。此外，在开放式系统结构支持下，更新周期很短的商用产品，采用公开一致的民用标准，使其易于更新、易于发展、易于采用新技术。

航空电子系统是航空电子物理设备通过1553B双余度总线综合成一个分布式通信系统。现代航空电子系统中,各个独立的航空电子分系统都是由计算机来完成数据的采集、计算、处理和通信的。总线通信是各分系统之间交换信息、协调一致、实现容错的基础, 每一个分系统都必须具有1553B多路传输总线通信接口(MBI)才能完成分布式通信任务,可见MBI在航空电子系统中的重要作用。

RTI的DDS非常适合在这样的分布式系统中使用。这主要体现在一下几点：

1） 国外越来越多的航电模块支持使用DDS作为分布式通讯手段。

DDS规范是公开标准，任何人，任何厂家都可以下载规范；

使用公开标准减少了被特定供应商技术或产品禁锢的风险；

通过使用支持公开标准的COTS产品，可以有效提高开发效率，减低开发风险；

RTI作为DDS标准的参与制定者，其产品完全遵从DDS规范；

2） 支持不同语言或硬件平台（操作系统， 处理器）之间的直接通讯

多语言支持： C， C++， ADA， C#， JAVA等；

多操作系统支持： vxWorks， Windows， Solaris， WinCE, Linux， QNX等；

多处理器支持： X86， PowerPC， ARM, SPARC等等；

支持上述平台之间混搭配置。

3） RTI的DDS支持多种物理传输途径基础上通讯。

目前支持的1553B，以太网， VME背板等

4） 具有多样的QOS策略选项，满足不用场合下不同的系统性能和灵活性设计需求。例如具有可选的可靠性保证。

标准提供的QOS有：Deadline；Destination Order；Durability；Durability Service；Entity Factory；Group Data；History；Latency Budget；Lifespan；Liveliness；Ownership；Ownership；Strength；Presentation；Partition；Reader Data Lifecycle；Reliability；Resource Limits；Time-based Filter；Topic Data；User Data；Writer Data Lifecycle；Writer Resource Limits等等

5） QOS配置灵活，可以通过程序接口，或系统文件方式配置；

上述QOS不仅可以通过应用程序接口配置，也可以用灵活地通过外部文件方式配置，文件格式为XML，可以免去修改QOS需要将应用程序再次修改编译的麻烦，便于系统集成调试和在系统调整。

6） 具有相当低的延时和非常高的数据通过率。

经过实际用户测试，在如下平台下：

RTI DDS 4.3版；红帽子企业版5.0， 32位linux； 2.4G双核Intel Core2处理器；Intel 千兆网卡； D-link DGS-3324Sri交换机； UDP IPV4；可靠的方式传输；

可以达到的延时：

上图中：

在消息大小在64字节时，延时在50-60微秒左右；

当消息大小到1024字节时，演示在110090微妙左右；

可以达到的通过率如下图所示：

上图中，在1发1收下，可以传输570000个消息每秒（每个消息200个字节），达到有效传输率0.912G bps；

在1发880收下，可以传输接近500000个消息每秒（每个消息200个字节），达到有效传输率0.8G bps；

7） 提供多样的工具，便于系统集成时分析解决问题和通过数据库实现系统数据监控记录。

提供RTI分析器，方便查看整个网络情况，找出QOS不匹配情况；

通过ODBC，支持多种数据库的直接操作，包括MySQL, Oracle等等