MIL-STD-1553B（簡稱1553B）總線是美國軍用航空電子系統的標準總線，用于實現航空電子系統設備之間的數據和信息交換，以其優(yōu)異的性能在美軍航空、航天和航海等武器裝備上得到廣泛應用，并逐漸被民用航空系統采用作為民用航空電子設備的標準總線[1]。但是1553B總線存在明顯的缺點：數據傳輸速率較低，最大速率只有1 Mb/s；總線工作模式為半雙工模式；最大傳輸距離短,僅為6 m�，F代航空電子的綜合數據鏈系統需要實時處理包括雷達、光電探測、導航、座艙顯示等在內的綜合信息，1553B的1 Mb/s數據傳輸速率和半雙工工作模式嚴重制約了綜合數據鏈系統信息傳輸和處理的效率，因此需要采用新的數據傳輸模式實現航空電子系統綜合數據鏈的信息傳輸。
以太網無源光網絡EPON(Ethernet Passive Optical Network)是一種融合以太網和無源光纖傳輸的寬帶接入網技術[2]。EPON采用以太網數據封裝格式，可以實現與現行的以太網設備無縫互通，并且支持靜態(tài)和動態(tài)的帶寬分配策略，可以根據用戶的需求動態(tài)地調整傳輸速率�；诠饫w傳輸的EPON的最大傳輸速率為1 000 Mb/s，傳輸距離最大可達20 km，每個光線路終端OLT(Optical Line Terminal)可以連接32個光網絡單元ONU(Optical Network Unit)設備，OLT和ONU采用點到多點通信方式。EPON是光纖接入網的重要候選方案。
本文根據1553B總線的工作原理，提出一種新的利用EPON實現1553B設備互聯的解決方案。在這種互聯方案中，1553B設備通過1553B協議網關和EPON網絡互聯，同時利用EPON的帶寬分配機制為1553B設備傳輸速率提供保證。相對于傳統的1553B 總線互聯，這種新方案不但具有數據吞吐量高和覆蓋半徑大的優(yōu)點，而且可以為1553B設備提供包括時延、速率在內的服務質量QoS(Quality of Service)保證機制。
1 1553B總線協議簡介
1553B總線的拓撲結構是多冗余的總線結構,如圖1所示，支持半雙工的傳輸模式，最大傳輸速率為1 Mb/s，采用曼徹斯特二型碼，總線具有直接耦合和變壓器耦合兩種耦合方式，通常情況下采用變壓器耦合方式。1553B總線支持總線控制器BC(Bus Controller)、總線監(jiān)視器BM(Bus Monitor)和遠程終端RT(Remote Terminal)三種設備，總線上的所有消息都由總線控制器發(fā)出指令進行控制，非常適合集中控制的分布式處理系統。而總線監(jiān)視器只接收而不發(fā)送消息，總線監(jiān)視器對1553B總線的工作狀態(tài)進行監(jiān)視。
1553B總線有10種消息格式，每個消息最少包含2個字，最大為32個字，每字為16 bit信息位、3 bit同步頭和1 bit校驗位。1553B總線采用指令/響應的異步方式進行工作，在強調整個系統數據傳輸的實時性的同時，采用反饋重傳機制來保證數據傳輸的可靠性和完整性。
2 EPON簡介
EPON是基于以太網的無源光纖接入網。在EPON中，其設備通過一根單模光纖相連，下行光信號傳輸波長為1 550 nm，上行光信號傳輸波長為1 310 nm。OLT通過1:N的光分離/復用器與多個ONU相連，每個ONU通過以太網接口與用戶終端UE(User Equipment)相連，通常N≤32,N的具體值與OLT的發(fā)射的光信號功率有關[3]。EPON的下行傳輸采用廣播發(fā)送選擇接收方式，OLT將封裝的以太網數據幀以廣播的方式向每個ONU發(fā)送，每個ONU利用設備地址對下行的廣播數據進行選擇性接收，下行傳輸模式和以太網非常相似，EPON的最大傳輸速率可達1 Gb/s。
在上行傳輸中，每個ONU采用時分復用多址TDMA(Time Division Multiople Access)的方式與OLT通信。每個ONU通過上行的光復用器和OLT通信。為了克服ONU上行數據之間的碰撞,每個ONU只能在OLT分配的固定時隙內進行數據發(fā)送。OLT對ONU的時隙分配可采用靜態(tài)時隙分配和動態(tài)時隙分配兩種策略。在EPON的工作過程中，OLT對ONU具有自動發(fā)現和同步功能。
在EPON中，ONU之間不能直接進行通信，所有ONU之間的通信都必須經過OLT的媒體接入控制MAC(Media Access Control)層進行轉發(fā)[4]。OLT的MAC層中提供一個邏輯拓撲仿真功能實體，該功能實體實現不同ONU之間的數據轉發(fā)。OLT的邏輯拓撲仿真功能支持ONU之間點到點和點到多點的數據傳輸。
3 基于EPON的1553B設備的互聯
1553B是典型的集中控制的分布式處理系統，而EPON也是基于OLT集中控制的分布式接入系統，本文提出利用EPON實現1553B設備互聯的方案如圖2所示。在這種互聯方案中，多個ONU與一個OLT構成一個EPON系統，OLT和ONU由無源光纖連接。OLT通過1553B網關與1553B總線控制器相連，ONU通過1553B網關和各種遠程終端相連，遠程終端還可連接1553B子系統。1553B網關采用10M/100M以太網和OLT、ONU相連，通過1553B總線和總線控制器、遠程終端互聯。
在圖2的互聯方案中，1553B遠程終端(包括嵌入遠程終端的子系統和總線監(jiān)視器)通過1553B網關和EPON中的ONU相連，總線控制器通過1553B網關和EPON中的OLT相連。1553B總線控制器向遠程終端發(fā)送的消息通過OLT到ONU的下行廣播實現，遠程終端和總線控制器之間的通信通過ONU到OLT的時分復用方式接入，而遠程終端之間的消息由位于OLT第二層的邏輯仿真功能進行轉發(fā)。
利用EPON實現1553B設備的互連的關鍵技術是1553B網關的設計。1553B網關實現1553B協議到以太網協議的轉換。本系統設計中采用數據設備公司的1553B 總線控制器BU-61580和Fresscale公司通信協議處理器MPC860實現1553B網關。1553B網關的結構如圖3所示。BU-61580通過變壓器耦合和1553B總線控制器、總線監(jiān)視器以及遠程終端連接[5]； MPC860通信協議處理器通過以太網接口RTL8019提供標準的10Base-T或100Base-T自適應的以太網接口[6]。10M/100M以太網接口可以和EPON中的OLT或ONU相連。1553B網關實現1553B信令和以太網信令之間的轉換。
