局域網(wǎng)絡(luò)的選擇

    現(xiàn)在有很多開放的LAN標(biāo)準(zhǔn)在商業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。圖1（互連技術(shù)族譜）顯示了一些比較流行的互連技術(shù)在整個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的位置。廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)（MAN）有很強(qiáng)的全局能力，但不適合作為飛機(jī)和車輛上使用的主干網(wǎng)絡(luò)。存儲(chǔ)局域網(wǎng)（SAN）以及I/O到總線的連接也同樣是不合適的。那些落在局域網(wǎng)（LAN）范圍里的才是可作為候選的主干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它們包括：光纖通道（Fibre Channel）,光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）,以太網(wǎng)（Ethernet）,火線/IEEE 1394（Firewire/IEEE 1394）,異步傳輸模式ATM和通用串行總線(USB)。

    技術(shù)的應(yīng)用情況和成熟程度分析

    在挑選的過程中，技術(shù)的應(yīng)用情況及成熟程度和在技術(shù)上的比較是同等重要的。它能夠告訴我們一項(xiàng)技術(shù)的生存能力和潛在應(yīng)用的發(fā)展空間。圖2（LAN各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用情況和成熟程度）顯示了軍用系統(tǒng)LAN的各種技術(shù)的應(yīng)用情況和成熟程度。在這條曲線上，所有的技術(shù)都處于被引入和被淘汰的狀態(tài)之間。出現(xiàn)在曲線前端的技術(shù)還沒有達(dá)到充分的成熟，所以還沒有被廣泛地用于新一代的軍事系統(tǒng)。另外一些雖然已經(jīng)很成熟，但如果應(yīng)用于現(xiàn)代新的系統(tǒng)中又顯衰落。比如，前面提到過的MIL-STD-1553已經(jīng)走過了它的成熟期并走向下坡了?？梢钥闯觯饫w通道已經(jīng)開始被早期的創(chuàng)新者使用了，而且有將成為主流技術(shù)的趨勢。

    如上圖所示，對(duì)于現(xiàn)在很多新興的互連標(biāo)準(zhǔn)我們沒有做過多的考慮。這是因?yàn)檫€沒有現(xiàn)成的苛刻級(jí)集成電路器件并且/或者沒有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展條件。這些技術(shù)包括：

    IEEE 1394(也叫火線)

    這個(gè)具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的、高速（100 Mbit/sec 到 400 Mbit/sec）、對(duì)等節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)外設(shè)串行總線有以下的優(yōu)點(diǎn)：支持設(shè)備的熱交換，兼容即插即用，支持同步音頻/視頻。但其主要限制因素在于它的網(wǎng)絡(luò)是在特定距離內(nèi)（十多米）的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此當(dāng)用做車輛的干線網(wǎng)絡(luò)時(shí)就會(huì)使鋪設(shè)和維護(hù)變得比較復(fù)雜。另外，其在苛刻環(huán)境下的可靠性對(duì)于軍用系統(tǒng)集成商的要求還相距甚遠(yuǎn)。

    快速串列式匯流排(Serial Express)

    這是一種基于IEEE 1394但支持更高速和更遠(yuǎn)距離的高速（1 Gbit/sec）串行總線。因?yàn)樗且环N全新的技術(shù)，所以現(xiàn)在預(yù)測它在軍用系統(tǒng)中的應(yīng)用地位還為時(shí)過早。

    通用串行總線(USB)

    USB是一種12 Mbit/sec的桌面外設(shè)互連總線。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是取代現(xiàn)有的一些接口包括RS-232C串行口，PC并行口，MIDI口和顯示器接口。在桌面PC應(yīng)用方面它是1394的理想補(bǔ)充。但因?yàn)樗乙矒碛幸粋€(gè)不適當(dāng)?shù)臉湫屯負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以不會(huì)被作為主干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用。

    千兆以太網(wǎng)

    千兆以太網(wǎng)正在被網(wǎng)絡(luò)業(yè)界廣泛采用。但它的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)使得在車輛應(yīng)用中的連接和維護(hù)都會(huì)很復(fù)雜。此外，以太網(wǎng)內(nèi)在的不確定性和多沖突的特點(diǎn)使它不適合與需要實(shí)時(shí)、有保障、可確定性的航空和地面車輛一類的通信應(yīng)用。

    有競爭力的主干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

    現(xiàn)在剩下的能夠滿足所有要求的（高性能，適應(yīng)惡劣環(huán)境，支持?jǐn)?shù)據(jù)、音頻、視頻傳輸）互連技術(shù)有以下幾種：

    光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI 銅線版100 Mbit/sec)

    光纖通道仲裁環(huán)路(Fiber Channel-Arbitrated Loop 銅線版100 Mbit/sec 或1 Gbit/sec)

    異步傳輸模式(ATM - 銅線版可達(dá)155 Mbit/sec，光纖版可達(dá)622 Mbit/sec)

    表1對(duì)這些技術(shù)做了比較，并與MIL-STD-1553做了對(duì)比。

    表1：互聯(lián)技術(shù)比較

    備注：

    1. ATM方式必須要求星形的物理交換架構(gòu)，因此對(duì)8個(gè)冗余節(jié)點(diǎn)，我們需要一個(gè)16口的交換機(jī)才能完成。

    2. ATM或者FC-AL方式使用雙重節(jié)點(diǎn)適配器來獲得冗余/糾錯(cuò)能力。

    3. DDI或者FC-AL方式能夠利用一個(gè)簡單的交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)星形物理架構(gòu)，從而解決環(huán)形結(jié)構(gòu)固有的一點(diǎn)出錯(cuò)導(dǎo)致整體系統(tǒng)崩潰的問題。

    光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)分析

    FDDI技術(shù)已很成熟。它作為MIL-STD-1553替代品的主要優(yōu)點(diǎn)是它內(nèi)在的雙冗余結(jié)構(gòu)。但缺點(diǎn)是它的令牌環(huán)的工作方式導(dǎo)致較低的傳輸速率。FDDI的最高傳輸速率可達(dá)100 Mbit/sec。然而1 Gbit/sec的技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)很普遍了。另外，它的節(jié)點(diǎn)適配器高昂的價(jià)格（約$2500），也成為它發(fā)展上的一大障礙。

    FDDI在一些海軍項(xiàng)目上有所應(yīng)用，但并沒有用在溫度要求苛刻的環(huán)境，而是用在像指揮控制室這樣的普通環(huán)境。需要說明的是這些海軍應(yīng)用現(xiàn)在也開始把目標(biāo)放在光纖通道或ATM上了。

    異步傳輸模式(ATM)

    ATM已經(jīng)在電信業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并成為廣域數(shù)字連接方式的首選。由于其硬件和軟件的標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程過于緩慢，使ATM至今仍然停留在一種新生技術(shù)的狀態(tài)，阻礙了成為被工業(yè)界所接受的主流產(chǎn)品的進(jìn)程。由于現(xiàn)在高速以太網(wǎng)和將來千兆以太網(wǎng)的競爭，ATM始終沒能打入桌面互連市場。

    ATM協(xié)議主要是為語音信號(hào)傳輸所設(shè)計(jì)的。對(duì)于語音和視頻而言，ATM“準(zhǔn)時(shí)、有序、但不必可靠”的特點(diǎn)是很理想的。這些特點(diǎn)對(duì)于要求可靠、無誤的數(shù)據(jù)傳輸來說卻是不合適的。語音信號(hào)在傳輸過程中丟包可能不會(huì)被我們的耳朵察覺到，但是對(duì)于數(shù)據(jù)塊來說丟包將引起嚴(yán)重的低效率。ATM軟件驅(qū)動(dòng)的開銷更增加了網(wǎng)絡(luò)的延遲。不同于電信業(yè)可以允許100ms的延遲，使命關(guān)鍵軍事應(yīng)用要求更快捷的響應(yīng)控制。

    商業(yè)上還沒有出現(xiàn)可以在大范圍溫度下工作的ATM節(jié)點(diǎn)適配器芯片組。和FDDI一樣，ATM也被用在正常溫度條件下的艦上系統(tǒng)，但應(yīng)用范圍較小。

    光纖通道

    光線通道符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)，定義了一系列協(xié)議以提供低延遲、高帶寬連接。與討論的其它候選技術(shù)不同，光纖通道不僅支持主機(jī)－外設(shè)的通道連接，還支持主機(jī)－主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接。它支持多種傳輸速率(133 Mbit/sec 到 4 Gbit/sec)，它的8-bit/10-bit編碼方式提供了數(shù)據(jù)的完整性和高可靠性。盡管它的名字叫光纖通道，但是它可以支持多種串行物理傳輸媒介，包括同軸銅纜、雙絞線和光纖。光纖通道標(biāo)準(zhǔn)定義了三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：交換結(jié)構(gòu)(fabric switch)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)(point-to-point) 、和仲裁環(huán)路結(jié)構(gòu)(Fiber Channel-Arbitrated Loop)，第三種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一種高性能低延時(shí)的網(wǎng)絡(luò)連接，并提供了升級(jí)的空間。FC-AL結(jié)構(gòu)允許最多127個(gè)節(jié)點(diǎn)，串行或環(huán)形連接，并提供了良好的電氣性能，意味著更高的數(shù)據(jù)傳輸效率。不同與ATM，光纖通道不需要集中器，這樣就比ATM的交換結(jié)構(gòu)節(jié)省了成本。當(dāng)需要有保障的性能特點(diǎn)時(shí)，可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接結(jié)合基本環(huán)的方式。

    FC-AC（Fiber Channel Avionics Environment光纖通道航空電子領(lǐng)域）標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議工作組正在開發(fā)一種操作版本，想將現(xiàn)有的光纖通道標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到軍事領(lǐng)域特別是航空電子領(lǐng)域。該工作組正在定義一組實(shí)時(shí)的結(jié)構(gòu)以擴(kuò)展光纖通道，從而提供確定性延遲、帶寬、以及滿足使命關(guān)鍵的應(yīng)用項(xiàng)目的需求。它們的重點(diǎn)是要定義實(shí)時(shí)的仲裁環(huán)路擴(kuò)展，實(shí)時(shí)請(qǐng)求的優(yōu)先權(quán)搶占機(jī)制，和一個(gè)實(shí)時(shí)同步環(huán)路。它們的目的是通過使用定長的包和保障的對(duì)環(huán)路的存取來提供有界的延遲和確定的響應(yīng)。因此，它很接近與1553類似的可確定性行為。不過FC-AC可以提供1553所不能提供的1Gbit/sec的接口。

    光纖通道已經(jīng)取得了越來越多的市場份額，并且得到了主要工作站和服務(wù)器供應(yīng)商(惠普HP、康柏Compaq、IBM、SUN) 的支持。大多數(shù)主要服務(wù)器公司也是光纖通道協(xié)會(huì)的成員，他們計(jì)劃將光纖通道技術(shù)應(yīng)用到服務(wù)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)的互連中去。在軍事領(lǐng)域它也日漸流行，并在航空和地面系統(tǒng)的升級(jí)項(xiàng)目中得到具體的應(yīng)用。

    總結(jié)和推薦

    FDDI作為一項(xiàng)十分成熟的技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。然而，它并沒有被廣泛地接受。盡管它提供了內(nèi)在的冗余，但卻沒有良好的實(shí)時(shí)的可確定性數(shù)據(jù)傳輸方案。與其它技術(shù)相比，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率也較慢。

    作為一種新興技術(shù)，ATM雖然在電訊交換機(jī)市場獲得廣泛的支持，但沒能成為主流技術(shù)。它的不夠可靠的通訊協(xié)議和缺乏大溫度范圍的部件決定了它在近期也不大可能成為苛刻環(huán)境計(jì)算網(wǎng)絡(luò)干線的候選技術(shù)。

    基于銅纜的光纖通道仲裁環(huán)路(FC-AL)能夠?qū)崿F(xiàn)高性能、低延遲的網(wǎng)絡(luò)連接。具有大容量數(shù)據(jù)吞吐能力和延展的能力。已經(jīng)在商用領(lǐng)域得到廣泛的采用，并在軍事領(lǐng)域逐漸被接納和采用。

    經(jīng)過對(duì)上述幾種技術(shù)的評(píng)估和比較，可以清楚地看出，對(duì)于需要有高帶寬和低延遲的數(shù)據(jù)干線來說，光纖通道將是最佳選擇。可以預(yù)見，光纖通道將很快會(huì)成為一種主要的基于開放工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的、新興的、可延展的、可用于航空和地面車輛系統(tǒng)的新一代的局域網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)，并在現(xiàn)代苛刻系統(tǒng)中被廣泛采用。