统一网络设计方案

在坦克装甲车辆电子综合系统中，网络的设计与其他设计相对而言较为独立，其最终目标是满足系统各逻辑域、物理域的功能需求。按照上述所提到的约束，支持：

（1）先进系统架构、统一互联、综合处理计算机集中处理。需要采用先进的网络设计，将所有部件和系统连接。

（2）多传感器综合。需要网络承载较大的带宽。

（3）综合化的人机交互。需要显控终端采用较大分辨率的屏幕，与其他设备交互的信息多。

（4）先进的武器和防护系统升级。

（5）系统容错与重构。需要网络具备任意接入、任意插拔的功能。

（6）模块化设计，通用底盘、通用炮塔。网络支持自适应、自相似的结构，整体网络和部分网络都可运行。

（7）底盘推进、电气控制。该条目和（4）表明网络应具有接入其他分系统的信息，同时操控信息的传输以满足实时性要求。

（8）任务保障和系统维护，一体化定位导航。需要传输维护保障相关信息，支持定位和时钟同步。

（9）COTS应用。使用标准化、具有广泛市场应用基础或前景的网络技术。

1.网络传输需求

1）视频传输需求

根据前面对需求的分析，在坦克装甲车辆电子综合系统中同时需要传输的视频至少包括3种：一是供车长进行战场观察、搜索目标和超越射击的360°观察视频；二是供炮长进行观察目标和打击的360°观瞄视频；三是供驾驶员驾驶车辆的驾驶视频。其格式、系统延时需求列入表2-3中，其中系统延时是指从视频采集到视频显示的时间。

表2-3　视频传输格式

需要强调的是，坦克装甲车辆电子综合系统中只考虑在统一网络上同时传输的视频及其最大的数据率、延时等，实际车辆上的视频数量可能比表2-3列出的更多。例如，驾驶视频又可分为前视白光、前视热像、后视白光、后视热像等，但是在本书描述的系统中，在任意时刻，仅有一路驾驶视频会传输到驾驶员的屏幕上。

2）通信、射频传输需求

通信、射频传输包括数据链、雷达、射频告警和卫星通信等数据的发送和接收，如表2-4所示。

表2-4　通信、射频传输格式

3）设备间的数据、控制、状态以及网关传输需求

这部分信息包括显控终端的操控按键指令、支持显控界面的数据信息、信息处理过程中中间信息的传输、各个设备的状态和数据，以及统一网络与其他控制网络的网间交互信息等（表2-5）。

表2-5　数据、控制、状态以及网关传输格式

2.网络选型

网络传输是坦克装甲车辆电子综合系统内部信息交互的方式，是双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。目前，在坦克装甲车辆电子综合系统中，主流的总线或网络主要包括以太网、InfiniBand、PCI Express、Serial RapidIO等；在坦克装甲车辆电子综合系统中，主要包括实时以太网（Real-time Ethernet，RTE）、光纤通道（Fiber Channel，FC）、CAN总线、1553B和FlexRay等总线或网络。车载通信网络根据传输数据类型和特点的不同，可分为控制网络和数据网络，其中控制网络主要传输时间、事件触发型信息，数据网络主要传输高带宽的信息。表2-6给出了这些网络的特征描述。

表2-6　车内传输总线对比(www.xing528.com)

续表

CAN、FlexRay等总线式的网络由于带宽较低，不具备较好的扩展性和任意接入性，因此无法应用于统一网络。RTE或FC由于支持交换式传输，有较好的扩展性和任意接入性，可应用于统一网络。

3.统一网络方案

通过上述分析，在本书描述的坦克装甲车辆电子综合系统中，拟采用统一的交换式网络，物理上可以是以太网或RTE，其具备以下能力：

（1）设备管理能力。完成网络网卡和驱动设备相关资源的创建和初始化，包括逻辑初始化、网络管理初始化、通信管理初始化、时间管理初始化、中断管理初始化等。

（2）网络管理能力。支持网络管理的角色设置，包括管理者和被管理者等。管理网络设备在网状态，识别接入的设备，并进行身份或名称鉴别等。

（3）时钟管理能力。提供时钟同步角色管理，包括时钟服务器和时钟客户端等。网络具备内部时钟同步以及与外部时钟同步的能力。

（4）通信管理能力。支持消息和流数据的传输，发送节点通过缓存管理支持多种传输优先级，交换机也应该能够响应不同数据传输的优先级。

（5）交换机能力。网络交换机包括对端口数量的要求、监控能力的要求、转发延时的要求、测试性的要求、多协议的支持等。

图2-18给出了一种坦克装甲车辆电子综合系统网络连接的示例。

该网络结构的特点有：

（1）统一互联。所有设备均通过交换机接入系统，网络不区分主从节点，因此交换网络可以很方便地进行多协议设计，系统具有可扩展性。

（2）多传感器综合。交互网络可承受较大的带宽，目前主流的以太网为1～10 Gb/s，成熟的FC网络可支持2/4/8 Gb/s。

（3）系统容错与重构。通过网络管理，地址命名规范，可以实现设备的交换机任意端口接入，通过系统管理可以将软件部署到任意处理模块中，实现系统的功能重构。

（4）模块化设计。底盘和炮塔接入不同的交换机中，网络支持自适应扩展和剪裁，底盘可以搭载具有相同交换式网络的负载，炮塔也可以搭载在相同结构的底盘上，整体网络和部分网络都可运行。

（5）COTS应用。以太网具有极广泛的商业应用环境，成熟度很高；FC网络在航空和航天等领域也有大量的应用，成熟度较高。

图2-18　坦克装甲车辆电子综合系统网络连接示例

4.分离的网络方案

在图2-18所示方案中，所有数据的传输都共享同样的物理链路，视频、数据、控制、状态、传感信息等都在一个网络中，由于视频的数据量较大，不难看出这一设计可能会导致视频的传输拥塞。如果按照T-14坦克的无人炮塔设计，炮塔上增加多种遥控武器站的射击视频、多车之间的无线传输视频等，很可能导致视频的数据量大增，从而导致网络的带宽和性能无法满足视频传输的延时和抖动等的要求。

图2-19给出了一种折中的方案（图中将控制总线略去），通过视频专网和数据网分离，可以解决视频拥塞的问题，代价是增加了系统的节点数量和复杂度。

图2-19　坦克装甲车辆电子综合系统分离式网络连接示例

在该方案中，视频专网不一定需要采用与数据网络一致的交换网络，可以采用成本较低的视频切换矩阵等成熟方案，所以有助于降低成本。