[发明专利]通过网络设备传输数据和能量的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过专用网络设备传输数据和能量的装置及方法。

本发明虽有多领域用途，但只参照飞机或客机进行更详细地描述。

本发明的技术领域尤其涉及在飞机中，特别在飞机的飞机座舱中通过专用网络设备，例如网络节点进行的数据传输。

背景技术

已知为CIDS(座舱内部通信数据系统)数据总线的专用数据总线用于本申请人的当前已有座舱管理系统中，即所谓的座舱内部通信数据系统(CIDS)中，以在中央控制装置和安装在飞机座舱中的多个终端之间传输数据，尤其是传输安全相关数据，例如安全相关控制数据和音频数据。

当前的CIDS数据总线是基于以太网帧传输，并且安装有被设置在飞机的中央控制装置中的主设备或总线控制设备，以及被称为解码器-编码器单元(DEU)且能作为客户端运行的多个网络节点。

为此，图1示出了在常规网络1中通过网络节点2-4进行数据传输的实施例的示意框图。网络节点2-4通过总线11连接到总线控制设备14。总线11包括传输线路12和接收线路13。传输线路12和接收线路13通过网络节点2-4形成环路。连接到每个网络节点2-4的是一个或多个终端5-10。在图1所示实施例中，非安全相关终端5和6连接到网络节点2。这里，总线11或数据总线基于物理10兆比特/秒以太网层。到传输线路12和接收线路13的通道接入通过静态先验定义的确定性时隙过程来进行，该过程由总线控制设备14来控制。在时隙过程定义的时隙中，给连接到网络节点2-4的终端5-10的数据通过帧或数据帧传输。

除了安全相关数据，例如安全相关的控制数据之外，相应的帧还可以包括非安全相关的音频数据，所述数据作为广播被传送给连接到总线11的所有网络节点2-4。两个时隙之间的时间间隔在这里被定义成使得它精确对应于音频数据的抽样速率的倒数。基于CIDS数据总线的设计和所用静态先验定义的确定性时隙过程，所述安全相关数据以高度的同步性和时间确定性的最小等待时间传送给所有的连接终端5-10。这在防止音频数据通过飞机座舱内多个扩音器进行再现时的霍尔效应和回声效应方面是必要的。由于数据线路，也就是传输线路12和接收线路13通过网络节点2-4形成环路并且不通过活动的驱动模块，因此单个网络节点2-4出故障时不会影响其余网络节点的数据传输，这样所述数据总线或总线11进一步高度可靠。但是，当前数据总线的缺点在于，无法也通过这种CIDS数据总线传输IP数据包。

另外，AFDX(航空电子全双工)交换以太网数据总线正在越来越多地在飞机座舱中用于安全相关数据的传输。这种数据总线在ARINC标准665中有详细描述，并且使用IP协议进行数据传输。

AFDX网络拓扑包括一个或多个交换机，终端连接到所述交换机。两个终端之间的数据传输总是通过至少一个所述AFDX交换机进行。

由于这种专用网络拓扑，基于AFDX交换机，两个终端之间的端到端传输期间会出现不利的不同等待时间和抖动效应，这是因为所述数据至少必须要在每个交换机中短暂缓存。在相应网络节点中的缓存持续时间必然取决于网络的负荷量，因此是先验未知的。缓存持续时间受到静态先验定义的数据流配置的限制，这样就没有数据被拒绝，并且确证了准确定性。

如上已所述的，不利的是，当前CIDS数据总线不允许IP数据包的任何传输。而且，由于等待时间的差异及抖动效应的存在，AFDX数据总线不适用于在数据传输到终端期间音频数据到座舱内所有扩音器的同步传输。

使用具有较高数据传输速率，例如100兆比特/秒的以太网数据总线更加可取，尤其使得可以合成新的或补充的功能。这种具有较高数据传输速率的以太网数据总线的一个示例是100BaseT以太网数据总线。但是，在使用100BaseT以太网数据总线的情况下，有必要放大或再生每个网络节点的数据信号。这是必要的，其原因在于在使用100BaseT以太网数据总线时，如果不通过网络节点形成环路进行放大，则数据信号的物理信号特征将会严重失真。该信号失真在通过网络节点形成的每个环路聚集，这就意味着在数据总线的最后或下游网络节点的数据信号可靠接收无法再被保证。

由于安全相关数据或数据信号也通过网络节点进行传输，因此网络节点是安全关键性飞机装置，并且因此除了常规电源之外，必须配置有冗余电源以通过电缆和插座简单连接到机载电源。

除了作为安全关键性系统的网络节点的配置之外，飞机中还存在与其他飞机系统相比展示出更高安全级别的安全关键性系统或飞机系统。

出于航空安全工程需要，不同的系统，尤其是具有不同安全级别的系统，必须使用不同的冗余电源设备进行激活。