基于FC-AE协议的直升机高速航电网络低延迟传输机制优化研究

就现代直升机的航空电子系统而言，数量众多的传感器、处理器和执行器之间，需要实现高速又可靠的数据传输，作为一种针对航空电子环境特别设计的光纤通道协议——FC-AE（FibreChannel-AvionicsEnvironment）协议，因其有着快速的数据传输率、低滞后性以及高稳定性等特性，成为建设直升机高速航电网络的关键抉择。本文针对基于 FC-AE 协议的直升机高速航电网络低延迟传输机制开展优化研究具有重要意义。

一、FC-AE 协议及直升机航电网络概述

（一）FC-AE 协议简介

FC-AE 协议为光纤通道协议面向航空电子环境所做的拓展，该协议包含多种协议细则，如那种无签名的匿名消息输送（FC-AE-ASM）、FC-AE-1553 等情形，此类协议规范在各个层面为航空电子设备彼此的通信提供助力，能够契合航电系统在数据传输上对高可靠性、低延迟以及确定性等方面要求[1]。

（二）直升机航电网络架构及数据传输需求

直升机航电网络一般采用的是分布式架构，由多个子系统汇聚而成，涉及飞行控制、导航、通信系统以及任务相关系统，各子系统借助 FC-AE 网络开展数据交互，来达成直升机飞行控制、导航位置的确定、通信信息的联络及任务的执行等功能[2]。

二、现有传输机制分析与延迟问题剖析

（一）现有基于FC-AE 协议的传输机制

目前，直升机航电网络中，以 FC-AE 协议为基础的传输机制，主要由数据帧封装传输、流量把控和错误恢复等部分构成，就数据帧封装而言，按照 FC-AE 协议所规定的格式，对上层应用数据予以封装，形成数据帧，附上帧头、帧尾这类控制资讯，从而能在网络里实现传输。

（二）延迟产生的原因分析

1.协议处理延迟

FC-AE 协议于数据帧的封装、解封装与协议层交互过程里，需实施大量的计算与处理事务，这便会引入一定程度的时延。

2.网络拥塞

伴随着航电系统数据量的持续上扬，若多个节点同时展开数据发送工作，易致使网络陷入拥塞状态，若处于网络拥塞状况，在网络节点里，数据帧得排队去等待传输，于是造成传输延迟大幅上升，多个传感器同时朝任务系统传送海量数据，说不定会让网络带宽资源变得吃紧，引发拥塞。

三、低延迟传输机制优化策略

（一）协议层面优化

1.精简协议头部

实施 FC-AE 协议数据帧头部的优化设计工作，去除多余字段，也或采取更集约的编码法，减少协议头部的冗余开销，进而削减数据帧完成封装与解封装操作的时间，削减协议处理的滞后性。

2.优化流量控制机制

对现有的信用管理流量控制机制进行改进优化，采用可自适应的流量控制办法，按照网络实时的负载情形，依据实际情况动态调控发送端发送速率与接收端信用值，防止因流量调控出错引发的延迟程度上升。

（二）网络拓扑结构优化

1.采用分层分布式拓扑

把直升机航电网络拓扑结构调整为分层分布式结构，减少数据于传输时的跳数以及路径长短，凭借合理地划分网络层级，把不同功能用途的子系统连到对应的网络层，让数据于传输期间可更为迅速地抵达目标节点。

2.冗余链路优化

基于保证网络可靠性这一前提，开展冗余链路优化配置事宜，采用智能路由算法达成，选出最恰

当的传输路线，防止由冗余链路引起的额外时延现象，若主链路陷入故障状态时，可迅速实现向备用链路的切换，且要保证备用链路的延迟在可容许范围内。

（三）硬件设备升级与优化

1.高速光纤网卡的应用

采用性能更上一层楼的高速光纤网卡，提高数据在收发环节的速度与处理水平，新推出的光纤网卡采用了更先进的芯片技术以及接口设计思路，可实现更高传输速率与更低延迟的支持，某些高端光纤网卡可实现线速的转发功能，极大降低数据在网卡中的排队滞留时间。

2.高性能交换机的部署

向航电网络里投放高性能的交换机产品，增进网络在交换方面与数据处理上的效率，高性能的交换机其背板带宽更大且端口速率更高，可实现数据帧的快速转发，减轻网络拥堵现象与减少时延。

四、优化效果仿真与验证

（一）仿真环境搭建

依靠网络仿真的软件，建立基于 FC-AE 协议相关的直升机航电网络仿真模型，模型含有多个模拟构建的航电子系统节点，经由设定不一样的网络参数，诸如数据的流量水平、拓扑的整体结构、协议的配置方式等，对直升机在实际飞行阶段航电网络数据的传输场景加以模拟。

（二）仿真结果分析

1.延迟对比分析

将传输机制优化前后在同样的仿真场景下实施对比测试，由结果可知，优化后的传输机制在平均延迟（表 1）、最大延迟方面均实现显著降低，面对高数据流量这种场景时，优化开启前，平均延迟达50 微秒，延迟减至 20 微秒，最大延迟从 100 微秒优化到了 40 微秒。

2.吞吐量提升分析

经优化的传输机制，其吞吐量也呈现出明显的上升趋势，因延迟数值的降低，数据得以更快速地实现传送，于是增进了网络的总体数据传输量，在相同的仿真时间这个区间里，与优化前对比，优化后的网络提升了吞吐量。

五、结论

本文对基于 FC-AE 协议的直升机高速航电网络达成低延迟传输的机制加以研究，于协议层面、网络拓扑架构和硬件设备范畴提出了一系列优化办法，经仿真与实际测试证实，这些策略可切实削减航电网络的传输时延，增进数据传递的效果，优化过后的传输机制在平均延迟、最大延迟与吞吐量等指标上皆有显著改良，可更恰当地满足直升机飞行控制和任务操作对实时性与可靠性的必要条件。

参考文献

[1]谢克诚，周轩，董雷霆.基于长短期记忆网络与小波变换的直升机飞参-载荷预测[J].航空科学技术，2024，35（11）：51-57.DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2024.11.007.

[2]王雨润，吴伟.基于神经网络的直升机非线性模型辨识研究[J].飞行力学，2024，42（03）：33-39.