MIL-STD-1553B（简称1553B）总线是美国军用航空电子系统的标准总线，用于实现航空电子系统设备之间的数据和信息交换，以其优异的性能在美军航空、航天和航海等武器装备上得到广泛应用，并逐渐被民用航空系统采用作为民用航空电子设备的标准总线[1]。但是1553B总线存在明显的缺点：数据传输速率较低，最大速率只有1 Mb/s；总线工作模式为半双工模式；最大传输距离短,仅为6 m。现代航空电子的综合数据链系统需要实时处理包括雷达、光电探测、导航、座舱显示等在内的综合信息，1553B的1 Mb/s数据传输速率和半双工工作模式严重制约了综合数据链系统信息传输和处理的效率，因此需要采用新的数据传输模式实现航空电子系统综合数据链的信息传输。
以太网无源光网络EPON(Ethernet Passive Optical Network)是一种融合以太网和无源光纤传输的宽带接入网技术[2]。EPON采用以太网数据封装格式，可以实现与现行的以太网设备无缝互通，并且支持静态和动态的带宽分配策略，可以根据用户的需求动态地调整传输速率。基于光纤传输的EPON的最大传输速率为1 000 Mb/s，传输距离最大可达20 km，每个光线路终端OLT(Optical Line Terminal)可以连接32个光网络单元ONU(Optical Network Unit)设备，OLT和ONU采用点到多点通信方式。EPON是光纤接入网的重要候选方案。
本文根据1553B总线的工作原理，提出一种新的利用EPON实现1553B设备互联的解决方案。在这种互联方案中，1553B设备通过1553B协议网关和EPON网络互联，同时利用EPON的带宽分配机制为1553B设备传输速率提供保证。相对于传统的1553B 总线互联，这种新方案不但具有数据吞吐量高和覆盖半径大的优点，而且可以为1553B设备提供包括时延、速率在内的服务质量QoS(Quality of Service)保证机制。
1 1553B总线协议简介
1553B总线的拓扑结构是多冗余的总线结构,如图1所示，支持半双工的传输模式，最大传输速率为1 Mb/s，采用曼彻斯特二型码，总线具有直接耦合和变压器耦合两种耦合方式，通常情况下采用变压器耦合方式。1553B总线支持总线控制器BC(Bus Controller)、总线监视器BM(Bus Monitor)和远程终端RT(Remote Terminal)三种设备，总线上的所有消息都由总线控制器发出指令进行控制，非常适合集中控制的分布式处理系统。而总线监视器只接收而不发送消息，总线监视器对1553B总线的工作状态进行监视。
1553B总线有10种消息格式，每个消息最少包含2个字，最大为32个字，每字为16 bit信息位、3 bit同步头和1 bit校验位。1553B总线采用指令/响应的异步方式进行工作，在强调整个系统数据传输的实时性的同时，采用反馈重传机制来保证数据传输的可靠性和完整性。
2 EPON简介
EPON是基于以太网的无源光纤接入网。在EPON中，其设备通过一根单模光纤相连，下行光信号传输波长为1 550 nm，上行光信号传输波长为1 310 nm。OLT通过1:N的光分离/复用器与多个ONU相连，每个ONU通过以太网接口与用户终端UE(User Equipment)相连，通常N≤32,N的具体值与OLT的发射的光信号功率有关[3]。EPON的下行传输采用广播发送选择接收方式，OLT将封装的以太网数据帧以广播的方式向每个ONU发送，每个ONU利用设备地址对下行的广播数据进行选择性接收，下行传输模式和以太网非常相似，EPON的最大传输速率可达1 Gb/s。
在上行传输中，每个ONU采用时分复用多址TDMA(Time Division Multiople Access)的方式与OLT通信。每个ONU通过上行的光复用器和OLT通信。为了克服ONU上行数据之间的碰撞,每个ONU只能在OLT分配的固定时隙内进行数据发送。OLT对ONU的时隙分配可采用静态时隙分配和动态时隙分配两种策略。在EPON的工作过程中，OLT对ONU具有自动发现和同步功能。
在EPON中，ONU之间不能直接进行通信，所有ONU之间的通信都必须经过OLT的媒体接入控制MAC(Media Access Control)层进行转发[4]。OLT的MAC层中提供一个逻辑拓扑仿真功能实体，该功能实体实现不同ONU之间的数据转发。OLT的逻辑拓扑仿真功能支持ONU之间点到点和点到多点的数据传输。
3 基于EPON的1553B设备的互联
1553B是典型的集中控制的分布式处理系统，而EPON也是基于OLT集中控制的分布式接入系统，本文提出利用EPON实现1553B设备互联的方案如图2所示。在这种互联方案中，多个ONU与一个OLT构成一个EPON系统，OLT和ONU由无源光纤连接。OLT通过1553B网关与1553B总线控制器相连，ONU通过1553B网关和各种远程终端相连，远程终端还可连接1553B子系统。1553B网关采用10M/100M以太网和OLT、ONU相连，通过1553B总线和总线控制器、远程终端互联。
在图2的互联方案中，1553B远程终端(包括嵌入远程终端的子系统和总线监视器)通过1553B网关和EPON中的ONU相连，总线控制器通过1553B网关和EPON中的OLT相连。1553B总线控制器向远程终端发送的消息通过OLT到ONU的下行广播实现，远程终端和总线控制器之间的通信通过ONU到OLT的时分复用方式接入，而远程终端之间的消息由位于OLT第二层的逻辑仿真功能进行转发。
利用EPON实现1553B设备的互连的关键技术是1553B网关的设计。1553B网关实现1553B协议到以太网协议的转换。本系统设计中采用数据设备公司的1553B 总线控制器BU-61580和Fresscale公司通信协议处理器MPC860实现1553B网关。1553B网关的结构如图3所示。BU-61580通过变压器耦合和1553B总线控制器、总线监视器以及远程终端连接[5]； MPC860通信协议处理器通过以太网接口RTL8019提供标准的10Base-T或100Base-T自适应的以太网接口[6]。10M/100M以太网接口可以和EPON中的OLT或ONU相连。1553B网关实现1553B信令和以太网信令之间的转换。
