CN105871665A - 控制系统和控制系统的通信网络的接入装置 - Google Patents

Abstract

公开了控制系统和控制系统的通信网络的接入装置，该控制系统(4)包括接入到通信网络(8)的多个接入装置(10a,10b,…10n)，接入到通信网络的这些接入装置借助于光学信号(21)相互通信。接入装置包括两个相对面(12,14)。该接入装置还包括：光闸(16)，其能够在至少部分透明状态与不透明状态之间进行控制，该光闸在两个相对面之间跨越接入装置的一部分；控制电路(28)，其被配置用于控制该可控光闸；光学信号发射器(20)，其在两个相对面的第一面上，被布置成使得允许光学信号朝向第一相邻接入装置发射；以及光学信号接收器(26)，其在两个相对面的第二面上，被布置成使得允许接收源自第二相邻接入装置的光学信号。

Description

控制系统和控制系统的通信网络的接入装置

技术领域

本发明涉及一种控制系统，具体地涉及飞行器中的控制系统，该控制系统包括接入到通信网络的多个接入装置。本发明还涉及一种接入到通信网络的接入装置以及包括这样的控制系统的飞行器。

背景技术

现代飞行器包括一个或多个控制系统。这些控制系统特别地执行用于引导飞行器、用于管理其飞行路径、用于管理警报、用于管理维护等的功能。这些控制系统一般包括经由机载通信网络彼此通信的一个或多个计算机。传统上，一个计算机可以被专用于一个特定功能。在近期的飞行器中，这些计算机可至少部分被IMA(综合模块化航空电子)类型的模块化航空电子计算机取代。每个IMA计算机可以容纳与传统上由分别的专用计算机实现的功能对应的多个应用。无论是专用类型还是IMA类型的各种计算机一般采用机架的形式，该机架容纳连接到背板类型的总线的多个电子板。飞行器的多个计算机一般装配在电子机柜(electronics cabinet)中，在共同称为“电子隔间(electronics bay)”的飞行器的区域中，这些计算机以能够在其之间交换信息和/或与飞行器的其它计算机交换信息的方式而连接到机载通信网络。每个计算机对应于接入到所述通信网络的接入者。每个计算机可例如连接到确定性全双工以太网通信网络(诸如例如数据网络)的交换机。可想到其它实施例，例如，环形类型的通信网络。无论是专用类型还是IMA类型的各种计算机共同称为LRU(现场可更换单元)，这是由于在故障的情况下，由于在计算机操作期间电子板不能从机架移除并且不能在飞行器上更换，因此与计算机对应的机架必须从飞行器移除。

在现代飞行器中，LRU计算机可由电子封装所取代。封装的原理是将每个均支持一般由LRU支持的功能的电子板装配在同一机架内。这些电子板共享共同的资源，诸如，例如，电源、通信网络的交换机等。这些资源一般由集成到机架的其它电子板(例如，电源板、通信网络交换机板等)支持。由于可以更换封装的板而不中断封装的操作，因此封装的各种电子板称为LRM(现场可更换模块)。封装的各种LRM一般经由通信网络(具体地，借助上述交换机)相互通信。飞行器的各种电子封装一般集成在航空电子隔间中。

在将接入到通信网络的多个接入者连接在一起的通信网络的情况下，交换机的故障可以导致对于连接到该交换机的所有计算机的通信的不可能性，其中这些接入者具体地与LRU或LRM对应，并且网络包括交换机。为了对该可能性先发制人，冗余交换机一般设置在机载通信网络中。在环形类型的通信网络的情况下，如果接入到该通信网络的计算机损坏，则这可能导致接入到该网络的其它计算机之间的通信的中断。

此外，在电子封装的情况下，由于所需的空间和重量，可能期望将与飞行器的有用功能对应的尽可能多的LRM模块集成到封装的机架。然而，集成到封装的通信网络的交换机对应于占据机架的空间的电子板，而可能期望恢复该空间以便将LRM添加到封装中。

发明内容

本发明的目的特别是提供一种对这些问题的解决方案。其涉及一种接入到控制系统的通信网络的接入装置，该控制系统包括接入到该通信网络的多个接入装置，接入到该通信网络的这些接入装置借助于光学信号相互通信。接入装置包括两个相对面，并且其特征在于其还包括：

-光闸(optical shutter)，其能够在一方面允许接入到通信网络的接入装置之间的光学信号的传输的至少部分透明状态与另一方面禁止所述光学信号的传输的不透明状态之间进行控制；

-控制电路，其被配置用于控制光闸；

-第一光学信号发射器，其在两个相对面的第一面上，被布置成使得允许光学信号朝向第一相邻接入装置发射；以及

-第一光学信号接收器，其在两个相对面的第二面上，被布置成使得接收源自第二相邻接入装置的光学信号，

光闸跨越两个相对面之间的接入装置的一部分，以及

控制电路被配置用于仅在接入装置在操作中时才施加光闸的不透明状态。

因此，根据第一光学信号发射器和第一光学信号接收器，接入到控制系统的通信网络的接入装置被配置用于与相邻接入装置通信。假定控制电路被配置用于仅在接入装置在工作中时才施加光闸的不透明状态，其结果是，在接入装置故障的情况下，光闸处于其至少部分透明状态。因此，光闸然后允许在位于所关注的接入装置的任一侧的第一相邻接入装置和第二相邻接入装置之间传输光学信号。因此，甚至在所关注的接入装置故障的情况下，这些相邻接入装置也可以继续通信。另外，接入装置相互通信而无需通信网络交换机，该事实一方面使得通信对这样的交换机的故障不敏感，并且另一方面实现了由于这样的交换机的缺少导致的所需重量和空间的减小。

根据可单独地或相结合地纳入考虑的特定实施例：

-接入装置被配置用于位于容器中操作，该接入装置包括一端，该一端包括被设计用于与容器的连接器配合的连接器，光闸所跨越的接入装置的所述部分与所述一端邻近；

-接入装置包括光闸的不透明性检测器，该接入装置被配置成使得仅在不透明性检测器检测到光闸的不透明状态时才允许借助于第一光学信号发射器发射光学信号；

-接入装置还包括：

第二光学信号发射器，其在两个相对面的第二面上，被布置成使得允许朝向第二相邻接入装置发射光学信号；以及

第二光学信号接收器，其在两个相对面的第一面上，被布置成使得允许接收源自第一相邻接入装置的光学信号，以使得

在一个有利实施例中，一方面的第一光学信号发射器和第一光学信号接收器以及另一方面的第二光学信号发射器和第二光学信号接收器使用不同波长的光学信号。

根据第一替选，接入装置发射和/或接收的光学信号的波长对应于红外光范围。

根据第二替选，接入装置发射和/或接收的光学信号的波长对应于可见光范围。

本发明还涉及一种包括通信网络的控制系统，该控制系统包括至少三个与先前描述的接入装置类似的、接入到通信网络的接入装置。

有利地，控制系统包括每个均容纳至少一个接入装置的至少两个容器，控制系统还包括在所述容器中的第一容器与所述容器中的第二容器之间的至少一条光纤，该光纤允许在位于第一容器中的接入装置与位于第二容器中的接入装置之间借助于光学信号进行通信。

根据一个实施例，控制系统包括至少一个容器，该至少一个容器容纳处于所述容器的第一端与第二端之间的至少三个接入装置，该容器还包括在所述第一端和所述第二端中的至少一个处的至少一个反射器。

根据另一实施例，控制系统包括至少一个容器，该至少一个容器容纳处于所述容器的第一端与第二端之间的至少三个接入装置，该控制系统还包括允许所述第一端与所述第二端之间的光学通信的至少一条光纤。

本发明还涉及一种包括诸如上述的控制系统的飞行器。

附图说明

在阅读了随后的描述和检查了附图之后，本发明将得以更好的理解。

图1以简化方式示出了包括航空电子隔间的飞行器。

图2是根据本发明的一个实施例的接入到控制系统的通信网络的接入装置的简化透视图。

图3示出了在与图2中的箭头V对应的方向上看到的图2中的装置。

图4a和图4b示出了包括诸如图3所示的接入到通信网络的接入装置的控制系统的部分图示。

图5作为顶视图示出了图2中的装置的一个实施例。

图6和图7作为顶视图以简化方式示出了容纳诸如图2所示的多个装置的容器。

图8示出了包括诸如图6所示的两个容器的控制系统的一个特定实施例。

图9和图10示意性地示出了包括诸如图6所示的容器的控制系统的特定实施例。

具体实施方式

图2和图3所示的接入到控制系统的通信网络的接入装置10包括两个相对面12和14。接入装置还包括光闸16，该光闸在两个相对面12与14之间跨越接入装置10的一部分15。光闸16能够在一方面允许光学信号传输的至少部分透明状态与另一方面禁止所述光学信号的传输的不透明状态之间进行控制。接入装置还包括控制电路28，控制电路28被配置用于控制光闸16。更具体地，控制电路28被配置用于仅在接入装置10在操作中时才施加光闸16的不透明状态。接入装置包括在面12上的第一光学信号发射器20，其被布置成使得允许光学信号朝向第一相邻接入装置发射。接入装置还包括在面14上的第一光学信号接收器26，其被布置成使得允许接收源自第二相邻接入装置的光学信号。有利地，接入装置10还包括在面14上的第二光学信号发射器24，其被布置成使得允许光学信号朝向第二相邻接入装置发射，以及还包括在面12上的第二光学信号接收器22，其被布置成使得允许接收源自第一相邻接入装置的光学信号。

根据一个实施例，光闸16对应于液晶装置，该液晶装置在没有通电时具有透明或至少部分透明状态以及在通电时具有不透明状态。根据另一实施例，光闸16对应于电控光圈(electrically-controlled diaphragm)，该光圈在没有电源的情况下打开并且在通电时关闭。

根据一个实施例，控制电路28被配置用于在接入装置10通电时施加光闸16的不透明状态。控制电路28然后可被限制于在接入装置10通电时向光闸16供电的电路。根据另一实施例，控制电路28被配置用于接收与接入装置10的正确操作对应的信号，以及用于仅当在短于预定阈值的时段内接收到这样的信号时才施加光闸的不透明状态。在这样的情况下，控制电路28可例如对应于看门狗类型的电路，其可特别地被集成到接入装置10的处理器中。

在正常操作中，当接入装置10在操作中时，控制电路28施加光闸16的不透明状态。因此，如图4a所示，第一或第二相邻接入装置10v、10x之一发射的光学信号21由第一光学信号接收器26或第二光学信号接收器22接收，但是这些光学信号不由所述第一或第二相邻接入装置中的另一个接收，这是由于这些光学信号被光闸16阻挡。因此，仅接入装置10接收该相邻接入者发射的光学信号。在第一光学信号接收器26或第二光学信号接收器22接收到光学信号之后，接入装置10分析与这些光学信号对应的信息。如果该信息被定址到接入装置10，则该接入装置10利用该信息。否则，如果该信息被定址到其它接入装置，则接入装置10借助于第一光学信号发射器20或第二光学信号发射器24来发射与该信息对应的光学信号，其目的地是所述第一或第二相邻接入装置中的另一个。

另一方面，当接入装置10没有在操作中时，光闸16保持在其至少部分透明状态。因此，如图4b所示，当接入装置10没有在操作中时，由第一或第二相邻接入装置10x、10v之一发射的光学信号21可以通过光闸16，因此可以直接由所述第一或第二相邻接入装置中的另一个接收。这使得甚至当接入装置10没有在操作中或者缺少接入装置10时，也能够保证这两个相邻接入装置之间的通信连续性。因此，接入装置10的故障不影响通信网络的其它接入装置之间的通信。

在图5所示的一个特定实施例中，接入装置10包括光闸16的不透明性检测器19。该不透明性检测器可例如包括在光闸16的任一侧彼此相对布置的光学信号发射器19a和光学信号接收器19b。发射器19a和接收器19b连接到接入装置10的电路。当接入装置10通电时，发射器19a朝向光学信号接收器19b发射光学信号。如果光闸16处于其不透明状态，则接收器19b不接收该光学信号，并且所述电路启用与光闸的不透明状态对应的信号。如果光闸16处于其至少部分透明状态，则接收器19b接收该光学信号，并且所述电路禁止与光闸的不透明状态对应的信号。有利地，接入装置10被配置用于仅在启用了与光闸的不透明状态对应的信号时，才控制第一光学信号发射器20和/或第二光学信号发射器24的光学信号发射。这使得能够避免接入装置10发射的光学信号与相邻接入装置发射的光学信号之间的干扰影响。

有利地，一方面的第一光学信号发射器20和第一光学信号接收器26以及另一方面的第二光学信号发射器24和第二光学信号接收器22使用不同波长的光学信号。这使得能够避免接入装置10朝向相邻接入装置发射的光学信号与接入装置10接收的光学信号之间的干扰影响。因此，这增强了接入装置10与该相邻接入装置之间的双向通信的可靠性。

根据一个特定实施例，接入装置发射的和/或接收的光学信号的波长对应于红外光范围。这允许在存在烟的情况下光学信号的更好传输。这实现了在通信网络可能需要在充满烟的环境中操作的情况下接入到通信网络的接入装置之间的通信的增强可靠性。

在一个有利实施例中，接入装置10被设计用于放置在容器30中操作。在图6所示的一个示例中，容器对应于用于容纳多个接入装置10a、10b、10c…10n的机架30。这些接入装置然后对应于电子板。电子板可经由所述机架的正面31而被引入到机架30中。每个电子板具有正面25，以使得当电子板位于机架中时，该正面基本上对应于机架的正面31。每个电子板在与其正面25相对的背面上包括连接器18。该连接器被设计成连接到机架的背面37的下部，例如连接到背板。电子板的由光闸16跨越的部分15与电子板的包括连接器18的所述背面相邻。因此，如图7所示，如果板10e部分地插入到机架30中，则其无法形成对于两个相邻电子板10d和10f之间的光学信号21的交换的阻碍：板10e几乎完全没有插入到机架中、并且于是板10e没有部分可以阻碍光学信号21的通过，或者板10e几乎完全插入到机架30中、并且于是光学信号21可以通过光闸16，这是由于在假定由于电子板部分插入到机架30中因此没有在操作中的情况下，光闸16处于其至少部分透明状态。容器30和接入装置10a、10b、10c…10n形成控制系统4。该控制系统包括各个装置10a、10b、10c…10n所接入的通信网络8。该通信网络8基于借助于所述接入装置的光学信号发射器和接收器在接入装置之间的光学信号21的交换。通信发生在从一个接入装置到相邻接入装置。在第一接入装置需要向在物理上与容器30中的第一接入装置不相邻的第二接入装置发送信息的情况下，第一接入装置将该信息发送给相邻接入装置，该相邻接入装置将该信息转发到另一相邻接入装置，该另一相邻接入装置可以再次将该信息转发到另一相邻接入装置，直到第二接入装置接收到该信息的点为止。即使通信网络8在与接入装置10a和10n对应的其端部处不一定是根据环形拓扑的闭环的，接入装置之间的各种通信也根据环形通信网络的原理而发生。

在图8所示的一个特定实施例中，控制系统包括多个容器30a、30b，诸如，例如上述机架30，其容纳接入到通信网络的接入装置。控制系统还包括在所述容器中的第一容器30a与所述容器中的第二容器30b之间的至少一条光纤35。第一容器30a包括在所述第一容器的侧壁上的光纤接口装置32a，其面向位于该第一容器内的接入装置10n的光学信号发射器(或接收器)。以类似方式，第二容器30b包括在所述第二容器的侧壁上的光纤接口装置32b，其面向位于该第二容器内的接入装置10p的光学信号接收器(或分别地发射器)。因此，接入装置10n的光学信号发射器发射的光学信号经由接口装置32a、光纤35和接口装置32b被路由到接入装置10p的光学信号接收器。光纤35因此允许在位于第一容器30a中的接入装置10n与位于第二容器30p的接入装置10p之间借助于光学信号进行通信。同样的原理可适用于控制系统包括多于两个容器的情况：各个容器然后可借助于光纤来级联。

根据第一替选，接口装置32a位于第一容器30a的所述侧壁上，以使得该接口装置可以同时一方面接收接入装置10n的光学信号发射器发射的光学信号、以便通过光纤35传送这些光学信号，以及另一方面朝向接入装置10n的光学信号接收器传送来自光纤35的光学信号。这允许使用单根光纤35实现第一容器30a与第二容器30b之间的双向通信。根据第二替选，光纤及其接口装置加倍：第一光纤允许从第一容器30a到第二容器30b的通信，并且第二光纤允许从第二容器30b到第一容器30a的通信。

除了如上所述的位于两个分开容器内的接入装置之间的通信之外，光纤35还可用于允许位于同一容器的两个横向端处的两个接入装置之间的通信。在图9中示出了这样的实施例。容器30然后包括位于容器30的两个相对侧壁上的两个光纤接口装置32a、32b，其面向位于所述容器30内的两个接入装置10n、10a的光学信号发射器(分别地接收器)。位于容器内的各个接入装置因此可以根据环形拓扑进行通信。以类似方式，当控制系统包括由如上所述的光纤所连接的多个容器时，该控制系统可包括在所述容器中的最后一个容器与第一容器之间的光纤，以便允许位于所述容器内的各个接入装置根据环形拓扑进行通信。

可想到如下控制系统的情况下的另一实施例：该控制系统的接入到通信网络的各个接入装置位于同一容器30内，以便允许位于该容器内的各个接入装置根据环形拓扑进行通信。在图10所示的该实施例中，在接入到通信网络的接入装置之间交换的各种光学信号必须对应于同一波长。容器30包括布置在容器30的两个相对侧壁上的两个反射器33a和33b，其分别面向位于容器30内的接入装置10n和接入装置10a的发射器和接收器。凭借反射器33a，接入装置10n的第一光学信号发射器20发射的光学信号由同一接入装置10n的第二光学信号接收器22接收。以相同方式，凭借反射器33b，接入装置10a的第二光学信号发射器24发射的光学信号由同一接入装置10a的第一光学信号接收器26接收。因此，光学信号21根据环形拓扑在接入到通信网络的各个接入装置之间交换。

在该其它实施例的一个替选中，接入装置被配置成检测接入装置是否处于容器的一端。例如，如果装置借助于布置在其一个面上的光学信号发射器发射光学信号并且如果其在布置在同一面上的光学信号接收器上没有接收到任何响应，则装置可检测其处于容器的一端。接入装置被配置成使得当接入装置检测到其处于容器的一端时，如果该接入装置从相邻接入装置接收到光学信号，则其朝向该相邻接入装置重新发射这些相同的光学信号。这使得能够保证根据环形拓扑的通信网络的正确操作。

在一个特定实施例中，控制系统是飞行器1的机载控制系统。容器(或多个容器)30然后位于飞行器的航空电子隔间3内。可想到各种变型，只要关注容器30和位于所述容器内的接入装置即可。

根据一个变型，容器30是电子机架，该电子机架对应于封装，并且包含插入到所述机架的背板连接器中的电子板的组件。这些电子板于是被称为如之前所述的LRM。每个电子板然后对应于接入装置10a、…10n。电子封装被设置用于实现飞行器的一个功能，诸如，例如，在通信封装的情况下，飞行器与地面的通信。控制系统于是对应于所述功能，例如，上述示例中的飞行器的通信系统。

根据另一变型，容器30是用于容纳飞行器的多个机载计算机的航空电子隔间的电子机柜，其中，这些机载计算机可以是IMA类型和/或LRU类型的计算机，或者甚至是电子封装。所述多个计算机中的每个计算机于是对应于接入装置10a、…10n。控制系统于是对应于飞行器的全局控制系统，其执行分布在各个计算机内的多种功能，所述功能中的每个功能对应于飞行器的基本控制系统(例如，飞行器的飞行管理系统、飞行器的飞行路径控制系统等)。

尽管以上在飞行器的控制系统的特定情况下描述了本发明的各种变型实施例，但是本发明不限于航空领域。其可适用于任何控制系统，例如，适用于工业控制系统。

Claims (12)

1.一种接入到控制系统(4)的通信网络(8)的接入装置(10)，该控制系统包括接入到所述通信网络的多个接入装置，接入到所述通信网络的这些接入装置借助于光学信号(21)相互通信，所述接入装置包括两个相对面(12，14)，其中，所述接入装置包括：

-光闸(16)，其在一方面允许接入到所述通信网络接入装置之间的光学信号的传输的至少部分透明状态与另一方面禁止所述光学信号的传输的不透明状态之间是可控的；

-控制电路(28)，其被配置用于控制所述光闸(16)；

-第一光学信号发射器(20)，其在所述两个相对面的第一面(12)上，被布置成使得允许光学信号朝向第一相邻接入装置发射；以及

-第一光学信号接收器(26)，其在所述两个相对面的第二面(14)上，被布置成使得允许接收源自第二相邻接入装置的光学信号，

所述光闸(16)在所述两个相对面(12，14)之间跨越所述接入装置的一部分(15)，以及

所述控制电路(28)被配置用于仅在所述接入装置在操作中时才施加所述光闸(16)的不透明状态。

2.根据权利要求1所述的接入装置(10)，其中，所述接入装置(10)被配置用于处于容器(30)中操作，所述接入装置包括一端，所述一端包括被设计成与所述容器的连接器配合的连接器(18)，所述接入装置的由所述光闸跨越的所述部分(15)与所述一端邻近。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的接入装置，其中，所述接入装置包括所述光闸(16)的不透明性检测器(19)，所述接入装置被配置成使得仅在所述不透明性检测器检测到所述光闸的不透明状态时才允许借助于所述第一光学信号发射器发射光学信号。

4.根据任一前述权利要求所述的接入装置，其中，所述接入装置还包括：

-第二光学信号发射器(24)，其在所述两个相对面的所述第二面(14)上，被布置成使得允许光学信号朝向所述第二相邻接入装置发射；以及

-第二光学信号接收器(22)，其在所述两个相对面的所述第一面(12)上，被布置成使得允许接收源自所述第一相邻接入装置的光学信号。

5.根据权利要求4所述的接入装置，其中，一方面的所述第一光学信号发射器(20)和所述第一光学信号接收器(26)以及另一方面的所述第二光学信号发射器(24)和所述第二光学信号接收器(22)使用不同波长的光学信号。

6.根据任一前述权利要求所述的接入装置，其中，所述接入装置发射和/或接收的光学信号(21)的波长对应于红外光范围。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的接入装置，其中，所述接入装置发射和/或接收的光学信号(21)的波长对应于可见光范围。

8.一种包括通信网络(8)的控制系统(4)，其中，所述控制系统包括至少三个如任一前述权利要求所述的、接入到所述通信网络的接入装置(10a,10b,…10n)。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述控制系统包括每个均容纳至少一个接入装置的至少两个容器(30a,30b)，所述控制系统还包括在所述容器中的第一容器与所述容器中的第二容器之间的至少一条光纤(35)，该光纤允许在位于所述第一容器中的接入装置与位于所述第二容器中的接入装置之间借助于光学信号进行通信。

10.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述控制系统包括容纳至少三个接入装置的至少一个容器(30)，所述至少三个接入装置处于所述容器的第一端与第二端之间，所述容器还包括在所述第一端和所述第二端中的至少一个处的至少一个反射器(33a,33b)。

11.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述控制系统包括容纳至少三个接入装置的至少一个容器(30)，所述至少三个接入装置处于所述容器的第一端与第二端之间，所述控制系统还包括允许所述第一端与所述第二端之间的光学通信的至少一条光纤(35)。

12.一种飞行器(1)，其中，所述飞行器包括如权利要求8至11中任一项所述的控制系统(4)。