以太网：无人机的首选连接平台

以太网已成为军用无人机（UAV）系统设计人员的首选连接平台。

固定翼和旋转翼无人机（UAV）被军方广泛用于侦察，搜索和救援，反恐和战斗。无人机在派遣飞行员太危险，太困难或要求太高的任务中发挥作用，无论任务是在无法进入的地形还是战区，无论目标是秘密监视，长途飞行还是连续扩展观察。

固定翼和旋转翼无人机（UAV）被军方广泛用于侦察，搜索和救援，反恐和战斗。无人机在派遣飞行员太危险，太困难或要求太高的任务中发挥作用，无论任务是在无法进入的地形还是战区，无论目标是秘密监视，长途飞行还是连续扩展观察。

无人驾驶飞机需要使用机载计算机和关键任务设备，以支持任务概况。它们使用多个传感器，包括视觉、红外、近红外、辐射、生物和化学。该设备使用多个视觉摄像头，为远程飞行员提供180度的前进和向下视图，并记录任务数据。无人机上还可能还有短程无线电，卫星链路，雷达和其他战术通信设备，以与集中式指挥进行通信。所有这些设备都需要可靠、灵活和快速的连接，以产生一个和谐工作的机载系统，并使任务保持在正轨上。

以太网是政府和商业应用中有线连接技术的成熟标准，由于其经过验证的互操作性、可靠性和速度，现在正迅速成为军事和其他坚固型应用的标准。专用总线架构传统上用于军事应用，包括无人机，但过去曾导致更重，专有和不灵活的系统。

为什么选择无人机以太网？

以太网已被证明是军用无人机应用的可行替代方案，原因如下：

以太网和 IP 技术无处不在

以太网设备本质上是可互操作的，鼓励模块化

坚固耐用的商用现货 （COTS） 组件一应俱全

以太网继续获得大量技术投资

以太网使用已建立的基础设施在全球跨距离运行

军方使用的无人机中越来越多的部件现在被模块化并通过以太网连接。

无人机以太网连接的优势

首先，以太网是健壮的。前几代连接容易受到无人机在正常条件下面临的因素的影响。污垢、潮湿、温度偏差和振动都会降低标准总线架构连接的效率和效率。以太网是一个更可靠和可靠的连接平台;此外，交换机之间的互连性可以使这些连接更加可靠。例如，可以在无人机中使用多个交换机来提供冗余并消除单点网络故障的可能性。交换机相互连接，因此可以通过围绕故障进行路由来避免交换机故障或交换机之间的链路故障。

以太网还提供诊断功能。管理型以太网交换机可以提高 UAV 内部通信的弹性。该系统可以设置为自我检测和自我管理模块，从而增加无人机的正常运行时间。

在某些总线架构中，如果一个模块发生故障，通过直接电气连接相互通信的模块可能会使整个系统崩溃。然而，在以太网架构中，模块是电气隔离的，因此如果一个模块发生故障，损失仅限于该模块的损失。

以太网组件的模块化还使无人机具有设计和实现的灵活性。由于以太网组件的灵活性，无人机可以用于多种功能，并且现场的无人机可以在现场进行改装和装备以满足特定需求。

以太网还可以帮助解决尺寸、重量、功耗和成本（SWaP-C）问题。每减少一盎司的重量就意味着无人机的飞行时间更长，因此每一盎司的部件重量都必须提供并保持最佳的系统性能。每平方英寸必须承载尽可能多的功能。电源管理也是一个挑战，为部署的无人机找到平衡至关重要。轻巧、坚固的以太网交换机是充分利用SWaP-C压力和约束的绝佳组合，因为它们为其他设备节省了无人机上的空间空间。

以太网供电

SWaP 的电源部分可以通过称为以太网供电或 POE 的概念来启用。该技术使单根电缆能够为网络设备（如传感器、IP 摄像机甚至无线网状网络节点）提供数据连接和电力。POE 通过标准网络布线（即 CAT5）工作，直接从联网设备所连接的数据端口供电。

在传统的企业网络中，POE已经实施了多年，以帮助简化网络设备的布线 - 特别是在运行电气和CAT5电缆可能既麻烦又昂贵的情况下。在战场和航空电子通信网络中，使用 POE 交换机可以在单个设备上提供数据连接和电源，从而大幅降低这些移动平台上的空间需求和布线复杂性。通过在单个移动平台中消除电源和相关布线，这些空间受限的平台可以利用急需的空间来支持新设备，以增强通信和战场效率。

如今，IEEE 有两种通用的 POE 标准，支持两个级别的功率分类。这两个标准可确保所有使用 POE 的设备都兼容，并且将相互互操作。原始的 802.3af POE 标准为使用 48 V 的每个设备提供高达 15.4 W 的直流电源。在大多数情况下，供电设备仅提供12.95 W，因为电缆中会消耗一些功率。仅需要这种较低功率的设备示例包括标准 IP 摄像机、大多数 WLAN 接入点和 IP 电话。

随着远程设备变得越来越复杂，并且设备需要更多的计算能力，运行它们所需的电力也随之增加。其中一些设备包括水平转动倾斜变焦 （PTZ） 摄像机和高功率无线通信设备。最近，IEEE将该标准更新为802.3at-2009 POE标准，也称为POE +或POE plus，可为这些增加的功率要求提供高达25.5 W的功率。为设备供电必须支持 30 W 的直流电源，以补偿电缆中的耗散。

评估 POE 交换机时，需要评估这些交换机中可用的真实功率。例如，尽管交换机上可能有八个端口，但该交换机的总体 POE 功率预算可能不足以支持每个端口上的 POE+。需要计算和规划对设备类型及其功耗进行全面评估。

使用寿命长

最后，以太网拥有较长的设计寿命：以太网标准已经存在了很长时间 - 超过40年 - 这意味着无人机设计人员可以减少设计过时。采用它的系统可以享受较长的生命周期。

无人机正在扩展任务潜力，降低风险，提高效率，使现代军队能够以前所未有的方式开展前所未有的行动。随着无人机所需功能的增长，无人机技术不断面临新的要求和任务，这就要求改变设计和系统的方法。板载以太网连接有助于实现很大的设计灵活性，以满足无人机不断变化的需求。

标准和速度方面的进展

为了跟上对数据的指数级需求和共享，以太网在过去五年中在速度上取得了一些巨大的飞跃。2010年，IEEE迈出了前所未有的一步，同时批准了两个以太网标准 - 本地服务器应用的40 GbE标准和互联网骨干网的100 GbE速率。这些标准一起被称为高速以太网;40 GbE 整合了 4 条 10 GbE 的通道，100 GbE 整合了 4 条 25 GbE 的通道（一项全新的技术）。40 GbE实施在数据中心内将服务器和路由器相互连接（东/西流量）方面正在获得动力，而服务提供商正在其网络骨干网（北/南流量）中实施100 GbE。这两种标准都需要更高速的光纤来建立连接。

去年早些时候，IEEE开始组建工作组工作组，以创建标准，以实现25 GbE（为支持100 GbE而开发的四个25-GbE通道中的单个通道）和400 GbE（四个100-GbE链路的合并）。

随着以太网作为连接设备以及通过有线和无线网络连接设备、从个人到桌面再到家庭再到汽车的数据传输的首选技术变得越来越普遍，它将继续发展。以太网的美妙之处在于，作为标准，无论设备支持什么速度，所有速度都通过交换机和路由器向后兼容;此外，使用以太网作为标准连接的设备将始终能够相互通信。

对于军用嵌入式和非嵌入式系统来说，这是一个激动人心的时刻。政府对COTS和标准化的要求使我们更接近于向军事应用提供相同的商业应用采用率，这将使我们能够保护和拯救生命。

审核编辑：郭婷