航空航天飞行器机内/星内通信系统（以下简称机内/星内）是 “中枢神经” ，
确保对航电、载荷、飞控实现信息交互与控制，保证指令下达、飞行参数、工作状态及任务情报数据的传输任务，是计算机通信技术在
航空航天飞行器
电子通信系统底层的具体实现。
以航空机内通信为例，机内通信系统承担着不同阶段的飞行任务控制指令、飞机参数、设备工作状态、任务情报数据等传输任务，可以满足以下需求：
1
）高实时性数据：
包括飞行操纵、目标定位、火力打击等涉及快速反馈控制的数据；
2
）高可靠性数据
：包括飞控、导航、动力、电气、起落架等涉及飞行安全的数据；
3
）大宽带的数据：
如雷达、电子战、光电等任务载荷获取的情报数据。
一、趋势：高速传输、灵活组网、无线化是机内/星内发展趋势
当前机内/星内
主要通过数据总线的有缆方式完成内部信息交互。
历经几十年的发展，机内/星内数据总线通信系统不断变革和发展，
机内/星内通信
从最初的普通电线介质发展到双绞线介质再到同轴电缆介质并逐步采用高性能光纤介质，在通信拓扑方面，机内通信从孤立设备之间的从点对点通信发展到共享总线型通信再到网络交换式的通信。
当前主要的ARINC429、ARINC629、MIL-STD-1553B和AFDX等航空数据总线通过时隙划分、总线仲裁和虚连接等机制保证了确定性，具有可靠性、确定性、实时性和安全性等。
表：典型低速/高速星内/机内数据总线综合对比
但基于有缆方式表现出严重不足:
1
、
增加重量与设计复杂度。以星内为例，
有线线缆及其固定防护措施的重量大约是航天器干重的7%-8%。增大重量，而且使得电子系统的设计复杂度愈加复杂，系统升级越来越困难；而在现代飞机，线缆重量占飞机重量超过1/3，以A380为例，其线缆可多达100,000条，线缆总长达470km，线缆重量达5,700kg。
图：A350/380飞机内部线缆分布示意
2、
安全性差，不易维护。
线缆布局极为复杂，一旦发生防护层破裂、导线折断等临时安全故障，维修难度较大，且容易造成严重的安全事故。如机载总线会引入大量的耦合器、连接器，这进一步增大了出现安全故障的概率。
在确保稳定提升性能的基础上，如何通过优化设计，达到减重、降耗、降低组网布线复杂度和成本。
尽量使用无线通信技术、减少对有缆依赖是最直接最有效的方式，且有能有效提高通信系统鲁棒性。
此外，从国内外研究现状来看，飞行器无缆化技术的发展趋势包括高速传输和灵活组网。机内通信技术的发展即是不断提升其传输性能，以满足飞机数据各种不同传输需求的过程，高可靠、高速率、大吞吐量、多功能和更灵活是其发展的方向。
二、技术趋势：无线电通信与无线光通信两大技术方向
从目前研究方向来看，主要分为无线电通信与无线光通信两大技术方向，无线电通信即无线射频通信，也是当前研究重点方向，在此不在赘述，着重说下无线光通信。
无线光通信：
又称自由空间光通信FSO(FreeSpace Optical Communication)，以大气作为传输媒介来进行光信号的传送，
是速度最快的无线通信，信号源主要有
红外线IR、可见光VL、紫外线UV。
FSO系统主要是由发射系统、信道与接收系统构成，只要在适当距离的收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，即可实现无线光通信。
无线光通信主要具有以下优势：
1)
成本低，以大气为传输介质，免去了昂贵的光纤铺设与维护工作；
2)
方向性好和窄波束，传输安全性很高，抗电磁干扰能力强；
3）有更丰富的频谱资源，并且无需频率许可证，且不会与已有射频通信系统相互干扰；
4)
承载信息容量大，目前国外无线光通信系统一般采用1550nm波长频段，传输速率可达10Gbps。
但是还存在以下问题：
1)
传输距离越大，光束就会越宽，接收的光信号质量越差，速率也就会越低。
2)
若光波以大气信道进行传输，则其受到天气等因索的影响较大。
3)
收发对准要求高。
三、研究进展：美国、欧盟、日本及ITU等均在开展航空航天器无缆通信组网技术研究
为解决有缆存在的问题，美国、欧盟、俄罗斯以及ITU等国际组织都开展了大量的无缆通信组网技术研究，试图以无线通信取代数据总线，
并在基础研究、仿真实验、标准制定以及飞行试验等方面取得了一些成果，探索了蓝牙、ZigBee等无线技术实施的可行性。由于机内/星内内部环境的特殊性，目前整体研究进度仍然处于基础研究阶段，但在未来机内/星内通信手段中将成为重要候选技术之一。
1
、无线电通信
机内：
国外学者们还开展了一系列单项技术研究: Dinh-Khanh Dang探讨了使用IEEE
802.11n、ECMA-368和IEEE 802.15.3c取代AFDX总线的技术可行性。Dinh-Khanh Dang和Stone分别提出了一种基于ZigBee和蓝牙的机内无线数据分发系统。Xuewu Dai提出了一种适于航空发动机健康状态监测的无线通信系统。
世界无线电通信大会（WRC-15）期间，各国审议通过了一项支持“以航空移动（航路）业务进行频率划分、推进航空机载内部无线通信（WAIC）的应用和发展”的议题，可以借助安装在航空器上不同位置的无线传感器，实现驾驶舱与机翼、起落架、发动机、客（货）舱等重要部位通信传输的无线电通信系统。逐步探索民机机载内部无线通信技术。下图是航空机载内部无线通信技术在起落架系统的基础应用场景。
在产业界方面。
为推动航电内部通信无线化应用与标准建立，美国NASA、波音、空客、巴航、汉莎、柯林斯、泰雷兹、霍尼韦尔与德克萨斯A&M大学等机构成立了航空航天飞行器系统研究所（AVSI），并专门成立工作组研究无线航电内部通信技术。以空客为例，早在2010年就与德国海因里希·赫兹通信技术研究所(HHI)开展了基于IEEE 802.11n技术的无线航空电子机内通信研究。
星内：
2006年底，荷兰Delft大学发射Delft-C3卫星，星内采就用无线通信技术，通过在轨实验充分验证了卫星内部采用无线通信技术的可行性。在Delft 大学进一步的研究中，通过地面无线通信演示验证系统，对ZigBee以及蓝牙等低速无线通信技术进行研究，如下图所示。
图：星内无线通信地面验证
英国萨里大学空间中心也开展了相关研究，在航天器内部通信方面也采用ZigBee技术；美国空军研究实验室与Northrop Grumman签订研究协议，进行无线航天器总线以及无线数据总线接口的研究，在星内通信协议方面，2013 年，空间数据系统咨询委员会CCSDS下属的航天器星上接口服务工作组( Spacecraft Onboard Interface Services Area，SOIS) 发布了关于空间任务的无线网络通信的绿皮书，论述了无线通信网络技术应用于卫星内的可能性和优势。美国NASA Johnson Space Center 针对现有无线商业协议ZigBee、ISA.100.11a以及WirelessHART进行了分析评估，在月球表面基地试验床上进行测试。
2
、无线光通信
国外研究现状
在星内无线光通信方向，欧空局ESA在20世纪末便已开展航天器内部无线光通信技术研究，大体分为3个阶段：
第1阶段：
地面原理验证阶段，通过构建地面原理系统，进行初步验证工作;
第2阶段：
卫星应用实验模拟和在轨测试阶段，完成在Nanosat-01号星和FOTON-M3的在轨测试，以及在VEX的地面测试;
第3阶段：
全光星OPTOS 研制阶段，于2013 年完成发射升空。
国内研究现状
从公开发表的技术文献来看，国内对机内/星内无线通信组网技术的研究成果较少。2010年哈工大设计了一种适用于星内无线总线系统的通信协议，其通信频率为2.4-2.5GHz，传输速率可达1Mbps；2010年清华大学研究了蓝牙技术应用于星内通信的可行性，提出了具有容错能力的主备网信息系统与网络络的设计架构。2011年国防科技大学对在卫星舱内采用无线自组织网络传输数据进行了地面仿真试验。2012年清华大学对分离式航天器集群无线通信进行了仿真研究。2013年上海微小卫星工程中心开展了微小卫星星内光无线通信系统的设计研究工作，提出了一种星载光无线通信系统应用布局。北京航空航天大学提出了一种适于机载航电通信的无线ATM技术，
可以提供较好QoS保障；北京理工大学研究了一种基于MB-OFDM-UWB 的密闭金属舱无线通信接收机，着重分析了密集多径效应下的接收机关键技术。
值得重点关注的是，电科54所在在2017提出了飞行器总体架构构想，提出了
其中
骨
干
网用于提供
全
局
性的
高
速
、
可
靠
数据
传
输
服
务
;
接入
网
负责
响
应
传
感
器
、
执
行器
和
有
效
载荷
等
节
点
的
不同
入
网
要
求，该研究成果也获得国家部委研究资金支持。
四、
技术挑战：
独
特
信
道
特
征、
复杂的电磁环境带来的体制、协议设计的挑战
1
、
独
特
信
道
特
征
机内/星内布局复杂、紧凑和空间狭小，且机内/星内舱壁、舱门大多为铝合金材质，能够屏蔽电磁波，使得各舱成为相对封闭的物理空间。射频信号在舱内传播会存在非常复杂的多径、遮挡等现象。具体的信道特征，并没有可供借鉴的数理模型或测试结论，给无线通信体制的设计带来了难度。
基本思路：通过建立信息交互通信链路数学模型，对机内/星内内部电磁干扰的辐射源、敏感源和耦合途径进行系统分析，从而实现对复杂电磁环境下无线通信信息、电源和数字信号对各类设备间的电磁兼容影响进行有效评估，并进行抗干扰设计。
2
、复杂的电磁环境
复杂的电磁环境给给频段选择、体制规划、协议设计和试验验证带来很大难度，对于不同的飞行器，卫星、飞机、载人飞行器和空间站虽然其有效载荷种类侧重点不同，但是其共同特点是设备种类多、高低频段覆盖范围宽、分布复杂和电磁环境异常复杂。
3、高可靠需求保障
载荷状态监测、载荷状态控制、飞行状态监测和飞行状态控制等航空航天数据，要求较高的传输可靠性，目前ARINC429、MIL-STD-1553B与ARINC629等航空航天数据总线均能保证较低的误码率，支持实时或近实时的航空航天数据传输。而现有无
线通信技术在误码特性、实时性还难以提供高可靠性保障。
4、灵活组网和抗毁重构需求
为抵御突发性链路/节点故障，机内/星内
信息交互无缆化技术必须支持航电设备、任务设
备、实验设备以及有效载荷设备的自主接入;同时，机内/星内
信息交互无缆化技术必须能够提供弹性
组网能力，以支持关键节点、关键链路的抗毁重构。
基本思路：为支持节点入网/节点
退网、节点故障/链路故障等触发网络功能重构，以
及多余度、多播等传输需求，骨干部分可以采用分布
式架构，形成具有富连接特征的网状网络结构，在中
继节点间提供灵活可靠的网络服务，涉及到
包括系统重构、拓扑信息分发方法和高速交换技
术等关键技术以及信道模型分析、异构异质节点自主接入等。
无线通信
是机内/星内下一步发展的必然趋势，但针对机内/星内复杂的电磁环境以及狭小封闭的特点则需要针对可靠安全、抗毁重构、确定和灵活兼容、宽带、实时等通信需求进行综合考虑，或许将涉及天线智能波束控制技术、低功耗信道编码技术以及
传输体制、通信协议标准定义等关键技术仍需攻克。
由于小编者水平、时间和精力有限，难免会有些遗漏和不足之处，希望多多谅解。
以上信息综合来自于CNKI，IEEE、百度文库、公开信息。
