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国科天迅: 让高可靠光纤通信技术自主可控
来源:《中国商界》杂志    2019-02-15 10:59:17

 

  经过几代人的不懈努力,我国航天事业取得了举世瞩目的成绩,已成为世界公认的航天大国。2011年 9 月 29 日,我国第一个目标飞行器(空间实验室)天宫一号在酒泉卫星发射中心成功发射,并稳定运行直至顺利完成其使命。在天空一号的研发过程中,有不少技术创新项目,其中就包括首次应用光纤通信技术,而这一技术曾为北京国科天迅科技有限公司的成立埋下伏笔。

 

  从中科院到国科天迅

 

  国科天迅总经理房亮 2006 年从北京理工大学研究生毕业之后,进入我国载人航天工程空间应用系统的总体单位——中国科学院空间应用工程与技术中心工作。他的主要工作就是和团队一起,为我国载人航天的各工程型号航天器研发我国自主的神经网络系统(FC-AE-1553光纤通信数据总线)。“其实就是我们现在做的光纤通信系统,是把所有空间站里的实验装置以及数据的采集、传输、存储、处理、控制等过程统一起来,组成一套控制系统。” 房亮对中国商界杂志记者说。

 

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FC-AE-1553 交换式解决方案

 

  在地面上,光纤在很多领域的应用都较为成熟,而在太空中却从来没有应用过,房亮他们通过大量研究,证明了光纤在太空中也是可以应用的。从天宫一号开始,所有与空间站相关型号的航天器都用上了房亮团队研发的光纤通信系统。“这也是国内首次把光纤通讯技术应用到载人航天领域,并在 2012 年荣获国防科技进步二等奖。至此,奠定了我国在航天领域应用光纤信的基础。” 房亮自豪地说。

 

  2014 年,国家发出 “大众创业,万众创新”的号召,中国科学院也发布了一系列科研成果转移转化的相关政策。房亮表示,一方面是科学院为他们提供了培训的机会,另外一方面是他自己有一些创业方面的想法。2015 年年底,经过所在单位领导同意,他与团队的几个核心人员一起创立了国科天迅。中科院把房亮他们当时的研发成果,以专利的形式作价入股国科天迅。到目前为止,国科天迅已成功进行三轮融资,并保持着良好的发展态势。

 

  技术自主可控领先世界

 

  不管是在国内还是国外,光纤在地面上的应用已经有数十年历史了,如今已获得更大范围的普及,比如现在家庭安装的宽带基本上都是应用的光纤技术,其不仅成本相对较低,而且传输距离等各方面性能都有明显优势,在地面上的推广应用已经很成熟,但是在航天领域的应用则受到很多因素影响,目前应用范围较窄。“首先是其所面临的环境不一样,在地面上是常温常压,温度范围比较窄,而在太空中则温差较大,对光纤的材质有着更高要求。”房亮介绍说,“同时,因为地球有大气层的保护,在地面的辐射并不强烈,而在大气层以外的辐射效应则非常强烈,容易改变光纤材料本身的特性。另外,航天器在发射的过程中会产生剧烈振动,在太空中工作的时候力学环境也不一样,最重要的是还得保证其设计使用寿命。”

 

  目前,国科天迅所提供的产品与服务主要围绕 FC-EC-153 光纤通信数据总线技术展开。房亮对记者说:“FC-AE-1553 是国际标准化组织推介的一项通信技术,是面向下一代高可靠领域的总线技术,也是军工领域的总线技术。”

 

  上世纪 80 年代,美国研发出了MIL-STD-1553B 总线技术,目前还在被大量使用,已成为全世界军工领域公认最好用的总线技术。其特点首先是可靠性高;其次,它使用的是铜缆介质,在当时较为先进;另外,其节点数最多可以支持 31 个,提升了组网效率。“但是 30 多年过去了,随着武器装备性能的提升以及军工技术要求的提高,MIL-STD-1553B 总线技术已经不适应武器系统的发展需要,成为军工发展提升效能的瓶颈。”房亮说,“在这个基础上我们开发了新一代技术,但是要想推广开来则必须在产品与服务上有所突破。”

 

  传统的 MIL-STD-1553B 总线技术在最初只有交换式,但使用时功耗和设备体积都较大。国科天迅在完成交换式技术方案的基础上成功研发了总线式技术方案。房亮说:“到目前为止,只有我国掌握了这项技术,并且完全自主可控,已经在我国载人航天工程里面得到了验证。这项技术去掉了交换机,没有了节点设备,提升了整个系统的可靠性,功耗降低了,体积缩小了,重量也更轻了,而且更好用了。”

 

  房亮表示,在航天领域,相对于交换式,大多更倾向于用总线式,而在地面上对体积、功耗等没有太高要求的应用领域使用交换式更合适,两者是有区别的。交换式的设备规模更大,能够支持更多数量的设备,但是功耗较大,设备体积也较大。总线式在体积、重量、功耗以及可靠性等方面都有优势,但是组网规模所支持的设备较少,总体来说各有利弊。只有把这两种方式结合在一起,作为高可靠领域的总线系统才算比较完备。

 

  其实,军工领域关注光纤通讯技术已经有较长时间了,目前其虽然已经得到大规模应用,比如在地面一些装备的传输节点之间尝试使用光纤,但是还无法实现高效的组网。房亮告诉记者:“FC-AE-1553技术就是想让新一代武器系统能够实效高效光纤组网,更好发挥神经中枢的作用。国科天迅的主要产品其实就是围绕国家在核心技术上要实现自主可控的目标布局的。”

 

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国科天迅公司展厅 - 综合介绍区

 

  基于 FC-AE-1553 光纤通信数据总线,国科天迅目前所研发的产品主要有通信类的板卡、测试类的仪器和自主可控的芯片类,围绕着这三类产品为用户提供相配套的服务。“服务主要是前期帮助用户去梳理、挖掘其真正的需求,帮助用户制定一套最合理的解决方案。”房亮说,“因为当面对一项新技术时,用户其实很难快速掌握。在解决方案落地的时候,用户可能在人员、资金等方面的精力有限,我们在这一环节可以给用户更多的支持,提供完整的售前和售后服务。”

 

  探索民用应用领域

 

  除了在航天、军工领域的应用外,2017 年国科天迅开始了在民用方面的探索。

 

  首先是汽车产业, 尤其是面向无人驾驶领域,目前全世界的汽车控制总线运用得最多的是CAN(Controller Area Network) 总线,在军工领域使用最多的是 MIL-STD-1553B,这两种总线协议传输速率都是 1 Mb/s。CAN 总线可靠性虽然较低,但是具有价格优势,而 MIL-STD-1553B 总线的可靠性更高,所以在军工领域运用得较多。房亮介绍说,在民用领域,虽然 CAN 总线一直在使用,但是随着智能驾驶、无人驾驶的兴起,因为其数据传输速度较慢,已成为影响这一领域发展的瓶颈,这需要既能解决当前问题,还能把以前的总线技术优势继承下来的技术出现。目前,国际上在无人驾驶领域的主流数据传输技术,如车载以太网,传输速率在 100Mb/s 左右,再如,实时以太网虽然在以太网的基础上叠加了实时的特性,但传输速率也只有1Gb/s左右。国科天迅的 FC-AE-1553 光纤通信数据总线技术不但兼容了 CAN 总线的实时性,而且传输速率可达 4Gb/s,提升了 4000 倍。目前,国科天迅已与包括上汽在内的一些无人驾驶解决方案的主流提供商展开合作,研发适用于无人驾驶的车载总线传输解决方案。

 

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  还有工业控制网络,房亮说:“我们在与北方工业大学进行合作,他们要解决工业控制系统里面的上百种总线问题,这些总线之间互相不兼容、速率比较低,传输过程中需要特别多的转换连接。而我们可以为全世界各种不同的总线系统提供统一的解决方案。”

 

  最后是车路协同,这和无人驾驶技术有些重叠之处,无人驾驶主要聚焦于单体的车辆上,车路协同则是把未来的智能交通的解决方案扩展到路上,车辆与路面上都有相应的设施,通过这样协同的解决方案来优化城市交通。

 

  提高技术水准 推进军民融合

 

  光纤通信在民用上的普及度已经很高了,而在军工领域则只有小范围点对点的应用,大规模的组网应用还相对有所欠缺,其关键就在于上层稳定可靠的协议。房亮说:“军工与民用最大的区别就是其应用环境不同,如果在国防装备上应用新一代光纤技术并大规模使用,一定要有一整套自主可控的解决方案,包括物理层的介质、连接器、模块、处理器芯片以及上层的传输协议。”国科天迅所掌握的 FC-AE-1553 光纤通信数据总线恰恰填补了这个领域的不足。房亮表示,在完善总线技术的同时,他们还对处理器芯片、介质等其他组成部分提出了新的要求,同时也和相关单位在研究更适合军工领域的解决方案。房亮希望随着方案越来越成熟,在更多新的装备上都能够用上完全自主可控的新一代光纤通信解决方案。

 

  房亮说:“从在中国科学院时的技术积累算起,国科天迅经过 10年时间的发展,把一个核心的技术从无到有,从最开始的雏形变成了一项高端技术,这不是简单的模式创新,其需要长时间的技术积累,也包括对该领域的深入研究以及与客户的深入沟通,最后才能拿出一个用户认可的方案来,这个过程很长,需要有耐心。”

 

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  对于未来的规划,房亮表示,一方面会在光纤通信领域继续深挖,国科天迅的技术距离大规模的应用还有一段很长的路径,离我们的目标——把天迅变成新一代的军工领域光纤通信的实施标准的建造者还有一定差距,他希望在未来三到五年时间内,在军工领域把国科天迅的产品和服务推广得更好。同时,也会在民用领域(如无人驾驶、工业控制、车路协同)投入更多精力,以适合军民融合的发展需要。

 

  “未来,我们将围绕光纤通信,在高可靠通信领域里推出我国自主的、领先于世界的创新技术、产品和服务,我们的口号是做高可靠光纤通信领域的创新者和领跑者。”房亮满怀信心地对记者说。(文 / 本刊记者 宋兹鹏)

 

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