Полнодуплексный коммутируемый Ethernet для авионики - Avionics Full-Duplex Switched Ethernet

Полнодуплексный коммутируемый Ethernet для авионики (AFDX) - сеть передачи данных, запатентованная международным производителем самолетов. Airbus,[1] для приложений, критичных к безопасности, которые используют выделенную полосу пропускания, обеспечивая при этом детерминированный качество обслуживания (QoS). AFDX - зарегистрированная во всем мире торговая марка Airbus.[2] Сеть передачи данных AFDX основана на Ethernet технология с использованием коммерческая готовая продукция (COTS) компоненты. Сеть передачи данных AFDX - это конкретная реализация ARINC Спецификация 664 Часть 7, профилированная версия IEEE 802.3 сеть по частям 1 и 2, который определяет, как коммерческие готовые сетевые компоненты будут использоваться для будущего поколения Сети передачи данных для самолетов (ВОПОГ). Шесть основных аспектов сети передачи данных AFDX включают: полный дуплекс, избыточность, детерминизм, быстродействие, переключился и профилированная сеть.

История

Многие коммерческие самолеты используют ARINC 429 стандарт, разработанный в 1977 году для приложений, критичных к безопасности. ARINC 429 использует однонаправленную шину с одним передатчиком и до двадцати приемников. Слово данных состоит из 32 битов, передаваемых по кабелю витой пары с использованием биполярной модуляции с возвратом к нулю. Есть две скорости передачи: высокая скорость работает со скоростью 100 кбит / с, а низкая скорость работает со скоростью 12,5 кбит / с. ARINC 429 работает таким образом, что его единственный передатчик обменивается данными по двухточечному соединению, что требует значительного количества проводов, что увеличивает вес.

Другой стандарт, ARINC 629, представленный Boeing для 777 обеспечивает повышенную скорость передачи данных до 2 Мбит / с и позволяет использовать до 120 терминалов данных. Этот ADN работает без использования контроллера шины, тем самым повышая надежность сетевой архитектуры. Недостатком является то, что для этого требуется специальное оборудование, которое может значительно увеличить стоимость самолета. Из-за этого другие производители открыто не приняли стандарт ARINC 629.

AFDX был разработан как сеть передачи данных для самолетов следующего поколения. На основе стандартов IEEE 802.3 комитет (широко известный как Ethernet ) позволяет коммерческому готовому оборудованию сократить затраты и время разработки. AFDX - это одна из реализаций детерминированного Ethernet, определенная в спецификации ARINC 664, часть 7. AFDX была разработана Airbus Industries для A380,[3] изначально для решения проблем в реальном времени для электродистанционная система разработка.[4] Основываясь на опыте А380, Airbus A350 также использует сеть AFDX с авионикой и системами, поставляемыми Роквелл Коллинз.[5] Airbus и это EADS материнская компания сделала лицензии AFDX доступными в рамках инициативы EADS Technology Licensing, включая соглашения с Selex ES[6] и Вектор информатик[7] GmbH. А аналогичная реализация[уточнить ] детерминированного Ethernet используется на Boeing 787 Dreamliner. Несколько переключателей могут быть соединены в каскадном соединении. звездная топология. Такой тип сети может значительно снизить количество проводов и, следовательно, общий вес самолета. Кроме того, AFDX может предоставить качество обслуживания и двухканальное резервирование.

Обзор AFDX

AFDX принял такие концепции, как ведро токенов из стандартов связи, асинхронный режим передачи (ATM), чтобы исправить недостатки IEEE 802.3 Ethernet. Путем добавления ключевых элементов из ATM к уже имеющимся в Ethernet и ограничения спецификации различных опций создается высоконадежная полнодуплексная детерминированная сеть, обеспечивающая гарантированную полосу пропускания и качество обслуживания (QoS).[8] Благодаря использованию полнодуплексного Ethernet возможность коллизий при передаче исключается. Сеть спроектирована таким образом, что всему критическому трафику присваивается приоритет с использованием политик QoS, поэтому доставка, время ожидания и джиттер гарантированно находятся в пределах установленных параметров.[9] Высокоинтеллектуальный коммутатор, общий для сети AFDX, может буфер передача и прием пакеты. Благодаря использованию витой пары или оптоволоконных кабелей полнодуплексный Ethernet использует две отдельные пары или жилы для передачи и приема данных. AFDX расширяет стандарт Ethernet, обеспечивая высокую целостность данных и детерминированную синхронизацию. Кроме того, для улучшения целостности системы используется избыточная пара сетей (хотя виртуальный канал может быть настроен для использования только одной или другой сети). Он определяет совместимые функциональные элементы в следующих Эталонная модель OSI слои:

Основными элементами сети AFDX являются:

  • Концевые системы AFDX
  • Переключатели AFDX
  • Ссылки AFDX

Виртуальные ссылки

Центральной особенностью сети AFDX является ее виртуальные ссылки (ВЛ). В одной абстракции можно визуализировать VL как ARINC 429 сеть стиля, каждая из которых имеет один источник и одно или несколько пунктов назначения. Виртуальные ссылки - это однонаправленные логические пути от исходной конечной системы ко всем конечным системам назначения. В отличие от традиционного коммутатора Ethernet, который переключает кадры на основе назначения Ethernet или MAC-адреса, AFDX маршрутизирует пакеты с использованием идентификатора виртуального канала, который переносится в той же позиции в кадре AFDX, что и MAC-адрес назначения в кадре Ethernet. Однако в случае AFDX этот идентификатор виртуального канала идентифицирует передаваемые данные, а не физический пункт назначения. Идентификатор виртуальной ссылки - 16-битный беззнаковое целое значение, следующее за постоянным 32-битным полем. Коммутаторы предназначены для маршрутизации входящего кадра от одной и только одной конечной системы к заранее определенному набору конечных систем. В каждом виртуальном канале может быть одна или несколько принимающих конечных систем. Каждому виртуальному каналу выделяется выделенная полоса пропускания [сумма всех скоростей распределения пропускной способности (BAG) VL x MTU ] с общим объемом полосы пропускания, определяемым системным интегратором. Однако общая пропускная способность не может превышать максимально доступную пропускную способность в сети. Следовательно, для двунаправленной связи требуется спецификация дополнительной VL.

Каждый VL заморожен в спецификации, чтобы гарантировать, что сеть имеет рассчитанный максимальный трафик, следовательно, детерминизм. Также коммутатор, имеющий загруженную таблицу конфигурации VL, может отклонить любую ошибочную передачу данных, которая в противном случае может затопить другие ветви сети. Кроме того, могут существовать субвиртуальные ссылки (суб-виртуальные лицензии), которые предназначены для передачи менее важных данных. Субвиртуальные ссылки назначаются конкретной виртуальной ссылке. Данные читаются в по-круговой последовательность виртуальных каналов с данными для передачи. Кроме того, субвиртуальные ссылки не обеспечивают гарантированной полосы пропускания или задержки из-за буферизации, но AFDX указывает, что задержка в любом случае измеряется функцией регулятора трафика.

BAG скорость

BAG означает разрыв распределения полосы пропускания, это одна из основных особенностей протокола AFDX. Это максимальная скорость передачи данных, и она гарантированно отправляется через этот интервал. При установке скорости BAG для каждого виртуального диска необходимо позаботиться о том, чтобы пропускной способности было достаточно для других виртуальных лицензий, а общая скорость не могла превышать 100 Мбит / с.

Переключение виртуальных ссылок

Каждый коммутатор имеет функции фильтрации, контроля и пересылки, которые должны быть способны обрабатывать не менее 4096 виртуальных адресов. Следовательно, в сети с несколькими коммутаторами (каскадная звездообразная топология) общее количество виртуальных каналов практически безгранично. Не существует определенного ограничения на количество виртуальных каналов, которые могут обрабатываться каждой конечной системой, хотя это будет определяться скоростью BAG и максимальным размером кадра, указанным для каждого VL, в сравнении со скоростью передачи данных Ethernet. Однако количество дополнительных виртуальных лицензий, которые могут быть созданы в одном виртуальном канале, ограничено четырьмя. Коммутатор также должен быть неблокирующим на скоростях передачи данных, указанных системным интегратором, и на практике это может означать, что коммутатор должен иметь коммутационную способность, которая является суммой всех его физических портов.

Поскольку AFDX использует протокол Ethernet на уровне MAC, можно использовать высокопроизводительные коммутаторы COTS с маршрутизацией уровня 2 в качестве коммутаторов AFDX для целей тестирования в качестве меры по сокращению затрат. Однако некоторые функции реального коммутатора AFDX могут отсутствовать, например функции контроля трафика и резервирования.

использование

Шина AFDX используется в Airbus A380, Боинг 787, Airbus A400M, Airbus A350, Сухой Суперджет 100, ATR 42, ATR 72 (-600), AgustaWestland AW101, AgustaWestland AW189, AgustaWestland AW169, Иркут МС-21, Бомбардье Глобал Экспресс, Bombardier CSeries, Learjet 85, Comac ARJ21,[10] Comac C919 и AgustaWestland AW149.[11]

Рекомендации

  1. ^ Патент США 6925088, Moreaux, "Система передачи данных для самолетов", выпущено 2 августа 2005 г. 
  2. ^ «AFDX». Управление по гармонизации внутреннего рынка. Архивировано из оригинал 11 января 2015 г.. Получено 28 мая, 2015.
  3. ^ «Технология AFDX для улучшения связи в Boeing 787». Militaryaerospace.com. 2005-04-01. Получено 2010-12-22. AFDX, разработанный инженерами Airbus для A380, «представляет собой стандарт, который определяет электрические характеристики и спецификации протокола (IEEE 802.3 и ARINC 664, часть 7) для обмена данными между подсистемами авионики», - говорит Бруно. «В тысячу раз быстрее, чем его предшественник, ARINC 429; он основан на оригинальных концепциях AFDX, представленных Airbus
  4. ^ «AFDX: решение для A380 в реальном времени» (PDF). Эмбри – Риддлский авиационный университет. Октябрь 2007 г. Архивировано с оригинал (PDF) на 2011-07-19. Получено 2010-12-22.
  5. ^ «AFDX: Airbus и Rockwell Collins: совместные инновации для A350 XWB». Роквелл Коллинз. июнь 2013. Получено 2013-06-21.
  6. ^ “Selex ES будет сотрудничать с Airbus в создании систем управления полетами AFDX В архиве 10 августа 2013 г. Wayback Machine " (Пресс-релиз). Selex ES. 2013-6-19. Проверено 30 июля 2013.
  7. ^ “Vector подписывает соглашение о лицензионном использовании технологии AFDX, разработанной Airbus В архиве 2014-08-11 в Wayback Machine " (Пресс-релиз). Вектор. 2013-2-19. Проверено 30 июля 2013.
  8. ^ http://www.iject.org/vol4/spl4/c0140.pdf
  9. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-06-18. Получено 2014-03-01.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  10. ^ «Технология AFDX для улучшения связи в Boeing 787». Продукты AFDX. Получено 2012-01-13. Передача данных AFDX используется на самолетах Airbus A380 / A350 / A400M, Boeing B787 Dreamliner (ARINC664), ARJ21 и Super jet 100.
  11. ^ «Париж 2011: AgustaWestland утверждает свою независимость в кокпите». Авиационные международные новости (AINonline). Получено 2012-01-13. Архитектура, принятая AgustaWestland, основана на сети передачи данных AFDX, разработанной для новейших коммерческих авиалайнеров. Высокоскоростная цифровая шина AFDX была разработана как конкретная реализация ARINC 664, часть 7.

внешняя ссылка

  • AFDX / ARINC664P7 Решения AIM Avionics Databus, интерфейсные платы для AFDX / ARINC-664
  • PBA.pro-AFDX Решения AIM Avionics Databus, анализаторы для AFDX / ARINC-664 и др.
  • AFDX Обучение от AIM Avionics Databus Solutions, Интерфейсные платы для AFDX / ARINC-664