Avionics Full-Duplex Switched Ethernet ( АПДК ), а также ARINC 664 , представляет собой сеть передачи данных, запатентованный международным производителем самолетов Airbus , [1] для безопасности критически важных приложений, используемых во выделенную полосу пропускания, обеспечивая детерминированное качество обслуживания (QoS). AFDX - зарегистрированная во всем мире торговая марка Airbus. [2] Сеть передачи данных AFDX основана на технологии Ethernet с использованием готовых коммерческих компонентов (COTS). Сеть передачи данных AFDX - это конкретная реализация спецификации ARINC 664, часть 7, профилированная версия стандарта IEEE 802.3.сеть по частям 1 и 2, которые определяют, как готовые коммерческие сетевые компоненты будут использоваться для сетей передачи данных самолетов (ADN) будущего поколения . Шесть основных аспектов сети передачи данных AFDX включают полный дуплекс , избыточность, детерминизм, высокоскоростную производительность, коммутируемую и профилированную сеть.
История
Многие коммерческие самолеты используют стандарт ARINC 429, разработанный в 1977 году для приложений, критически важных для 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 приводит к дополнительному весу.
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. Основываясь на стандартах комитета IEEE 802.3 (широко известного как Ethernet ), готовое коммерческое оборудование сокращает 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], первоначально для решения проблем в реальном времени при разработке системы « полет по проводам» . [4] Основываясь на опыте A380, Airbus A350 также использует сеть AFDX с авионикой и системами, поставляемыми Rockwell Collins . [5] Airbus и ее материнская компания EADS предоставили лицензии AFDX в рамках инициативы по лицензированию технологий EADS, включая соглашения с Selex ES [6] и Vector Informatik [7] GmbH. Аналогична реализация [ уточнить ] детерминированный Ethernet используется на Boeing 787 . Несколько коммутаторов могут быть соединены вместе в каскадной звездообразной топологии . Такой тип сети может значительно уменьшить количество проводов и, следовательно, общий вес самолета. Кроме того, AFDX может обеспечить качество обслуживания и двухканальное резервирование.
Обзор AFDX
AFDX заимствовал такие концепции, как ведро токенов из телекоммуникационных стандартов, 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, задержка и джиттер гарантированно находятся в пределах установленных параметров. [9] Высокоинтеллектуальный коммутатор, общий для сети AFDX, может буферизовать передаваемые и принимаемые 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, чтобы обеспечить высокую целостность данных и детерминированную синхронизацию. Кроме того, для улучшения целостности системы используется резервная пара сетей (хотя виртуальный канал может быть настроен для использования только одной или другой сети). Он определяет совместимые функциональные элементы на следующих уровнях эталонной модели OSI :
- Канал передачи данных ( концепция адресации MAC и виртуального канала);
- Сеть ( IP и ICMP );
- Транспорт ( UDP и опционально TCP )
- Приложение (сеть) (выборка, постановка в очередь, SAP , TFTP и SNMP ).
Основными элементами сети AFDX являются:
- Концевые системы AFDX
- Переключатели AFDX
- Ссылки AFDX
Виртуальные ссылки
Центральной особенностью сети AFDX являются виртуальные каналы (VL). В одной абстракции можно визуализировать VL как сеть в стиле ARINC 429, каждая из которых имеет один источник и один 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 или MAC-адреса Ethernet, AFDX маршрутизирует пакеты с использованием идентификатора виртуального канала, который передается 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 - это 16-битовое целое число без знака, которое следует 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 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-VL), предназначенные для передачи менее важных данных. Субвиртуальные ссылки назначаются конкретному виртуальному каналу. Данные считываются в циклической последовательности среди виртуальных каналов с данными для передачи. Кроме того, субвиртуальные каналы не обеспечивают гарантированной полосы пропускания или задержки из-за буферизации, но AFDX указывает, что задержка в любом случае измеряется функцией регулятора трафика.
BAG ставка
BAG означает разрыв в распределении полосы пропускания, это одна из основных особенностей протокола AFDX. Это максимальная скорость передачи данных, и она гарантированно отправляется с этим интервалом. 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. Таким образом, 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 коммутационная способность коммутатора 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 настоящего коммутатора AFDX могут отсутствовать, например функции контроля трафика и резервирования.
Применение
Автобус AFDX используется в Airbus A380 , Boeing 787 , Airbus A400M , Airbus A350 , Sukhoi Superjet 100 , ATR 42 , ATR 72 (-600), AgustaWestland AW101 , AgustaWestland AW189 , AgustaWestland AW169 , Irkut MC-21 , Bombardier Global Express , Bombardier CSeries , Learjet 85 , Comac ARJ21 , [10] Comac C919 и AgustaWestland AW149 . [11]
Рекомендации
- ^ Патент США 6925088 , Moreaux, «Система передачи данных для воздушных судов», выданный 2005-08-02
- ^ "AFDX" . Управление по гармонизации внутреннего рынка. Архивировано из оригинального 11 - го января 2015 года . Проверено 28 мая 2015 года .
- ^ «Технология AFDX для улучшения связи в Boeing 787» . Militaryaerospace.com. 2005-04-01 . Проверено 22 декабря 2010 .
AFDX, разработанный инженерами Airbus для A380, «является стандартом, 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.
- ^ «AFDX: решение для A380 в реальном времени» (PDF) . Авиационный университет Эмбри – Риддла . Октябрь 2007 г. Архивировано из оригинального (PDF) 19 июля 2011 года . Проверено 22 декабря 2010 .
- ^ «AFDX: Airbus и Rockwell Collins: совместные инновации для A350 XWB» . Рокуэлл Коллинз . Июнь 2013 . Проверено 21 июня 2013 .
- ^ « Selex ES будет сотрудничать с Airbus по системам управления полетами AFDX. Архивировано 10 августа 2013 года в Wayback Machine » (пресс-релиз). Selex ES. 2013-6-19. Проверено 30 июля 2013.
- ^ « Vector подписывает соглашение о лицензионном использовании технологии AFDX, разработанной Airbus. Архивировано 11 августа 2014 г. в Wayback Machine » (пресс-релиз). Вектор. 2013-2-19. Проверено 30 июля 2013.
- ^ http://www.iject.org/vol4/spl4/c0140.pdf
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 18 июня 2015 года . Проверено 1 марта 2014 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ «Технология AFDX для улучшения связи в Boeing 787» . Продукты AFDX . Проверено 13 января 2012 .
Передача данных AFDX используется на самолетах Airbus A380 / A350 / A400M, Boeing B787 Dreamliner (ARINC664), ARJ21 и Super jet 100.
- ^ «Париж 2011: AgustaWestland утверждает свою независимость в кокпите» . Авиационные международные новости (AINonline) . Проверено 13 января 2012 .
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.
Внешние ссылки
- AFDX / ARINC664P7 Решения AIM Avionics Databus, интерфейсные платы для AFDX / ARINC-664
- PBA.pro-AFDX Решения для авионики AIM, анализаторы для AFDX / ARINC-664 и др.
- Обучение AFDX от AIM Avionics Databus Solutions, интерфейсные платы для AFDX / ARINC-664
- Goebel AFDX от Mercury Instruments, Inc. Решение для моделирования и проверки ARINC664 / AFDX.
- ARINC-664 часть 7 (AFDX) Учебное пособие (видео) от Excalibur Systems Inc.
- Embvue AFDX | Arinc 664 от Embvue
- Учебное пособие по AFDX / ARINC 664 от GE Intelligent Platforms
- AFDX Suite - AFDX Tools - программное решение для простого анализа и моделирования систем AFDX (EC Comp GmbH)
- Avionics Ethernet Data Xplorer ARINC-664P7 Simulyzer - Программное обеспечение для мониторинга, моделирования и тестирования систем ARINC-664P7 / AFDX (MHZ Solutions)
- Структура кадра данных AFDX SID (MHZ Solutions)