Avionics Full-Duplex Switched Ethernet ( AFDX ), также ARINC 664 , представляет собой сеть передачи данных, запатентованную международным производителем самолетов Airbus [1] для критически важных для безопасности приложений, которая использует выделенную полосу пропускания, обеспечивая при этом детерминированное качество обслуживания (QoS). AFDX является всемирно зарегистрированной торговой маркой Airbus. [2] Сеть передачи данных AFDX основана на технологии Ethernet с использованием коммерческих готовых (COTS) компонентов. Сеть передачи данных AFDX представляет собой конкретную реализацию спецификации ARINC 664 Часть 7, профилированной версии сети IEEE 802.3 в частях 1 и 2, которая определяет, как коммерческие готовые сетевые компоненты будут использоваться для будущих поколений сетей передачи данных самолетов (ADN). Шесть основных аспектов сети передачи данных AFDX включают полный дуплекс , избыточность, детерминизм, высокоскоростную производительность, коммутируемую и профилированную сеть.
Многие коммерческие самолеты используют стандарт ARINC 429, разработанный в 1977 году для критически важных с точки зрения безопасности приложений. ARINC 429 использует однонаправленную шину с одним передатчиком и до двадцати приемников. Слово данных состоит из 32 бит, передаваемых по витой паре с использованием биполярной модуляции с возвратом к нулю. Существует две скорости передачи: высокая скорость работает на 100 кбит/с, а низкая скорость работает на 12,5 кбит/с. ARINC 429 работает таким образом, что его единственный передатчик взаимодействует в соединении точка-точка, что требует значительного количества проводов, что составляет дополнительный вес.
Другой стандарт, ARINC 629 , представленный Boeing для 777, обеспечивал повышенную скорость передачи данных до 2 Мбит/с и позволял использовать максимум 120 терминалов данных. Этот ADN работает без использования контроллера шины, тем самым повышая надежность сетевой архитектуры. Недостатком является то, что он требует специального оборудования, что 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. Основанный на стандартах комитета IEEE 802.3 (широко известный как Ethernet ), позволяет коммерческому готовому оборудованию сокращать затраты и время разработки. AFDX является одной из реализаций детерминированного Ethernet, определенного спецификацией ARINC 664, часть 7. AFDX был разработан Airbus Industries для A380, [3] [4] изначально для решения проблем реального времени при разработке системы управления полетом по проводам . [5] Несколько коммутаторов могут быть соединены вместе в каскадной звездообразной топологии . Этот тип сети может значительно сократить длину проводов, а значит, и вес самолета. Кроме того, AFDX может обеспечить качество обслуживания и резервирование двух каналов.
Основываясь на опыте A380, Airbus A350 также использует сеть AFDX с авионикой и системами, поставляемыми Rockwell Collins . [6] AFDX, использующий оптоволоконные, а не медные соединения, используется на Boeing 787 Dreamliner . [7]
Airbus и ее материнская компания EADS предоставили лицензии AFDX через инициативу EADS по лицензированию технологий, включая соглашения с Selex ES [8] и Vector Informatik [9] GmbH.
AFDX перенял такие концепции, как token bucket из телекоммуникационных стандартов, Asynchronous Transfer Mode (ATM), чтобы исправить недостатки IEEE 802.3 Ethernet. Добавляя ключевые элементы из ATM к тем, которые уже есть в Ethernet, и ограничивая спецификацию различных опций, создается высоконадежная полнодуплексная детерминированная сеть, обеспечивающая гарантированную пропускную способность и качество обслуживания (QoS). [10] Благодаря использованию полнодуплексного Ethernet исключается возможность коллизий при передаче. Сеть спроектирована таким образом, что весь критический трафик имеет приоритет с использованием политик QoS, поэтому доставка, задержка и джиттер гарантированно находятся в пределах установленных параметров. [11] Высокоинтеллектуальный коммутатор, общий для сети AFDX, способен буферизировать пакеты передачи и приема . Благодаря использованию витой пары или оптоволоконных кабелей полнодуплексный Ethernet использует две отдельные пары или жилы для передачи и приема данных. AFDX расширяет стандартный Ethernet, обеспечивая высокую целостность данных и детерминированную синхронизацию. Далее избыточная пара сетей используется для улучшения целостности системы (хотя виртуальный канал может быть настроен на использование только одной или другой сети). Он определяет совместимые функциональные элементы на следующих уровнях эталонной модели OSI :
Основными элементами сети AFDX являются:
Центральным элементом сети AFDX являются ее виртуальные каналы (VL). В одной абстракции можно визуализировать VL как сеть в стиле ARINC 429, каждая с одним источником и одним или несколькими пунктами назначения. Виртуальные каналы представляют собой однонаправленные логические пути от конечной системы источника ко всем конечным системам назначения. В отличие от традиционного коммутатора Ethernet, который коммутирует кадры на основе адреса назначения Ethernet или MAC-адреса, AFDX направляет 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 физическое назначение. Идентификатор виртуального канала представляет собой 16-битное беззнаковое целое значение, которое следует за постоянным 32-битным полем. Коммутаторы предназначены для маршрутизации входящего кадра от одной и только одной конечной системы к предопределенному набору конечных систем. В каждом виртуальном канале может быть подключено одно или несколько принимающих конечных систем. Каждому виртуальному соединению выделяется выделенная полоса пропускания [сумма всех показателей пропускной способности распределения VL (BAG) x MTU ] с общим объемом полосы пропускания, определяемым системным интегратором. Однако общая полоса пропускания не может превышать максимально доступную полосу пропускания в сети. Поэтому двунаправленная связь должна требовать спецификации дополнительного VL.
Каждый VL заморожен в спецификации, чтобы гарантировать, что сеть имеет проектный максимальный трафик, отсюда детерминизм. Также коммутатор, имея загруженную таблицу конфигурации VL, может отклонить любую ошибочную передачу данных, которая в противном случае может затопить другие ветви сети. Кроме того, могут быть субвиртуальные каналы (sub-VL), которые предназначены для передачи менее важных данных. Субвиртуальные каналы назначаются определенному виртуальному каналу. Данные считываются в циклической последовательности среди виртуальных каналов с данными для передачи. Также субвиртуальные каналы не обеспечивают гарантированную полосу пропускания или задержку из-за буферизации, но AFDX указывает, что задержка в любом случае измеряется функцией регулятора трафика.
BAG означает пропуск полосы пропускания, это одна из основных функций протокола AFDX. Это максимальная скорость, с которой могут быть отправлены данные, и они гарантированно будут отправлены с этим интервалом. При установке скорости BAG для каждого VL необходимо следить за тем, чтобы была достаточная полоса пропускания для других VL, а общая скорость не могла превышать 100 Мбит/с.
Каждый коммутатор имеет функции фильтрации, контроля и пересылки, которые должны быть способны обрабатывать не менее 4096 VL. Таким образом, в сети с несколькими коммутаторами (топология каскадной звезды) общее количество виртуальных каналов практически безгранично. Не существует определенного ограничения на количество виртуальных каналов, которые могут обрабатываться каждой конечной системой, хотя это будет определяться скоростями BAG и максимальным размером кадра, указанными для каждого VL, по сравнению со скоростью передачи данных Ethernet. Однако количество под-VL, которые могут быть созданы в одном виртуальном канале, ограничено четырьмя. Коммутатор также должен быть неблокируемым на скоростях передачи данных, указанных системным интегратором, и на практике это может означать, что коммутатор должен иметь коммутационную емкость, 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 расходов. Однако некоторые функции настоящего коммутатора AFDX могут отсутствовать, например, функции контроля трафика и избыточности.
Шина 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 , [12] Comac C919 и AgustaWestland AW149 . [13]
AFDX, разработанный инженерами Airbus для A380, "является стандартом, определяющим электрические и протокольные спецификации (IEEE 802.3 и ARINC 664, часть 7) для обмена данными между подсистемами авионики", - говорит Бруно. "В тысячу раз быстрее своего предшественника, ARINC 429; он основан на оригинальных концепциях AFDX, представленных Airbus
данных AFDX используется на Airbus A380/A350/A400M, Boeing B787 Dreamliner (ARINC664), ARJ21 и Super jet 100.
, принятая AgustaWestland, сосредоточена вокруг сети передачи данных AFDX, разработанной для новейших коммерческих авиалайнеров. Высокоскоростная цифровая шина AFDX была разработана как конкретная реализация ARINC 664 Часть 7.