Avionics Full DupleX
Avionics Full DupleX switched ethernet (AFDX(tm)) est un reseau Ethernet redondant et fiabilise, developpe et standardise par les industriels europeens de l'avionique pour equiper les Airbus A380. Il a ete repris pour les aeronefs qui l'ont suivi : Airbus A350 et Airbus A400M ainsi que le Boeing 787, le Soukhoi SuperJet 100, l'ATR72 600, Comac ARJ21, Comac C919 ainsi que certains helicopteres AgustaWestland.
Il s'agit d'un systeme destine a servir de support aux communications internes a l'avion, et non aux communications avec l'exterieur. Les communications internes sont essentiellement les donnees echangees entre les divers composants de l'avionique.
Note : "AFDX(tm)" est un nom depose par Airbus Operations GmbH[1].
Le reseau AFDX(tm) est normalise par l'ARINC, sous la reference ARINC 664 Part 7.
Avant l'AFDX(tm)
[modifier | modifier le code]Avant les annees 1995, les communications entre les equipements des aeronefs etaient realisees par des bus ARINC 429. Cependant, le debit et les possibilites d'adressage de ce media ne correspondait plus au besoin.
Avec le Boeing B777, Boeing et son fournisseur Honeywell, ont definit et realise un nouveau standard de reseau de communication, qui a ete standardise sous la definition de l'ARINC 629.
Les entreprises aeronautiques europeennes, sous l'egide de la commission europeenne, ont entamee des travaux de recherche et innovation, sous les projets Nevada et Victoria[2]. Ces travaux ont abouti sur la definition de l'AFDX(tm), dans les annees 2000. Cette definition a ete brevetee.
La premiere instanciation de l'AFDX(tm) a ete realisee sur l'avion Airbus A3XX, qui est devenue l'A380[3].
Sous l'impulsion des industriels, ce reseau a ete standardise par l'ARINC, sous la reference ARINC 664 Part 7[3].
Il sera alors utilise sur d'autre aeronef, en particulier, ceux qui feront usage des calculateurs d'avionique modulaire integree (IMA)[4].
Conception de l'AFDX(tm)
[modifier | modifier le code]Dans le monde des communications classiques, l'utilisation de << reseaux en couches >> a permis de rendre les applications independantes des systemes de communication qu'elles utilisent. C'est ce qu'on appelle l'abstraction des moyens de communication.
Cependant, les besoins de l'aeronautique sont dictes par des contraintes particulierement severes de fiabilite et de redondance. De ce fait, les systemes de communication des avions utilisent des liens de communication et des protocoles specifiques, adaptes a leurs exigences particulieres.
Dans la pratique, l'avionique utilise principalement deux categories de communications numeriques embarquees :
- Les communications de controle de processus, qui sont associees a des systemes d'echantillonnage de valeurs analogiques (vitesse, altitude, orientation...), et qui ne requierent generalement aucune reponse a la suite de la transmission d'information (pas d'acquittement des transmissions).
- Les communications supportant les systemes d'information embarques, qui sont basees sur des echanges d'information complexes et structurees (cartes, meteo, plans de vol...) necessitant la mise en place d'un veritable dialogue (acquittements de reception des informations...). La bande passante necessaire pour ces echanges est donc plus importante que pour les communications simples.
Les besoins
[modifier | modifier le code]L'evolution du marche aeronautique conduit a reduire les couts, a utiliser des notions de modularite, de reutilisation et de partage de ressource, comme savent le faire les systemes d'exploitation modernes[4].
L'objectif de l'AFDX(tm) est donc de repondre a ces changements, en prenant en compte des objectifs contradictoires :
- la fiabilite des echanges de donnees sur le modele client-serveur ;
- la transmission de donnees avec de fortes contraintes temporelles / deterministes ;
- et la reduction des couts par l'utilisation de composants commerciaux << sur etagere >>
- mais avec des contraintes de certification.
Choix technologiques
[modifier | modifier le code]Lorsqu'en 1999 il a fallu faire les premiers choix pour definir le nouveau standard, les deux technologies concurrentes pour engendrer l'AFDX(tm) etaient, d'une part la combinaison Ethernet - TCP/IP venue du monde de l'informatique, et d'autre part la technologie ATM du monde des telecommunications. Quand le principe de la commutation (utilise par ATM) est arrive sur Ethernet, cela en a fait un standard performant et mature, soutenu par un marche bien plus vaste que celui des telecommunications.
Norme
[modifier | modifier le code]C'est donc l'Ethernet commute (en mode full-duplex) associe a des modifications specifiques permettant de prendre en compte les contraintes temps reel et de certification du monde aeronautique qui a ete selectionnee. D'ou le nom AFDX(tm) : Avionics Full DupleX switched Ethernet. AFDX(tm) est normalise par la partie 7 de la norme ARINC 664, norme qui prevoit par ailleurs les besoins ulterieurs, tels que la confidentialite ou la compatibilite avec le protocole IPv6.
Description technique
[modifier | modifier le code]L'AFDX(tm) est ainsi base sur des standards ouverts et repond aux objectifs d'un systeme de communication modulaire pour l'avionique. Il fournit des moyens de partage de ressource, de segregation des flux ainsi que le determinisme et la disponibilite requise pour les certifications aeronautiques. La plupart des fonctions specifiques d'AFDX(tm) sont du niveau de la couche liaison de donnees.
Reseau commute et redondant
[modifier | modifier le code]L'AFDX(tm) est base sur le principe d'un reseau commute, c'est-a-dire que les equipements terminaux charges de l'emission ou de la reception des donnees s'organisent autour des commutateurs charges du transport de ces donnees.
Afin de repondre au besoin de disponibilite du reseau, un reseau AFDX(tm) est physiquement redondant : chaque equipement terminal emet les messages sur deux canaux differents vers des ensembles independants de commutateurs assurant tous deux la meme transmission. Cela permet de reduire les echecs de transmissions, et les problemes lies a des pannes materielles. Cette redondance permet egalement le "dispatch" (depart) de l'avion lorsqu'un voire plusieurs commutateurs sont en panne.
Segregation des flux, contraintes temps reel et determinisme
[modifier | modifier le code]La segregation robuste des flux de donnees s'appuie sur la reservation de bande passante au niveau d'un canal de communication nomme VL (virtual link ou lien virtuel). Ces canaux sont associes a un emetteur et les donnees y sont transmises sur Ethernet en mode diffusion (multicast). Les commutateurs permettent la segregation des flux par un mecanisme de listes de controle d'acces (ACL) filtrant le trafic en fonction des adresses (Ethernet ou MAC), de maniere similaire aux pare-feu IP.
Pour garantir le respect des contraintes temps reel de transmission de donnees, les VL AFDX(tm) sont associes a des specifications de bande passante (ou << contrats >>). Ces contrats fixent la taille maximale des trames transmises et le temps minimum entre chaque trame. Ces deux parametres permettent alors d'evaluer la bande passante maximale d'un VL donne. Le contrat est donc pris en charge par les commutateurs qui gerent ces VL.
Determinisme et temps de transmission sont garantis par le contrat de bande passante associe a la commutation qui evite les collisions et les reemissions.
En resume, la notion de VL autorise le calcul des latences de transmission maximales, ce qui permet d'effectuer la certification aeronautique du systeme. Dans la pratique, le reseau Ethernet est donc necessairement sous-exploite pour permettre la mise en place de ces garanties.
Usages
[modifier | modifier le code]L'AFDX(tm) est utilise dans l'Airbus A380 (detaille ci-dessous), 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 (renomme Airbus A220), Learjet 85, Comac ARJ21, Comac C919 et AgustaWestland AW149[3].
L'AFDX(tm) dans l'Airbus A380
[modifier | modifier le code]Pour les equipements AFDX(tm) deployes dans l'A380, Airbus a impose de fortes contraintes temporelles :
- 150 microsecondes maximum de temps de traversee des couches de communication (UDP, IP, gestion de bande passante, gestion de la redondance et reseau Ethernet)
- 150 microsecondes maximum pour la reception d'un trafic continu
- 100 microsecondes maximum pour le transfert de trames, le controle de l'utilisation de la bande passante et la gestion des diffusions au niveau des commutateurs.
Pour repondre a ces demandes, Airbus a choisi deux fournisseurs : Thales (equipements terminaux standards CPIOM) et Rockwell Collins (commutateurs) et valide d'autres implementations pour les LRUs non standards comme SAFRAN Electronics & Defense, pour les passerelles securisees avec le monde ouvert (maintenance et communication,) ainci que le calculateur d'acquisition pour la maintenance[5],[6]. Il a reconduit les memes fournisseurs pour l'Airbus A350.
Premier bilan
[modifier | modifier le code]L'utilisation de standards ouverts tel qu'Ethernet a permis de reduire les couts de developpement dans certains domaines. Notamment dans le domaine de l'instrumentation de laboratoire, puisque des outils standards peuvent etre utilises sans necessiter de developpements specifiques. De meme, au niveau de la conception et du developpement il est possible de s'appuyer sur des donnees et une expertise preexistante.
Toutefois, ces benefices sont limites par la necessite de disposer, dans le domaine aeronautique, de composants realises selon un processus de developpement certifie. Or les composants du commerce (composants sur etagere) ne peuvent pas souvent repondre a ce critere, et les equipements doivent donc toujours etre realises specifiquement pour le marche aeronautique.
Par ailleurs, ce premier reseau AFDX(tm) a pose de gros problemes techniques de mise au point et de deploiement, plus lies au contenu (gestion des donnees) qu'a la technologie qui avait bien ete preparee par des programmes de recherche.
Perspectives
[modifier | modifier le code]L'AFDX(tm) propose une nouvelle approche de la conception avionique, plus standardisee et modulaire, en particulier par l'adoption (partielle) de technologies du monde << ouvert >>. Son deploiement dans l'avenir semble conforte par son utilisation par Airbus sur l'A380, l'A400M et l'A350 XWB, mais plus encore par l'assentiment de Boeing pour ce nouveau standard. Ce protocole est egalement susceptible d'etre utilise par l'industrie spatiale, a l'image de la NASA qui l'a etudie au debut de l'annee 2007 pour son nouveau vehicule d'exploration habite[7].
Notes
[modifier | modifier le code]- | INPI, << Marque EM : 003773108 - AFDX >>, (consulte le )
- | Frank Niedercorn, << Le futur Airbus cherche toujours ses fournisseurs >> [html], sur les echo, (consulte le )
- | a b et c (en-US) << AFDX(r)/ARINC664P7 Tutorial - What is AFDX >>, sur Aim Online (consulte le )
- | a et b Laurent Pautet, << Integrated Modular Avionic (version 1.1) >> [PDF], - (consulte le )
- | << Safran : contrat aupres d'Airbus >>, sur Boursier.com, (consulte le )
- | Noel Gauthier (Directeur General Adjoint de SAFRAN, Affaires Economiques et Financieres), << DOCUMENT DE REFERENCE 2008 >> [PDF], sur SAFRAN, (consulte le ), p. 43
- | (fr) SYSGO, << Les standards AFDX(tm) et ARINC 653 evalues pour les missions d'exploration >>(Archive.org * Wikiwix * Archive.is * Google * Que faire ?), .
Liens externes
[modifier | modifier le code]- [PDF] Hussein Charara, << Evaluation des performances temps reel de reseaux embarques avioniques >>, sur ethesis.inp-toulouse.fr,
- Muhammad Adnan, "Analyse pire cas exact du reseau AFDX(tm)", sur http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00002562/01/adnan.pdf, 2013