항전 전이중 스위치 이더넷

Avionics Full-Duplex Switched Ethernet

AFDX(Avionics Full-Duplex Switched Ethernet, ARINC 664)는 국제 항공기 제조사 에어버스가 특허를 받은 데이터 네트워크로,[1] 결정론적 서비스 품질(QoS)을 제공하면서 전용 대역폭을 활용하는 안전 중요 애플리케이션이다. AFDX는 에어버스가 세계적으로 등록한 상표다.[2] AFDX 데이터 네트워크는 상용 기성품(COTS) 컴포넌트를 이용한 이더넷 기술을 기반으로 한다. AFDX 데이터 네트워크는 파트 1과 2에 IEEE 802.3 네트워크의 프로파일 버전인 ARINC 규격 664 Part 7의 구체적인 구현으로, 미래 세대 항공기 데이터 네트워크(ADN)에 상용 기성 네트워크 구성요소가 어떻게 사용될 것인지를 정의한다. AFDX 데이터 네트워크의 6가지 주요 측면은 전이중, 중복성, 결정론, 고속 성능, 스위치 및 프로파일링된 네트워크를 포함한다.

역사

많은 상업용 항공기는 1977년에 개발된 ARINC 429 표준을 안전에 중요한 용도에 사용한다. ARINC 429는 단일 송신기와 최대 20개의 수신기가 있는 단방향 버스를 이용한다. 데이터 워드는 양극 리턴-제로 변조를 사용하여 트위스트 페어 케이블을 통해 통신하는 32비트로 구성된다. 전송속도는 고속은 100kbit/s로, 저속은 12.5kbit/s로 2가지다. ARINC 429는 단일 송신기가 점 대 점 연결로 통신하는 방식으로 작동하므로 상당한 양의 배선이 필요하며, 이는 가중치에 해당한다.

보잉이 777에 도입한 또 다른 표준인 ARINC 629는 최대 2 Mbit/s의 데이터 속도를 높이고 최대 120개의 데이터 단말기를 허용했다. 이 ADN은 버스 컨트롤러를 사용하지 않고 작동하므로 네트워크 아키텍처의 신뢰성이 향상된다. 단점은 항공기에 상당한 비용을 추가할 수 있는 맞춤형 하드웨어가 필요하다는 점이다. 이 때문에 다른 제조사는 ARINC 629 표준을 공개적으로 수용하지 않았다.

AFDX는 차세대 항공기 데이터 네트워크로 설계되었다. IEEE 802.3 위원회(일반적으로 이더넷이라고 함)의 표준을 기반으로 상용 기성 하드웨어를 사용하여 비용과 개발 시간을 줄일 수 있다. AFDX는 ARINC 규격 664 Part 7에 의해 정의된 결정론적 이더넷의 구현 중 하나이다. AFDX는 A380을 위해 Airbus Industries에 의해 개발되었으며,[3] 처음에는 비행별 와이어 시스템 개발에 대한 실시간 문제를 다루기 위해 A380에 의해 개발되었다.[4] A380의 경험을 바탕으로 만들어진 에어버스 A350은 또한 AFDX 네트워크를 사용하며, 항전술과 Rockwell Collins가 제공하는 시스템을 갖추고 있다.[5] 에어버스와 EADS 모회사는 셀렉스 ES[6] 및 벡터 인포마틱[7] GmbH와의 계약을 포함한 EADS 기술 라이선스 이니셔티브를 통해 AFDX 라이선스를 이용할 수 있도록 했다. 보잉 787 드림라이너에도 이와 유사한 결정론적 이더넷 구현이[clarify] 사용된다. 다중 스위치는 계단식 항성 토폴로지에서 함께 브리지할 수 있다. 이러한 유형의 네트워크는 와이어 런을 상당히 줄일 수 있으며 따라서 항공기의 전체 중량을 줄일 수 있다. 또한, AFDX는 서비스 품질과 이중 링크 이중화를 제공할 수 있다.

AFDX 개요

AFDX는 IEEE 802.3의 단점을 해결하기 위해 통신 표준에서 토큰 버킷, 비동기 전송 모드(ATM)와 같은 개념을 채택했다. 이더넷 ATM의 핵심 요소를 이더넷에서 이미 발견된 요소에 추가하고, 다양한 옵션의 사양을 구속함으로써, 대역폭과 서비스 품질(QoS)을 보장해 주는 신뢰성이 높은 전이중 결정론적 네트워크가 만들어진다.[8] 전이중 이더넷을 사용함으로써 전송 충돌의 가능성을 제거한다. 네트워크는 모든 중요 트래픽이 QoS 정책을 사용하여 우선순위를 정하도록 설계되어 제공, 지연 시간 및 지터가 모두 설정된 매개 변수 내에 있도록 보장된다.[9] AFDX 네트워크에 공통적으로 사용되는 고도로 지능적인 스위치는 송신 패킷과 수신 패킷을 완충할 수 있다. 트위스트 페어 또는 광섬유 케이블을 사용하여 전이중 이더넷은 데이터를 송수신하기 위해 두 개의 별도 쌍 또는 가닥을 사용한다. AFDX는 높은 데이터 무결성과 결정론적 타이밍을 제공하기 위해 표준 이더넷을 확장한다. 또한 시스템 무결성을 개선하기 위해 중복된 네트워크 쌍을 사용한다(가상 링크는 하나 또는 다른 네트워크만 사용하도록 구성될 수 있다). 다음 OSI 기준 모델 계층에서 상호운용 가능한 기능 요소를 지정한다.

AFDX 네트워크의 주요 요소는 다음과 같다.

  • AFDX 엔드 시스템
  • AFDX 스위치
  • AFDX 링크

가상 링크

AFDX 네트워크의 주요 특징은 가상 링크(VL)이다. 하나의 추상화에서, VL을 각각 하나의 소스와 하나 이상의 목적지를 가진 ARINC 429 스타일 네트워크로 시각화할 수 있다. 가상 링크는 소스 엔드 시스템에서 모든 대상 엔드 시스템으로 가는 단방향 로직 경로다. 이더넷 대상이나 MAC 주소를 기반으로 프레임을 전환하는 기존의 이더넷 스위치와는 달리, AFDX는 이더넷 프레임의 MAC 목적지 주소와 동일한 위치에 운반되는 가상 링크 ID를 사용하여 패킷을 라우팅한다. 단, AFDX의 경우, 이 가상 링크 ID는 물리적 목적지가 아닌 전송된 데이터를 식별한다. 가상 링크 ID는 일정한 32비트 필드를 따르는 16비트 부호 없는 정수 값이다. 스위치는 하나의 엔드 시스템에서 미리 결정된 엔드 시스템 집합으로 들어오는 프레임을 라우팅하도록 설계된다. 각 가상 링크 내에 하나 이상의 수신 엔드 시스템이 연결될 수 있다. 각 가상 링크에는 전용 대역폭[모든 VL 대역폭 할당 격차(BAG) 비율 x MTU의 합계]이 시스템 통합업체가 정의한 총 대역폭 양과 함께 할당된다. 그러나 총 대역폭은 네트워크에서 사용 가능한 최대 대역폭을 초과할 수 없다. 따라서 양방향 통신은 보완적 VL의 사양을 요구해야 한다.

각 VL은 네트워크에서 설계된 최대 트래픽을 보장하기 위해 규격에서 동결되며, 따라서 결정론은 다음과 같다. 또한 VL 구성 테이블을 로드한 스위치는 네트워크의 다른 분기를 방해할 수 있는 잘못된 데이터 전송을 거부할 수 있다. 또한 덜 중요한 데이터를 전송하도록 설계된 하위 가상 링크(sub-VL)가 있을 수 있다. 하위 가상 링크는 특정 가상 링크에 할당된다. 데이터는 전송할 데이터가 있는 가상 링크 사이에서 라운드 로빈 시퀀스로 읽힌다. 또한 하위 가상 링크는 버퍼링으로 인해 보장된 대역폭이나 지연 시간을 제공하지 않지만, AFDX는 어쨌든 지연 시간은 트래픽 조절기 기능에서 측정된다고 명시한다.

BAG 레이트

BAG는 대역폭 할당 갭을 의미하며, 이것은 AFDX 프로토콜의 주요 특징 중 하나이다. 이것은 송신할 수 있는 최대 요금 데이터로, 그 간격에 송신할 것을 보장한다. 각 VL에 대해 BAG 속도를 설정할 때는 다른 VL에 대한 대역폭이 충분하고 총 속도가 100 Mbit/s를 초과할 수 없도록 주의해야 한다.

가상 링크 전환

각 스위치에는 최소한 4096VL을 처리할 수 있어야 하는 필터링, 보안 및 전달 기능이 있다. 따라서 스위치가 여러 개 있는 네트워크(캐스케이드된 별 토폴로지)에서 가상 링크의 총 수는 거의 제한이 없다. 각 엔드 시스템에서 처리할 수 있는 가상 링크 수에 대해서는 지정된 제한이 없지만, 이는 각 VL에 대해 지정된 BAG 비율과 최대 프레임 크기에 의해 결정된다. 그러나 단일 가상 링크에서 생성될 수 있는 하위 VL의 수는 4개로 제한된다. 또한 스위치는 시스템 통합자가 지정한 데이터 속도로 비차단되어야 하며, 실제로 이는 스위치의 모든 물리적 포트의 합에 해당하는 전환 용량을 가져야 한다는 것을 의미할 수 있다.

AFDX는 MAC 계층의 이더넷 프로토콜을 활용하기 때문에, 비용 절감 대책으로서 테스트 목적으로 레이어 2 라우팅을 AFDX 스위치로 하는 고성능 COTS 스위치를 사용할 수 있다. 그러나 실제 AFDX 스위치의 일부 특징(예: 교통 치안 및 중복 기능)이 누락될 수 있다.

사용법

The AFDX bus is used in 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 and AgustaWestland AW149.[11]

참조

  1. ^ 미국 특허권 6925088, Moraux, "항공기용 데이터 전송 시스템" 2005-08-02 발행
  2. ^ "AFDX". Office for Harmonization in the Internal Market. Archived from the original on January 11, 2015. Retrieved May 28, 2015.
  3. ^ "AFDX technology to improve communications on Boeing 787". militaryaerospace.com. April 1, 2005. Retrieved December 22, 2010. AFDX, developed by Airbus engineers for the A380, “is a standard that defines the electrical and protocol specifications, (IEEE 802.3 and ARINC 664, Part 7) for the exchange of data between avionics subsystems,” Bruno says. “One thousand times faster than its predecessor, ARINC 429; it builds upon the original AFDX concepts introduced by Airbus
  4. ^ "AFDX: Real-time solution on the A380" (PDF). Embry–Riddle Aeronautical University. October 2007. Archived from the original (PDF) on July 19, 2011. Retrieved December 22, 2010.
  5. ^ "AFDX: Airbus and Rockwell Collins: Innovating together for the A350 XWB". Rockwell Collins. June 2013. Retrieved June 21, 2013.
  6. ^ "Sellex ES는 2013년 8월 10일 웨이백 머신에 AFDX Archived된 미션 관리 시스템에서 에어버스와 파트너십을 맺는다."(프레스 릴리즈). 셀렉스 ES. 2013-6-19. 2013년 7월 30일 발견
  7. ^ "벡터는 에어버스사가 개발한 AFDX 기술 아카이브 2014-08-11의 사용 허가 계약을 웨이백 머신(Wayback Machine)에 체결한다."(프레스 릴리즈). 벡터 2013-2-19. 2013년 7월 30일 발견
  8. ^ http://www.iject.org/vol4/spl4/c0140.pdf
  9. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on June 18, 2015. Retrieved March 1, 2014.CS1 maint: 제목으로 보관된 복사본(링크)
  10. ^ "AFDX technology to improve communications on Boeing 787". AFDX Products. Retrieved January 13, 2012. AFDX data communications are used on the Airbus A380/A350/A400M, Boeing B787 Dreamliner (ARINC664), ARJ21 and Super jet 100.
  11. ^ "Paris 2011: AgustaWestland asserts its independence in the cockpit". Aviation International News (AINonline). Retrieved January 13, 2012. The architecture adopted by AgustaWestland is centered around the AFDX data network developed for the latest commercial airliners. The AFDX high-speed digital bus has been developed as a specific implementation of ARINC 664 Part 7.

외부 링크