В статье рассмотрена возможность замены традиционных линий передачи данных между бортовым оборудованием воздушного судна на перспективный стандарт ARINC 664 часть 7 (AFDX).
Ключевые слова : ARINC 429, ARINC 664, Ethernet.
В авиационной технике, как очень консервативной отрасли, для осуществления взаимодействия между бортовым оборудованием широкое распространение получили (и используются до сих пор) как аналоговые, так и дискретные сигналы (типа «разрыв»/«корпус»). Указанные типы сигналов удобны тем, что не требуют сложной обработки (информационной составляющей) как отправляющей, так и принимающей стороной т. к. для интерпретации используются абсолютные значения сигнала (напряжение, ток, сопротивление и т. д.).
В 70-х годах 20-го века был разработан и в 80-х годах внедрен новый стандарт передачи ARINC 429. Настоящий стандарт предусматривает использование двухпроводной линии передачи, без возможности резервирования. Скорости передачи данных стандартизированы и составляют 12.5 кбит/с и 100 кбит/с. Каждая линия связи предоставляет возможность передачи информации только в одном направлении. В силу архитектурных особенностей технологии применяется ограничение на количество подключаемых приемников информации к одному передатчику (не более 20 шт.). В большинстве случаев используется топология типа «звезда» при которой каждый передатчик соединён с каждым приемником отдельной линией связи, к сожалению, использование топологии «общая шина» большого распространения не получила. Стандарт в силу архитектурных особенностей не предусматривает подтверждения получения данных принимающей стороной и к тому же содержит в себе те же ограничения на длину линии связи, что и RS-232 и RS-422. Не смотря на описанные недостатки стандарт, повсеместно применяется на воздушных судах гражданского назначения и ARINC 429 в настоящий момент является наиболее широко распространенным для обеспечения взаимодействия бортового оборудования. Это обуславливается, в том числе и тем, что низкие скорости передачи и простота интерфейсов подключения обеспечивает высокую надежность соединения, а возникающие ошибки приема/передачи в большей части объясняются ошибками в программном обеспечении.
С разработкой стандартов семейства Ethernet 802.3 появилась возможность замены традиционных авиационных интерфейсов на современный стандарт, снимающий многие ограничения и позволяющий более гибко и рационально организовывать линии связи между бортовым оборудованием. Стандарт разработан в 1973 году и развивается в настоящее время. Характеристики линии передачи на основе Ethernet превосходящие использующиеся традиционно интерфейсы в скорости передачи данных, возможности дуплексной передачи, обеспечения подтверждения получения данных принимающей стороной, отсутствия ограничения на количество приемников на один передатчик, возможности передачи как нескольких позволили перепрофилировать стандарт для работы в бортовых сетях.
Основными дополнениями, которые были привнесены в стандарт ARINC 664 часть 7 (AFDX — Avionics Full-Duplex Switched Ethernet) по сравнению с Ethernet 802.3 стали: возможность строго определять длительность передачи, размеры сообщений и периоды передачи. Все эти возможности обеспечиваются жесткой маршрутизацией сообщений (по заранее выделенным виртуальным каналам) от передатчика к приемнику, буферизацией (на портах коммутаторов).
Для бортового радиоэлектронного оборудования в контуре радиосвязи воздушных судов использование линий передачи на основе AFDX вместо традиционных интерфейсов позволило бы по большей части, отказаться, от многочисленных дублируемых линий передачи, упростить конструкцию аппаратуры внутренней связи и радиостанций, уменьшить количество используемого оборудования, в том числе за счет возможности использования единственного (дублируемого) маршрутизатора.
Для цифровой линии передачи данных «пилот — диспетчер» представляющей из себя автоматизированную систему управления воздушным движением (Controller-Pilot Data Link Communiсations) описываемой в концепции CNS/ATM (Communications, Navigation, Surveillance/Аir Traffic Management) использование однородных линий связи на от бортовых систем к маршрутизатору и от маршрутизатора к средствам радиопередачи позволит отказаться от использования дорогих специализированных каналов передачи, например таких как Classic Aero системы Inmarsat, при сохранении канала связи в любом регионе мира (за исключением полярных широт).
На рис. 1 представлена типовая архитектура контура внешней радиосвязи для передачи параметрических сообщений и сообщений в систему УВД. В данном примере показано что, информация от бортовых систем собирается в блоки управления радиосвязи (иногда называемым блоком управления связью) после чего преобразуется в необходимый формат и отправляется по линии передачи к средству радиосвязи.
Основными средствами радиосвязи в настоящий момент являются ОВЧ радиостанции, обеспечивающие работу в полосе 118–135 Мгц, с амплитудной модуляцией для передачи голосовых сообщений, с поддержкой режимов ACARS, VDL-2, VDL-3, VDL-4 для передачи цифровых данных. Основным недостатком использования ОВЧ радио является ограниченная дальность передачи и занятость голосовых каналов (всего не более 9200 каналов).
Спутниковые терминалы Inmarsat и Iridium используемые так же для передачи параметрической и голосовой информации избавлены от недостатков ОВЧ связи, однако стоимость их использования не сопоставима с дешевой ОВЧ связью. Для обеспечения голосовой связи терминалами спутниковой связи используются классические телефонные сети, т. е. для связи с диспетчером, авиакомпанией или другим воздушным судном нужно совершить звонок по заранее известному номеру телефона, что далеко не всегда возможно и требует дополнительного времени на поиск и набор номера, а так же на установку соединения.
Для передачи цифровых данных по каналам CNS/ATM используются специализированные канала передачи данных, а также операторы передачи данных наземным центрам УВД такие как ARINC и SITA. В отличии от использования МВ связи необходимо заблаговременное заключение договоров как с оператором спутниковой связи, так и с оператором авиационной сети связи.
Рис. 1. Типовая архитектура контура внешней радиосвязи для передачи параметрических сообщений и сообщений в систему УВД
При этом информация от бортовых систем в модуль радиосвязи поступает как по аналоговым и дискретным линиям, так и по линиям передачи ARINC429 после чего данные подвергаются математической обработке и отправляется по каналам к средствам радиосвязи.
В случае использования линий связи на основе стандарта AFDX появляется возможность использовать для передачи голоса и данных семейство протоколов TCP/IP, что заметно снижает цену на услуги связи, сохраняя все преимущества, предоставляемые спутниковыми сетями связи.
Литература:
1. Самарцев Н. С., Колотилов Е. Д., Кошелев Б. В. Труды МАИ. 2017. № 93. С. 22.
2. Системы CNS/АТМ: учеб. пособие / Сост. В. А. Казаков. — 2-е изд., перераб. и доп. — Ульяновск: УВАУ ГА, 2008.
3. Кучерявый А. А. Лекции. Бортовые Информационные Системы УлГТУ, 2004. — 504 стр.
