FR3032078A1 - Architecture hybride de transmission d'informations avioniques et systeme correspondant - Google Patents

Architecture hybride de transmission d'informations avioniques et systeme correspondant Download PDF

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Abstract

Cette architecture hybride de transmission d'informations avioniques, du type comportant des stations abonnées (2, 3, 4, 5, 6, 7) raccordées par des moyens de transmission d'informations (8), est caractérisée en ce que les stations (2, 3, 4, 5, 6, 7) sont raccordées d'une part par des premiers moyens de transmission d'informations (9, 10) à leurs voisines pour former au moins un premier réseau de transmission d'informations en anneau fermé entre les stations et d'autre part par des deuxièmes moyens de transmission d'informations (11) à des moyens formant commutateur central de plan de communication (12) pour former au moins un deuxième réseau de transmission d'informations en étoile entre les stations et les moyens formant commutateur central de plan.

Description

1 Architecture hybride de transmission d'informations avioniques et système correspondant La présente invention concerne une architecture hybride de transmission d'informations avioniques et un système hybride de transmission comportant de telles architectures. La présente demande se place donc dans le contexte des réseaux de communication avionique et en particulier mais pas uniquement, à ceux basés sur le concept d'avionique modulaire intégrée également appelé IMA. Ce concept nécessite la mise en oeuvre de ressources partagées de traitement supportant un ou plusieurs logiciels applicatifs ainsi que de ressources partagées de communication ainsi que des ressources partagées d'entrées/sorties. Un tel concept fait alors appel à des propriétés de partitionnement spatial et temporel permettant des traitements et des échanges indépendants et déterministes des informations.
Ceci est basé par exemple sur des standards de type A653 et A664 bien connus dans l'état de la technique. Une architecture avionique correspondante basée sur le concept de l'avionique modulaire intégrée IMA, doit fournir des plateformes génériques de calcul (calculateurs) où s'exécutent un ou plusieurs logiciels applicatifs permettant d'assurer l'exécution des fonctions avioniques, la sûreté de fonctionnement et la sécurité de l'aéronef. De plus, cette architecture doit fournir aux applications des services de communication standardisés sous la forme d'un réseau principal avionique (par exemple au standard A664), pouvant acheminer n'importe quel type et n'importe quelle taille de données et un ou des réseaux secondaires avionique (de type bus CAN, A429, etc..) pouvant servir notamment de réseau de secours et/ou pour acheminer des données dites critiques. Dans le cas du réseau principal, le service de communication doit permettre l'accès et le partage des ressources de communication, par l'utilisation d'un système d'extrémité ES, qui permet aux applications d'un calculateur d'accéder au réseau, constitué d'un ensemble de commutateurs (également appelés switches en anglais) interconnectés, qui s'occupe d'acheminer les messages uniquement vers les applications destinataires. Mais les systèmes avioniques ont des contraintes de temps réel très fortes. L'architecture de communication doit mettre en oeuvre des mécanismes pour assurer que les données transmises entre deux applications soient disponibles, transmises dans un temps maximum imparti et intègres.
3032078 2 Le but de l'invention est de proposer une architecture qui permette de répondre au mieux à ces différents impératifs. A cet effet, l'invention a pour objet une architecture hybride de transmission d'informations avioniques, du type comportant des stations abonnées raccordées par des 5 moyens de transmission d'informations, caractérisée en ce que les stations sont raccordées d'une part par des premiers moyens de transmission d'informations à leurs voisines pour former au moins un premier réseau de transmission d'informations en anneau fermé entre les stations et d'autre part par des deuxièmes moyens de transmission d'informations à des moyens formant commutateur central de plan de 10 communication pour former au moins un deuxième réseau de transmission d'informations en étoile entre les stations et les moyens formant commutateur central de plan. Suivant d'autres caractéristiques de l'architecture selon l'invention, prises seules ou en combinaison - chaque station comporte des moyens d'abonnement aux premier et deuxième 15 réseaux comprenant au moins quatre ports de communication dont un est raccordé à des ressources de la station, deux aux stations voisines dans le premier réseau en anneau et un aux moyens formant commutateur de plan dans le deuxième réseau en étoile ; - les moyens d'abonnement de la station comportent des moyens de diffusion des informations produites par les ressources de cette station, vers un port ou certains des 20 ports ou tous les ports des moyens d'abonnement de cette station ; - les réseaux sont des réseaux duplex intégral ; - les réseaux de transmission d'informations en anneau et en étoile mettent en oeuvre des protocoles de communication identiques ; - les réseaux en anneau et en étoile mettent en oeuvre des protocoles de 25 communication différents ; - les réseaux de transmission d'informations en anneau et en étoile mettent en oeuvre des couches physiques identiques ; - les réseaux en anneau et en étoile mettent en oeuvre des couches physiques différentes ; 30 - elle comporte au moins deux moyens formant commutateur de raccordement en étoile des stations pour former au moins un deuxième réseau en étoile entre les stations et chacun des moyens formant commutateur ; - les réseaux sont adaptés pour transmettre des informations de natures différentes dont des informations critiques ; 35 - au moins l'un des réseaux est un réseau de secours d'un autre ; 3032078 3 - les moyens formant commutateur comprennent des moyens de cadencement du fonctionnement des stations abonnées. Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un système hybride de transmission d'informations avioniques, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux 5 architectures hybrides telles que décrites précédemment, associées. Suivant d'autres caractéristiques de ce système, prises seules ou en combinaison : - les architectures sont associées au niveau d'au moins un de leurs moyens formant commutateur ; 10 - les architectures sont associées au niveau d'au moins une de leurs stations. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels ; - la figure 1 représente une vue générale d'une architecture hybride selon l'invention ; 15 - la figure 2 représente une vue de détail de moyens de raccordement d'une station entrant dans la constitution d'une telle architecture ; - la figure 3 représente une variante de réalisation d'une architecture selon l'invention ; - la figure 4 illustre le raccordement de deux architectures telles que décrites, dans 20 un système hybride selon l'invention ; et - les figures 5 et 6 sont des schémas synoptiques illustrant deux variantes de réalisation d'un tel système. Le but de l'invention est donc de proposer une solution d'architecture de réseau hybride scalable, qui soit à la fois distribuée et centralisée.
25 Celle-ci doit également permettre la communication entre une ou plusieurs applications avioniques et ce quelle que soit la localisation de cette ou des applications dans le système avionique. L'invention, grâce à l'association de deux structures de communication de types différents, à savoir centralisée et distribuée, pouvant s'appliquer sur des couches 30 physiques et logiques semblables ou dissemblables, et grâce à ces mécanismes de transmission de données, confère à cette architecture de réseau hybride, aussi bien les avantages des architectures de type centralisé que ceux des architectures de type distribué. On répond ainsi de façon optimale aux besoins en communication des systèmes 35 avioniques.
3032078 4 On a illustré sur la figure 1, un exemple de réalisation d'une telle architecture hybride. Celle-ci est désignée par la référence générale 1 sur cette figure et l'on peut constater qu'elle comporte plusieurs stations abonnées, désignées par les références 2, 5 3, 4, 5, 6 et 7 respectivement. Ces stations sont raccordées par des moyens de transmission d'informations désignés par la référence générale 8. En fait et comme cela est illustré, les stations 2 à 7 sont raccordées d'une part par des premiers moyens de transmission d'informations, à leurs voisines, pour former au 10 moins un premier réseau de transmission d'informations en anneau fermé entre les stations et d'autre part par des deuxièmes moyens de transmission d'informations, à des moyens formant commutateur central de plan de communication, pour former au moins un deuxième réseau de transmission d'informations en étoile entre les stations et les moyens formant commutateur central de plan.
15 Sur cette figure 1, les stations, comme par exemple la station 2, sont raccordées à leurs voisines, comme par exemple les stations 3 et 7, par des premiers moyens de transmission d'informations, désignés par les références générales 9 et 10 respectivement par exemple, pour former au moins un premier réseau de transmission d'informations en anneau (ou en boucle) fermé entre les différentes stations 20 interconnectées. Par ailleurs les stations, comme par exemple la station 2, sont également raccordées par des deuxièmes moyens de transmission d'informations désignés par exemple par la référence générale 11, à des moyens formant commutateur central de plan de communication, dont l'un est désigné par la référence générale 12 sur cette figure 25 1, pour former au moins un deuxième réseau de transmission d'informations en étoile entre les stations 2 à 7 et ces moyens formant commutateur central de plan de communication, désignés par la référence générale 12. L'association de ces deux domaines de communication, à savoir le domaine périphérique en anneau et le domaine central en étoile, forme ainsi un plan de 30 communication avionique auquel chaque station ou équipement avionique abonné(e) est raccordé(e). Chaque domaine de communication est indépendant de l'autre et possède sa propre autonomie et son propre modèle temporel mathématique. Le domaine central de communication est basé par exemple sur une technologie 35 de communication à base de commutateurs de trames, faisant appel à un ou des équipements avioniques dédiés de type commutateur (ou switches en anglais) ou un ou 3032078 5 des sous-ensembles avioniques de type commutateurs distribués, assurant la fonction de systèmes intermédiaires centralisés. La topologie des domaines est donc centralisée ou en étoile et le domaine central de communication est par exemple basé sur un standard de type ARINC 664 ou Ethernet 5 IEEE 802.3. Ce domaine central de communication est basé sur de la propagation maîtrisée des trames. Suivant les objectifs de disponibilité des systèmes avioniques supportés, le domaine central de communication peut être redondant, le domaine central assurant 10 l'interconnexion directe entre les stations abonnées. Le domaine périphérique, constitué par le réseau en anneau fermé, est basé par exemple sur une technologie de communication de circulation de trames faisant appel à des mécanismes de type circulateurs ou commutateurs élémentaires distribués et installés dans chacun des équipements avioniques abonnés.
15 Ce domaine périphérique de communication est basé sur une topologie fermée, comme par exemple en boucle ou en anneau, et sur de la propagation systématique et maîtrisée de trames avec une dissociation forte entre chacun des deux domaines (principes d'émission, de filtrage, etc...) aboutissant à un modèle temporel mathématique différent de celui du domaine central.
20 Le domaine périphérique de communication peut être basé sur un standard de type ARINC 664 ou Ethernet IEEE 802.3, permettant une association directe et contrôlée, sans modification de trame au sein d'un plan de communication, aboutissant à des échanges extrémité à extrémité, sans modification de trames pour les systèmes supportés.
25 Mais dans une volonté d'augmenter la dissymétrie entre les deux domaines de communication, le domaine périphérique pourrait être par exemple d'un autre type (liaison série point à point, etc...). La communication entre les différents plans de communications avioniques localisés ou non dans différentes zones physiques de l'aéronef, est réalisée au niveau 30 des trames. L'association entre les différents plans de communications avioniques, est réalisée par des liaisons directes entre les commutateurs de chacun des plans de communications via des ports physiques de communication possédant des mécanismes et des capacités complémentaires. La communication entre commutateurs centraux s'effectue sans modification de 35 trame, d'un plan de communication sur l'autre, et ceci sur un principe de propagation maîtrisée de trame.
3032078 6 Ainsi, ces mécanismes et capacités mettent en oeuvre par exemple des moyens plus conséquents de stockage intermédiaire de trames dans les deux directions de circulation, ainsi que des mécanismes de contrôle/filtrage assurant la surveillance/isolation au passage d'un plan de communication avionique aux autres plans 5 de communication avionique et ce, dans les deux directions. En cas de non autorisation ou en cas de vieillissement trop important, la trame associée n'est pas insérée dans l'autre plan de communication avec l'indication d'une telle situation. Comme cela est illustré sur la figure 2, chaque station comporte des moyens 10 d'abonnement aux premier et deuxième réseaux. Ces moyens d'abonnement comprennent par exemple au moins quatre ports de communication. Sur cette figure 2, la station est par exemple la station désignée par la référence générale 2 sur la figure 1 et celle-ci comporte par exemple des moyens d'abonnement 15 désignés par la référence générale 15. Comme indiqué précédemment, la station comporte des ressources comme par exemple un calculateur 16 (ou toutes autres ressources) et l'un des ports de communication des moyens d'abonnement, constitué par exemple par le port désigné par la référence générale 17, est associé à ce calculateur ou à toute autre ressource de cette 20 station. Deux autres ports respectivement 18 et 19, sont associés aux stations voisines dans le premier réseau en anneau, grâce aux moyens de raccordement par exemple 20 et 21 Enfin un autre port tel que par exemple le port 22, est quant à lui associé aux 25 moyens formant commutateur de plan dans le deuxième réseau en étoile. On conçoit alors qu'une telle structure présente un certain nombre d'avantages et que différents modes de fonctionnement de ces différents éléments peuvent être envisagés. Ainsi par exemple les moyens d'abonnement de la station peuvent comporter des 30 moyens de diffusion des informations produites par les ressources de cette station vers un port ou certains des ports ou tous les ports de ces moyens d'abonnement de cette station. Ainsi la distribution des trames peut être parfaitement contrôlée et gérée. Il est à noter que les réseaux peuvent être des réseaux Duplex Intégral (Full 35 Duplex en anglais) et que ces réseaux de transmission d'informations en anneau ou en 3032078 7 étoile, peuvent mettre en oeuvre des protocoles de communication identiques ou différents et utiliser des couches physiques identiques ou différentes. On peut ainsi par exemple trouver des moyens de liaison filaire, ou non filaire, ... On conçoit alors que ces réseaux peuvent être adaptés pour transmettre des 5 informations de natures différentes, dont par exemple des informations critiques, et qu'au moins l'un des réseaux peut être par exemple un réseau de secours d'un autre de ces réseaux. Comme cela a été indiqué précédemment, le cadencement du fonctionnement des différentes stations peut être contrôlé.
10 Ce contrôle peut par exemple être réalisé au niveau des moyens formant commutateur central de plan, qui peuvent alors comporter des moyens de génération de signaux de cadencement du fonctionnement des stations abonnées. Ces signaux sont ainsi par exemple transmis aux stations à partir de ces moyens formant commutateur.
15 Comme cela est illustré sur la figure 3, on peut également utiliser au moins deux moyens formant commutateur de raccordement en étoile des stations. Ces deux moyens formant commutateur sont alors adaptés pour former au moins un deuxième réseau en étoile entre les stations et chacun de ces moyens formant commutateur en parallèle du premier réseau en étoile.
20 Sur cette figure 3, les deux moyens formant commutateur sont désignés par les références 25 et 26 respectivement et les stations sont alors raccordées à chacun de ces deux moyens formant commutateur, selon une configuration de deux deuxièmes réseaux en étoile. On a représenté sur les figures 4, 5 et 6, différents modes de réalisation possibles 25 de systèmes hybrides de transmission d'informations avioniques, qui comportent au moins deux architectures hybrides telles que décrites précédemment, associées l'une à l'autre. On reconnaît en effet sur ces figures 4, 5 et 6, des architectures hybrides désignées par les références respectivement 30 et 31 sur la figure 4, 32 et 33 sur la figure 30 5 et 34 et 35 sur la figure 6. Sur la figure 4, les architectures hybrides 30 et 31 sont associées au niveau de leurs moyens formant commutateur central de plan, tels que désignés par les références 36 et 37. Sur la figure 5 et sur la figure 6, on a illustré deux variantes de réalisation, dans 35 lesquelles ces architectures hybrides sont associées au niveau d'au moins l'une de leurs stations et au niveau d'au moins l'une de leurs stations et de leurs moyens formant 3032078 8 commutateur de plan de communication, respectivement. Sur ces figures, on a également illustré des exemples de réalisation d'architectures de plans de communication multiples, par exemple pour ce qu'on appelle un cabinet dans le domaine avionique. On conçoit alors qu'une telle structure d'architecture et de système est 5 particulièrement intéressante, dans la mesure où celle-ci est une structure hybride qui peut par exemple être une structure multi plans de communication, à la fois robuste et scalable. On peut mettre en oeuvre des structures dissymétriques ou différentes ou au contraire symétriques ou identiques, dans les deux réseaux et un système avionique 10 mettant en oeuvre cette conception, peut par exemple présenter un réseau de secours intégré. Le plan de communication simplifie également l'organisation des communications et leur association et augmente la disponibilité des informations par rapport à n'importe quel autre réseau classique.
15 Bien entendu d'autres modes de réalisation encore de cette architecture peuvent être envisagés.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1.- Architecture hybride de transmission d'informations avioniques, du type comportant des stations abonnées (2, 3, 4, 5, 6, 7) raccordées par des moyens de transmission d'informations (8), caractérisée en ce que les stations (2, 3, 4, 5, 6, 7) sont raccordées d'une part par des premiers moyens de transmission d'informations (9, 10) à leurs voisines pour former au moins un premier réseau de transmission d'informations en anneau fermé entre les stations et d'autre part par des deuxièmes moyens de transmission d'informations (11) à des moyens formant commutateur central de plan de communication (12) pour former au moins un deuxième réseau de transmission d'informations en étoile entre les stations et les moyens formant commutateur central de plan.
  2. 2.- Architecture selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque station (2) comporte des moyens d'abonnement (15) aux premier et deuxième réseaux comprenant au moins quatre ports de communication dont un (17) est raccordé à des ressources (16) de la station, deux (18, 19) aux stations voisines dans le premier réseau en anneau et un (22) aux moyens formant commutateur de plan dans le deuxième réseau en étoile.
  3. 3.- Architecture selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens d'abonnement de la station comportent des moyens de diffusion des informations produites par les ressources de cette station, vers un port ou certains des ports ou tous les ports (17, 18, 19, 22) des moyens d'abonnement (15) de cette station.
  4. 4.- Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les réseaux sont des réseaux duplex intégral.
  5. 5.- Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les réseaux de transmission d'informations en anneau et en étoile mettent en oeuvre des protocoles de communication identiques.
  6. 6.- Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les réseaux en anneau et en étoile mettent en oeuvre des protocoles de communication différents.
  7. 7.- Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les réseaux de transmission d'informations en anneau et en étoile mettent en oeuvre des couches physiques identiques.
  8. 8.- Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les réseaux en anneau et en étoile mettent en oeuvre des couches physiques différentes. 3032078 10
  9. 9.- Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux moyens formant commutateur (25, 26) de raccordement en étoile des stations pour former au moins un deuxième réseau en étoile entre les stations et chacun des moyens formant commutateur. 5
  10. 10.- Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les réseaux sont adaptés pour transmettre des informations de natures différentes dont des informations critiques
  11. 11.- Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins l'un des réseaux est un réseau de secours d'un autre. 10
  12. 12.- Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens formant commutateur comprennent des moyens de cadencement du fonctionnement des stations abonnées
  13. 13.- Système hybride de transmission d'informations avioniques, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux architectures hybrides (30, 31 ; 32, 33 ; 34, 35) selon l'une 15 quelconque des revendications précédentes, associées.
  14. 14.- Système selon la revendication 13, caractérisée en ce que les architectures sont associées au niveau d'au moins un de leurs moyens formant commutateur.
  15. 15.- Système selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce que les architectures sont associées au niveau d'au moins une de leurs stations.
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