APUNTES AVIÓNICA PARTE BUSES (2018)

Apunte Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería de Aeronavegación - 3º curso
Asignatura Aviónica
Año del apunte 2018
Páginas 16
Fecha de subida 11/04/2018
Descargas 3
Subido por

Descripción

Apuntes y ejercicios PARTE BUSOS aviónica

Vista previa del texto

INTRODUCCIÓN BUSES La estructura de un sistema de comunicaciones se divide en capas, grupos. Por lo tanto, si necesitamos sólo cambiar una capa, no afecta a las demás, ya que son independientes.
USUAL COMMUNICATION LAYERS (Modelo por capas) *OSI Reference Model *Internet *IEEE e ITU DIGITAL TRANSMISSION Hay dos tipos de uso digital a bordo: - - Procesos de Control: basados en técnicas del sistema y transmisión de datos como la velocidad, altura… *Requerimientos: no se permiten grandes retardos, tiene que ser acotado.
Sistemas de información: basados en intercambios de información son una serie de valores abstractos. Más velocidad y nº de bytes y normalmente se espera una respuesta.
ARINC 429 - - - En los años 70 queremos introducir la información digital en los aviones y las aerolíneas reconocen las potentes ventajas del equipamiento. Además, sería un sistema común para reducir costes.
SAE: grupo de ingenieros que definen el bus que se tiene que crear con objetivos comunes, tanto civil como militar, pero con requerimientos y necesidades diferentes.
1ª versión: Mil Std-1533: 1ª implementación en F-16.
Se decidió separar civil i militar por los inconvenientes.
ARINC (1966): *ARINC 429: especificación que recoge las diferentes tecnologías que existían. Pero no cumplía con todos los requisitos para un sistema de comunicaciones futuro. Es eficiente, cogió ideas del 419. Se convirtió en un estándar, el punto de partida. Se usa aún para los equipo de avión serie 700.
*1980: ocurre un error en el 429, no soportaba algunas interferencias, ruido y por lo tanto, errores en los bytes.
Solución: la que se utiliza actualmente, Mark 33. No tiene grandes cambios de funcionamiento y es un sistema en serie.
CARACTERÍSTICAS ARINC 429: - - ARINC: empresa (1929) de Rockwell.
Sistema digital.
Interconecta LRU’s. Si no funcionan, puede cambiar los módulos.
La especificación tiene 3 partes que tienen que pagarse. Cada una de las partes trabaja con aspectos diferentes: *Parte 1: físicas, eléctricas, asigna los bits.
*Parte 2: discretiza palabras que asigna a los bits.
*Parte 3: transferencia de ficheros. La transferencia depende del tamaño de los ficheros ya que se pueden desordenar y provocar errores.
ARINC 429 define la estructura eléctrica, estructuras y protocolos.
La información sólo se transmite en una dirección. Si queremos que sea bidireccional necesitamos 2 buses.
Es un bus simplificado, está limitado. Pero es más eficiente y fácil.
Receptores: n<20 No interconexiones.
Velocidad: 100-12.5 Kbps Auto sincronismo, no tiene reloj.
Impedancia: 780 ohms/m.
MULTIPLEXACIÓN: - - Consiste en enviar mucha información a la vez, en tiempo o en frecuencia.
Existen las colisiones entre informaciones cuando se quiere acceder a un canal, y por lo tanto, se deforman. Normalmente, es un pico de tensión y por lo tanto, hay mecanismos de acceso múltiple para evitarlo.
Para ello, calculamos probabilidades para saber el tiempo de acceso múltiple.
DATA BUS CHARACTERISTICS: - - - En serie: byte uno a uno. Más simple y más barato, menos cable y por lo tanto, menos peso.
En paralelo: bytes en diferentes E/S. Muchos más cables.
Comunicación entre participantes: un bus tiene una única fuente y único destino.
 ARINC 429: única fuente y n(<20) receptores por bus. No necesitamos control de acceso al medio.
Dirección de comunicación: *Simplex (ARINC 429): única fuente *Half-duplex: turnos *Full-duplex: todos transmiten y reciben.
Ancho: según los bits que se transmiten, el bus transmitirá los mismos.
Clock Speed: MHz. Si el reloj es rápido, el bus también.
Protocolo *Tenemos que intentar que la parte aleatoria sea la mínima, queremos un comportamiento determinista.
*Redundantes.
- Asignación de 1 i 0: return to zero signalling.
La longitud del mensaje es de 32 bits.
Capa de transporte y red formada por ACARS.
ATN usa ARINC 429.
BUS AND NETWORK - RED: conjunto de puntos y nodos interconectados. Un bus forma una red, el conjunto de buses interconectados.
Obtenemos una información en red más amplia.
ATN            1983: ICAO prevé el crecimiento del tráfico aéreo y busca nuevos conceptos y tecnologías para soportar el incremento.
El resultado es el concepto del CNS.
Comité: FANS.
Decidieron no seguir Internet, lo cual fue un error.
ATN es el medio, incluye aplicaciones, servicios de comunicaciones que permiten la interconexión entre subredes, tierra, aire… Red de telecomunicaciones aviónica.
Sirve para intercambiar información, permite comunicación entre diferentes equipos.
Garantiza la privacidad de la información.
Switch conecta buses pero no róuters.
Capa física Interfaces, servicios y protocolos comunes. Está estandarizado.
OSI DE LA ISO *ISO: se encarga de establecer estándares *OSI: interconexión de sistemas abiertos. También conocido como ATN/OSI.
NETWORK INTERFACES - Componentes de la red: *Medios de transmisión.
*Nodos de una red. ICAO lo define como terminales (móviles, fijas, ordenadores, sensores) y en protocolos.
- Interfaces de red: *Software o hardware. (También por capas) *Conecta hierro ordenador con cable.
SERVICE, APPLICATION, PROTOCOL *Servicio: satisfacer necesidades.
*Aplicación: implementación del servicio.
*Protocolo: serie de normas que controlan la secuencia de mensajes de la red de comunicación.
OSI - Comunicación entre dispositivos. Pero hay fallos y se descompone en capas.
Capa inferior le da permiso a la superior, da servicio a la superior. Se comunican de manera lógica (entre capas del mismo nivel) y son independientes.
OSI MODEL (1984) APPLICATION Software, aplicaciones, interfaz PRESENTATION Cómo está estructurado(pdf…) FORMATOS SESSION Sincronismo de lo que hayamos hecho en la sesión, recuerdo, gestión. Se guarda en tu ordenador, cookies.
TRANSPORT Control de errores, de flujo y congestión.
NETWORK Se encarga de por dónde va el paquete, caminos LINK Capa de enlace, control de errores de bit, control de flujo PHYSICS Mecánica, eléctrica y aspectos funcionales.
Lo que nosotros instalamos SISTEMA OPERATIVO *Control de flujo: adaptar tasa de emisor con receptor, como la velocidad.
*Control de congestión: aquí, se fija en la comunicación entre receptor y emisor. Queremos que los equipos intermedios sean rápidos. Los extremos, inteligentes.
¿CÓMO VAN LOS SERVICIOS? *Cada elemento de la información tiene una cabecera que intenta solucionar el problema.
*La capa de arriba pasa a la capa inferior y la capa inferior le pone una cabecera. Así sucesivamente. Cada capa añade campos para solucionar problemas, con datos y funciones.
*El recetor analiza las capas y las va arrancando, según la capa que esté.
ARINC 429 se ocupa de la capa física y se encarga de la capa enlace.
*Física: bits *Link: define estructura en 32 bits, nivel, data y parity. Te define como tienen que ser los bits.
PHYSICAL LAYER - OBJETIVO: trabajar parte eléctrica, óptica.
Trabaja en bits, coge señales y las cambia a bits.
Se envía por medio de comunicación: aire, fibra.
Define hardware, conexiones.
LINK LAYER - Da servicios a la de red.
Está estructurado por FRAMES.
Se encarga de : 1. FRAMING: coge paquetes de la red y encapsula. Envía bit a bit a la capa física. (*En el ARINC 429 son palabras, no frames, de 1 o 0) 2. ADRESSING: direccionamiento. Pone direcciones de nivel 2, dirección única en un enlace. El fabricante puede definirla.
3. SYNCHRONITZATION: se tienen que sincronizar los extremos.
4. CONTROL DE ERRORES: errores en la transmisión, los bits se pueden cambiar. En algunos casos, el protocolo deja cambiar o avisa.
5. CONTROL DE FLUJO: adaptar las condiciones del otro 6. ACCESO MÚLTIPLE: estructuras como HUB: repite a todas las salidas, interconecta equipo. PROBLEMA: Cuando hay más de una comunicación, se conmutan los caminos.
- Hay dos subcapas: 1. MAC (Media Acces Control) 2. LLC (Logical Link Control) - Local Area Network: *No pasa la señal por fuera de la “frontera” *Sólo un salto, no va más allá de la red local. Son individuales e independientes.
*Interconexión: SWITCH, trabaja a nivel 2, entiende direcciones.
*PAQUETE: trabaja a nivel 3: origen-destino CLASSIFICATION OF NETWORKS - - Por interconexión: *Broadcast networks: comunicación única en un canal con todas las máquinas *Point-to-Point networks: todo directamente conectado (de dos en dos).
Por topología: árbol, estrella… Por tipos de dirección: dirección a un destino (unicast) , para todos (broadcast o multicast) Por extensión: *Local (LAN): local basado en la difusión. ARINC 429 es local.
- Bus en anillo o estrella.
- Topología switch o estrella.
- Distancia <10km por la atenuación.
- Única entidad administradora.
*WAN (país): Wide Area Network. Internet.
- Switching networks.
- Largas extensiones - Más de una entidad administradora.
- Diversas topologías, la más común punto a punto.
INTERCONEXIÓN DE EQUIPOS - - Conexión única entre transmisor y los 19 receptores con una vía trenzada y blindada.
ARINC 429 no especifica longitud máxima, normalmente entre 50-90, depende del nº de equipos porque vas perdiendo señal. La longitud máxima depende también del nº de receptores… El emisor envía a la línea y los receptores van “cogiendo”.
Si no se emite nada, 0V, null.
*AVIONICS EQUIPMENT INTERCONNECTION: - Normalmente configuración estrella o bus-drop.
- Cada LRU debe contener múltiples transmisores y receptores comunicándose con diferentes buses.
- Transmisión de punto a punto, más seguro que la información llegará.
- Existe un bus que separa la información en cada dirección cuando la información es necesaria en los dos caminos entre otros sistemas.
MODULATION - Return-To-Zero (RZ).
Cada ciclo de bits, período, acaba con la señal a nivel 0V.
Palabras separadas por 4 bits nulos, 4 tiempos nulos a 0V.
WORDS - Cada receptor continuamente está motorizando.
32 bits por palabra: 24 data, 8 etiqueta.
LRU’s no tienen direcciones asignadas, tienen números de equipo.
Todos los altímetros tienen el mismo nº de equipo, sea la marca que sea.
Words Formats - - Tamaño: 32 bits.
Campos: etiqueta de 8 bits.
Parity bit obligatorio.
Source and destination (opcional, 2 bits).
Data Estado (opcional, 2 bits) Tenemos unos aspectos tabulados: unidades, rango, resolución, refresh (cada cuánto lo envío), nº de bits significantes.
ESTRUCTURA: 1. 8 bits etiqueta.
2. 9-10 O/D 3. Data: código binario. Mezclado o alphanumerico. Velocidad alta o baja.
4. Signo-Estado 5. Pariety Tamaño del mensaje pequeño: *Por latencia, evitamos estos problemas.
*Se minimiza el retraso durante el proceso.
*Garantiza tiempo.
- LABEL - Cabecera trama Identificador de la información: nos dice que tendremos, de lo que hay en la palabra: temperatura, altitud… LABEL 230 231 233 - PARAMETER True Airspeed TAT SAT - Se pueden reutilizar etiquetas para otros parámetros, ya que tenemos un rango de 0 a 277 etiquetas.
Octales de 3 dígitos  2 de 3 y 1 de 2.
Ejemplo: 11111111 {7(111), 7(111), 3(11)} Etiqueta 377, datos 001 (Equipo Flight Control Computer) Para una etiqueta, diferentes ID que nos marcan diferentes parámetros.
- WORD FORMAT: SDI    Source/Destination Identifier: bits 9-10 son opcionales.
Identificar el origen de la información y hacia dónde se dirige.
Una palabra que tenga el mismo destino y 4 SDI, tendrá que aparecer en el bus 4 tiempos.
- WORD FORMAT: SDI   Bits 30 y 31.
Identificar si los datos van bien, comunicación bien o mal, haces un test y compruebas si los datos se han transmitido bien.
1. Normal, todo va bien.
2. Test, palabra de prueba.
3. Fault 4 definiciones que se pueden 3.1. No puedo calcular datos aplicar 3.2. Equipo falla - PARITY: BIT 32     Arinc suele ser impar. Comprueba errores pero no los corrige.
Detecta impares = detectar errores.
Poner 1 o 0 para que sea impar en esta parte. Impar=correcto.
Si es par el número de 1s, Parity =1, para hacerlo impar.
- DATA FIELD: BNR - Binario.
Bit 29: signo (1- negativo) MSB (máximo del rango/2) LSB (resolución) Bit 11: Accuracy : 0 (Nominal),1 (Accuracy degradeted) Datasheet: sabemos el rango, tmax i tmin de transmisión, bits signficativos (en el ejemplo son 15), por lo tanto, sabemos los parámetros. Contamos 15 y los demás no se utilizan.
- EJEMPLO: Label 114, +-180 12 bits Resol=0.05 29:1  negativo 100001110010 Pasamos a negativo y cada 1 tienes que dividirlo por 2^n, n= posición del bit en la serie de data.
PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN - WILLIAMSBURG/BUCKHORN PROTOCOL Arinc 429 tiene que transmitir más de 21 bits para ser transmitido.
Necesitamos dos pares de rizados.
La información la dividimos en ficheros porque nos aseguramos que recibimos bien la información y los ficheros son unidades LDU.
LDU: formados por palabras.
*Word Count: cuando necesitamos transmitir un LDU, calculamos cuántas palabras por LDU tenemos. Ordenamos.
*LDU se transmite punto a punto.
*Para identificar destino, los primeros 8 bits es la dirección.
*El sistema a bordo es asignado a SAL.
  Las palabras pueden ser de control (normalmente, 2/3 partes) y las otras de información.
ESTRUCTURA: SOT+DATA+EOT *SOT: número de secuencia del fichero.
-GFI Identifier: formato de la información.
*DATA *EOT: -CRC: 16 bits para detectar nº de errores en LDU.
-Posición de LDU en el fichero.
-Bit 25 de EOT: decidir si ese LDU es el último del fichero.
-Si se necesita un LDU más, se crea nueva palabra RTS.
 PROTOCOLO GÉNERICO SAL 1-8 SAL 9-23 DATA 24-25 GFI, CONTROL OR DATA 28-31: WORD TYPE: de protocolo o de información.
*4 tiempos de bits entre palabras.
Si puedes transmitir, hay un proceso estipulado: 1. RTS (preparado para transmitir) 2. CTR(preparado para recibir) 3. SOTEOT 4. ACK(todo ha ido bien) - APLICACIONES - Arinc 429 se utilizó por primera vez en el A310 B757 y B767.
150 buses interconectados.
Operaciones a baja velocidad. A alta velocidad están conectados los equipos de navegación crítica.
*Longevity: la mayoría de los aviones usan ARINC 429, siempre que no tengamos problemas con la velocidad.
*Evolution: El ARINC 429 básico puede conectar 20 equipos.
*Limitations: cada conexión es física, por lo tanto, hay mucho cableado.
Significa más peso y por lo tanto, más coste.
Problemas en las correcciones de bits porque hay que esperar al siguiente intervalo de transmisión.
ATN – IPS OBJETIVOS - Define los protocolos y los servicios de comunicación de información para ser utilizados en la implementación de la ICAOATN utilizando IPS.
REQUISITOS *ATN/IPS consiste en nodos y redes IPS funcionando a nivel internacional como soporte tanto de Air Traffic Service Communication (ATSC) como de Aeronautical Industry Service Communications (AINSC)… IPv6 - - Tipo de flujo que lleva el paquete.
La carga es la longitud.
Tamaño de las direcciones: 128 bits. En IPv4 son 32 bits, por lo tanto, se tienen que poner de acuerdo para poner IPv6, por eso no se puede utilizar globalmente.
La gente puede ofrecer servicios.
IN AVIONICS… FROM ARINC429AFDX - Arinc 429 - Arinc 629: soporta hasta 120 terminales, estructura diferente.
- MIL-STD-1553: bus militar que sigue la topología de estrella lógica, es decir, físicamente no tiene forma de estrella pero con las direcciones se puede conseguir esta topología.
ARINC 664: - Estándar - AFDX: implementación del estándar.
- Airbus lo programó y lo llamó AFDX (Avionics Full-Duplex Ethernet Switching).
- Ethernet: robusto, barato, flexible. Eso crea un problema en la aviónica, no puede ceder las funcionalidades de la aviónica: ni disponibilidad ni fiabilidad.
WHY ETHERNET? -Cuando se trabaja con A429 y A4629 el medio es compartido y por lo tanto, pueden haber colisiones, ya que permite que todos sean transmisores y receptores.
- En los 90 se eliminan las colisiones y se puede utilizar en AFDX, no queremos pérdidas.
Ethernet es un estándar abierto que tiene un coste pequeño de diseño y desarrollo. Pero los equipos requieren un desarrollo fiable y por lo tanto, el coste aumenta.
Con Ethernet conseguimos más precisión en los sensores. Más ancho de banda y aplicaciones más sofisticadas.
-Fibra óptica: velocidad y peso mejorado pero más coste.
-Estrella: problemas de fiabilidad y menos coste.
- ARINC 429 y Ethernet están surgiendo y será mejor en distancias largas. Pero de momento, ARINC 429 y MIL-STD-1553 permanecerán durante tiempo.
-TTE: Time Triggered Ethernet: intenta clavar el tiempo.
-Ethernet: Best Effort. Envía a x velocidad y luego arregla las colisiones que pueda tener. Eso provoca retardos no permitidos en aviónica.
ETHERNET - Historia: sistema radio sin control, no centralizado. Pueden haber colisiones.
ALOHA PROTOCOL: si el mensaje colisiona, espérate un tiempo y vuélvelo a enviar.
No determinista: no sabemos si colisionan o no. Existe la probabilidad de que siempre colisionen.
En aviónica, no sabes cuándo llegará el mensaje y no se puede permitir.
A partir de este protocolo, surgió una idea.
*Protocolo CSMA/CD: si el medio está ocupado o libre se tiene que saber.
*Se especificará un tamaño máximo para que nadie ocupe siempre.
*Acceso múltiple: transmitir al mismo medio.
*Detección de colisiones.
*Protocolo Ethernet: - Si el medio está libre, envía.
-Si choca, vuelves a intentarlo. Pero es no determinista.
-Sistema más común trenzado.
-Se conectan a un switch.
FRAME FORMAT 1. Bit donde empieza la información: SFD 2. Ethernet frame 3. Inter-frame GAP(IFG): los últimos 12 bits de símbolos que indican que vas a liberar el camino.
Nos interesa la frama Ethernet.
*O/D: 48 bits *TIPO o LONGITUD: 2 bytes *Payload *FCS: error 32 bits *IFG Carga mínima de 46 bytes para distinguir. Ocupas toda la longitud del cable, para que continúes siempre ocupando todo con la trama.
-Protocolo de comunicación sin conexión.
-Con conexión es avisar al destino.
-Limitamos tiempo máximo en el que puede llegar un paquete.
FULL-DUPLEX-SWITCHED: - Cada hora de entrada del switch tiene un búfer para recepción.
Lee los datos y lo mete en un bus de memoria y lo envía en un bus de transmisión. Así, se evitan las colisiones.
Transmisión y recepción en orden FIFO.
Búffer overflow: puede llenar un búffer, adimensionar para que no pase (Medir ancho de banda con throughput y output).
Pueden sufrir retardos los paquetes. Variación del retardo.
- En aviónica, intentar conseguir sistema determinista aunque hayamos evitado las colisiones.
Hay que modificar Ethernet, parte redundante.
...

Tags: