AFDX
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L'AFDX (Avionics Full DupleX) est un réseau Ethernet redondant et fiabilisé, développé et standardisé par les industriels européens de l'avionique pour équiper l'Airbus A380. Il s'agit d'un système destiné à servir de support aux communications internes à l'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur...), et non aux communications avec l'extérieur. Les communications internes sont essentiellement les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) échangées entre les divers composants de l’avionique.

Avant l'AFDX : état des lieux

Dans le monde (Le mot monde peut désigner :) des communications classiques, l’utilisation de " réseaux en couches " a permis de rendre les applications indépendantes des systèmes de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles...) qu'elles utilisent. C'est ce qu'on appelle l'abstraction ( En philosophie, l'abstraction désigne à la fois une opération qui consiste a isoler par la pensée une ou plusieurs qualités d'un objet concret pour en former une...) des moyens de communication.

Cependant les besoins de l'aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) sont dictés par des contraintes particulièrement sévères de fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) et de redondance. De ce fait les systèmes de communication des avions utilisent des liens de communication et des protocoles spécifiques, adaptés à leurs exigences particulières.

Dans la pratique, l'avionique utilise principalement deux catégories de communications numériques embarquées :

  • Les communications de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de processus, qui sont associées à des systèmes d'échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante en métrologie : lorsqu'on ne peut pas saisir un événement dans son ensemble, il faut effectuer des mesures en nombre fini,...) de valeurs analogiques (vitesse, altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la...), orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;)...), et qui ne requièrent généralement aucune réponse suite à la transmission d'information (pas d'acquittement des transmissions).
  • Les communications supportant les systèmes d'information embarqués, qui sont basées sur des échanges d'information complexes et structurées (cartes, météo, plans de vol...) nécessitant la mise en place d'un véritable dialogue (Le dialogue est une communication entre deux ou plusieurs personnes ou groupes de personnes. Il doit y avoir au minimum un émetteur et un récepteur. Une donnée émise, c'est le message. Un code, c'est la langue et/ou...) (acquittements de réception des informations...). La bande passante (La bande passante (angl. bandwidth) est un intervalle de fréquences pour lesquelles la réponse d'un appareil est supérieure à un minimum....) nécessaire pour ces échanges est donc plus importante que pour les communications simples.

Conception de l'AFDX (L'AFDX (Avionics Full DupleX) est un réseau Ethernet redondant et fiabilisé, développé et standardisé par les industriels européens de l'avionique pour...)

Les besoins

L'évolution du marché aéronautique conduit à réduire les coûts, à utiliser des notions de modularité, de réutilisation et de partage des ressources, comme savent le faire les systèmes d'exploitation modernes.

L'objectif de l'AFDX est donc de répondre à ces changements, en prenant en compte des objectifs contradictoires :

  • la fiabilité des échanges de données sur le modèle client/serveur ;
  • la transmission de données avec de fortes contraintes temporelles / déterministes ;
  • et la réduction des coûts par l'utilisation de composant commerciaux " sur étagère "
  • mais avec des contraintes de certification.

Choix technologiques

Lorsqu'en 1999 il a fallu faire les premiers choix pour définir le nouveau standard, les deux technologies concurrentes pour engendrer l'AFDX étaient, d'une part la combinaison (Une combinaison peut être :) Ethernet (Ethernet est un protocole de réseau local à commutation de paquets. Bien qu'il implémente la couche physique (PHY) et la sous-couche Media Access Control (MAC) du modèle OSI, le protocole Ethernet est classé dans la...) - TCP/IP venue du monde de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines telles que...), et d'autre part la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) ATM du monde des télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance d’information avec des moyens électroniques. Ce terme est plus utilisé que le terme synonyme officiel «communication électronique». Elles...). Quand le principe de la commutation (utilisé par ATM) est arrivé sur Ethernet, cela en a fait un standard performant et mature, soutenu par un marché bien plus vaste que celui des télécommunications.

Norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen considéré le plus souvent comme une règle...)

C'est donc l'Ethernet commutée (en mode full-duplex) associé à des modifications spécifiques permettant de prendre en compte les contraintes temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel et de certification du monde aéronautique qui a été sélectionnée. D'où le nom AFDX : Avionics Full DupleX switched Ethernet . AFDX est normalisé par la partie 7 de la norme ARINC (Aeronautical Radio, Incorporated (ARINC) est une société détenue par les principales compagnies aériennes et des constructeurs aéronautiques américains qui est connue pour définir les...) 664, norme qui prévoit par ailleurs les besoins ultérieurs, tels que la confidentialité ou la compatibilité avec le protocole IPv6 (IPv6 (Internet Protocol version 6) est un protocole réseau sans connexion de la couche 3 du modèle OSI.).

Description technique

L'AFDX est ainsi basé sur des standards ouverts et répond aux objectifs d'un système de communication modulaire pour l'avionique. Il fournit des moyens de partage des ressources, de ségrégation des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant...) ainsi que le déterminisme et la disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle...) requise pour les certifications aéronautiques. La plupart des fonctions spécifiques d'AFDX sont du niveau liaison de données.

Réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud...) commuté et redondant

L'AFDX est basé sur le principe d'un réseau commuté, c’est-à-dire que les équipements terminaux chargés de l'émission ou de la réception des données s'organisent autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) des commutateurs chargés du transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) de ces données.

Afin de répondre au besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les...) de disponibilité du réseau, un réseau AFDX est physiquement redondant : chaque équipement terminal émet les messages sur deux canaux différents vers des ensembles indépendants de commutateurs assurant tous deux la même transmission. Cela permet de réduire les échecs de transmissions, et les problèmes liés à des pannes matérielles.

Ségrégation des flux, contraintes temps réel et déterminisme

La ségrégation robuste des flux de données s'appuie sur la réservation de bande passante au niveau d'un canal de communication (En communication, un canal de communication est un média de transmission d'information. Il relie la source au destinataire et permet l'acheminement du message.) nommé VL (virtual link ou lien virtuel). Ces canaux sont associés à un émetteur et les données y sont transmises sur Ethernet en mode diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) (multicast). Les commutateurs permettent la ségrégation des flux par un mécanisme de listes de contrôle d'accès (ACL) filtrant le trafic en fonction des adresses (Ethernet ou MAC), de manière similaire aux firewalls IP.

Pour garantir le respect des contraintes temps réel de transmission de données, les VL AFDX sont associés à des spécifications de bande passante (ou " contrats "). Ces contrats fixent la taille maximale des trames transmises et le temps minimum entre chaque trame (Le mot trame peut désigner :). Ces deux paramètres permettent alors d'évaluer la bande passante maximale d'un VL donné. Le contrat est donc pris en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) par les commutateurs qui gèrent ces VL.

Déterminisme et temps de transmissions sont garantis par le contrat de bande passante associé à la commutation qui évite les collisions et les réémissions.

En résumé, la notion de VL autorise le calcul des latences de transmission maximales, ce qui permet d'effectuer la certification aéronautique du système. Dans la pratique, le réseau Ethernet est donc nécessairement sous-exploité pour permettre la mise en place de ces garanties.

L'AFDX dans l'Airbus A380 (L'Airbus A380 est un avion de ligne civil très gros-porteur long-courrier quadriréacteur à double pont produit par Airbus, filiale d'EADS. Ses éléments sont construits principalement...)

Pour les équipements AFDX déployés dans l'A380 (L'Airbus A380 est un avion civil quadriréacteur long-courrier construit par Airbus en Allemagne, Espagne, France et Royaume-Uni et assemblé à Toulouse.), Airbus (Airbus est un constructeur aéronautique européen et également un acteur majeur dans la construction aéronautique mondiale. Filiale...) a imposé de fortes contraintes temporelles :

  • 150 micro-secondes maximum de temps de traversée des couches de communication (UDP, IP, gestion de bande passante, gestion de la redondance et réseau Ethernet)
  • 150 micro-secondes maximum pour la réception d'un trafic continu
  • 100 micro-secondes maximum pour le transfert de trames, le contrôle de l'utilisation de la bande passante et la gestion des diffusion au niveau des commutateurs.

Pour répondre à ces demandes, Airbus a choisi deux fournisseurs : Thales (Thalès de Milet appelé communément Thalès (en grec ancien Θαλής / Thalês), était un philosophe présocratique ionien né à Milet...) (équipements terminaux) et Rockwell Collins (Rockwell Collins est un industriel américain spécialisé dans l'avionique et l'organisation des technologies de l'information.) (commutateurs et équipements terminaux).

Premier bilan

L'utilisation de standards ouverts tel qu'Ethernet a permis de réduire les coûts de développement dans certains domaines. Notamment dans le domaine de l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) de laboratoire, puisque des outils standards peuvent être utilisés sans nécessiter de développements spécifiques. De même, au niveau de la conception et du développement il est possible de s'appuyer sur des données et une expertise pré-existante.

Toutefois, ces bénéfices sont limités par la nécessité de disposer, dans le domaine aéronautique, de composants réalisés selon un processus de développement certifié. Or les composants du commerce (composants sur étagère) ne peuvent pas souvent répondre à ce critère, et les équipements doivent donc toujours être réalisés spécifiquement pour le marché aéronautique.

Par ailleurs, il est à noter que ce premier réseau AFDX a posé de gros problèmes techniques de mise au point (Graphie) et de déploiement.

Perspectives

L'AFDX propose une nouvelle approche de la conception avionique, plus standardisée et modulaire, en particulier par l'adoption (partielle) de technologies du monde " ouvert ". Son déploiement dans l'avenir semble conforté par son utilisation par Airbus sur son nouvel avion A380 et dans le futur avion militaire (Un avion militaire est un avion utilisé par une armée, soit en tant que moyen offensif ou défensif (avion de combat), soit en tant que moyen de support de ses opérations...) A400M, mais plus encore par l’assentiment de Boeing (Boeing (nom officiel en anglais The Boeing Company) est l'un des plus grands constructeurs aéronautiques et aérospatiaux au monde. Son siège social est situé à Chicago, dans l'Illinois. Ses...) pour ce nouveau standard.

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