Avionics Full DupleX - Définition

Introduction

Avionics Full DupleX switched ethernet (AFDX) 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, et non aux communications avec l'extérieur. Les communications internes sont essentiellement les données échangées entre les divers composants de l’avionique.

Avant l'AFDX

Dans le monde des communications classiques, l’utilisation de « réseaux en couches » a permis de rendre les applications indépendantes des systèmes de communication qu'elles utilisent. C'est ce qu'on appelle l'abstraction des moyens de communication.

Cependant les besoins de l'aéronautique sont dictés par des contraintes particulièrement sévères de fiabilité 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 de processus, qui sont associées à des systèmes d'échantillonnage de valeurs analogiques (vitesse, altitude, orientation...), 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 (acquittements de réception des informations...). La bande passante nécessaire pour ces échanges est donc plus importante que pour les communications simples.

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 ainsi que le déterminisme et la disponibilité requise pour les certifications aéronautiques. La plupart des fonctions spécifiques d'AFDX sont du niveau liaison de données.

Réseau 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 des commutateurs chargés du transport de ces données.

Afin de répondre au besoin 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. Cette redondance permet également le "dispatch" (départ) de l'avion lorsqu'un voire plusieurs commutateurs sont en panne.

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 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 (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 pare-feu 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. Ces deux paramètres permettent alors d'évaluer la bande passante maximale d'un VL donné. Le contrat est donc pris en charge 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.