Avionics Full-Duplex Switched Ethernet ( AFDX ), también ARINC 664 , es una red de datos, patentada por el fabricante internacional de aviones Airbus , [1] para aplicaciones críticas de seguridad que utiliza ancho de banda dedicado al mismo tiempo que proporciona calidad de servicio (QoS) determinista. AFDX es una marca registrada mundialmente por Airbus. [2] La red de datos AFDX se basa en tecnología Ethernet que utiliza componentes comerciales listos para usar (COTS). La red de datos AFDX es una implementación específica de la Especificación ARINC 664 Parte 7, una versión perfilada de una red IEEE 802.3 por partes 1 y 2, que define cómo se utilizarán los componentes de red comerciales listos para usar para las redes de datos de aeronaves (ADN) de futura generación. Los seis aspectos principales de una red de datos AFDX incluyen dúplex completo , redundancia, determinismo, rendimiento de alta velocidad, red conmutada y perfilada.
Muchos aviones comerciales utilizan el estándar ARINC 429, desarrollado en 1977 para aplicaciones críticas de seguridad. ARINC 429 utiliza un bus unidireccional con un solo transmisor y hasta veinte receptores. Una palabra de datos consta de 32 bits comunicados a través de un cable de par trenzado utilizando la modulación bipolar de retorno a cero. Hay dos velocidades de transmisión: la alta velocidad funciona a 100 kbit/s y la baja velocidad funciona a 12,5 kbit/s. ARINC 429 funciona de tal manera que su único transmisor se comunica en una conexión punto a punto, por lo que requiere una cantidad significativa de cableado que supone un peso adicional.
Otro estándar, ARINC 629 , introducido por Boeing para el 777, proporcionaba velocidades de datos mayores de hasta 2 Mbit/s y permitía un máximo de 120 terminales de datos. Este ADN funciona sin el uso de un controlador de bus, lo que aumenta la confiabilidad de la arquitectura de red. El inconveniente es que requiere hardware personalizado que puede agregar un costo significativo al avión. Debido a esto, otros fabricantes no aceptaron abiertamente el estándar ARINC 629.
AFDX fue diseñado como la red de datos de aeronaves de próxima generación. Basándose en estándares del comité IEEE 802.3 (comúnmente conocido como Ethernet ) permite que el hardware comercial listo para usar reduzca los costos y el tiempo de desarrollo. AFDX es una implementación de Ethernet determinista definida por la Especificación ARINC 664 Parte 7. AFDX fue desarrollado por Airbus Industries para el A380, [3] [4] inicialmente para abordar problemas en tiempo real para el desarrollo de sistemas de vuelo por cable . [5] Se pueden conectar varios conmutadores en una topología de estrella en cascada . Este tipo de red puede reducir significativamente los tendidos de cables, por lo tanto, el peso de la aeronave. Además, AFDX puede proporcionar calidad de servicio y redundancia de enlace dual.
Basándose en la experiencia del A380, el Airbus A350 también utiliza una red AFDX, con aviónica y sistemas suministrados por Rockwell Collins . [6] En el Boeing 787 Dreamliner se utiliza AFDX que utiliza interconexiones de fibra óptica en lugar de cobre . [7]
Airbus y su empresa matriz EADS han puesto a disposición licencias AFDX a través de la iniciativa de licencias de tecnología de EADS, incluidos acuerdos con Selex ES [8] y Vector Informatik [9] GmbH.
AFDX adoptó conceptos como el token bucket de los estándares de telecomunicaciones, Asynchronous Transfer Mode (ATM), para corregir las deficiencias de IEEE 802.3 Ethernet. Al agregar elementos clave de ATM a los que ya se encuentran en Ethernet, y restringir la especificación de varias opciones, se crea una red determinista full-duplex altamente confiable que proporciona ancho de banda y calidad de servicio (QoS) garantizados. [10] A través del uso de Ethernet full-duplex, se elimina la posibilidad de colisiones de transmisión. La red está diseñada de tal manera que todo el tráfico crítico se prioriza utilizando políticas de QoS para garantizar que la entrega, la latencia y el jitter estén dentro de los parámetros establecidos. [11] Un conmutador altamente inteligente, común a la red AFDX, puede almacenar en búfer los paquetes de transmisión y recepción . A través del uso de cables de par trenzado o fibra óptica, Ethernet full-duplex utiliza dos pares o hebras separados para transmitir y recibir los datos. AFDX extiende Ethernet estándar para proporcionar alta integridad de datos y temporización determinista. Además, se utiliza un par de redes redundantes para mejorar la integridad del sistema (aunque se puede configurar un enlace virtual para utilizar solo una u otra red). Especifica elementos funcionales interoperables en las siguientes capas del modelo de referencia OSI :
Los elementos principales de una red AFDX son:
La característica principal de una red AFDX son sus enlaces virtuales (VL). En una abstracción, es posible visualizar los VL como una red de estilo ARINC 429, cada una con una fuente y uno o más destinos. Los enlaces virtuales son rutas lógicas unidireccionales desde el sistema final de origen a todos los sistemas finales de destino. A diferencia de un conmutador Ethernet tradicional que conmuta tramas en función del destino Ethernet o la dirección MAC, AFDX enruta los paquetes utilizando un identificador de enlace virtual, que se lleva en la misma posición en una trama AFDX que la dirección MAC de destino en una trama Ethernet. Sin embargo, en el caso de AFDX, este identificador de enlace virtual identifica los datos transportados en lugar del destino físico. El identificador de enlace virtual es un valor entero sin signo de 16 bits que sigue a un campo constante de 32 bits. Los conmutadores están diseñados para enrutar una trama entrante desde un solo sistema final a un conjunto predeterminado de sistemas finales. Puede haber uno o más sistemas finales receptores conectados dentro de cada enlace virtual. A cada enlace virtual se le asigna un ancho de banda dedicado [suma de todas las tasas de brecha de asignación de ancho de banda (BAG) de VL x MTU ] con la cantidad total de ancho de banda definida por el integrador del sistema. Sin embargo, el ancho de banda total no puede superar el ancho de banda máximo disponible en la red. Por lo tanto, las comunicaciones bidireccionales deben requerir la especificación de un VL complementario.
Cada VL se congela en la especificación para garantizar que la red tenga un tráfico máximo diseñado, de ahí el determinismo. Además, el conmutador, que tiene una tabla de configuración de VL cargada, puede rechazar cualquier transmisión de datos errónea que de otro modo podría inundar otras ramas de la red. Además, puede haber enlaces subvirtuales (sub-VL) que están diseñados para transportar datos menos críticos. Los enlaces subvirtuales se asignan a un enlace virtual en particular. Los datos se leen en una secuencia de rotación entre los enlaces virtuales con datos para transmitir. Además, los enlaces subvirtuales no proporcionan ancho de banda o latencia garantizados debido al almacenamiento en búfer, pero AFDX especifica que la latencia se mide a partir de la función de regulador de tráfico de todos modos.
BAG significa intervalo de asignación de ancho de banda, y es una de las principales características del protocolo AFDX. Se trata de la velocidad máxima a la que se pueden enviar datos y se garantiza que se enviarán en ese intervalo. Al configurar la velocidad BAG para cada VL, se debe tener cuidado de que haya suficiente ancho de banda para los demás VL y de que la velocidad total no pueda superar los 100 Mbit/s.
Cada conmutador tiene funciones de filtrado, control y reenvío que deberían poder procesar al menos 4096 VL. Por lo tanto, en una red con varios conmutadores (topología en estrella en cascada), la cantidad total de enlaces virtuales es casi ilimitada. No hay un límite especificado para la cantidad de enlaces virtuales que puede manejar cada sistema final, aunque esto estará determinado por las tasas de BAG y el tamaño máximo de trama especificado para cada VL en comparación con la tasa de datos de Ethernet. Sin embargo, la cantidad de sub-VL que se pueden crear en un solo enlace virtual está limitada a cuatro. El conmutador también debe ser sin bloqueo a las tasas de datos que especifique el integrador del sistema y, en la práctica, esto puede significar que el conmutador debe tener una capacidad de conmutación que sea la suma de todos sus puertos físicos.
Dado que AFDX utiliza el protocolo Ethernet en la capa MAC, es posible utilizar conmutadores COTS de alto rendimiento con enrutamiento de capa 2 como conmutadores AFDX para fines de prueba como medida de reducción de costos. Sin embargo, es posible que falten algunas características de un conmutador AFDX real, como funciones de control de tráfico y redundancia.
El bus AFDX se utiliza en Airbus A380 , Boeing 787 , Airbus A400M , Airbus A350 , Sukhoi Superjet 100 , ATR 42 , ATR 72 (-600), AgustaWestland AW101 , AgustaWestland AW189 , AgustaWestland AW169 , Irkut MC-21 , Bombardier Global Express , Bombardier CSeries , Learjet 85 , Comac ARJ21 , [12] Comac C919 y AgustaWestland AW149 . [13]
AFDX, desarrollado por ingenieros de Airbus para el A380, "es un estándar que define las especificaciones eléctricas y de protocolo (IEEE 802.3 y ARINC 664, Parte 7) para el intercambio de datos entre subsistemas de aviónica", afirma Bruno. "Mil veces más rápido que su predecesor, ARINC 429; se basa en los conceptos originales de AFDX introducidos por Airbus".
Las comunicaciones de datos AFDX se utilizan en los Airbus A380/A350/A400M, Boeing B787 Dreamliner (ARINC664), ARJ21 y Super jet 100.
El bus digital de alta velocidad AFDX se ha desarrollado como una implementación específica de ARINC 664 Parte 7.