STANAG 3910 Transmisión de datos a alta velocidad según STANAG 3838 o control equivalente de fibra óptica [1] [2] es un protocolo definido en un Acuerdo de estandarización de la OTAN para la transferencia de datos, destinado principalmente para su uso en sistemas de aviónica . STANAG 3910 permite que un bus de datos STANAG 3838 [3] / MIL-STD-1553B / MoD Def Stan 00-18 Pt 2 (3838/1553B) de 1 Mb/s se amplíe con un bus de alta velocidad (HS) de 20 Mb/s, al que se hace referencia en el estándar como el canal HS: el bus 3838/1553B en una implementación de STANAG 3910 se denomina entonces canal de baja velocidad (LS). Cualquiera o ambos canales pueden ser redundantes múltiples y pueden utilizar medios eléctricos u ópticos. Cuando los canales utilizan medios redundantes, el estándar los denomina individualmente buses. [1] [2]
El STANAG 3910 original, es decir, el estándar de la OTAN , alcanzó, al menos, la versión preliminar 1.8, [4] antes de que el trabajo sobre él se abandonara a principios de los años 1990 en favor de su publicación a través de organizaciones de normalización no militares: el prólogo a la Rev. 1.7 del STANAG de marzo de 1990 afirmaba "El cuerpo principal de este documento es idéntico a la Rev. 1.7 propuesta de prEN 3910". [1] Después de esto, varias versiones provisionales, en papel verde, prEN 3910 P1 y P2, fueron producidas por el grupo de trabajo C2-GT9 de la Association Europeene des Constructeurs de Materiel Aerospatial (AECMA) (ahora ASD-STAN), [2] antes de que su desarrollo también cesara en 1996-7 (tras la retirada de la delegación francesa, que ocupaba la presidencia de AECMA C2-GT9 en ese momento). Como resultado, la norma permanece (a fecha de agosto de 2013) en formato de libro verde: la última versión preliminar es prEN3910-001 Issue P1, cuya portada indica: "Esta prenorma de la "Serie Aeroespacial" ha sido elaborada bajo la responsabilidad de la AECMA (Asociación Europea de Industrias Aeroespaciales). Se publica en formato de libro verde para las necesidades de los miembros de la AECMA". [2] Sin embargo, a pesar de esta exención de responsabilidad, el documento está a la venta por ASD-STAN, actualmente (agosto de 2013) a 382,64 €. [5]
El carácter incompleto del proceso de estandarización (a fecha de agosto de 2013) no ha impedido que se hayan implementado al menos dos versiones de STANAG 3910: una para el Eurofighter Typhoon [6] y otra para el Dassault Rafale . La versión de Eurofighter, conocida como EFABus, está estandarizada por un documento interno de Eurofighter (SP-J-402-E-1039). [7] Se desconoce la documentación de estandarización para la versión de Dassault.
Se sabe que la versión EFABus del STANAG 3910 utiliza un canal de control eléctrico de baja velocidad (3838/1553B) y un canal HS de fibra óptica. [6] [7] La versión especificada para el Dassault Rafale utiliza medios eléctricos para ambos canales.
Hay varios fabricantes de equipos de aviónica que suministran equipos de vuelo y de tierra (por ejemplo, de prueba) según este estándar de protocolo.
El estándar (borrador) contiene anexos, conocidos como hojas de barras, que especifican varios tipos de medios diferentes para los canales de alta y baja velocidad, y las implementaciones identifican una hoja de barras específica con las especificaciones pertinentes. [2]
Las versiones de STANAG 3910 que utilizan medios ópticos para el componente de canal HS requieren un componente pasivo adicional , en forma de un acoplador de estrella óptico , ya sea reflectivo o transmisivo, para interconectar los terminales remotos. Esto limita el número de terminales remotos que se pueden conectar al medio HS, a través del efecto de la estrella óptica sobre la potencia óptica (determinada por el número de "vías" de la estrella). [2] Por lo tanto, puede que no sea posible que todos los (hasta) 31 RT (y 1 BC) que se pueden conectar al canal LS tengan conexiones de canal HS.
Los tipos de medios ópticos incluyen fibras ópticas con núcleo de diámetro de 200 y 100 μm ( revestimiento de 280, 240 o 140 μm ) y perfil de índice escalonado ( revestimiento deprimido ). [2] Se trata de fibras con un núcleo mucho más grande que las que se utilizan habitualmente en aplicaciones comerciales de corta distancia, que normalmente son de 50/125 o 62,5/125 μm. Esto es, al menos en parte, para reducir los problemas asociados con la contaminación de los conectores ópticos (un tamaño determinado de partícula entre las caras finales de la fibra en un conector o la desalineación de dicho conector tiene un efecto significativamente menor en la fibra más grande), lo que se considera un problema importante en aplicaciones aviónicas, especialmente donde pueden aplicarse entornos contaminantes, alta vibración y amplios rangos de temperatura .
La principal diferencia entre las redes de fibra acopladas en estrella transmisivas y reflexivas es que se necesitan dos fibras con el acoplador en estrella transmisivo para conectar un elemento reemplazable de línea (LRI), pero con la estrella reflexiva y un acoplador "Y" interno al LRI, solo se requiere una única fibra: un acoplador "Y", es un dispositivo óptico de tres puertos que conecta el transmisor simplex y el receptor simplex a una única fibra que transporta las señales ópticas transmitidas y recibidas por el LRI en direcciones opuestas ( half duplex ). Sin embargo, mientras que el uso de la estrella reflexiva reduce el cableado en la aeronave, y por lo tanto el peso, las pérdidas excesivas involucradas en el uso de los acopladores "Y" y el acoplador en estrella reflexivo hacen que cumplir con los requisitos de presupuesto de potencia, dada una potencia de transmisor y una sensibilidad del receptor, sea más difícil. Si bien se afirma explícitamente que los buses LS pueden ser un equivalente de fibra óptica a STANAG 3838, por ejemplo MIL-STD-1773, no se conocen implementaciones de este enfoque.
Las versiones que utilizan un canal HS eléctrico requieren un componente activo adicional, en forma de un "repetidor central", con líneas colectoras y distribuidoras de múltiples tomas (que utilizan acopladores direccionales para conectarse a los LRI) y una memoria intermedia, para permitir pequeñas diferencias en las velocidades de datos.
La norma y la hoja de datos de medios eléctricos que contiene especifican un cable con una impedancia característica de 100 ohmios tanto para las líneas colectoras como para las distribuidoras. No se indica una longitud máxima de cable para ninguno de los dos, ni tampoco se establecen límites en la cantidad de acopladores direccionales y, por lo tanto, de RT. Sin embargo, las pérdidas en los acopladores direccionales, etc., especialmente para el RT más alejado del repetidor central, y las limitaciones en el rango dinámico entre el RT más alejado (y más atenuado) y el más cercano (y menos atenuado), limitarán la cantidad de RT que funcionan según la norma y que se pueden conectar al medio HS.
Dado que STANAG 3910 utiliza un canal LS 3838/1553B para el control, las arquitecturas lógicas que se admiten son muy similares a las descritas para 3838/1553B . Básicamente, hay un controlador de bus (BC) y hasta 31 terminales remotos (RT) direccionados individualmente (0-30) conectados al bus. Luego, el BC ordena a los RT que reciban o transmitan los datos, ya sea como transferencias de RT a RT, RT a BC, BC a RT, RT a RT (difusión) o BC a RT (difusión).
Con buses HS de medios eléctricos, la arquitectura física es similar a la del 3838/1553B, salvo que el repetidor central tiene que estar en un extremo de cada una de las líneas del colector y distribuidor: las conexiones del RT a estas líneas funcionan preferentemente en una dirección física a lo largo del bus - de ahí los acopladores direccionales.
El uso de medios ópticos para los buses HS, por ejemplo en EFABus, tiene un efecto significativo en las arquitecturas físicas: no es práctico implementar arquitecturas de bus acoplado lineal T, donde el bus corre alrededor de la plataforma (por ejemplo, la aeronave), y cada elemento reemplazable de línea (LRI) se conecta, a través de un trozo, en el punto conveniente más cercano en su camino. En cambio, cada LRI tiene una conexión de medios físicos ópticos a un acoplador de estrella común, que lo conecta pasivamente a todos los demás LRI conectados a la misma estrella. En el caso de una estrella reflexiva, la conexión de bus desde el RT será un solo cable de fibra, sobre el cual el RT transmite y recibe ( half duplex ). Con una estrella transmisiva, cada RT está conectado a través de dos fibras, una para transmitir y otra para recibir datos.
Las transferencias a través del canal HS se inician a través del canal LS 3838/1553B, de manera análoga a la configuración de las transferencias de datos 3838/1553B. Las transferencias BC-RT 3838/1553B se envían a una subdirección específica de los RT de recepción y transmisión por el controlador de bus (BC) STANAG 3910. A pesar de que se trata de una subdirección en el lado LS del RT, y por lo tanto exactamente igual que cualquier otra subdirección de RT 3838/1553B, esta subdirección se conoce como la "subdirección HS". Las transferencias BC-RT 3838/1553B llevan cada una una sola palabra de datos, conocida como palabra de acción HS. Cada palabra de acción HS identifica el mensaje HS que se va a transmitir o recibir, de manera análoga a las palabras de comando utilizadas para iniciar las transferencias RT 3838/1553B. Al igual que con las transferencias 3838/1553B, puede haber transferencias HS de BC a RT, de RT a BC, de RT a RT, de BC a RT (transmisión) y de RT a RT (transmisión).
Según la norma, las palabras de acción HS comprenden lo siguiente:
Como palabra de datos 3838/1553B, la palabra de acción HS está precedida por el campo de sincronización de palabras de datos de 3 bits y seguida por el bit de paridad de un solo bit. Como parte de una transferencia BC-RT 3838/1553B, está precedida por una palabra de comando 3838/1553B y normalmente, es decir, si no se transmite, no es válida o es ilegal, debería generar una palabra de estado 3838/1553B del RT receptor.
En el caso de una transferencia de HS de RT a RT, el BC envía una palabra de acción HS al RT HS receptor, instruyéndolo para que reciba el mensaje HS con un valor de conteo de bloques especificado en la subdirección especificada. El RT receptor responderá entonces en el canal LS con una palabra de estado LS indicando que recibió la palabra de acción HS. El BC entonces, después de un intervalo entre mensajes en el canal LS, enviará otra palabra de acción HS al RT HS transmisor, instruyéndolo para que transmita el mensaje, normalmente con el mismo valor de conteo de bloques, y desde una de sus subdirecciones. El RT transmisor responderá entonces en el canal LS con una palabra de estado LS indicando que recibió la palabra de acción HS y completando el formato de control HS. El RT HS que transmite un mensaje HS entonces comenzará su transmisión dentro de un tiempo máximo medido a partir del bit de paridad (último) de la palabra de acción HS de transmisión. Este tiempo de inicialización se especifica en las hojas de barras, aunque todos los del borrador de norma actual son de 24 a 32 μS. Si el HS RT receptor no recibe el inicio del mensaje HS dentro de un tiempo especificado (en la hoja de barras), que debería ser suficiente para la duración del formato de control HS y el tiempo de inicialización del transmisor, se requiere un tiempo de espera.
Según la norma, los mensajes HS comprenden lo siguiente: [2]
Si bien se requiere que los campos WC [sic] contengan las longitudes reales de los siguientes campos de información en palabras, si el RT receptor implementa una función llamada "verificación del recuento de palabras", entonces la longitud del campo de información puede ser menor que 32 veces el valor del recuento de bloques en la palabra de acción HS en hasta 31 palabras. En efecto, el último bloque de un mensaje HS puede variar en longitud de 1 a 32 palabras. Si el terminal receptor no implementa la verificación del recuento de palabras, entonces la longitud del campo de información será el recuento de bloques multiplicado por 32. La norma no indica cómo se supone que el terminal transmisor debe saber si el RT receptor implementa esta función o no; por lo tanto, se puede suponer que es parte del diseño del sistema.
Existen también, de forma análoga a las palabras de estado 3838/1553B, palabras de estado HS. Éstas también son palabras de datos 3838/1553B enviadas a través del canal LS, desde la subdirección HS a la que se envían las palabras de acción HS. Por lo tanto, a diferencia de los estados 3838/1553B, las palabras de estado no son transmitidas automáticamente por los RT, y requieren que el STANAG 3910 BC haga que se transmitan a través del canal LS desde la misma subdirección HS a la que se envían las palabras de acción. [2]
La subdirección HS a la que se envían las palabras de acción HS y desde la que se transmiten las palabras de estado HS y las palabras ???? HS no está especificada por el estándar, excepto que "no debe ser igual a 00000 o 11111 [binario] y no debe usarse para ninguna otra función". [2] Luego, puede seleccionarse para la implementación específica, es decir, un valor que no se use de otra manera.
También es posible tener transferencias 3838/1553B "normales" que se realizan únicamente a través del canal LS y que pueden utilizar cualquiera de las otras subdirecciones 3910/1553B. Estas transferencias pueden ocurrir en paralelo con las transferencias del canal HS o entre ellas. Sin embargo, es una práctica común no utilizar el canal LS para nada más que para el control del HS y para comandos de modo LS, etc., por ejemplo, durante la transferencia de BC.
La duración de un formato de control HS que inicia una transferencia RT HS a RT HS a través del canal HS comprende un par de transferencias BC-RT 3838/1553B, que incluyen palabras de comando, palabras de datos (las propias palabras de acción HS), respuestas de estado LS, tiempos de respuesta RT LS y un intervalo entre mensajes (que está limitado por, pero no es necesariamente el mismo que el intervalo entre mensajes mínimo especificado por 3838/1553B de 4 μs). Como consecuencia, la duración de dicho formato de control HS puede ser relativamente larga en comparación con la duración de la transferencia HS que sigue. Esta sobrecarga se agrava entonces cuando el BC inicia una transferencia RT a BC en el canal LS para, por ejemplo, obtener la palabra de estado HS del receptor. Es técnicamente posible comenzar la configuración de la siguiente transferencia HS mientras la anterior está en curso, y así lograr el intervalo entre tramas HS mínimo permitido de 4 μs. [2] Sin embargo, es una práctica común esperar a que finalice una transferencia HS antes de comenzar las transferencias del canal LS para configurar la siguiente, ya que predecir el momento del final de una transmisión es complicado por las posibles variaciones en las tasas de bits del transmisor. [2] Por lo tanto, mientras que el rendimiento teórico se acerca a 21 (20 + 1) Mbps, el rendimiento real será significativamente menor a 20 Mbps.
Existe también una versión ampliada de EFABus, conocida como EFABus Express (EfEx). Esta versión fue diseñada para el tramo 2 del Eurofighter Typhoon con el fin de reducir el tiempo necesario para configurar las transferencias HS, permitiendo que se realicen a través del canal HS. Esta versión es totalmente compatible con MIL-STD-1553 / STANAG 3838 y el EFABus mixto (STANAG 3910).
Dado que la configuración de las transacciones HS sobre un canal EfEx se produce entre las propias transferencias HS, como las implementaciones de STANAG 3910 que esperan a que se complete la transferencia HS precedente antes de iniciar la siguiente, el ancho de banda máximo es necesariamente inferior a 20 Mbps; aunque es superior al de este tipo de canal STANAG 3910, porque los formatos de control HS en el canal HS requieren menos tiempo que los del canal LS. Sin embargo, cuando una implementación de canal STANAG 3910 realiza la configuración de una transferencia HS en paralelo con la precedente, una implementación de STANAG 3910 podría proporcionar un rendimiento ligeramente superior al de una implementación EfEX, incluso permitiendo la transmisión más larga posible del mensaje HS a la velocidad de transmisión de datos más baja posible. Además, suponiendo que los RT cumplieran los requisitos del estándar para un tiempo mínimo de intervalo entre tramas de 4 μs, esto debería haber significado modificar solo el BC para predecir los tiempos de finalización de los mensajes HS e iniciar el control HS justo antes de esto; en lugar de modificar tanto el BC como varios RT para enviar y recibir formatos de control HS en el canal HS.
Otro desarrollo propuesto de MIL-STD-1553 se conoce como MIL-STD-1553E o E-1553. [8] Este utiliza tecnologías similares a las utilizadas en ADSL para transmitir anchos de banda mucho mayores, en múltiples canales, sobre el mismo medio que el bus de datos existente, pero de tal manera que no interfieran con el funcionamiento de las transferencias de datos 1553B normales o RTs que no deberían estar involucrados en ellas. MIL-STD-1553E es, por lo tanto, una opción atractiva para actualizar aeronaves existentes, etc., que utilizan 1553B, porque no debería implicar ninguna modificación en el cableado o en ningún RT que no sea necesario para participar en estas transferencias de alta velocidad.
Sin embargo, aunque se han realizado algunas investigaciones sobre su uso, no parece que exista ninguna implementación actual o futura de este sistema en aeronaves de producción, ya sea como nueva construcción o como actualizaciones. Esto puede estar relacionado con la susceptibilidad de estas transmisiones adicionales de alta velocidad a la ruta específica de los cables del bus 1553 y la ubicación exacta de los acopladores, BC y RT en diferentes aeronaves de una flota, lo que puede dificultar la especificación, antes de una actualización, de la capacidad adicional que se podría proporcionar.
El estándar E-1553 de Edgewater Computer Systems fue ratificado como STANAG 7221 en 2015. [9] Además de 1553B, también funciona a través de cables coaxiales, de par trenzado, portadora de línea eléctrica y enlaces ARINC 429 existentes . La velocidad de datos es de 100 Mbps. [10]