Построение бортовых сетей реального времени на основе технологии ПКС

В интегрированных модульных комплексах бортового оборудования (КБО) используются коммутируемые сети AFDX и FC-AE-ASM-RT, реализующие основанный на виртуальных каналах подход к передаче данных в реальном времени. Основным недостатком этих сетей являются ограниченные или отсутствующие возможности динамической реконфигурации виртуальных каналов, что приводит к невозможности динамического формирования режимов функционирования КБО, в частности при множественных отказах оборудования. Для снятия выявленных ограничений в данной работе предложен подход к использованию программно-конфигурируемых сетей (ПКС) для построения бортовых сетей реального времени. Предложенный подход основан на реализации в сети ПКС, поддерживающей протокол OpenFlow1.3, механизма виртуальных каналов, аналогичного используемому в сетях AFDX и FC-AE-ASM-RT. Подход реализован в виде функционального прототипа и экспериментально апробирован в виртуальной сетевой среде, основанной на программных ПКС-коммутаторах Ofsoftswitch13 и сетевом контроллере RUNOS. Эксперименты показали, что предложенная схема передачи данных позволяет передавать сообщения с соблюдением заданных ограничений на задержку и джиттер, а также не допускает превышения ограничения на пропускную способность виртуального канала. Эксперименты также подтвердили, что динамическая реконфигурация виртуальных каналов в ПКС не нарушает передачу данных по не изменяемым виртуальным каналам. Важным направлением дальнейших исследований является разработка алгоритмов динамического формирования новых маршрутов виртуальных каналов в процессе реконфигурации КБО. Конечной целью работ является создание на основе ПКС сетевой технологии, обеспечивающей как передачу данных в реальном времени, так и автоматическое переконфигурирование сети при смене режимов функционирования КБО, в том числе при парировании множественных отказов.

1. Gaska T., Watkins C., and Chen Y., "Integrated Modular Avionics - Past, present, and future", IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 30:9 (2015), 12-23.

2. Aircraft Data Network. Part 7. Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX) Network, Aeronautical Radio, 2012.

3. INCITS 373. Information Technology - Fibre Channel Framing and Signaling Interface (FC-FS), International Committee for Information Technology Standards, 2003.

4. Осипов Ю.С., Першин А.С., Пустовой Ю.В., Способ передачи информации в реальном времени с использованием локальных сетей ограниченного размера на базе модификации протокола FC-AE-ASM, патент RU2536659, ОАО “НТЦ ГРЭК“, 2013.

5. Shalimov A., Nizovtsev S., Morkovnik D., Smeliansky R., "The Runos OpenFlow Controller", 2015 Fourth European Workshop on Software Defined Networks, IEEE Computer Society, 2015, 103-104, https://ieeexplore.ieee.org/document/7313624.

6. Вдовин П.М., Костенко В. А., “Организация передачи сообщений в сетях AFDX”, Программирование, 43:1 (2017), 5–20.

7. Al Sheikh A., Brun O., and Hladik P.-E., "Optimal Design of Virtual Links in AFDX Networks", Real-Time Systems, 49:2 (2013), 308-336.

8. Boyer M., Fraboul C., "Tightening End to End Delay Upper Bound for AFDX Network Calculus with Rate Latency FIFO Servers Using Network Calculus", IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, IEEE, 2008, 11-20.

9. Bauer H., Scharbarg J. L., and Fraboul C., "Applying and Optimizing Trajectory Approach for Performance Evaluation of AFDX Avionics Network", IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, IEEE, 2009, 1-8.

10. Balashov V., Kostenko V., Vdovin P., Smeliansky R., Shalimov A., "An Analysis of Approaches to Onboard Networks Design", 2014 International Science and Technology Conference on Modern Networking Technologies, IEEE, 2014, 20-14.

11. DO-178C Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification, Committee SC-205, RTCA, 2011.