STANAG 3910 - STANAG 3910

STANAG 3910 Vysokorychlostní přenos dat pod STANAG 3838 nebo ekvivalentní ovládání optickými vlákny^[1][2] je protokol definovaný v a NATO Smlouva o standardizaci pro přenos dat, které jsou určeny hlavně pro použití v avionické systémy. STANAG 3910 umožňuje 1 Mb / s STANAG 3838^[3] / MIL-STD-1553B / MoD Def Stan 00-18 Pt 2 (3838 / 1553B) datová sběrnice má být rozšířena o vysokorychlostní (HS) sběrnici 20 Mb / s, která je standardně označována jako HS kanál : Sběrnice 3838 / 1553B v implementaci STANAG 3910 se pak označuje jako nízkorychlostní (LS) kanál. Jeden nebo oba kanály se mohou množit redundantní a mohou používat elektrická nebo optická média. Tam, kde kanály používají redundantní média, jsou standardně jednotlivě označována jako sběrnice.^[1][2]

Dějiny

Původní STANAG 3910, tj NATO standardní, dosažená, přinejmenším koncept verze 1.8,^[4] předtím, než byla práce na něm na počátku 90. let opuštěna ve prospěch jeho zveřejnění prostřednictvím nevojenských normalizačních organizací: předmluva k rev. 1.7 STANAG z března 1990 stanovila „Hlavní část tohoto dokumentu je totožná s navrhovanou rev. prEN 3910 ".^[1] V návaznosti na to byla pracovní skupinou C2-GT9 skupiny vyrobena několik prozatímních zelených papírů, prEN 3910 P1 a P2. Association Europeene des Constructeurs de Materiel Aerospatial (AECMA) (nyní ASD-STAN),^[2] před jeho vývojem také přestal v letech 1996–7 (po stažení francouzské delegace, která se konala židle AECMA C2-GT9 v té době). Výsledkem je, že standard (k srpnu 2013) zůstává ve formě zelené knihy: nejnovější verzí konceptu je prEN3910-001 číslo P1, jehož přední list uvádí: „Tato předběžná norma„ Aerospace Series “byla vypracována v rámci odpovědnost AECMA (Evropská asociace leteckého průmyslu). Je zveřejněn v zelené knize pro potřeby členů AECMA. ““^[2] Navzdory tomuto vyloučení odpovědnosti je však dokument nabízen k prodeji společností ASD-STAN, aktuálně (srpen 2013) za 382,64 EUR.^[5]

Využití

Neúplná povaha procesu standardizace (k srpnu 2013) nezabránila implementaci nejméně dvou verzí STANAG 3910: jedné pro Eurofighter Typhoon^[6] a jeden pro Dassault Rafale. Verze Eurofighter, známá jako EFABus, je standardizována interním dokumentem Eurofighter (SP-J-402-E-1039).^[7] Standardizační dokumentace pro verzi Dassault není známa.

Je známo, že verze EFABus STANAG 3910 používá elektrický nízkorychlostní (3838 / 1553B) ovládací kanál a HS kanál z optických vláken.^[6][7] Verze určená pro Dassault Rafale používá elektrická média pro oba kanály.

Existuje celá řada výrobců avionických zařízení, kteří dodávají jak letové, tak pozemní (např. Testovací) zařízení tomuto standardu protokolu.

Média

Norma (koncept) obsahuje přílohy, známé jako lomítka, která určují řadu různých typů médií pro vysokorychlostní a nízkorychlostní kanály, implementace identifikující konkrétní lomítko s příslušnými specifikacemi.^[2]

Optický

Verze STANAG 3910 používající optická média pro komponentu kanálu HS vyžadují další pasivní složka, ve formě optického hvězdný vazební člen reflexní nebo transmisivní, k propojení vzdálených terminálů. To omezuje počet vzdálených terminálů, které mohou být připojeny k HS médiu, vlivem optické hvězdy na optický výkon (určený počtem „cest“ hvězdy).^[2] Proto nemusí být možné, aby všechny (až) 31 RT (a 1 BC), které mohou být připojeny ke kanálu LS, měly připojení kanálu HS.

Mezi typy optických médií patří 200 a 100 μm průměr jádro (280, 240 nebo 140 μm opláštění ) Profil krokového indexu (depresivní obklad ) optické vlákno.^[2] Jedná se o vlákna s mnohem větším jádrem, než se běžně používají v komerčních aplikacích na krátké vzdálenosti, která mají běžnější velikost 50/125 nebo 62,5 / 125 μm. Tím se alespoň částečně sníží problémy spojené s kontaminace optických konektorů - daná velikost částice mezi koncovými plochami vlákna v konektoru nebo vychýlení takového konektoru má podstatně menší účinek na větší vlákno - což je považováno za významný problém v avionických aplikacích, zejména tam, kde je kontaminující prostředí , vysoká vibrace a široký teplota lze použít rozsahy.

Hlavní rozdíl mezi transmisivními a reflexními hvězdicovými vláknovými sítěmi spočívá v tom, že jsou zapotřebí dvě vlákna s transmisivním hvězdicovým vazebním členem pro připojení řádkově vyměnitelného předmětu (LRI), ale s reflexní hvězdou a Spojka „Y“ interně v LRI je vyžadováno pouze jedno vlákno: vazební člen „Y“ je optické zařízení se třemi porty, které spojuje simplexní vysílač a simplexní přijímač na jedno vlákno, které přenáší optické signály vysílané a přijímané LRI v opačných směrech (poloviční duplex ). Přestože použití reflexní hvězdy snižuje kabeláž v letadle, a tím i hmotnost, nadměrné ztráty spojené s používáním vazebních členů „Y“ a vazebních členů s reflexní hvězdou splňují rozpočtové požadavky na výkon, vzhledem k výkonu vysílače a přijímače citlivost, obtížnější. I když je výslovně uvedeno, že sběrnice LS mohou být optickými vlákny ekvivalentními STANAG 3838, např. MIL-STD-1773, nejsou známy žádné implementace tohoto přístupu.

Elektrický

Verze využívající elektrický kanál HS vyžadují další aktivní komponentu ve formě „centrálního opakovače“ s kolektorovými a rozdělovači s více odbočkami (které používají směrové spojky pro připojení k LRI) a vyrovnávací paměti, aby se umožnily malé rozdíly v rychlostech dat.

Standard a lomítko s elektrickými médii, které obsahuje, specifikují 100-ohmový charakteristický impedanční kabel pro sběrné i rozdělovací vedení. Maximální délka kabelu není uvedena ani pro jeden, ani pro počet směrových vazebních členů, a tedy ani pro RT. Ztráty ve směrových vazebních členech atd., Zejména u RT nejdále od centrálního opakovače, a omezení dynamického rozsahu mezi nejvzdálenější (a nejoslabenější) a nejbližší (a nejméně zeslabenou) RT, omezí počet RT fungující podle standardu, který lze připojit k médiu HS.

Systémové architektury

Jelikož STANAG 3910 používá pro řízení kanál LS 3838 / 1553B, podporované logické architektury jsou velmi podobné těm, které jsou popsány pro 3838 / 1553B. V zásadě je na sběrnici připojen řadič sběrnice (BC) a až 31 individuálně adresovaných (0-30) vzdálených terminálů (RT). BC pak přikazuje RT přijímat nebo přenášet data, buď jako RT do RT, RT do BC, BC do RT, RT do RT (vysílání) nebo BC do RT (vysílání) přenosy.

U elektrických sběrnic HS je fyzická architektura podobná jako u 3838 / 1553B, kromě toho, že centrální opakovač musí být na jednom konci každého ze sběratelských a distribučních vedení: připojení RT k těmto linkám fungují přednostně v jednom fyzickém směru podél autobus - tedy směrové vazební členy.

Použití optických médií pro autobusy HS, např. v EFABus má významný vliv na fyzické architektury: není praktické implementovat architektury sdružených autobusů liniové T, kde je autobus provozován kolem platformy (např. letadla) a každá položka vyměnitelného řádku (LRI) se připojuje, ačkoli pahýl, na nejbližším vhodném místě v jeho cestě. Spíše každá LRI má připojení optického fyzického média ke společnému hvězdicovému vazebnímu členu, který ji pasivně připojuje ke všem ostatním LRI připojeným ke stejné hvězdě. V případě reflexní hvězdy bude sběrnicové spojení z RT jediným vláknovým kabelem, přes který RT vysílá i přijímá (poloviční duplex ). S transmisivní hvězdou je každá RT spojena dvěma vlákny, jedním pro přenos a druhým pro příjem dat.

Sekvence přenosu

Přenosy přes kanál HS jsou inicializovány prostřednictvím kanálu 3838 / 1553B LS, analogicky k nastavení datových přenosů 3838 / 1553B. Přenosy 3838 / 1553B BC-RT jsou odesílány na konkrétní podadresu přijímajících a vysílajících RT řadičem sběrnice STANAG 3910 (BC). Přestože se jedná o podadresu na straně LS RT, a tedy přesně stejnou jako jakákoli jiná podadresa RT 3838 / 1553B, je tato podadresa známá jako „HS podadresa“. Každý přenos 3838 / 1553B BC-RT nese jediné datové slovo, známé jako akční slovo HS. Každé HS akční slovo identifikuje HS zprávu, která má být vysílána nebo přijímána, analogicky k příkazovým slovům použitým k zahájení přenosu 3838 / 1553B RT. Stejně jako u převodů 3838 / 1553B mohou existovat převody HS z BC na RT, RT na BC, RT na RT, BC na RT (vysílání) a RT na RT (vysílání).

Podle standardu slova akce HS zahrnují následující:

Jednobitové pole HS A / B, které označuje, na které sběrnici duálního redundantního kanálu HS má být zpráva vysílána a přijímána.

Jednobitové pole HS T / R, které označuje, zda akční slovo HS přikazuje RT vysílat nebo přijímat.

Pole 7bitové identifikace zprávy HS / režim HS. To buď naznačuje, že akční slovo HS je řízení režimu (hodnota = 0000000), nebo identifikuje podadresu HS RT (což je odlišná entita od podadresy HS, na kterou je odesláno akční slovo HS), ze které má být zpráva odeslána v závislosti na hodnotě pole HS T / R.

Počet 7bitových bloků HS (BLC) nebo pole kódu režimu HS, což „je množství datových bloků, které mají být odeslány nebo přijaty RT na kanálu HS nebo kód režimu HS“. Standard dále říká „Zpráva se skládá z 32 datových slov na datový blok a maximálně ze 2⁷ Datové bloky mohou být přenášeny nebo přijímány ".

Jako datové slovo 3838 / 1553B před akčním slovem HS předchází 3bitové synchronizační pole datového slova a za ním následuje bit bitové parity s jedním bitem. Jako součást přenosu BC-RT 3838 / 1553B předchází příkazové slovo 3838 / 1553B a mělo by normálně, tj. Pokud není vysíláno, neplatné nebo nelegální, vyvolat stavové slovo 3838 / 1553B z přijímajícího RT.

V případě přenosu HS z RT na RT pošle BC přijímajícímu HS RT akční slovo HS a dá mu pokyn, aby přijal zprávu HS se zadanou hodnotou počtu bloků na zadané podadresě. Přijímající RT poté odpoví na kanálu LS stavovým slovem LS, což znamená, že přijalo akční slovo HS. BC poté po mezerové zprávě na kanálu LS vyšle další akční slovo HS do vysílajícího HS RT a nařídí mu, aby vyslal zprávu, obvykle se stejnou hodnotou počtu bloků, a z jedné ze svých podadres. Vysílající RT poté odpoví na kanálu LS stavovým slovem LS, což znamená, že přijalo akční slovo HS a dokončí formát řízení HS. HS RT vysílající HS zprávu poté zahájí svůj přenos v maximální době měřené od paritního (posledního) bitu vysílaného HS akčního slova. Tato doba inicializace je uvedena v lomítkách, i když všechny v aktuálním konceptu standardu jsou 24 až 32 µS. Pokud přijímající HS RT neobdrží začátek HS zprávy ve stanoveném čase (v lomítkovém listu), který by měl být dostatečný pro dobu trvání řídícího formátu HS a inicializační dobu vysílače, je nutné timeout .

Podle standardu obsahují zprávy HS následující:^[2]

Preambule, která je ekvivalentní sekvenci binárních kódovaných metodou ekvivalentní k Manchester II dvoufázový kódování a které „je primárně používáno přijímajícím HS MIU [RT interface] k získávání úrovně signálu a synchronizace pomocí známého vzoru.“ To je nutné, protože jako protokol sdíleného média se tyto úrovně signálu a rychlosti přenosu dat mezi vysílači mírně liší. Počet bitů v preambuli může být specifický pro implementaci, tj. Je vybrán návrháři systému.

Počáteční oddělovač (SD), který je 4 bitů dlouhý, ale je formátován jako specifický vzor, ​​který je nelegálním dvoufázovým signálem Manchester II, takže jej lze vždy odlišit od dat.

Pole řízení rámce (FC) v 8 bitech nesoucích pevnou hodnotu. Toto pole existuje kvůli kompatibilitě s jinými protokoly používajícími podobné datové jednotky protokolu (PDU).

Pole fyzické adresy (PA) v 8 bitech nesoucí RT adresu zdroje STANAG 3838 zdroje RT.

Cílová adresa (DA) v 16 bitech, která může být rozdělena na RT adresu v 7 bitech a subadresu v 8 bitech nebo může obsahovat 15bitovou logickou adresu.

Počet slov (WC) v 16 bitech, který je vyžadován, aby obsahoval skutečnou délku informačního pole užitečného zatížení (viz níže) zprávy ve slovech.

Pole informací o užitečném zatížení (info) rámce, které může obsahovat až 4096 slov, každé ze 16 bitů. Toto informační pole je uspořádáno do bloků po 32 slovech a akční slovo HS místo označení délky zprávy, která má být přijata nebo vyslána slovy, určuje počet bloků.

A posloupnost kontroly snímků (FCS) slovo, které „poskytuje kontrolu chyb ve zprávě“ a zahrnuje „pole FC, PA, DA, WC, INFO a FCS.“

Pole FC, PA, DA, WC, INFO a FCS musí být naformátována jako platné dvoufázové signály Manchester II.

Mezi poli PDU nebo bloky nebo slovy v informačním poli neexistují žádné explicitní oddělovače nebo oddělovače a všechny se musí vysílat souvisle.

Pole koncového oddělovače (ED), které je 4krát dlouhé a stejně jako pole SD, je nelegální dvoufázový signál Manchester II, který lze vždy odlišit od dat.

Zatímco pole WC [sic] musí obsahovat skutečné délky následujících informačních polí ve slovech, pokud přijímající RT implementuje funkci zvanou „kontrola počtu slov“, pak délka informačního pole může být menší než 32násobek hodnota počtu bloků ve slově akce HS až o 31 slov. Ve skutečnosti se poslední blok zprávy HS může lišit v délce od 1 do 32 slov. Pokud přijímací terminál neimplementuje kontrolu počtu slov, pak délka informačního pole bude počet bloků vynásobený 32. Standard neindikuje, jak má vysílací terminál vědět, zda přijímající RT implementuje tuto vlastnost nebo ne; lze tedy předpokládat, že je součástí návrhu systému.

Podobně jako u stavových slov 3838 / 1553B existují také stavová slova HS. Jedná se také o 3838 / 1553B datová slova odesílaná po kanálu LS z podadresy HS, na kterou jsou odesílána akční slova HS. Stavová slova proto nejsou, na rozdíl od stavů 3838 / 1553B, přenášena automaticky RT a vyžadují, aby STANAG 3910 BC způsobil jejich přenos přes kanál LS ze stejné subadresy HS, do které jsou akční slova odesílána.^[2]

Subadresa HS, na kterou se odesílají akční slova HS, a ze které stavová slova HS a HS ???? slova jsou přenášena, není specifikována normou, kromě toho „se nesmí rovnat 00000 nebo 11111 [binárně] a nesmí se používat pro žádnou jinou funkci“.^[2] Může být poté vybrán pro konkrétní implementaci, tj. Hodnotu, která se jinak nepoužívá.

Je také možné mít „normální“ převody 3838 / 1553B, které probíhají pouze přes kanál LS a které mohou používat kteroukoli z dalších podadres 3939 / 1553B. Tyto převody se mohou uskutečnit souběžně s převody kanálu HS nebo mezi nimi. Je však běžnou praxí nepoužívat kanál LS jinak než pro ovládání HS a pro příkazy režimu LS atd., Např. během předání BC.

Doba trvání řídícího formátu HS inicializujícího přenos HS RT na HS RT přes kanál HS zahrnuje dvojici přenosů BC-RT 3838 / 1553B, včetně příkazových slov, datových slov (samotná akční slova HS), stavových odpovědí LS, LS Doby odezvy RT a mezera mezi zprávami (která je omezena, ale nemusí být nutně stejná jako minimální mezera mezi zprávami 3838 / 1553B stanovená na 4 μs). V důsledku toho může být doba trvání takového kontrolního formátu HS relativně dlouhá ve srovnání s následnou dobou převodu HS. Tato režie je poté sloučena, kde BC inicializuje přenos RT na BC na kanálu LS, například k získání stavového slova HS z přijímače. Je technicky možné zahájit nastavení dalšího přenosu HS, zatímco probíhá předchozí, a dosáhnout tak minimální povolené mezery mezi rozhraními HS 4 μs.^[2] Je však běžnou praxí čekat na ukončení jednoho přenosu HS před zahájením přenosu kanálu LS, aby se nastavil další, protože předpovídání načasování konce přenosu je komplikováno možnými změnami bitových rychlostí vysílače.^[2] Zatímco tedy teoretická propustnost se blíží 21 (20 + 1) Mbps, skutečná propustnost bude výrazně menší než 20 Mbps.

Vývoj

K dispozici je také rozšířená verze EFABus, známá jako EFABus Express (EfEx). Toto bylo navrženo pro tranši 2 Eurofighter Typhoon, aby se zkrátil čas potřebný k nastavení HS převodů tím, že se umožnilo jejich nastavení přes HS kanál. Tato verze je plně kompatibilní s MIL-STD-1553 / STANAG 3838 a smíšeným EFABus (STANAG 3910).

Protože k nastavení transakcí HS přes kanál EfEx dochází mezi samotnými přenosy HS, jako jsou implementace STANAG 3910, které čekají na dokončení předchozího přenosu HS před zahájením dalšího, maximální šířka pásma je nutně menší než 20 Mbps; i když je vyšší než u tohoto typu kanálu STANAG 3910, protože formáty řízení HS na kanálu HS vyžadují méně času než ty na kanálu LS. Avšak tam, kde implementace kanálu STANAG 3910 provádí nastavení přenosu HS paralelně s předchozím, implementace STANAG 3910 by mohla poskytnout velmi mírně vyšší propustnost než implementace EfEX, dokonce umožňující nejdelší možný přenos zprávy HS při nejnižší možné rychlosti přenosu dat. Rovněž za předpokladu, že RT splňovaly požadavky standardu po dobu mezery mezi snímky minimálně 4 μs, by to mělo znamenat úpravu pouze BC, aby bylo možné předpovědět konečné časy zpráv HS a zahájit kontrolu HS těsně před tím; namísto úpravy jak BC, tak více RT pro odesílání a přijímání řídicích formátů HS na kanálu HS.

Konkurenční protokoly

Další navrhovaný vývoj MIL-STD-1553 je známý jako MIL-STD-1553E nebo E-1553.^[8] Používá se technologie podobné těm, které se používají v ADSL přenášet mnohem větší šířku pásma, ve více kanálech, na stejném médiu jako stávající datová sběrnice, ale takovým způsobem, aby nenarušovaly činnost běžných datových přenosů 1553B nebo RT, které by se na nich neměly podílet. MIL-STD-1553E je proto atraktivní alternativou pro modernizaci stávajících letadel atd., Které používají 1553B, protože by neměly zahrnovat žádné úpravy kabeláže ani žádné RT, které se nemusí účastnit těchto vysokorychlostních přenosů .

I když již došlo k určitému výzkumu jeho použití, nejeví se, že by existovaly nebo se blíží jeho implementace na produkčních letadlech, ať už jako nová verze nebo upgrady. To může souviset s citlivostí těchto dalších vysokorychlostních přenosů na konkrétní směrování kabelů sběrnice 1553 a přesným umístěním vazebních členů, BC a RT na různých letadlech flotily, což může ztěžovat specifikaci , před upgradem, přesně jakou další kapacitu lze poskytnout.

Reference

externí odkazy

• AIM GmbH, Výrobce modulů rozhraní a produktů analyzátoru STANAG 3910 a Efex
• D. R. Bracknell, ÚVOD DO MIL-STD-1553B SÉRIOVÉHO MULTIPLEXOVÉHO DATOVÉHO AUTOBUSU, Royal Aircraft Establishment, Farnbourogh, 1988.
• Birli & Stuedle, Fiberoptic [sic] Databus pro avionické aplikace podle návrhu Stanag 3910, Fiber Optic Reprint Series, sv. 14, Military Applications of Fiber Optics, Information Gatekeepers Inc., Brighton MA, 1994 ISBN  1-56851-063-2