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WO2021063785A1 - Avioniknetzwerk mit synchronisationsdomänen und verfahren zum synchronisieren von netzwerkteilnehmern in einem avioniknetzwerk - Google Patents

Avioniknetzwerk mit synchronisationsdomänen und verfahren zum synchronisieren von netzwerkteilnehmern in einem avioniknetzwerk Download PDF

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Publication number
WO2021063785A1
WO2021063785A1 PCT/EP2020/076646 EP2020076646W WO2021063785A1 WO 2021063785 A1 WO2021063785 A1 WO 2021063785A1 EP 2020076646 W EP2020076646 W EP 2020076646W WO 2021063785 A1 WO2021063785 A1 WO 2021063785A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
network
avionics
synchronization
participants
subscribers
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/076646
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Hintze
Stéphane POULAIN
Original Assignee
Airbus Operations Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations Gmbh filed Critical Airbus Operations Gmbh
Priority to CN202080040102.XA priority Critical patent/CN113924765A/zh
Priority to US17/606,834 priority patent/US12081364B2/en
Publication of WO2021063785A1 publication Critical patent/WO2021063785A1/de

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    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
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    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/4028—Bus for use in transportation systems the transportation system being an aircraft

Definitions

  • the invention relates to an avionics network, i.e. a data network for use in avionics applications, which has synchronization domains for the autonomization of network subscribers, and a method for synchronizing network subscribers in an avionics network.
  • avionics network i.e. a data network for use in avionics applications, which has synchronization domains for the autonomization of network subscribers, and a method for synchronizing network subscribers in an avionics network.
  • networks of individual network components are often used that exchange data with one another.
  • a fast processing time is usually required so that all connected systems can function reliably under real-time conditions.
  • the document US 2012/0207183 A1 discloses a method for synchronizing a local estimate for the timing of a network-wide work cycle.
  • the document DE 10 2012 023 395 A1 discloses a distributed real-time system with an interface device for exchanging time-critical data.
  • One of the objects of the invention is to find improved solutions for the implementation of avionics networks with autonomously acting network nodes. These and other objects are achieved by an avionics network with the features of claim 1, an aircraft with an avionics network with the features of claim 7 and by a method for synchronizing network participants in an avionics network with the features of claim 8.
  • an avionics network comprises at least one data bus system, a multiplicity of network participants which are connected to one or more of the data bus systems via network interfaces, a central configuration server which is designed to assign the multiplicity of network participants individually according to a predefined functionality configure, and a synchronization node, which is designed to specify a work cycle of the plurality of network participants according to a predetermined synchronization protocol via the at least one data bus system.
  • an aircraft comprises an avionics network according to the first aspect of the invention and a gateway which is designed to couple the avionics network to other networks on board the aircraft.
  • a method for synchronizing network subscribers in an avionics network comprises the steps of coupling a plurality of network subscribers via network interfaces with one or more data bus systems, configuring the plurality of network subscribers individually according to a predefined functionality by a central configuration server, and the specification of a work cycle of the plurality of network participants in accordance with a specified synchronization protocol via the at least one data bus system by a synchronization node.
  • a particular advantage of the solutions according to the invention is that local functions are decoupled from the rest of the aircraft and can be processed autonomously or semi-autonomously. This means that resources used jointly in the aircraft can be used as efficiently and load-saving as possible. The latency of operating operations to be carried out locally can advantageously be reduced.
  • Network participants can activate or deactivate signals by the crew or other users via the network. Different network participants can be operated in concert through the common synchronization, such as the coordinated setting of lighting scenarios, the targeted control of individual robots on board the aircraft or the coordinated presentation of content on various separate display units.
  • the avionics network can furthermore have a multiplicity of aircraft components to be controlled, which are each coupled to one or more of the multiplicity of network participants via a control interface, the multiplicity of network participants being designed to control the coupled aircraft components autonomously from the other network participants .
  • the plurality of network participants can each have a processor, the configuration of which can be specified by the central configuration server in accordance with the desired functionality of the coupled aircraft components.
  • a first group of the plurality of network subscribers can be assigned to a first synchronization domain, and a second group of the plurality of network subscribers can be assigned to a second synchronization domain.
  • the first synchronization domain can work according to a first working cycle derived from the predetermined synchronization protocol
  • the second synchronization domain can operate according to a second working cycle derived from the predetermined synchronization protocol
  • the first and second working cycle can be different from one another.
  • one or more of the plurality of network participants can have a wireless communication module, via which the network participant can wirelessly communicate with an aircraft component.
  • a first group of the plurality of network subscribers can be assigned to a first synchronization domain, and a second group of the plurality of network subscribers can be assigned to a second synchronization domain.
  • the first synchronization domain can work according to a first working cycle derived from the predetermined synchronization protocol
  • the second synchronization domain can operate according to a second working cycle derived from the predetermined synchronization protocol
  • the first and second working cycle can be different from one another.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an avionics network according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows an illustration of an aircraft with an avionics network according to FIG. 1 according to an embodiment of the invention
  • 3 shows a schematic block diagram of a network subscriber of an avionics network according to FIG. 1 according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a flow diagram of a method for synchronizing network subscribers in an avionics network according to a further embodiment of the invention.
  • Avionics networks within the meaning of the present description include any type of network in which networked electronic components, in particular electrical and electronic devices on board an aircraft, including electronic flight instruments, can exchange relevant data for avionics applications using a common data exchange protocol
  • flight control and management systems flight control systems, flight monitoring devices, collision warning systems, intercommunication systems, aeronautical radio systems, navigation systems, instrument landing systems, global navigation satellite systems, inertial navigation systems, sensor systems, radar systems and all kinds of cabin and cargo modules, such as galley components, storage compartment components, intelligent light and Display devices, seat control devices, sanitary area controls, on-board entertainment systems and the like.
  • FIG. 1 shows an exemplary schematic illustration of an avionics network 100 in a block diagram representation.
  • the avionics network 100 can be used, for example, in an aircraft, such as an aircraft A shown by way of example in FIG. 2.
  • the avionics network 100 can be coupled to other networks in the aircraft A via a gateway 30 on board the aircraft A.
  • the avionics network 100 has a number of network participants 10a, 10b, 10c, the basic structure of which is explained in connection with FIG. 3.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a network participant 10 of an avionics network 100 from FIG. 1.
  • the reference numeral 10 is used in connection with FIG 10a, 10b, 10c can have one or more of the features of the network subscriber 10 explained in FIG. 3.
  • the avionics network 100 has one or more data bus systems, of which two data bus systems B1, B2 are shown explicitly in FIG. 1 by way of example.
  • the data bus systems B1, B2 can also be used in the avionics network 100.
  • the data bus systems B1, B2 can - as shown - be wired systems such as AFDX, ARINC 429, ARINC 629, ARINC 717, CAN bus, MIL-STD-1553 or TTP.
  • the network subscribers 10a, 10b, 10c each have one or more network interfaces 6 via which they are coupled to one another and / or to one or more of the data bus systems B1, B2.
  • the network participants 10a, 10b, 10c also have control interfaces 7 to which components 50 to be controlled by the respective network participants 10a, 10b, 10c on board an aircraft, such as aircraft A, can be connected.
  • the network participants 10a, 10b, 10c can be configured accordingly to a to carry out autonomous, partially autonomous or synchronized control of the respectively coupled components 50.
  • the components 50 can be any type of electrical or electronic unit to be controlled on board an aircraft, such as light modules, lights, display devices, kitchen modules, seat controls, or the like.
  • the coupled aircraft components 50 can be controlled autonomously by the other network participants by one or more respectively assigned network participants.
  • the avionics network 100 has a central configuration server 40 which is designed to configure the plurality of network participants 10a, 10b, 10c individually in accordance with a predefined functionality.
  • the central configuration server 40 can implement redundant functions in the avionics network 100.
  • a desired function can be distributed to many network participants.
  • the network participants can make resources available to one another as services.
  • the same function can be installed in order to ensure a certain quality of service, such as data throughput or maximum latency. Redundant functional configurations can also be used for load balancing in the context of optimizing the use of resources. Duplication of a function can also facilitate flight operations by enabling the completely autonomous operation of an aircraft zone, such as, for example, the management of a group of components such as cabin modules in the passenger area.
  • the avionics network 100 also includes a synchronization node, which is designed to specify a working cycle of the plurality of network participants 10a, 10b, 10c according to a predetermined synchronization protocol via the at least one data bus system B1, B2.
  • a synchronization node which is designed to specify a working cycle of the plurality of network participants 10a, 10b, 10c according to a predetermined synchronization protocol via the at least one data bus system B1, B2.
  • NTP Network Time Protocol
  • PTP Precision Time Protocol
  • the network subscribers 10 can - as shown in connection with FIG. 3 - have a processor 1, the configuration of which can be specified by the central configuration server 40 according to the desired functionality of the coupled aircraft components 50.
  • the network subscribers 10 can have a wireless communication module 5 via which the network subscriber 10 can communicate wirelessly with an aircraft component 50.
  • each network subscriber 10 can optionally have input / output devices 4 and display devices 3 for operation by a user.
  • the number of network interfaces 6 and control interfaces 7 is shown only as an example with one - depending on the number of network connections or aircraft components to be controlled, more than one network interface 6 or control interface 7 can be provided.
  • the configuration of the processor 1 can be stored in a configuration memory 2 of the network subscriber 10, which is operatively connected to the processor 1.
  • the services for the processor are implemented in software that can be called up and executed in accordance with a software development kit (SDK) with a common meta data standard (dictionary).
  • SDK software development kit
  • dictionary common meta data standard
  • a first group of the plurality of network subscribers can be assigned to a first synchronization domain D1.
  • a second group of the plurality of network participants can be assigned to a second synchronization domain D2.
  • the first synchronization domain D1 and the second synchronization domain D2 can overlap, i.e. have one or more network subscribers in common, or be disjoint, i.e. they can be completely separated from one another.
  • the first synchronization domain D1 works according to a first working cycle derived from the specified synchronization protocol
  • the second synchronization domain D2 operates according to a second working cycle derived from the specified synchronization protocol.
  • the first and second work cycle are different from one another.
  • a faster or higher work cycle can be selected for safety-critical aircraft components 50 such as flight control systems than for non-safety-critical aircraft components 50 such as lighting elements.
  • the network participants assigned to the safety-critical aircraft components 50 can access flight status data from avionics systems of the aircraft A connected via the gateway 30 in order to be able to adapt the respective avionic context of their operating situation.
  • the method M can be used, for example, in a processor system 10 as shown in FIG. 1.
  • the method M can be implemented in a single-chip system 8 with the aid of the components of a processor system 10 explained in connection with FIG. 1.
  • the method M can use the address translation scheme explained in connection with FIGS. 2 and 3.
  • the method M has, as a first step M1, a coupling of a multiplicity of network subscribers 10a; 10b; 10c via network interfaces 6 with one or more data bus systems B1; B2 on.
  • a second step M2 the plurality of network participants 10a; 10b; 10c each configured individually according to a predefined functionality by a central configuration server 40.
  • a first group of the plurality of network subscribers 10a; 10b; 10c can be assigned to a first synchronization domain D1.
  • a second group of the plurality of network subscribers 10a; 10b; 10c can be assigned to a second synchronization domain D2.
  • the first synchronization domain D1 operates according to a first working cycle derived from the specified synchronization protocol and the second synchronization domain D2 operates according to a second working cycle derived from the specified synchronization protocol.
  • the first synchronization domain D1 and the second synchronization domain D2 can overlap, ie have one or more network participants in common, or be disjoint, ie they can be completely separated from one another.
  • the first synchronization domain D1 works according to a first working cycle derived from the specified synchronization protocol
  • the second synchronization domain D2 operates according to a second working cycle derived from the specified synchronization protocol.
  • the first and second work cycles are different from one another.
  • a faster or higher work cycle can be selected for safety-critical aircraft components 50 such as flight control systems than for non-safety-critical aircraft components 50 such as lighting elements.
  • the data throughput and thus the required bandwidth increase in favor of a faster response time to changing operating conditions.
  • the network participants assigned to the safety-critical aircraft components 50 can access flight status data from avionics systems of the aircraft A connected via the gateway 30 in order to be able to adapt the respective avionic context of their operating situation.

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Abstract

Ein Avioniknetzwerk umfasst mindestens ein Datenbussystem, eine Vielzahl von Netzwerkteilnehmern, welche über Netzwerkschnittstellen mit einem oder mehreren der Datenbussysteme verbunden sind, einem zentralen Konfigurationsserver, welcher dazu ausgelegt ist, die Vielzahl von Netzwerkteilnehmern jeweils individuell gemäß einer vordefinierten Funktionalität zu konfigurieren, und einem Synchronisationsknoten, welcher dazu ausgelegt ist, einen Arbeitstakt der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern gemäß einem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll über das mindestens eine Datenbussystem vorzugeben.

Description

AVIONIKNETZWERK MIT SYNCHRON ISATIONSDOMANEN UND VERFAHREN ZUM SYNCHRONISIEREN VON NETZWERKTEILNEHMERN IN EINEM AVIONIKNETZWERK
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Avioniknetzwerk, d.h. ein Datennetzwerk für den Einsatz in Avionikanwendungen, welches Synchronisationsdomänen für die Autonomisierung von Netzwerkteilnehmern aufweist sowie ein Verfahren zum Synchronisieren von Netzwerkteilnehmern in einem Avioniknetzwerk.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In hochentwickelten Umgebungen, in welchen eine Vielzahl von Anwendungen oder Prozessen zuverlässig und in kurzer Zeit durchgeführt werden sollen, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, werden häufig Netzwerke von einzelnen Netzwerkkomponenten eingesetzt, die untereinander Daten austauschen. In der Luft- und Raumfahrt wird meist eine schnelle Verarbeitungszeit gefordert, so dass alle angeschlossenen Systeme unter Echtzeitbedingungen zuverlässig funktionieren können. Gleichzeitig ist es wünschenswert, den hohen Datendurchsatz durch derartige Netzwerke so gering wie möglich zu halten.
Die Druckschrift US 2012/0207183 A1 offenbart ein Verfahren zur Synchronisierung einer lokalen Schätzung für das Timing eines netzwerkweiten Arbeitstaktes. Die Druckschrift DE 10 2012 023 395 A1 offenbart ein verteiltes Echtzeitsystem mit einer Schnittstellenvorrichtung zum Austausch zeitkritischer Daten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine der Aufgaben der Erfindung besteht darin, verbesserte Lösungen für die Implementierung von Avioniknetzwerken mit autonom agierenden Netzwerkknoten zu finden. Diese und andere Aufgaben werden durch ein Avioniknetzwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Flugzeug mit einem Avioniknetzwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein Verfahren zum Synchronisieren von Netzwerkteilnehmern in einem Avioniknetzwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Avioniknetzwerk mindestens ein Datenbussystem, eine Vielzahl von Netzwerkteilnehmern, welche über Netzwerkschnittstellen mit einem oder mehreren der Datenbussysteme verbunden sind, einem zentralen Konfigurationsserver, welcher dazu ausgelegt ist, die Vielzahl von Netzwerkteilnehmern jeweils individuell gemäß einer vordefinierten Funktionalität zu konfigurieren, und einem Synchronisationsknoten, welcher dazu ausgelegt ist, einen Arbeitstakt der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern gemäß einem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll über das mindestens eine Datenbussystem vorzugeben.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Flugzeug ein Avioniknetzwerk gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie ein Gateway, welches dazu ausgelegt ist, das Avioniknetzwerk mit anderen Netzwerken an Bord des Flugzeugs zu koppeln.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Synchronisieren von Netzwerkteilnehmern in einem Avioniknetzwerk die Schritte des Koppelns einer Vielzahl von Netzwerkteilnehmern über Netzwerkschnittstellen mit einem oder mehreren Datenbussystemen, des Konfigurierens der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern jeweils individuell gemäß einer vordefinierten Funktionalität durch einen zentralen Konfigurationsserver, und des Vorgebens eines Arbeitstakts der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern gemäß einem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll über das mindestens eine Datenbussystem durch einen Synchronisationsknoten.
Ein besonderer Vorteil in den erfindungsgemäßen Lösungen besteht darin, dass lokale Funktionen vom Rest des Flugzeugs abgekoppelt werden und autonom bzw. semi-autonom bearbeitet werden können Dadurch können gemeinsam im Flugzeug genutzte Ressource möglichst effizient und lastsparend genutzt werden. Die Latenz lokal durchzuführender Betriebsoperationen kann vorteilhafterweise verringert werden. Für eine zielgerichtete Kontrolle über die einzelnen Netzwerkteilnehmer können Aktivierungs- bzw. Deaktivierungssignale durch die Crew oder andere Nutzer über das Netzwerk übertragen werden. Verschiedene Netzwerkteilnehmer können durch die gemeinsame Synchronisation konzertiert betrieben werden, wie etwa die aufeinander abgestimmte Einstellung von Beleuchtungsszenarien, die gezielte Steuerung von einzelnen Robotern an Bord des Flugzeugs oder die abgestimmte Darstellung von Inhalten auf verschiedenen separaten Anzeigeeinheiten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Avioniknetzwerks kann das Avioniknetzwerk weiterhin eine Vielzahl von anzusteuernden Flugzeugkomponenten aufweisen, welche jeweils mit einem oder mehreren der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern über eine Steuerschnittstelle gekoppelt sind, wobei die Vielzahl von Netzwerkteilnehmern dazu ausgelegt sind, die angekoppelten Flugzeugkomponenten autonom von den übrigen Netzwerkteilnehmern anzusteuern.
Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen des Avioniknetzwerks kann die Vielzahl von Netzwerkteilnehmern jeweils über einen Prozessor verfügen, dessen Konfiguration durch den zentralen Konfigurationsserver gemäß der gewünschten Funktionalität der angekoppelten Flugzeugkomponenten vorgebbar ist.
Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen des Avioniknetzwerks kann eine erste Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern einer ersten Synchronisationsdomäne zugeordnet sein, und eine zweite Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern einer zweiten Synchronisationsdomäne zugeordnet sein.
Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen des Avioniknetzwerks kann die erste Synchronisationsdomäne gemäß einem ersten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeiten, die zweite Synchronisationsdomäne gemäß einem zweiten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeiten, und der erste und zweite Arbeitstakt unterschiedlich voneinander sein. Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen des Avioniknetzwerks können ein oder mehrere der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern ein drahtloses Kommunikationsmodul aufweisen, über welches der Netzwerkteilnehmer mit einer Flugzeugkomponente drahtlos kommunizieren kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Verfahrens kann eine erste Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern einer ersten Synchronisationsdomäne zugeordnet sein, und eine zweite Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern einer zweiten Synchronisationsdomäne zugeordnet sein.
Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann die erste Synchronisationsdomäne gemäß einem ersten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeiten, die zweite Synchronisationsdomäne gemäß einem zweiten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeiten, und der erste und zweite Arbeitstakt unterschiedlich voneinander sein.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiter bildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
KURZE INHALTSANGABE DER FIGUREN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaubild eines Avioniknetzwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Illustration eines Flugzeugs mit einem Avioniknetzwerk nach Fig. 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 ein schematisches Blockschaubild eines Netzwerkteilnehmers eines Avioniknetzwerks nach Fig. 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Synchronisieren von Netzwerkteilnehmern in einem Avioniknetzwerk gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Richtungsangebende Terminologie wie etwa „oben", „unten", „links", „rechts", „über", „unter", „horizontal", „vertikal", „vorne", „hinten" und ähnliche Angaben werden lediglich zu erläuternden Zwecken verwendet und dienen nicht der Beschränkung der Allgemeinheit auf spezifische Ausgestaltungen wie in den Figuren gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
In der folgenden Beschreibung wird auf Avioniknetzwerke Bezug genommen. „Avioniknetzwerke" im Sinne der vorliegenden Beschreibung umfassen jegliche Art von Netzwerken, bei denen vernetzte Elektronikkomponenten, insbesondere elektrische und elektronische Geräte an Bord eines Fluggerätes, einschließlich der elektronischen Fluginstrumente, über ein gemeinsames Datenaustauschprotokoll für Avionikanwendungen relevante Daten untereinander austauschen können. Derartige vernetzte Elektronikkomponenten können beispielsweise Flugkontroll- und Managementsysteme, Flugsteuerungssysteme, Flugüberwachungsgeräte, Kollisionswarnsystem, Interkommunikationssysteme, Flugfunksysteme, Navigationssysteme, Instrumentenlandesysteme, globale Navigationssatellitensysteme, Trägheitsnavigationsysteme, Sensorsystem, Radarsystem sowie jegliche Art von Kabinen- und Cargomodule, wie etwa Galleykomponenten, Staufachkomponenten, intelligente Licht- und Anzeigeeinrichtungen, Sitzbedieneinrichtungen, Sanitärbereichssteuerungen, Bordentertainmentsysteme und dergleichen aufweisen.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte schematische Illustration eines Avioniknetzwerks 100 in Blockschaubilddarstellung. Das Avioniknetzwerk 100 kann beispielsweise in einem Flugzeug eingesetzt eingesetzt werden, wie zum Beispiel einem in Fig. 2 beispielhaft dargestellten Flugzeug A. Dabei kann das Avioniknetzwerk 100 über ein Gateway 30 an Bord des Flugzeugs A an andere Netzwerke in dem Flugzeug A angekoppelt werden.
Das Avioniknetzwerk 100 weist eine Anzahl von Netzwerkteilnehmern 10a, 10b, 10c auf, deren grundsätzlicher Aufbau im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert wird. Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaubild eines Netzwerkteilnehmers 10 eines Avioniknetzwerks 100 der Fig. 1. Dabei wird der Übersichtlichkeit halber im Zusammenhang mit Fig. 3 das Bezugszeichen 10 verwendet, wobei es klar sein sollte, dass jeder der in Fig. 1 beispielhaft dargestellten Netzwerkteilnehmer 10a, 10b, 10c über ein oder mehrere der in Fig. 3 erläuterten Merkmale des Netzwerkteilnehmers 10 verfügen kann.
Das Avioniknetzwerk 100 verfügt über ein oder mehrere Datenbussysteme, von denen beispielhaft zwei Datenbussysteme B1, B2 explizit in Fig. 1 dargestellt sind.
Es sollte klar sein, dass auch mehr oder weniger als zwei Datenbussysteme B1, B2 in dem Avioniknetzwerk 100 verwendet werden können. Die Datenbussysteme B1, B2 können - wie dargestellt - drahtgebundene Systeme sein, wie etwa AFDX, ARINC 429, ARINC 629, ARINC 717, CAN-Bus, MIL-STD-1553 oder TTP. Es kann alternativ oder zusätzlich dazu auch möglich sein, ein oder mehrere der Netzwerkteilnehmer 10a, 10b, 10c drahtungebunden miteinander zu koppeln, beispielsweise über ZigBee, WLAN, Wi Fi, WiMax oder in einem anderen Drahtlosnetzwerk.
Die Netzwerkteilnehmer 10a, 10b, 10c verfügen jeweils über ein oder mehrere Netzwerkschnittstellen 6, über die sie untereinander und/oder mit einem oder mehreren der Datenbussysteme B1, B2 gekoppelt sind. Weiterhin verfügen die Netzwerkteilnehmer 10a, 10b, 10c über Steuerschnittstellen 7, an denen durch die jeweiligen Netzwerkteilnehmer 10a, 10b, 10c zu steuernde Komponenten 50 an Bord eines Flugzeugs, wie etwa des Flugzeugs A angebunden sein können. Die Netzwerkteilnehmer 10a, 10b, 10c können entsprechend konfiguriert sein, um eine autonome, teil-autonome oder synchronisierte Steuerung derjeweils gekoppelten Komponenten 50 durchzuführen. Die Komponenten 50 können jedwede Art von anzusteuernden elektrischen oder elektronischen Einheiten an Bord eines Flugzeugs sein, wie etwa Lichtmodule, Leuchten, Anzeigeeinrichtungen, Küchenmodule, Sitzbedienelemente, oder dergleichen umfassen. Die angekoppelten Flugzeugkomponenten 50 können durch einen oder mehrere jeweils zugeordnete Netzwerkteilnehmer autonom von den übrigen Netzwerkteilnehmern angesteuert werden.
Das Avioniknetzwerk 100 verfügt über einen zentralen Konfigurationsserver 40, welcher dazu ausgelegt ist, die Vielzahl von Netzwerkteilnehmern 10a, 10b, 10c jeweils individuell gemäß einer vordefinierten Funktionalität zu konfigurieren. Dazu kann der zentrale Konfigurationsserver 40 eine Implementierung von redundanten Funktionen im Avioniknetzwerk 100 erreichen. Eine gewünschte Funktion kann dabei auf viele Netzwerkteilnehmer verteilt werden. Zudem können die Netzwerkteilnehmer untereinander Ressourcen als Services bereitstellen.
Beispielsweise kann es sinnvoll sein, verschiedenen Netzwerkteilnehmern gleiche Funktionen zuzuweisen. Dadurch kann beispielsweise die Zuverlässigkeit einer Funktion verbessert werden, wenn eine weitere Instanz derselben Funktion vorgehalten wird. Außerdem kann eine Installation der gleichen Funktion vorgenommen werden, um eine bestimmte Dienstgütequalität sicherzustellen, wie etwa Datendurchsatz oder maximale Latenz. Redundante Funktionskonfigurationen können auch für einen Lastausgleich im Rahmen der Optimierung des Ressourceneinsatzes verwendet werden. Eine Duplizierung einer Funktion kann auch einen Flugbetrieb erleichtern, indem der vollständig autonome Betrieb einer Flugzeugzone ermöglicht wird, wie beispielsweise die die Verwaltung einer Gruppe von Komponenten wie etwa Kabinenmodulen im Passagierbereich.
Das Avioniknetzwerk 100 umfasst zudem einen Synchronisationsknoten, welcher dazu ausgelegt ist, einen Arbeitstakt der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern 10a, 10b, 10c gemäß einem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll über das mindestens ein Datenbussystem B1, B2 vorzugeben. Dazu kann beispielsweise auf das Network Time Protocol (NTP), das Precision Time Protocol (PTP) oder andere Synchronisationsprotokolle zurückgegriffen werden. Die Netzwerkteilnehmer 10 können - wie im Zusammenhang mit Fig. 3 dargestellt - über einen Prozessor 1 verfügen, dessen Konfiguration durch den zentralen Konfigurationsserver 40 gemäß der gewünschten Funktionalität der angekoppelten Flugzeugkomponenten 50 vorgebbar ist. Zudem können die Netzwerkteilnehmer 10 über ein drahtloses Kommunikationsmodul 5 verfügen, über welches der Netzwerkteilnehmer 10 mit einer Flugzeugkomponente 50 drahtlos kommunizieren kann. Zudem kann jeder Netzwerkteilnehmer 10 optional über Eingabe- /Ausgabegeräte 4 sowie Displayeinrichtungen 3 für die Bedienung durch einen Nutzer verfügen. Die Anzahl der Netzwerkschnittstellen 6 und der Steuerschnittstellen 7 ist nur beispielhaft mit Eins dargestellt - je nach Anzahl der Netzwerkanbindungen bzw. anzusteuernden Flugzeugkomponenten können jeweils auch mehr als eine Netzwerkschnittstelle 6 bzw. Steuerschnittstelle 7 vorgesehen werden.
Die Konfiguration des Prozessors 1 kann in einem Konfigurationsspeicher 2 des Netzwerkteilnehmers 10 abgelegt sein, welcher mit dem Prozessor 1 operativ verbunden ist. Die Dienste für den Prozessor sind in Software implementiert, die gemäß einem Software Development Kit (SDK) mit einem gemeinsamen Meta- Data-Standard (Dictionary) aufgerufen und ausgeführt werden kann.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann eine erste Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern einer ersten Synchronisationsdomäne D1 zugeordnet sein. Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern kann einer zweiten Synchronisationsdomäne D2 zugeordnet sein. Die erste Synchronisationsdomäne D1 und die zweite Synchronisationsdomäne D2 können überlappen, d.h. ein oder mehrere Netzwerkteilnehmer gemeinsam aufweisen, oder disjunkt sein, d.h. vollständig voneinander getrennt sein.
Die erste Synchronisationsdomäne D1 arbeitet dabei gemäß einem ersten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt, währen die zweite Synchronisationsdomäne D2 gemäß einem zweiten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeitet. Der erste und zweite Arbeitstakt sind dabei jeweils unterschiedlich voneinander. Beispielsweise kann für sicherheitskritische Flugzeugkomponenten 50 wie etwa Flugsteuerungssysteme ein schnellerer bzw. höherer Arbeitstakt gewählt werden als für nicht sicherheitskritische Flugzeugkomponenten 50 wie etwa Beleuchtungselemente. Bei einem schnelleren Arbeitstakt steigen der Datendurchsatz und damit die erforderliche Bandbreite zugunsten einer schnelleren Reaktionszeit auf sich ändernde Betriebsumstände. Beispielsweisen können die den sicherheitskritischen Flugzeugkomponenten 50 zugeordneten Netzwerkteilnehmer auf Flugzustandsdaten aus über das Gateway 30 angeschlossenen Avioniksystemen des Flugzeugs A zugreifen, um den jeweiligen avionischen Kontext ihrer Betriebslage anpassen zu können.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren M zur virtuellen Speicherverwaltung, insbesondere für die Nutzung in einem Einchipsystem. Das Verfahren M kann beispielsweise in einem Prozessorsystem 10 wie in Fig. 1 dargestellt angewandt werden. Dabei kann das Verfahren M unter Zuhilfenahme der im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Komponenten eines Prozessorsystems 10 in einem Einchipsystem 8 implementiert werden. Ferner kann das Verfahren M das im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 erläuterte Adressübersetzungsschema nutzen.
Das Verfahren M weist als ersten Schritt M1 ein Koppeln einer Vielzahl von Netzwerkteilnehmern 10a; 10b; 10c über Netzwerkschnittstellen 6 mit einem oder mehreren Datenbussystemen B1; B2 auf. In einem zweiten Schritt M2 wird die Vielzahl von Netzwerkteilnehmern 10a; 10b; 10c jeweils individuell gemäß einer vordefinierten Funktionalität durch einen zentralen Konfigurationsserver 40 konfiguriert. Schließlich wird in einem Schritt M3 ein Arbeitstakt der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern 10a; 10b; 10c gemäß einem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll über das mindestens eine Datenbussystem B1; B2 durch einen Synchronisationsknoten 20 vorgegeben.
Eine erste Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern 10a; 10b; 10c kann dabei einer ersten Synchronisationsdomäne D1 zugeordnet sein. Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern 10a; 10b; 10c kann einer zweiten Synchronisationsdomäne D2 zugeordnet sein. Dabei arbeitet die erste Synchronisationsdomäne D1 gemäß einem ersten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt und die zweite Synchronisationsdomäne D2 gemäß einem zweiten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt. Die erste Synchronisationsdomäne D1 und die zweite Synchronisationsdomäne D2 können überlappen, d.h. ein oder mehrere Netzwerkteilnehmer gemeinsam aufweisen, oder disjunkt sein, d.h. vollständig voneinander getrennt sein. Die erste Synchronisationsdomäne D1 arbeitet dabei gemäß einem ersten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt, währen die zweite Synchronisationsdomäne D2 gemäß einem zweiten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeitet. Der erste und zweite Arbeitstakt sind dabei jeweils unterschiedlich voneinander. Beispielsweise kann für sicherheitskritische Flugzeugkomponenten 50 wie etwa Flugsteuerungssysteme ein schnellerer bzw. höherer Arbeitstakt gewählt werden als für nicht sicherheitskritische Flugzeugkomponenten 50 wie etwa Beleuchtungselemente. Bei einem schnelleren Arbeitstakt steigen der Datendurchsatz und damit die erforderliche Bandbreite zugunsten einer schnelleren Reaktionszeit auf sich ändernde Betriebsumstände. Beispielsweisen können die den sicherheitskritischen Flugzeugkomponenten 50 zugeordneten Netzwerkteilnehmer auf Flugzustandsdaten aus über das Gateway 30 angeschlossenen Avioniksystemen des Flugzeugs A zugreifen, um den jeweiligen avionischen Kontext ihrer Betriebslage anpassen zu können.
In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.
Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung werden die Begriffe „beinhaltend" und „aufweisend" als neutralsprachliche Begrifflichkeiten für die entsprechenden Begriffe „umfassend" verwendet. Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe „ein", „einer" und „eine" eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Avioniknetzwerk (100), umfassend: mindestens ein Datenbussystem (B1; B2); eine Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c), welche über Netzwerkschnittstellen (6) mit einem oder mehreren der Datenbussysteme (B1; B2) verbunden sind; einem zentralen Konfigurationsserver (40), welcher dazu ausgelegt ist, die Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) jeweils individuell gemäß einer vordefinierten Funktionalität zu konfigurieren; und einem Synchronisationsknoten (20), welcher dazu ausgelegt ist, einen Arbeitstakt der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) gemäß einem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll über das mindestens eine Datenbussystem (B1; B2) vorzugeben.
2. Avioniknetzwerk (100) gemäß Anspruch 1, weiterhin mit: einer Vielzahl von anzusteuernden Flugzeugkomponenten (50), welche jeweils mit einem oder mehreren der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) über eine Steuerschnittstelle (7) gekoppelt sind, wobei die Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) dazu ausgelegt sind, die angekoppelten Flugzeugkomponenten (50) autonom von den übrigen Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) anzusteuern.
3. Avioniknetzwerk (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) jeweils über einen Prozessor (1) verfügen, dessen Konfiguration durch den zentralen Konfigurationsserver (40) gemäß der gewünschten Funktionalität der angekoppelten Flugzeugkomponenten (50) vorgebbar ist.
4. Avioniknetzwerk (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine erste Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) einer ersten Synchronisationsdomäne (D1) zugeordnet ist, und eine zweite Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) einer zweiten Synchronisationsdomäne (D2) zugeordnet ist.
5. Avioniknetzwerk (100) gemäß Anspruch 4, wobei die erste Synchronisationsdomäne (D1) gemäß einem ersten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeitet, die zweite Synchronisationsdomäne (D2) gemäß einem zweiten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeitet, und der erste und zweite Arbeitstakt unterschiedlich voneinander sind.
6. Avioniknetzwerk (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein oder mehrere der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) ein drahtloses Kommunikationsmodul (5) aufweisen, über welches der Netzwerkteilnehmer (10a; 10b; 10c) mit einer Flugzeugkomponente (50) drahtlos kommunizieren kann.
7. Flugzeug (A) mit einem Avioniknetzwerk (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und einem Gateway (30), welches dazu ausgelegt ist, das Avioniknetzwerk (100) mit anderen Netzwerken an Bord des Flugzeugs (A) zu koppeln.
8. Verfahren (M) zum Synchronisieren von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) in einem Avioniknetzwerk (100), umfassend:
Koppeln (M1) einer Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) über Netzwerkschnittstellen (6) mit einem oder mehreren Datenbussystemen (B1; B2);
Konfigurieren (M2) der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) jeweils individuell gemäß einer vordefinierten Funktionalität durch einen zentralen Konfigurationsserver (40); und
Vorgeben (M3) eines Arbeitstakts der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) gemäß einem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll über das mindestens eine Datenbussystem (B1; B2) durch einen Synchronisationsknoten (20).
9. Verfahren (M) gemäß Anspruch 8, wobei eine erste Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) einer ersten Synchronisationsdomäne (D1) zugeordnet ist, und eine zweite Gruppe der Vielzahl von Netzwerkteilnehmern (10a; 10b; 10c) einer zweiten Synchronisationsdomäne (D2) zugeordnet ist.
10. Avioniknetzwerk (100) gemäß Anspruch 9, wobei die erste Synchronisationsdomäne (D1) gemäß einem ersten von dem vorgegebenen
Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeitet, die zweite Synchronisationsdomäne (D2) gemäß einem zweiten von dem vorgegebenen Synchronisationsprotokoll abgeleiteten Arbeitstakt arbeitet, und der erste und zweite Arbeitstakt unterschiedlich voneinander sind.
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