STANAG 3910 Transmisión de datos de alta velocidad bajo 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, principalmente para uso en sistemas de aviónica . STANAG 3910 permite aumentar un bus de datos STANAG 3838 [3] / MIL-STD-1553B / MoD Def Stan 00-18 Pt 2 (3838 / 1553B) de 1 Mb / s con un bus de datos de alta velocidad (HS) de 20 Mb / s bus, que en el estándar se denomina canal HS: el bus 3838 / 1553B en una implementación de STANAG 3910 se denomina canal de baja velocidad (LS). Cualquiera o ambos canales pueden tener redundancia múltipley puede utilizar medios eléctricos u ópticos. Cuando los canales utilizan medios redundantes, estos se denominan individualmente buses según el estándar. [1] [2]
Historia
El STANAG 3910 original, es decir, el estándar de la OTAN , alcanzó, al menos, la versión preliminar 1.8, [4] antes de que se abandonara el trabajo en él a principios de la década de 1990 en favor de su publicación a través de organizaciones de normalización no militares: el prólogo de la Rev. 1.7 del STANAG de marzo de 1990 declaró "El cuerpo principal de este documento es idéntico al propuesto Rev 1.7 de prEN 3910". [1] A continuación, el grupo de trabajo C2-GT9 de la Association Europeene des Constructeurs de Materiel Aerospatial (AECMA) (ahora ASD-STAN) elaboró varias versiones provisionales de libros verdes, prEN 3910 P1 y P2 , [2 ] antes de que cesara su desarrollo 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 partir de agosto de 2013) en forma de papel verde: la última versión preliminar es prEN3910-001 Issue P1, cuya portada dice: 'Esta norma previa de la "serie aeroespacial" se ha elaborado bajo la responsabilidad de AECMA (Asociación Europea de Industrias Aeroespaciales). Se publica en papel verde para las necesidades de los miembros de AECMA ». [2] Sin embargo, a pesar de este descargo de responsabilidad, el documento se ofrece a la venta por ASD-STAN, actualmente (agosto de 2013) a 382,64 €. [5]
Utilización
La naturaleza incompleta del proceso de estandarización (a agosto de 2013) no ha impedido que se implementen al menos dos versiones de STANAG 3910: una para el Eurofighter Typhoon [6] y otra para el Dassault Rafale . La versión Eurofighter, conocida como EFABus, está estandarizada por un documento interno Eurofighter (SP-J-402-E-1039). [7] Se desconoce la documentación de estandarización para la versión de Dassault.
Se sabe que la versión EFABus de 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 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) para este estándar de protocolo.
Medios de comunicación
El estándar (borrador) contiene anexos, conocidos como hojas oblicuas, que especifican varios tipos de medios diferentes para los canales de alta y baja velocidad, implementaciones que identifican una hoja oblicua específica con las especificaciones relevantes. [2]
Óptico
Las versiones de STANAG 3910 que utilizan medios ópticos para el componente de canal HS requieren un componente pasivo adicional , en forma de acoplador óptico en estrella , reflectante o transmisivo, para interconectar los terminales remotos. Esto limita el número de terminales remotos que pueden conectarse al medio HS, a través del efecto de la estrella óptica sobre la potencia óptica (determinada por el número de "caminos" de la estrella). [2] Por lo tanto, es posible que no todos los (hasta) 31 RT (y 1 BC) que pueden estar conectados al canal LS tengan conexiones de canal HS.
Los tipos de medios ópticos incluyen 200 y 100 micras de diámetro de núcleo (280, 240, o 140 micras clading ) perfil Paso-index ( revestimiento deprimido ) de fibra óptica. [2] Se trata de fibras de 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 de partícula dado entre las caras de los extremos 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 las aplicaciones de aviónica, especialmente donde pueden aplicarse entornos contaminantes, alta vibración y amplios rangos de temperatura .
La principal diferencia entre las redes de fibra acopladas en estrella transmisiva y reflectante es que se necesitan dos fibras con el acoplador en estrella transmisivo para conectar un elemento reemplazable en línea (LRI), pero con la estrella reflectante, y un acoplador en "Y" interno al LRI. sólo se requiere una sola fibra: un acoplador de "y", es un dispositivo óptico de tres puertos que conecta el simplex transmisor y el receptor simplex a una sola fibra que transporta las señales ópticas transmitidas y recibidas por la LRI en direcciones opuestas ( medio dúplex ) . Sin embargo, mientras que el uso de la estrella reflectante reduce el cableado en la aeronave y, por lo tanto, el peso, las pérdidas excesivas involucradas en el uso de los acopladores en "Y" y el acoplador de estrella reflectante hacen que se cumplan los requisitos de presupuesto de potencia, dado un transmisor y un receptor sensibilidad, más difícil. Si bien se indica 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.
Eléctrico
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 usan acopladores direccionales para conectarse a los LRI) y una memoria intermedia, para permitir pequeñas diferencias en las velocidades de datos.
El estándar y la hoja de barras de medios eléctricos que contiene especifican un cable de impedancia característica de 100 ohmios para las líneas de colector y distribuidor. No se proporciona una longitud máxima de cable para ninguno de los dos, ni tampoco límites en el número de acopladores direccionales y, por lo tanto, 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 el número de RT que funcionan según el estándar que se puede conectar a los medios HS.
Arquitecturas del sistema
Dado que STANAG 3910 utiliza un canal LS 3838 / 1553B para el control, las arquitecturas lógicas admitidas 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. El BC luego ordena a los RT que reciban o transmitan los datos, ya sea como RT a RT, RT a BC, BC a RT, RT a RT (transmisión) o transferencias de BC a RT (transmisión).
Con los buses HS de medios eléctricos, la arquitectura física es como la del 3838 / 1553B, salvo que el repetidor central tiene que estar en un extremo de cada una de las líneas colectoras y distribuidoras: las conexiones del RT a estas líneas funcionan preferentemente en una dirección física a lo largo de el bus - por lo tanto, 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 acopladas en T linier, donde el bus circula alrededor de la plataforma (por ejemplo, el avión), y cada elemento reemplazable de línea (LRI) se conecta, a través de un trozo, en el punto conveniente más cercano en su ruta. Más bien, 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 reflectante, la conexión del bus desde el RT será un cable de fibra única, a través del cual el RT transmite y recibe ( semidúplex ). Con una estrella transmisiva, cada RT está conectado a través de dos fibras, una para transmitir y otra para recibir datos.
Secuencia de transferencia
Las transferencias a través del canal HS se inician a través del canal LS 3838 / 1553B, de forma análoga a la configuración de las transferencias de datos 3838 / 1553B. Las transferencias 3838 / 1553B BC-RT se envían a una subdirección específica de los RT de recepción y transmisión mediante el controlador de bus STANAG 3910 (BC). A pesar de ser una subdirección en el lado LS del RT, y por lo tanto exactamente igual que cualquier otra subdirección 3838 / 1553B RT, esta subdirección se conoce como la "subdirección HS". Cada transferencia 3838 / 1553B BC-RT lleva 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 forma 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, RT a BC, RT a RT, BC a RT (difusión) y RT a RT (difusión).
Según la norma, las palabras de acciones de HS comprenden lo siguiente:
- Un campo HS A / B de un solo bit, que indica en qué bus de un canal HS redundante dual se transmitirá y recibirá el mensaje.
- Un campo HS T / R de un solo bit, que indica si la palabra de acción HS está ordenando al RT que transmita o reciba.
- Un campo de identificación de mensaje HS de 7 bits / modo HS. Esto indica que la palabra de acción de HS es un control de modo (valor = 0000000) o identifica la subdirección de los RT de HS (que es una entidad diferente de la subdirección de HS a la que se envía la palabra de acción de HS) desde la cual se envía el mensaje. ser enviado o en el que se va a recibir, dependiendo del valor del campo HS T / R.
- Un recuento de bloques HS de 7 bits (BLC) o un campo de código de modo HS, que "será la cantidad de bloques de datos que serán enviados o recibidos por el RT en el canal HS o el código de modo HS". El estándar continúa diciendo "El mensaje constará de 32 palabras de datos por bloque de datos y se puede transmitir o recibir un máximo de 2 7 bloques de datos".
Como palabra de datos 3838 / 1553B, la palabra de acción HS está precedida por el campo de sincronización de palabra de datos en tiempo de 3 bits y seguida por el bit de paridad de un solo bit. Como parte de una transferencia 3838 / 1553B BC-RT, está precedida por una palabra de comando 3838 / 1553B y normalmente, es decir, si no se transmite, es inválida o ilegal, debe generar una palabra de estado 3838 / 1553B del RT receptor.
En el caso de una transferencia de RT a RT HS, el BC envía una palabra de acción HS al HS RT receptor, indicándole que reciba el mensaje HS con un valor de recuento de bloques especificado en la subdirección especificada. El RT receptor responderá entonces en el canal LS con una palabra de estado LS que indica que recibió la palabra de acción HS. El BC luego, después de un intervalo entre mensajes en el canal LS, enviará otra palabra de acción HS al HS RT transmisor, indicándole que transmita el mensaje, normalmente con el mismo valor de recuento 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 HS RT que transmite un mensaje HS comenzará su transmisión dentro de un tiempo máximo medido desde el 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 estándar actual en borrador son de 24 a 32 µS. Si el receptor HS RT 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 que se agote el tiempo de espera .
Según la norma, los mensajes HS comprenden lo siguiente: [2]
- Un preámbulo que es equivalente a una secuencia de binarios codificados con un método equivalente a la codificación bifásica Manchester II , y que "es utilizado principalmente por la MIU [interfaz RT] receptora de HS para adquirir el nivel de señal y la sincronización mediante un patrón conocido . " Esto es necesario porque, como protocolo de medios compartidos, estos niveles de señal y velocidades de transmisión de datos variarán ligeramente entre transmisores. El número de bits en el preámbulo puede ser específico de la implementación, es decir, es seleccionado por los diseñadores de un sistema.
- Un delimitador de inicio (SD) que tiene una longitud de 4 bits, pero está formateado como un patrón específico que es una señal bifásica Manchester II ilegal, de modo que siempre se puede distinguir de los datos.
- Un campo de control de trama (FC) en 8 bits que tiene un valor fijo. Este campo existe por compatibilidad con otros protocolos que utilizan unidades de datos de protocolo (PDU) similares.
- Un campo de dirección física (PA) en 8 bits que lleva la dirección RT de la fuente RT de STANAG 3838.
- Una dirección de destino (DA) en 16 bits, que puede subdividirse en una dirección RT en 7 bits y una subdirección en 8 bits o puede contener una dirección lógica de 15 bits.
- Un recuento de palabras (WC) en 16 bits que se requiere para contener la longitud real del campo de carga útil de información (ver más abajo) del mensaje en palabras.
- Un campo de carga útil de información de trama (info) que puede contener hasta 4096 palabras, cada una de 16 bits. Este campo de información está organizado en bloques de 32 palabras, y la palabra de acción HS, en lugar de indicar la longitud del mensaje a recibir o transmitir en palabras, especifica el número de bloques.
- Una palabra de secuencia de verificación de trama (FCS), que "proporciona una verificación de errores en el mensaje" y cubre "los campos FC, PA, DA, WC, INFO y FCS".
- Los campos FC, PA, DA, WC, INFO y FCS deben formatearse como señales bifásicas Manchester II válidas.
- No hay delimitadores o separadores explícitos entre los campos de la PDU o los bloques o palabras en el campo de información, y todos deben transmitirse de forma contigua.
- Un campo delimitador final (ED), que tiene una longitud de 4 bits y, como el campo SD, es una señal bifásica Manchester II ilegal que siempre se puede distinguir de los datos.
Si bien los campos WC [sic] deben contener las longitudes reales de los siguientes campos de información en palabras, si el RT receptor implementa una función llamada "verificación de recuento de palabras", entonces la longitud del campo de información puede ser menos de 32 veces la Bloquear el valor de recuento en la palabra de acción HS hasta en 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, la longitud del campo de información será el recuento de bloques multiplicado por 32. El estándar no indica cómo el terminal transmisor debe saber si el RT receptor implementa esta característica o no; por tanto, se puede suponer que forma parte del diseño del sistema.
También existen, análogas a las palabras de estado 3838 / 1553B, palabras de estado HS. 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, las palabras de estado, a diferencia de los estados 3838 / 1553B, no se transmiten automáticamente por los RT, y requieren que el STANAG 3910 BC provoque su transmisión 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 qué palabras de estado HS y HS ???? las palabras se transmiten, no está especificado por el estándar, aparte de que "no será igual a 00000 o 11111 [binario] y no se utilizará para ninguna otra función". [2] A continuación, puede seleccionarse para la implementación específica, es decir, un valor que de otro modo no se utiliza.
También es posible tener transferencias 3838 / 1553B "normales" que tienen lugar solo a través del canal LS, y que pueden usar cualquiera de las otras subdirecciones 3910 / 1553B. Estas transferencias pueden ocurrir en paralelo con las transferencias del canal HS o estar entre ellas. Sin embargo, es una práctica común no utilizar el canal LS más que para el control del HS, y para los comandos del modo LS, etc., por ejemplo, durante el traspaso de BC.
La duración de un formato de control HS que inicia una transferencia HS RT a HS RT a través del canal HS comprende un par de transferencias 3838 / 1553B BC-RT, que incluyen palabras de comando, palabras de datos (las propias palabras de acción HS), respuestas de estado LS, LS Tiempos de respuesta de RT y una brecha entre mensajes (que está limitada, pero no es necesariamente la misma que la brecha mínima entre mensajes especificada por 3838 / 1553B de 4 μs). Como consecuencia, la duración de dicho formato de control de HS puede ser relativamente larga en comparación con la duración de la transferencia de HS que sigue. Esta sobrecarga se agrava cuando el BC inicia una transferencia de 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 progreso, y así lograr la brecha entre tramas HS mínima permitida 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 tiempo del final de una transmisión se complica por las posibles variaciones en las velocidades 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 inferior a 20 Mbps.
Desarrollos
También existe una versión extendida de EFABus, conocida como EFABus Express (EfEx). Esto fue diseñado para el tramo 2 del Eurofighter Typhoon para reducir el tiempo necesario para configurar las transferencias HS al permitir que se establezcan 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 transacciones HS sobre un canal EfEx ocurre entre las propias transferencias HS, como las implementaciones de STANAG 3910 que esperan a que se complete la transferencia HS anterior antes de iniciar la siguiente, el ancho de banda máximo es necesariamente menor que 20 Mbps; aunque es más alto que el 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 anterior, una implementación de STANAG 3910 podría proporcionar un rendimiento ligeramente mayor que 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 de la norma durante un tiempo de intervalo entre tramas mínimo 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 múltiples RT para enviar y recibir formatos de control HS en el canal HS.
Protocolos que compiten
Otro desarrollo propuesto de MIL-STD-1553 se conoce como MIL-STD-1553E o E-1553. [8] Esto utiliza tecnologías similares a las utilizadas en ADSL para transmitir anchos de banda mucho más altos, en múltiples canales, a través del mismo medio que el bus de datos existente, pero de tal manera que no interfieran con el funcionamiento del 1553B normal. transferencias de datos o RTs que no deberían estar involucrados en ellos. MIL-STD-1553E es, por lo tanto, una opción atractiva para actualizar aeronaves existentes, etc., que usan 1553B, porque no debe involucrar ninguna modificación en el cableado o cualquier RT que no sea necesario para participar en estas transferencias de alta velocidad. .
Sin embargo, si bien se han realizado algunas investigaciones sobre su uso, no parece haber implementaciones existentes o inminentes en aviones de producción, ya sea como nueva construcción o actualizaciones. Esto puede estar relacionado con la susceptibilidad de estas transmisiones adicionales de alta velocidad al enrutamiento específico de los cables de 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, exactamente qué capacidad adicional podría proporcionarse.
Referencias
- ^ a b c sin atribución de autor, transmisión de datos de alta velocidad bajo STANAG 3838 o control equivalente de fibra óptica , STANAG 3910, Rev. 1.7, 29 de marzo de 1990.
- ^ a b c d e f g h i j k l AECMA Working Group C2-GT9, Transmisión de datos de alta velocidad bajo STANAG 3838 o control equivalente de fibra óptica , prEN3910-001, Ed P1, ASD-STAN, 31/1/1996.
- ^ Agencia militar para la estandarización, bus de datos multiplex de comando / respuesta de división de tiempo digital , STANAG 3838, Ed 2, promulgado el 17 de octubre de 1997.
- ^ sin atribución de autor, transmisión de datos de alta velocidad bajo STANAG 3838 o control equivalente de fibra óptica , STANAG 3910, Rev. 1.8, 16 de diciembre de 1993.
- ^ Entrada de catálogo ASD-STAN para prEN3910-001 ed P1
- ^ a b Alex König, Transmisión de datos de fibra óptica de alta velocidad con prEN3910 / STANAG 3910 , Serie de reimpresión de fibra óptica - Volumen 14: Aplicaciones militares de la fibra óptica - , página 429, editado por Inc. Igic, 1994.
- ^ a b B. Tilly, Frontend de fibra óptica para bus de alta velocidad STANAG 3910 con una sola fibra , serie de reimpresión de fibra óptica - Volumen 14: Aplicaciones militares de fibra óptica - , página 434, editado por Inc. Igic, 1994
- ↑ JR Wilson, New-generation MIL-STD-1553 garners Armed Services 'support , Military Aerospace Electronics Magazine, PennWell, Tulsa Oklahoma, 1 de julio de 2006, obtenido en septiembre de 2013.
enlaces externos
- AIM GmbH, fabricante de productos analizadores y módulos de interfaz STANAG 3910 y Efex
- DR Bracknell, INTRODUCCIÓN AL BUS DE DATOS MULTIPLEX SERIE MIL-STD-1553B , Royal Aircraft Establishment, Farnbourogh, 1988.
- Birli & Stuedle, el bus de datos de fibra óptica [sic] para aplicaciones de aviónica según Draft Stanag 3910 , serie de reimpresión de fibra óptica, vol. 14, Aplicaciones militares de fibra óptica, Information Gatekeepers Inc., Brighton MA, 1994 ISBN 1-56851-063-2