Innovative Networks for Networked Aircraft Subsystems

The innovation towards the „Distributed Integrated Modular Avionics“ and the „More Electric Aircraft“ (MEA) transformed the mechanical control of aircraft sub-systems to electric/electronic control. By that the innovation has significantly contributed to reducing the aircraft complexity and at the same time increased its reliability. Since many years the aerospace industry relies on communication systems such as ARINC664 p.7 (AFDX) i.e. for modern passenger aircraft sub-system data communication. Already many of the sub-systems use this technology both, internal of the sub-system and for closing control loops as well as for the communication to the cockpit and the avionics bay. Despite the high degree of technological advance achieved with AFDX, it is limited w.r.t. closing fast control loops due to its inherent jitter. Furthermore, it lacks in security measures built-in allowing to advance from MEA towards the „Digitized, Connected Aircraft“ (DCA). By researching and investigating opportunities to deploy Deterministic Ethernet (DE) as a novel platform and backbone architecture, the INNAS consortium will endeavor to enable digitization of the next generation of aircraft towards DCA. For this purpose and to allow connection to the internet as central brick to digitization, the investigations will further target to integrate an effective protection concerning measures for improved security preventing unauthorized access to the aircraft backbone data communication platform on hardware level. Furthermore, the consortium will research measures to investigate the reliability of eASIC components that will carry the IP of such backbone architecture network components. Since detailed simulation models of such components is generally not communicated by the manufacturer, these investigations shall be conducted starting from the individual transistor on the device used for a network DE switch developed within the project. Finally, the resulting backbone architecture and platform shall eliminate the limiting factor for fast control loops and shall investigate, research and implement the support for the integration of “mixed criticality” sub-systems on the backbone architecture.

Die Innovation hin zur „Distributed Integrated Modular Avionics“ und dem „More Electric Aircraft“ (MEA) hat in der Flugzeugindustrie dazu geführt, dass die Steuerung der Sub-Systeme von mechanischer Steuerung auf elektrische Steuerung umgestellt wurden. Dieser Trend hat einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion der Komplexität und Steigerung der Zuverlässigkeit geleistet. Dabei wurden bereits seit geraumer Zeit Backbone Daten Kommunikationssysteme wie ARINC664 p.7 (AFDX) in der Flugzeugindustrie unter anderem für Passagierflugzeuge eingesetzt. Viele der Sub-Systeme verwenden sowohl für die interne Kommunikation, als auch bei Steuerschleifen diese Form der Datenkommunikation. Sie wird auch bezüglich der Verbindung zum Cockpit und der Avionics Bay standardmäßig eingesetzt. AFDX hat jedoch in Bezug auf die Fähigkeit schnelle Steuerschleifen zu implementieren aufgrund des inhärenten Jitters Grenzen und kann somit nicht für alle Sub-Systeme eingesetzt werden. Daher werden sog. Gateways als Verbindungselemente zu anderen Kommunikationssystemen eingesetzt. Auch ist in der Technologie keinerlei eingebauter Sicherheitsmechanismus vorhanden um den Schritt in Richtung „Digitized, Connected Aircraft“ zu vollziehen. Das INNAS Konsortium strebt durch den Einsatz von Deterministic Ethernet (DE) an, die Digitalisierung des Flugzeuges für die nächsten Generationen zu ermöglichen. Dazu müssen Untersuchungen im Hinblick zu einer entsprechend verbesserten Backbone Architektur und zu neuartigen Netzwerkkomponenten durchgeführt werden. In die Architektur und die Hardware muss ein wirksamer Schutz gegen unerwünschtes Eindringen via Internet integriert werden um die Digitalisierung der Flugzeuge zu ermöglichen. Weiters müssen Zuverlässigkeitsuntersuchungen der meist vom Hersteller nicht kommunizierten Struktur eingesetzter eASICs ausgehend vom Einzeltransistor der Implementierungstechnologie durchgeführt werden, um daraus das optimale Design für integrierte Steuerelektronik. Dies wird am Beispiel eines speziell im Projekt zu entwickelnden DE-Switch IP untersucht werden. Die resultierende Kommunikationsplattform und Backbone Architektur wird zusätzlich den Nachteil der Begrenzung in der Loop time bei schnellen Steuerschleifen beseitigen und eine Datenkommunikations-und Steuerungs-Plattform für „gemischte Kritikalität“ der Subsysteme untersuchen und aufbauen.