Авионика четвертого поколения

авионика

Разработка интегрированной цифровой авионики (авионика четвертого поколения), использование которой ориентировано на период после 2005 г., началась в США на рубеже 1990-х гг. Для этого поколения характерно, что наряду с интеграцией цифровой части авионики проводится интеграция сенсорной части (интеграция датчиков), которая является доминирующей в конечной стоимости, массогабаритных характеристиках, потребляемой мощности и надежности авионики.

Кроме того, при разработке систем этого поколения большие усилия направляются на улучшение сетевого взаимодействия вычислительных средств, внедрение оптических высокоскоростных переключательных сетей и построение на их основе суперкомпьютеров.

Архитектура авионики

Ключевым моментом в этой архитектуре является использование централизованной высокоинтегрированной открытой масштабируемой вычислительной среды — высокопроизводительной вычислительной системы (сетевой архитектуры), построенной на специально спроектированных бортовых супер- и мультипроцессорах и единой унифицированной сети передачи данных.

При построении вычислительной среды ориентация делается на применение отработанных коммерческих интерфейсов и компонент.

В качестве физической среды передачи информации предполагается использовать волоконно-оптические каналы, что не только обеспечивает высокие скорости передачи данных, но и повышенную надежность передачи информации.

Ориентация на использование в вычислительной среде перспективных самолетов высокопроизводительных мультипроцессоров, построенных на основе последних достижений в области коммутирующей аппаратуры и обеспечивающих любую функциональную обработку (обработку сигналов, изображений, реализацию алгоритмов искусственного интеллекта и т. д.), сделана в силу того, что практически нет другого пути обеспечения требуемых ресурсов для решения задач на борту таких самолетов.

Объединение матричных коммутаторов с высокоскоростными последовательными шинами позволяет получить высокопроизводительные системные соединения, обеспечивающие создание высокопроизводительных вычислительных сред с требуемыми ресурсами за счет большой масштабируемости. В отличие от систем на основе параллельной шины в этой архитектуре проще добавлять и уда зять вычислительные модули.

Кроме того, данная архитектура позволяет добиться высоких показателей надежности за счет поддержки горячего резерва переключающей структуры, динамической конфигурируемости при отказах в модулях, резервирования линий связи, использования различных механизмов защиты и т. д.

Ключевые проблемы

Одной из ключевых проблем построения перспективных бортовых средств вычислительной техники является решение проблемы перехода к унифицированному протоколу взаимодействия и построению на его основе унифицированной бортовой сети.

авионика

Унифицированная сеть (Unified Network-UK) будущей авионики в общем случае должна обеспечивать высокую скорость передачи информации, малую задержку, проводить как передачу сообщений, так и парадигму вычислений с использованием разделяемой памяти, должна быть масштабируемой, поддерживать распределенные и централизованные переключатели, электрические и оптическую среды передачи информации, обеспечивать передачу информации на большие расстояния, проводить вычисления в реальном времени и должна отличаться невысокой стоимостью.

Интерфейсы

Наиболее очевидными кандидатами для построения унифицированной сети стали такие интерфейсы, как Fibre Channel (FC), Myrinet, Scalable Coherent Interface (SCI/RT), Serial Express, Gigabit Ethernet (GE), ATM, Firewire (1394). Рассматривается также возможность использования сетевого интерфейса AS-4074. Четыре из них уже имеют коммерчески доступные элементы технических реализаций: SCI/RT (IEEE Р. 1596.6 SCI for Real-Time Applications), Fiber Channel, ATM, Myrinet. Наиболее подходящими системами для построения унифицированной сети являются интерфейсы SCI/RT, FC.

ИНТЕРФЕЙС SCI/RT отличает высокая производительность (до 8 Гбит в секунду), гибкость при проектировании различных топологий (структур) вычислительных средств, масштабируемость. Он поддерживает как проводную, так и оптическую среды передачи информации, параллельный и последовательный способы передачи данных, пригоден для реализации вычислений в реальном масштабе времени как в режиме передачи сообщений, так и вычислений в режиме разделения памяти, является удобным средством для построения толерантных архитектур.

ИНТЕРФЕЙС ЕС по своим возможностям ни в чем не уступает SCI/RT, но существенно превосходит последний в плане аппаратной (элементной) поддержки различными производителями, наличия авиационного стандарта, практического использования, включая положительный опыт его применения при выполнении программы MAST (Maritime Avionics Subsystems and Technologies), продемонстрировавшей, как от федеративной архитектуры авионики существующих самолетов можно перейти к передовой, открытой, масштабированной авионике на основе максимального использования коммерческих компонент, имеющихся на рынке.

Использование единого унифицированного интерфейса позволит существенно сократить число используемых контактов (что существенно влияет на надежность), число модулей-мостов, необходимых при применении различных сетей передачи информации.

Таким образом, ВВС нового поколения может быть представлена ядром и вычислительными средствами, не вошедшими в состав этого ядра. Ядро вычислительной системы, организованное как ИВС, представляет собой часть вычислительной системы, в которой обеспечивается решение задач, максимально независимое от конкретного состава бортового оборудования. Подобное качество позволяет использовать ядро БВС в КБО различного функционального назначения с минимальными доработками в части замены объектных программ.

Интегрированная вычислительная среда

Полученный в РФ к настоящему времени технологический задел в области разработки элементной базы и качественно новые концепции построения СВТ позволят создать для российских самолетов начала XXI в. интегрированную вычислительную среду, практически ни в чем не уступающую ВВС, планируемую к применению на самолетах, к КБО которых на сегодня предъявляются наиболее высокие требования к вычислительным ресурсам.

авионика

Для справки: централизованная высокоинтегрированная вычислительная среда КБО самолета ЛБр построенная на бортовых супермультипроцессорах, имеет суммарные ресурсы порядка 2500 миллионов целочисленных операций 0 секунду и примерно 50 миллиардов операций в секунду в режиме плавающей запятой.

К концептуальным особенностям технологии проектирования ВВС нового поколения относятся:

  • открытость и адаптируемость архитектуры;
  • масштабируемость структуры вычислительных средств;
  • ориентация на широкое использование коммерческих технологий и компонент;
  • реализуемость на момент разработки;
  • приемлемая стоимость системы;
  • информационная безопасность и технологическая независимость;
  • независимость программ от аппаратных средств;
  • общность используемых аппаратных и программных средств;
  • высокий уровень надежности, обнаружение и изоляция ошибок;
  • стандартизация конструктивного исполнения;
  • минимизация стоимости программного обеспечения;
  • технология искусственного интеллекта.
Ссылка на основную публикацию