Towards networks convergence in avionics

Vers la convergence de réseaux dans l'avionique

Oana Andreea Hotescu (1, 2)

1 IRIT-RMESS - Réseaux, Mobiles, Embarqués, Sans fil, Satellites
2 Toulouse INP - Institut National Polytechnique (Toulouse)

AFDX is the standard switched Ethernet solution for transmitting avionic flows. Today’s AFDX deployments in commercial aircrafts are lightly loaded to ensure the determinism of control and command operations. This thesis aims at investigating a practical alternative envisioned by manufacturers that takes advantage of the remaining AFDX bandwidth to transfer additional nonavionic flows (video, audio, service). These flows must not compromise the in-time arrival of avionic ones. Thus, appropriate scheduling policies formultiplexing avionic flows with non-avionic flows are required at the emitting end systems and switch egress ports. We mainly focus on the transmission of additional flows carrying video streams from cameras located on the airplane to cockpit display. Multiplexing avionic flows with video flows is tackled by introducing table scheduling at the emitting end systems and a 2-priority levels SPQ service policy at switch egress ports. This solution preserves the real-time constraints of avionic flows but may introduce variations of the end-to-end delay of video ones. An appropriate allocation of slots to avionic flows in table scheduling can reduce the emission lag of video flows and thus, limit their delay variations. We propose two strategies to allocate avionic flows in the table scheduling: a simple one based on heuristics and an optimal one. Optimal schedules are derived by solving a constraint programming model minimizing the emission lag of video flows. For light traffic end systems, heuristic allocation is close to optimal.

AFDX est le standard Ethernet commuté utilisé pour la transmission des flux avioniques. Pour des raisons de certification, le réseau AFDX déployé à présent dans les avions civils est très peu chargé. Cette thèse vise à étudier la possibilité envisagée par les avionneurs d’utiliser la bande passante AFDX restante pour transporter des flux non-avioniques additionnels (vidéo, audio, service). Ces flux ne doivent pas affecter les délais de transmission des flux avioniques. Pour multiplexer des flux avioniques et non-avioniques des politiques d’ordonnancement sont nécessaires au niveau des systèmes d’extrémité (end systems) et des commutateurs. Dans cette thèse, nous considérons l’exemple de la transmission sur AFDX de flux vidéo provenant des caméras de surveillance de l’avion. Le multiplexage des flux avioniques et vidéo est réalisé par l’introduction d’une table d’ordonnancement au niveau des end systems émetteurs et d’une politique de type SPQ dans les ports de sortie du commutateur. Cette solution préserve les contraintes temps-réel des flux avioniques, mais peut introduire des variations sur les délais de bout-en-bout des flux vidéo. Une allocation appropriée des flux avioniques dans la table d’ordonnancement peut réduire le retard d’émission des flux vidéo et ainsi, limiter les variations de délai. Nous proposons deux stratégies d’allocation des flux avioniques dans la table d’ordonnancement : une heuristique simple et une allocation optimale. L’allocation optimale est dérivée en résolvant un problème d’optimisation par contraintes qui minimise le retard d’émission des flux vidéo. Dans le cas des end systems moins chargés, l’allocation par heuristique est proche de l’optimale.

Mots clés: AFDX; Quality of de service; Video transmission; Table scheduling; End-to-end delay; Constraint optimization

Mots clés: AFDX; Qualité de service; Transmission vidéo; Table d'ordonnancement; Délai de bout-en-bout; Optimisation par contraintes

Domaines: Réseaux et télécommunications [cs.NI]

Oana Andreea Hotescu. Vers la convergence de réseaux dans l'avionique. Réseaux et télécommunications [cs.NI]. Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2020. Français. ⟨NNT : 2020INPT0044⟩. ⟨tel-04165226⟩