مطابقت پروتکل شبکه حساس به زمان با مشخصات استاندارد MIL-STD-1553B برای کاربردهای هوایی

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران

چکیده

در این مقاله، پروتکل شبکه ­های حساس به زمان در بستر گذرگاه داده MIL-STD-1553  پیاده­سازی و ارزیابی شده است تا متوسط تاخیر در دریافت بسته­ ها کاهش یابد. مهمترین خصوصیت این گذرگاه قابلیت اطمینان بالای آن است. یکی از پارامترهای مطرح در این گذرگاه، قطعیت در رسیدن داده ­ها همراه با تاخیر تعریف شده است، یعنی گذرگاه به گونه ­ای طراحی شده که احتمال ایجاد تاخیرهای خارج از استاندارد وجود ندارد. اما با وجود تمامی خصوصیت­های خوب این گذرگاه، امروزه سرعت پایین آن جوابگوی سیستم­های نوین نیست. در این مقاله، مسئله تاخیر و تضمین آن مبتنی بر شبکه حساس به زمان مورد بررسی قرار داده می­شود. روش پیشنهادی، به اولویت دهی به بسته­ هایی می­پردازد که در گذرگاه داده 1553 مبادله می­گردند.  برای پیاده سازی از نرم افزار OMNET++ استفاده شده و نتایج شبیه­ سازی نشان می­دهد که تاخیرها نسبت به گذرگاه 1553 کمتر بوده و ضمن ثابت بودن اندازه این تاخیرها، میزان آنها در شرایطی که همراه با افزایش حجم داده­ ها و نرخ انتقال آنها است، تقریبا ثابت است. پروتکل حساس به زمان پیشنهادی به طور متوسط 86 درصد ماکزیمم تاخیر در شبکه را کاهش می­دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Compliance of Time Sensitive Network Protocol with the Specifications of MIL-STD-1553B Standard for Aviation Applications

نویسندگان [English]

  • Fakhroddin Nazari
  • Rasoul Hajizadeh
  • Mohammad Abbasi
Amol University of Special Modern Technologies, Amol, Iran
چکیده [English]

In this article, the time-sensitive networking protocol on the MIL-STD-1553 data bus is implemented and evaluated to reduce the average packet reception delay. The most important feature of this bus is its high reliability. One of the parameters addressed in this bus is the certainty of data arrival along with the defined delay, meaning the bus is designed in a way that the probability of creating delays beyond the standard does not exist. However, despite all the good properties of this bus, its low speed is not suitable for modern systems today. In this article, the delay issue and its guarantee based on time-sensitive networking are examined. The proposed method prioritizes packets exchanged in the 1553 data bus. OMNET++ software is used for implementation, and simulation results show that delays have been less compared to the 1553 bus, and while the size of these delays remains constant, their amount is almost constant under conditions where there is an increase in data volume and its transfer rate. The proposed time-sensitive protocol reduces the average maximum network delay by 86 percent.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Data bus
  • Aviation systems
  • Time sensitive network

مراجع

[1] A.A. Tawfik, A.D. Elbayoumy, M. Hussein, and A. H. Elghandour. "A New Security Mechanism for MIL-STD-1553 Using Authenticated Encryption Algorithms." In 2024 6th International Conference on Computing and Informatics (ICCI), 115–19. New Cairo - Cairo, Egypt, 2024.
[2] J. Banks. "Towards a Common and Repeatable Standard in MIL-STD-1553 Cyber Attack Detection." PhD diss., Queen’s University, 2023.
[3] H. Sağırkaya, and E. Güran Schmidt. "An Approach for Defining Faults in MIL-STD-1553 Bus in an Avionics Architecture." In 2023 IEEE/AIAA 42nd Digital Avionics Systems Conference (DASC), 1–5. IEEE, 2023.
[4] E. Lee. MIL-STD-1553 Tutorial. Technical Report 3.41. CONDOR Engineering, June 2000.
[5] L. Zhao, F. He, E. Li, and J. Lu. "Comparison of Time-Sensitive Networking (TSN) and TTEthernet." In AIAA/IEEE Digital Avionics Systems Conference - Proceedings, vol. 2018-Septe, 2018.
[6] C.M. Fuchs. "The Evolution of Avionics Networks From ARINC 429 to AFDX." Innovative Internet Technologies and Mobile Communications (IITM), and Aerospace Networks (AN) 65 (2012).
[7] F. He, L. Zhao, and E. Li. "Impact Analysis of Flow Shaping in Ethernet-AVB/TSN and AFDX from Network Calculus and Simulation Perspective." Sensors (Switzerland) 17, no. 5 (2017).
[8] E. Mohammadpour, E. Stai, M. Mohiuddin, and J.Y. Le Boudec. "Latency and Backlog Bounds in Time-Sensitive Networking with Credit-Based Shapers and Asynchronous Traffic Shaping." In Proceedings of the 2018 International Workshop on Network Calculus and Applications, NetCal2018 - Co-located with the 30th International Teletraffic Congress, ITC 2018 and 1st International Conference in Networking Science and Practice, 1–6. 2018.
[9] L. Zhao, P. Pop, Z. Zheng, H. Daigmorte, and M. Boyer. "Latency Analysis of Multiple Classes of AVB Traffic in TSN with Standard Credit Behavior Using Network Calculus." IEEE Transactions on Industrial Electronics 68, no. 10 (2021): 10291–302.
[10] L. Martenvormfelde, A. Neumann, L. Wisniewski, and J. Jasperneite. "A Simulation Model for Integrating 5G into Time-Sensitive Networking as a Transparent Bridge." In IEEE Symposium on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), vol. 2020-Septe, 1103–6. 2020.
[11] B. Fang, Q. Li, Z. Gong, and H. Xiong. "Simulative Assessments of Credit-Based Shaping and Asynchronous Traffic Shaping in Time-Sensitive Networking." In 2020 12th International Conference on Advanced Infocomm Technology (ICAIT), 111–18. 2020.
[12] S.S. Craciunas, and R.S. Oliver. "An Overview of Scheduling Mechanisms for Time-Sensitive Networks." In Proceedings of the Real-Time Summer School (L’École d’Été Temps Réel), 1–7. 2017.
[13] S. Szancer, P. Meyer, and F. Korf. "Migration from SERCOS III to TSN - Simulation-Based Comparison of TDMA and CBS Transportation." In 2018 International Conference Proceedings, vol. 56, 52–40. 2018.
[14] Y. Li, J. Jiang, C. Lee, and S.H. Hong. "Practical Implementation of an OPC UA TSN Communication Architecture for a Manufacturing System." IEEE Access 8 (2020): 200100–11.
[15] “Simulation - CoRE Group.” Accessed February 3, 2022. https://core-researchgroup.de/projects/simulation.html.
[16] P. Varis, and T. Leyrer. "Time-Sensitive Networking for Industrial Automation." Texas Instruments, Texas, SPRY316, January 2018.
مدل سازی در مهندسی
دوره 22، شماره 79
در حال تکمیل شدن
دی 1403
صفحه 99-108

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 29 مهر 1402
  • تاریخ بازنگری: 19 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش: 31 مرداد 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار