ネットワーク
TTEthernetによる混成クリ�カル・シス�
シス�における確固たる通信�とグローバル時間ベ�スの可用性と共に、�てのクリ�カル�機�は� 異なるエンドシス�上で走り、同じネ�ワーク上で通信する余りクリ�カルでな��に影響されません� 帯域��、異なるタイプ�トラフィ�とQoSに適応するよ��割されます�TDMA��
アビオニクス、また�車両シス�において、同じネ�ワークで以下�シス�を持つことが可能です�
- �シス�上で動作するハード�リアルタイ�・ループを持つワイヤ制御による冗長性
- 時間クリ�カルな��タストリー�による表示
- 音声�ビ�通信ネットワーク
- シス�における既存�センサーを利用した統�Vehicle Health Management��IVHM��
- 管�およ�制御の記�
- 整備データの診断、およ�収集用のLinuxベ�ス�込みコンピュータ
- ミッション計画用のWindowsラ��トッ�
TTEthernetは、IEEE 802.3 Ethernet�度抑制、およ�タイ�・トリガ通信サービスを使用する混成クリ�カル・シス�の設計を可能にします� これは、総合帯域�より有効な使用を可能にします(表1参��。比�して�同期ネットワーク通信は�20��25��上�帯域利用�は決定論的ではありません� 非同期と同期トラフィ�での決定論的帯域�利用���70��80��上がり得ます。非同期 vs 同期トラフィ�の能力�概要�、以下�通りです�
リフレク�ブ�メモリ��64ユニット�1kByteメ�ージ/ユニット、定期更新�5kHzで構���
スマ�ト�センサー/アクチュエータ、スタンドアロンの処�ニットなし�100 Mbit/s��
混成クリ�カル・シス�/統合車載ネ�ワーク��1 GbE��
オー�オ/ビデオ配信ペイロード��
ARINC 664 Part7��AFDX��み使用
VPX��VITA46�シス�用のスイ�・ファブリ�としてのTTEthernet
TTEthernetシス�のプロパティ
TTEthernetは、Ethernet上�タイ�・トリガ通信を可能にするタイ�・トリガ・サービスを有します� これら�タイ�・トリガ・サービスは、デバイスのローカル・クロ�の�な同期により実現されるグローバル時間を確立し、維持します� グローバル時間は�要シス�・インタフェースの通信�、精�診断、リソースの有効利用、およ�曖昧でな�義�構�性��ようなシス�・プロパティに対する基礎を形成します�
TTEthernetにおけるデータフロー・オプション
TTEthernetは、Ethernetのトップ上でタイ�・トリガ通信を可能にするサービスを指定します。タイ�・トリガ・サービスは�常のOSI層に並行して存在することができます� これら�サービスを適用する通信コントローラは、シス���他�通信コントローラ、およ�スイ�と同期することができ、このシス�全体�同期からもたらされた時点でメ�ージを送ることができます� これら�メ�ージは、タイ�・トリガ・メ�ージと呼ばれます�
TTEthernetが各種リアルタイ�性を持つアプリケーション中の通信とネットワーク上�安�要求をサポ�トするよ�� タイ�・トリガ��TT�トラフィ��度抑制��RC�トラフィ�、およ�ベスト�エフォート�BE�トラフィ�の3つの異なるトラフィ�・タイプが提供されます� 要求された場合、一致するトラフィ�・タイプ�メ�ージが、メ�ージのEthernet Destinationアドレスに基づき識別されます� 既存�標準へのTTEthernetトラフィ�・タイプ�関係�、図9で描�されます�
図9 既存�通信標準へのTTEthernetの関�
IP、また�UDPのように、より高い層のプロトコルからのメ�ージは、メ�ージの�自体�修正なく、タイ�・トリガ「化」することができます� TTEthernetプロトコル・オーバ��は、シス�中の同期を確立するために使用される�ロトコル制御フレー�と呼ばれる専用メ�ージで送信されます� 要するに、TTEthernetは、データ・メ�ージがメ�ージ��特定��なしに送られる「時」と関連する�けです�
TTメ�ージは、タイ�・トリガ・アプリケーション用に使用されます。�てのTTメ�ージは、事前定義された時間でネットワーク上に送られ、他�全てのトラフィ�・タイプに先行します� TTメ�ージは、�散リアルタイ�・シス�における通信に最適です。TTメ�ージは、�型的にネットワーク上�急速な制御ループを閉じるブレーク・バイ・ワイヤとス�ア・バイ・ワイヤ・シス�用に使用されます� TTメ�ージは、厳格に決定論的な�シス�の設計と試験を可能にし、�てのシス�・コンポ�ネント�振る��マイクロ秒以下�精度で�、�析、試験できます�
RCメ�ージは、厳格なタイ�・トリガ・アプリケーションほど厳格ではな�定論、およ�リアルタイ�要求を持つアプリケーション用に使用されます� RCメ�ージは、帯域��プリケーションに対して事前定義されることを保証し�延と一時的逸脱は、定義された制限を有します� RCメ�ージは�度に信頼できる通信に依存し、穏健な一時品質要求を持つ安�性クリ�カルな自動車と航空�アプリケーション用に使用されます� 典型的に、RCメ�ージは� マルチメ�ア・シス�用にも使用されます�
TTメ�ージと比�て、RCメ�ージは、シス�中の同期時間ベ�スに関して送られます� そ�ため、異なる通信コントローラは、同じレシーバに同じ時点でRCメ�ージを送るかも知れません� 結論として、RCメ�ージは、増加送信ジ�に導くネットワーク・スイ�でキューが満杯になるかも知れません� RCメ�ージの送信速度が優先され、ネ�ワーク・スイ�で制御されるよ��信ジ�の上限は、オフラインで計算でき、メ�ージの損失が防止されます�
BEメ�ージは、古典�Ethernetネットワークとして良く知られる方法をフォローします� これら�メ�ージが送信できるか否か、いかなる遅延が起こるのか、BEメ�ージが受信�到着したのか保証はありません� BEメ�ージは、ネ�ワークの残りの帯域�使用し、TT、およ�RCメ�ージほど優先度はありません� BEメ�ージの典型的なユーザは、Webサービスです。QoS要求�な��ての旧式なEthernetトラフィ��インターネット�プロトコル��、このサービス・クラスにマップすることができます� TTEthernetは�クリ�カルなBEトラフィ�と他�全てのサービス・クラス間�強力な�を適用します(図10参���
図10 TTEthernetは、TT、RC、およ�BEメ�ージを含む
転送同期�ロトコルとしてのTTEthernet
TTEthernetは、�白な同期プロトコルであり、同じ物�信ネットワーク上で、他�トラフィ�、潜在�旧式なトラフィ�と共存できます� フォールトトレランスの�のため、多数の�イスは、同期メ�ージを生成するよ�設定することができます� 同期メ�ージを生成するデバイスは、相互間の多数の仲介デバイスで�されるかも知れません�
TTEthernetは、標準的なEthernetのようなメ�ージ・ベ�ス通信インフラのトップでタイ�・トリガ・サービスの明白な統合を可能にする基本構築ブロ�を定義します� こ�ために、TTEthernetは、恒�点の概念を可能にする明白なクロ�・メカニズ�の新しい応用を定義し、レシーバにおけるメ�ージの送り��再確立を可能にします�
- 明白なクロ�・メカニズ�の応用�同期メ�ージの送信、受信、また�中継に動的�を課す�散コンピュータ・ネットワークにおける��イスは� 同期プロトコル用に使用される同期メ�ージ��専用フィールドにこ�動的�を追�しま�
- 恒�点の精�算:�白なクロ�・メカニズ�のアプリケーションは、同期メ�ージの一時���精�再確立を可能にします� 最初�ス�プにおいて、最悪のケースの�がオフラインで計算されます� 第2ス�プにおいて、各同期メ�ージは、同期メ�ージの受信による「最悪のケースの�マイナス動的�」��され� 動的�は、同期メ�ージが通信チャンネルを通して流れるよ�、同期メ�ージに追�される遅延です。受信時点後�こ�時点は、恒�点と呼ばれます� 一般のフォールトトレランス・アルゴリズ�、およ�個別のフォールトトレランス同期アルゴリズ�のために、メ�ージ送り��、最高�重要度です� 同期メ�ージの送り��再確立�、�散コンピュータ・ネットワークにおけるローカル・クロ�の同期を保障するフォールト�スク同期プロトコルに対して要求されま�
安�性とフォールト�トレランス
ハイレベルの安�性は、TTEthernetのタイ�・トリガ方法により提供され、ネ�ワークと一定�シス�における障害と不規則性を検知します� 最大限�安�、可用性、およ�フォールトトレランスを達成するために、追�の措置を取る�があります�
TTEthernetネットワークは、�の冗長エンドシス�、スイ�、およ�セグメントでセ�ア��することができます� こ�ように、シス�は�害が発生した�合ですら動作し続けます� 冗長ネットワーク・パスは、常にフォールトトレランスTTEthernetシス�で使用され、単一シス�、また�メ�ージの障害は、アプリケーションに影響することなく耐えることができます� �の冗長性が適用される�合、�の障害に耐えられます。シス�全体が前に定義したのと同じ一時条件下で動作し続けることが重要です�
TTEhernetは、スイ�とエンドシス�における監視��統合を可能にします� 監視��、ネ�ワーク上�通信が事前定義されたパラメータに準拠して動作して�かをチェ�します� フォールト�シス�がネ�ワーク・セグメントをブロ�する場合、監視��、ネ�ワーク・セグメント、また�ポ�トを遮断します� �の冗長監視��、最高度の安�要求を満たすように適用することができます(図11参���
図11 TTEthernetは、暗黙的なフォールトトレランス・メカニズ�を提�
フォールトトレランス能�
TTEthernetは、多数の産業アプリケーションに対して調整できるよう設計されて�す。TTEthernetそれ自体が�要�あるフォールトトレランス能力を構�します�
- TTEthernetはスケーラブル�� TTEthernetは、産業制御用のシンプルなマスター・スレーブ同期�ロトコルか、民間アビオニクス用のマルチ�マスター同期プロトコルとして動作するよ�設定できます� 異なるアプリケーション・ドメイン中のTTEthernetの実現コストが著しく減少できるため、このスケーラビリ�は、経済的に極めて有益です� 同様に、TTEthernetのクロス・ドメイン利用は、TTEthernetの実現における潜在�害検知の確�増大させ、匹敵するレベルの緊急性でシス�に配備される時、TTEthernetの「サービス履歴」に�します�
- TTEthernetは、�の一致しな�害に耐える� マルチ�マスター・モードで設定された時、TTEthernetは、完�な不一致省略障害通信パスと、同じ時点での不一致省略障害エンドシス�にすら耐えます� こ�障害モード�、各障害�イスが各メ�ージに対する潜在�不一致ドロ�ングの振る��、その流�通信リンクの何れかとそ�流�通信リンクの何れか上�メ�ージを恣意的にドロ��することを意味します� TTEthernetは、それ故、シス�における�の一致する障害の耐性を要求するシス�・アーキ�チャのより費用対効果�ある実現を可能にします�
- TTEthernetは、恣意的なエンドシス�障害に耐える� TTEthernetにおけるスイ�は、中央バス監視��を実行するよ�定することができます� 中央バス監視��は�1セ�のエンドシス�が恣意的な障害となった�合ですら、これら障害エンドシス�のシス�中へのインパクトを�蔽することを保証します� ノ�ド間通信用のブロードキャスト�バスに基づく�散ハ�ド�リアルタイ�・シス�において、単一の障害ノ�ドが通信バスを独�することを防止することが重要です� 恣意的な障害モード�、タイ�・トリガ通信シス�における誤った振る��類似の障害モードも含みます。TTEthernetスイ�は�害抑止�を確立します�
- TTEthernetは、恒�な障害が存在する場合ですら恣意的な一時的障害に耐えます� フォールトトレランスに�えて、TTEthernetは、�己安定化プロパティも提供します� 言�えれば、同期�、�散コンピュータ・シス�において、多数の�イスの一時的不調後ですら再確立されます� TTEthernetは、恣意的シス�状態から同期シス�状態に安定します� こ�自己安定化プロパティは、コンピュータ・チップ�サイズが�縮小、そのため、一時的不調が増加するとより重要となります� 未来の信頼できる�コンピュータ・ネットワークの設計�、�の一時的不調の効果的かつ�な耐性に依存します�
ネットワーク構�
TTEthernetは、スイ�・ベ�ス・ネットワークに対してIEEE 802.3で�された全ての物�をサポ�トします� 異なる帯域�100 Mb/s�1 Gb/s等)を持つサブネ�ワークですらサポ�トされます�
TTEthernetにおけるスイ�は、データ通信を�する�に中�な役割を持ちます� TTメ�ージは、可能な限り小さな�で事前定義されたスケジュールに従いスイ�でルートされます� シス�設計時点での精�計画は、ランタイ�でのリソースの競合を排除します� TTメ�ージは、最高度の優先レベルを持ちます。これらのメ�ージの1つの計画された送信時間が来たら、このメ�ージは、直ちに送信されます� メ�ージの事前定義された送信のため、スイ�は、媒体が送信時間から解放され�延が排除されることを保障します�
RCメ�ージは、ほとんど�なくルートされます。TTメ�ージが同時に同じ流�ポ�トを経由して送信される�合、TTメ�ージは、RCメ�ージに対して優先されます� TTメ�ージは、RCメ�ージを遅延させ得ます。RCメ�ージは、計画されたTTメ�ージの送信が�ン�ングしておらず�信�最小送信距離を観測する場合に送信されます� スイ�は、流�ポ�トで�つか�RCメ�ージの調整を担当します�
BEメ�ージは、常に最低�優先度を持ちます。RC、およ�TTメ�ージは、同じ流�ポ�トでBEメ�ージを遅延させるか、��ることができます� スイ�は、TT、また�RCメ�ージが送信されな��合、BEメ�ージ用の残りの帯域を使用します�BEメ�ージは、�ン�ングして�全てのRCメ�ージの後に送信されます� こ�方法�、最適な方法でネットワークの帯域を利用します。ツールは、予めTTEthernetシス�を設計、およ�確認するために使用されます� これは、TT、RC、およ�BEメ�ージ用の帯域が、アプリケーションの要求に従い常に十�で、割り込みが最小限度まで縮小されることを保障します。その後、シス�設定�逐次変更が可能です�
TTEthernetスイ�は、エンドシス�のグループへのTTメ�ージの同時配�また�非同期TTEthernetネットワークの接続を可能にします� これは、TTEthernetネットワークがより小さなアプリケーション固有サブネ�ワークに�され、設計を�できる方法です�
サポ�トされるト�ロジー
TTEthernetは、�散コンピュータ・ネットワークにおける同期ローカル・クロ�を可能にします� ネットワークにおけるデバイス間�通信リンク上で送られるメ�ージ経由で��を交換するコンピュータ・ネットワークは、特に興味深�のです� 標準的なEthernetにおいて、エンドシス�は、双方向通信リンク経由でネットワーク・スイ�と接続されます� エンドシス�は、スイ�にメ�ージを送ることにより2番目のエンドシス�、また�エンドシス�のグループと通信した後、受信エンドシス�にメ�ージを中継します� また、スイ�は、双方向通信リンク経由で互いに接続することができます。結果として生じるアーキ�チャは、�ルチ���・アーキ�チャとして�2つのスイ�間�リンクは、�ルチ���・リンクとして言及されます�
通信リンクとスイ�は、エンドシス�間�通信チャンネルを形成します� エンドシス�は、双方向通信リンク経由で互いに直接接続でき、一定�設定上�困難において、エンドシス�とスイ�間�明白な違いを作り出します� 一般に、デバイスの用語を使用して、エンドシス�か、スイ�である物�バイスに言及します� �イスがエンドシス�か、スイ�として言及されるか�、その物�形態より�むしろ、その利用により決定されます�