Brevet FR2832011A1 — publié le 20030509

SP 18415.69 Ds 283201 1 RESEAU DE COMMUNICATION DE TYPE ETHERNET FULL DUPLEX COMMUTE ET PROCEDE DE MISE EN óUVRE DE CELUI-CI DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne un réseau de communication de type Ethernet full duplex commuté et un procédé de mise en _uvre de celui-ci, notamment dans le domaine avionique Etat de la technique antérieure Le réseau Ethernet, qui est la référence dans le monde des réseaux de communication, permet d'envoyer des données sous forme numérique par paquets, ou "trames", un paquet étant défini comme un ensemble de donnéss envoyé en une seule fois sur le réseau. Dans un réseau Ethernet, les donnces de chaque paquet ne sont pas interprétées. Le réseau les transporte sans connaître leur signification. Un paquet est constitué de deux types de données, des donnces réseaux qui sont utilisés pour acheminer le paquet à bon port et des données utiles qui sont la "charge utile" du paquet. Un réseau Ethernet est constitué d'équipements, qui sont abonnés au réscau, connectés entre eux par l'intermédiaire d'un moyen de communication formé d'équipements actifs appelés commutateurs, qui ont trois rôles: SP 18410.69 DB 283201 1 À connecter les abonnés du réseau en mode point à point via des liens physiques, qui sont les supports physiques qui permettent le transfert des messages, par exemple des câbles en paire toreadée, À acheminer (commuter) les paquets émis par des équipements sources vers un ou des équipements destinataires, À vérifier l'intégrité du paquet Ethernet et son format. La figure 1 illustre un réscau Ethernet constitué de deux commutateurs 11 interaonnectés entre eux et reliés chacun à trois équipements abonnés 12 en mode point à point. Le fonctionnement d'un tel réseau est simple. Chaque abonné du réseau peut émettre des paquets à tout moment sous forme numérique vers un, ou plusieurs autres abonnés. Lorsque les paquets sont recus par un commutateur, les données "information réseau" sont analysées pour connaître le ou les équipements destinataires. Les paquets sont alors commutés vers ces équipements. Dans la désignation "réseau de type Ethernet full duplex commuté": - le terme "full duplex" signifie que l'abonné peut émettre et recevoir en même temps sur la même liaison, - le terme "commuté" signifie que les paquets sont commutés dans les commutateurs sur les sorties appropriées. Un tel réscau peut être, par exemple, un réscau de type 100 Mbit/s full duplex commuté sur paire SP 18410.69 DB 283201 1 toreadée; le terme "paire toreadée" indiquant que les liaisons entre les équipements et les commutateurs sont constituées de deux paires de câbles, chaque paire étant toreadée; le terme 100 Mbit/s indiquant simplement la vitesse d'émission ou de réception des paquets sur le réseau. La technologie Ethernet impose: À une taille minimum et une taille maximum sur les paquets, À une identification de la source et du ou des destinataires dans chaque paquet, À un CRC (ou "cyclic redundancy check") qui permet de vérifier l'intégrité des données transportées. Actuellement, dans le domaine de l'aéronautique civile, les échanges de données entre les différents calculateurs embarqués sont basés sur l'utilisation du standard aéronautique ARINC 429. Le réseau Ethernet full-duplex commuté est. par contre, tilisé couramment dans le domaine industriel. L'émergence de nouvelles technologies de communication fait apparaître un tel réseau comme une solution ouverte et normalisée (IEEE Standard 802.3) avec un fort potentiel de développement en tant que réseau local. Mais, une telle solution ne dispose pas des moyens pour garantir la ségrégation et les performances de transfert (en terme d'accès au réseau, latence,.) nécessaires aux applications avioniques. SP 18410.69 DB 283201 1 La présente invention a pour objectif de proposer un réseau type Ethernet full-duplex commuté et un procédé de mise en _uvre de celui-ci, qui garantissent une ségrégation des donnces et une limite de leur temps de transfert, de manière à permettre une application dans le domaine avionique. Exposé de l 'invention L' invention concerne un réseau Ethernet de type full-duplex commuté comprenant au moins un équipement abonné source et au moins un équipement abonné destinataire reliés entre eux par au moins un lien physique au travers d' au moins un commutateur et par au moins un lien virtuel qui est la représentation concepLuelle d'une liaison d'un équipement source vers au moins un équipement destinataire, caractérisé en ce chaque équipement source, émetteur de trames Ethernet, comporte: - des moyens de ségrégation entre les liens virtuels et d' allocation d'une bande passante par lien virtuel, - des moyens de multiplexage des liens virtuels sur le lien physique issu de cet équipement, chaque trame émise possédant un champ qui identifie le lien virtuel auquel elle appartient. Avantageusement chaque équipement destinataire comporte des moyens pour s'abonner en réception a au moins un lien virtuel et d' assurer la ségrégation entre liens virtuels jusqu'à l 'application. SP 18410.69 DB 283201 1 Avantageusement chaque commutateur comprend des moyens de contrôle de bande passante entrante pour chaque lien virtuel. Il connaît, par une table de configuration statique, les liens virtuels qu'il doit commuter ainsi que le nombre de paquets autorisés pour un lien virtuel. Il comprend: - des moyens pour configurer de façon séparée chaque port d'entrée afin d'indiquer pour chaque trame Ethernet reque vers quels ports de sortie elle doit être dirigée en fonction de l'identifiant du lien virtuel, - des moyens pour surveiller le flux de trames Ethernet associé à chaque lien virtuel qui traverse le commutateur, - des moyens pour remettre en forme le flux de chaque lien virtuel, - des moyens de multiplexage des flux des liens virtuels sur chaque port de sortie. Dans un exemple de réalisation chaque commutateur comprend successivement: - un port d'entrce, - des moyens de contrôle de flux, - un moteur de commutation supportant des transferts multidestinataires, - des moyens de contrôle de flux, - des moyens de remise en forme de flux, - des moyens de multiplexage des liens virtuels, - un port de sortie. SP 18410.69 DB 283201 1 Avantageusement un lien virtuel est caractérisé par: - un sens de transfert, le lien virtuel étant mono-directionnel, - un abonné émetteur unique: ici l'équipement, - un ou plusieurs abonnés en réception: ici les équipements, - une bande passante (nombre maximum de paquets et leur taille par seconde) figée, - un temps maximum garanti de transfert des paquets d'un équipement source vers un équipement destinataire, quel que soit le comportement du reste du réseau, chaque lien virtuel ayant son propre temps de transfert, - un chemin figé sur le réseau, - un identifiant unique. Dans un mode de réalisation avantageux on réalise une redondance réscau, qui consiste à doubler le réseau, chaque abonné ayant une connexion à chacun des deux réseaux. L' invention concerne également un procédé de mise en _uvre d'un réseau de communication de type Ethernet full-duplex commuté comprenant des équipements abonnés sources et destinataires reliés entre eux par au moins un lien physique au travers d'au moins un commutateur et par au moins un lien virtuel qui est la représentation concepLuelle d'une liaison d'un équipement source vers au moins un équipement SP 18410.69 DB r 283201 1 destinataire, caractérisé en ce que dans un service d'émission, on permet à une application d'accéder aux liens virtuels en émission, ce service permettant de multiplexer les liens virtuels vers le lien physique au travers d'un interface Ethernet et pour chaque lien virtuel d'émettre les paquets en fonction de la bande passante allouce à celui-ci. Dans un service de réception, on décode les paquets, on vérifie leur bon format et on met à disposition des applications les donnces utiles. Dans un service de protection de bande passante dans le commutateur, pour chaque lien virtuel entrant, on vérifie les caractéristiques temporelles des paquets et en cas de dépassement des caractéristiques permises, on détruit les paquets pour éviter qu'une défaillance au niveau d'un émetteur ou d'un lien virtuel ne vienne compromettre le trafic dans les autres liens virtuels partant de ce commutateur. Avantageusement dans un service de redondance réseau au niveau abonné, on envoie et on recoit un paquet sur deux liens virtuels afin de mettre en _uvre une redondance réseau, la duplication du réseau, qui est transparente pour les applications, permettant ainsi de se prémunir d'une panne d'un commutateur ou d'une interface. Avantageusement dans un service "sampling", le terminal destinataire ne présente à l'utilisateur que la dernière valeur reaue, et dans lequel, on écrase systématiquement la dernière valeur par le nouveau paquet reau. Dans un service "quenoing" l'équipement destinataire présente à l'utilisateur toutes les donnces qu'il re,coit, ce service permettant: 283201 1 - un envoi d'informations que le destinataire ne veut pas perdre, - un envoi de donnces supérieur à la taille maximum du paquet du lien virtuel, le service en émission découpant alors ces données en paquet, le service réception reformant les donnces pour le mettre à disposition de l 'application récepUrice. Dans un service de "transfert de fichier", on transfère un fichier de données, le service d'émission découpant ce fichier en paquets qui sont ensuite transmis séquentiellement, le service de réception reconstruisant ce fichier. Avantageusement on affecte une bande passante et un temps inter-paquet pour chaque lien virtuel. Dans un mode de réalisation avantageux, sur un même lien virtuel, un abonné en réception affine la sélection des paquets en utilisant les informations d'adressage réseaux contenues dans le paquet. Avantageusement l'intégrité des données étant assurée sur chaque paquet par un CRC qui permet par un calcul de valider les données transmises dans le paquet, on vérifie chaque paquet à chaque entrée d'équipement du réseau, et on détruit tout mauvais paquet afin qu'il ne soit pas utilisé, afin de libérer de la bande passante et afin d'éviter d'encombrer inutilement les commutateurs. SP 18410.69 DB 283201 1 Brève description des dessins - La figure 1 illustre un réseau Ethernet de l'art connu, - la figure 2 illustre le concept de lien virtuel dans un réseau Ethernet selon l 'invention, - la figure 3 illustre un réseau Ethernet dans lequel sont mis en évidence plusieurs liens virtuels selon l 'invention, - les figures 4A et 4B illustrent les moyens composant un équipement, respectivement en émission et en réception, du réseau de l'invention, - la figure 5 illustre les différents éléments constituant un commutateur du réssau de l'invention, - les figures 6 et 7 illustrent différents services mis en _uvre dans le réseau de l 'invention, - la figure 8 illustre l' emplacement des services "sampling", queueing" et "transfert de fichier" vis-à-vis de l'application et des services de liens virtuels, tels qu'illustrés sur les figures 6 et 7, dans le réseau de l' invention, - la figure 9 illustre deux exemples de répartition de paquets dans une séquence, - la figure 10 illustre la fonction de filtrage dans un lien virtuel en réception selon l'invention, - la figure 11 illustre un exemple de temps de transfert pour un lien virtuel VL1 selon l' invention, SP 18410.69 DB 283201 1 - la figure 12 illustre un exemple de vérification du paquet du lien virtuel VL1 de la figure 11 selon l'invention, - la figure 13 illustre la décomposition de la charge utile d'un paquet dans un exemple de mise en _uvre du réseau de l' invention. Exposé détaillé de modes de réalisation Le réseau Ethernet full-duplex commuté de l' invention utilise le concept de lien virtuel pour borner le temps de transfert de bout en bout, c'est-à dire d'un équipement source vers un ou plusieurs équipements destinataires. Concept de lien virtuel Ce concept de lien virtuel (VL) permet d'isoler les transferts de donnces entre un équipement source 13 et des équipements destinataires 14. Le lien virtuel VL est vu comme un "tuyau" sur le réseau, comme illustré sur la figure 2. Un lien virtuel VL est caractérisé par: - un sens de transfert, le lien virtuel étant mono-directionnel, - un équipement source unique 13, - un ou plusieurs équipements destinataires - une bande passante (nombre maximum de paquets et leur taille par seconde) figée, - un temps maximum garanti de transfert des paquets d'un équipement source 13 vers un équipement SP 18410.69 DB 283201 1 destinataire 14, quel que soit le comportement du reste du réseau, chaque lien virtuel ayant son propre temps de transfert, - un chemin figé sur le réseau, - un identifiant unique. Un abonné du réseau peut comporter plusieurs liens virtuels VL1, VL2, VL3, comme illustré sur la figure 3. On a en effet: - un lien virtuel VL1 allant de l'équipement 21 vers les équipements 23, 24 et 25, - un lien virtuel VL2 allant de l'équipement 21 vers les équipements 22 et 23, - un lien virtuel VL3 allant de l'équipement 23 vers l'équipement 22. Lorsque l'équipement 21 veut envoyer un paquet vers les équipements 23, 24 et 25, il émet un paquet sur le lien virtuel VL1. Lorsqu'il veut émettre un paquet vers les équipements 22 et 23, il émet un paquet sur le lien virtuel VL2. La différence entre les liens virtuels VL1 et VL2 se fait par l'identifiant de destination dans le paquet. Sur le réseau, l'appartenance d'un paquet à un lien virtuel se fait par l'identificateur du lien virtuel dans le paquet. Un commutateur connaît, par une table de configuration statique, les liens virtuels qu'il doit commuter ainsi que le nombre de paquets autorisés pour un lien virtuel. Le concept de lien virtuel permet de figer les communications entre les équipements en configurant les routes et les bandes passantes allouées aux liens SP 18410.69 Ds 283201 1 virtuels. Ainsi, le flux formé par un lien virtuel est assuré de ne pas être perturbé par les autres flux partageant les mêmes liens physiques tout au long de sa route dans le réseau. D'autre part, le concept de lien virtuel permet, par une gestion centralisce des flux, de s' assurer que la somme des bandes passantes allouées aux liens virtuels sur un même lien physique ne dépasse pas les capacités de la technologie de celui-ci. Dans l'exemple ci-dessus, la somme des bandes passantes des liens virtuels VL1 et VL2 doit être inférieure à la capacité du lien physique en émission de l'équipement 21. Dans le réseau de l 'invention, chaque équipement comprend: - des moyens 32 qui définissent, en émission, des liens virtuels et qui allouent des bandes passantes en assurant leurs ségrégations. - des moyens 33 qui séquencent, en émission, l'accès des liens virtuels au lien physique, - des moyens 34 qui permettent, en réception, de s'abonner à un ou plusieurs liens virtuels et qui assurent une ségrégation entre les liens virtuels jusqu'à l'application. Les figures 4A et 4B représentent de tels moyens respect ivement en émission et en récept ion entre une application 30 et un contrôleur Ethernet couche physique 31; l' ensemble des moyens 32 et 33 formant une pile de communication 35 et les moyens 34 formant une pile de communication 36. SP 18410.69 DB 283201 1 Dans le réseau de l'invention, chaque commutateur comprend: - des moyens pour configurer de façon séparée chaque port d'entrée afin d'indiquer pour chaque trame Ethernet reçue vers quels ports de sortie elle doit être dirigée en fonction de lidentifiant du lien virtuel, - des moyens pour surveiller le flux de trames Ethernet associé à chaque lien virtuel qui traverse le commutateur, - des moyens pour remettre en forme le flux de chaque lien virtuel (ré-espacement des trames pour chaque lien virtuel) , - des moyens de multiplexage des flux des liens virtuels sur chaque port de sortie. Comme illustré sur la figure 5, un tel commutateur comprend donc successivement: - un port d'entrée 41, - des moyens de contrôle de flux 42, - un moteur de commutation supportant des transferts multidestinataires 43, - des moyens de contrôle de flux 44, - des moyens de remise en forme de flux 45, - des moyens de multiplexage des liens virtuels 44, un port de sortie 47. Ainsi, comme illustré sur la figure 6, le réseau de l' invention est caractérisé par la mise en _uvre de plusieurs services, ou moyens, dans chacun des équipements abonné 50: SP 18410.69 DB 283201 1 À Un service d'émission, dont le rôle est de permettre à une application 52 d'accéder aux liens virtuels en émission. Ce service permet de multiplexer les liens virtuels vers le lien physique 53 au travers d'un interface Ethernet 54 et pour chaque lien virtuel d'émettre les paquets en fonction de la bande passante allouée à celui-ci. À Un service de réception 55 qui permet de décoder les paquets, de vérifier leur bon format et de mettre à disposition des applications les données utiles. Dans ces services d'émission et de réception, le lien virtuel peut être représenté, vu l'application, comme une file d'attente. D'autres services de protection permettent de se prémunir de certaines défaillances du réseau: À Un service de protection de bande passante dans le commutateur, qui permet, pour chaque lien virtuel entrant, de vérifier les caractéristiques temporelles des paquets (l 'espacement entre paquets, la bande passante consommée). En cas de dépassement des caractéristiques permises, les paquets sont simplement détruits, pour éviter qu'une défaillance au niveau d'un émetteur ou d'un lien virtuel ne vienne compromettre le trafic dans les autres liens virtuels partant de ce commutateur. À Un service 60 de redondance réseau au niveau abonné, qui permet d'envoyer et de recevoir un paquet sur deux liens virtuels afin de mettre en _uvre une redondance réscau. La duplication du réseau, qui est transparente pour les applications, permet ainsi de SP 18410.69 DB 283201 1 se prémunir d'une panne d'un commutateur ou dune interface (elle ne remplace pas la redondance de niveau système). Comme illustré sur la figure 7, on trouve en plus des services d'émission et de réception 51 et 55 de la figure 6, un service de redondance réseau émission réception 60, qui est relié à un premier interface Ethernet 61 et à un second interface Ethernet 62. Modes d'émission et de réception Trois services supplémentaires peuvent être fournis par l' interface de communication aux applications au niveau de l'abonné: À "Sampling": l'équipement destinataire ne présente à l'utilisateur que la dernière valeur reque. En réception on écrase systématiquement la dernière valeur par le nouveau paquet requ. Ce service est bien adapté pour recevoir des informations périodiques. À "Queueing": l'équipement destinataire précente à l'utilisateur toutes les données qu'il reçoit, même si le récepteur ne les lit pas assez rapidement. Ce service permet: - un envoi d'informations que le destinataire ne veut pas perdre (tous les paquets sont lus), - un envoi de donnces supérieur à la taille maximum du paquet du lien virtuel. Le service d'émission découpe alors ces données en paquet. Le service de réception reforme les données pour le mettre à disposition de l'application réceptrice. SP 18410.69 Ds 283201 1 @ "ranstert de fichier": ce service permeL de Lansf6rer un fichier de donnes. Le service d'Amission le dAcoupe en paqueLs gui sonL ensoiLe LanGmis s6quenLiellemenL. Le service de rAcepLion reconsLruiL le fichier. De plus il assure une reprise sur erreur (par exemple dans le cas d'un L@lAchargemenL de donndes). La figure 8 indique l'emplacemenL de ceG ervices vis-a-vis des applicaLions et des Gervices des liens virLuels, en reprenanL les rfrences de la figure 6. Transmission de paqueLG sur un lien virtuel L'invenLion ne concerne pas uniquemenL la dfiniLion des liens virLuels, qui sont uLilis@G dans les quipements pour AmetLre eL recevoir des donnes. Elle concerne {galemenL une uLilisaLion parLiculiAre de la bande passanLe alloue, ainsi que des foncLions de sous-filLrage en rcepLion dans un lien virtuel. 1} La bande passanLe alloude et le temps inLer-paqueL La bande passanLe alloue esL dfinie comme le nombre de paqueLs envoys par seconde eL la Laille ce ceux-ci. Mais ceLLe dfiniLion esL incompl@Le car la bande passanLe ne donne pas la rparLiLion dans le temps de ces paqueLs. I1 fauL AgalemenL prAciser le temps minimum respecLer enLre deux paqueLG. Ce Lemps minimum inLer-paqueL (TIP) donne la bande passanLe maimum du lien virLuel pour une Laille de paqueL donne. SP 18410.69 B 283201 1 La figure 9 illustre ainsi deux exemples de répartition de paquets dans une séquence 70: - une répartition 71 de 10 paquets séparés par 1 bit, une répart it ion uniforme 7 2 de 1 0 paquets. Le fait d'indiquer que le temps minimum inter paquet est de 100 ms permet de donner l'enveloppe maximum du trafic sur ce lien virtuel et de par la taille du paquet déduire la bande passante qui est donnée par la formule: Taille du paquet = Bande passante du llen vrtuel Temps minimum inter-paquet L' affectation, d'une bande passante (BP) et d'un temps inter paquet (TIP) pour un lien virtuel ne veut pas dire que des paquets vont être systématiquement émis sur le lien virtuel tous les temps TIP et occuper toute la bande passante allouée. Ces paquets ne sont émis sur le lien virtuel que lorsqu'une application abonné les met à disposition à lémission dans ce lien virtuel. 2) La fonction de filtrage dans un lien virtuel en réception Sur un même lien virtuel, un abonné en réception peut affiner la sélection des paquets en utilisant les informations d'adressage réseaux contenues dans le paquet. Ce mode de filtrage, qui utilise une notion de sous-liens virtuels, donne une plus grande souplesse pour la définition et SP 18410.69 DB 283201 1 l'utilisation des liens virtuels en évitant la création de liens virtuels spécifiques. La figure 10 donne un exemple de lien virtuel qui supporte un train de trois types de paquets (a, b et c). Chaque abonné peut filtrer (75) suivant ses besoins les paquets (abonné A1: paquet a; abonné A2: paquet b; et abonné A3: paquet c). Performances du réseau de l' invention Les performances du réseau de l' invention se déclinent de quatre manières: - intégrité des données, disponibilité du réseau, - déterminisme du réseau, - acheminement de bout en bout des données. 1) Intégrité des données L'intégrité des données est assurée sur chaque paquet par un CRC ("Cyclic Redundancy Check") qui permet par un calcul de valider les données transmises dans le paquet. Le CRC est situé en fin de paquet et il correspond à l'ensemble des bits du paquet (informations réseaux plus les informations utiles). Dans le réseau, un paquet est vérifié à chaque entrce d'équipement du réseau, pour permettre de détruire tout mauvais paquet afin qu'il ne soit pas utilisé, afin de libérer de la bande passante et afin d'éviter d'encombrer inutilement les commutateurs. SP 18410.69 DB 283201 1 2) Disponibilité du réssau Le réseau est partagé par plusieurs systèmes pour les communications. Sa disponibilité a donc un impact non négligeable sur la disponibilité globale. La redondance réseau, qui consiste à doubler le réscau, chaque abonné ayant une connexion à chacun des deux réseaux, un des deux paquets étant sélectionné à la réception, permet d' augmenter cette disponibilité. Cette redondance réseau permet un fonctionnement même avec un commutateur ou des liens défaillants. 3) Déterminisme du réseau Le réseau est un réseau déterministe ce qui signifie que tout paquet, appartenant à un lien virtuel pour une bande passante allouée, est assuré d'accéder au réseau et d'être transmis aux équipements récepteurs avec un temps de latence borné (temps de transit maximum du paquet). Pour un lien virtuel le calaul de latence maximum est donné par la formule: Temps de latence dun lien virtuel = TAs+TTE+ (NSxTTS) +TTR+TAR Avec - TTE: temps de traversce en émission de la pile de communication, qui correspond au temps de mise en forme en paquet dans les services de communication. Ce temps est identique pour tous les liens virtuels, et est dépendant du matériel supportant l'application. SP 18410.69 DB 283201 1 - TAE: temps d'accès à l'émission. La bande passante allouée est donnée sous la forme d'une bande passante maximum et d'un temps minimum entre deux paquets consécutifs (temps inter-paquet: TIP). L'envoi des paquets dans un lien virtuel étant asynchrone par rapport à l'application, si un paquet vient juste d'être émis, on doit attendre un temps TIP pour accéder au réseau: ainsi TAE TIP dans tous les cas. - NS: nombre de commutateurs traversé par le lien virtuel, - TTS: temps maximum de traversée d'un commutateur par un paquet, - TTR: temps de traversée en réception de la pile de communication, qui correspond au temps TTE mais en réception. Ce temps en compte le temps de réception des paquets par les services. Il est identique pour tous les liens virtuels, et est dépendant du matériel supportant l'application. - TAR: temps d'accès en réception. Lorsqu'un paquet est requ par un abonné, il est mis à disposition de l'application à travers une "boîte à lettres". On a au maximum: TAR = TIP. Les temps TAE et TAR sont dus à l'asynchronisme qui existe entre les applications et le réscau à l'émission et à la réception. Indépendamment des liens virtuels, pour le temps de transfert d'un paquet, une première estimation donne au maximum: TTE = 0,5 ms TTR = 0,5 ms TTS = 1 ms SP 18410.69 DB 283201 1 Dans l'exemple illustré sur la figure 11, dans lequel on reprend les références de la figure 2, on obtient: Pour le lien virtuel VL1 allant de l'équipement 13 à l'équipement 14 au travers de deux commutateurs 11, si le temps TIP = 5 ms, la périodicité de lecture = 1 ms, on a: TAE = 5 ms NS = 2 TAR = 1 ms Temps de latence d'un lien virtuel = 9 ms 4) Acheminement de bout en bout des données Le réscau de l' invention assure à chaque paquet un cheminement unique de bout en bout grâce aux liens virtuels. Au niveau de chaque abonné, tout paquet est affecté, à l'émission, à un lien virtuel prédéfini par configuration. Ce paquet contient, dans sa partie adressage, l' identification du lien virtuel. C'est cette identification qui est utilisoe pour le cheminement dans le résaau. Sur tout le cheminement du paquet, à chaque traversée d'un commutateur, un service vérifie si ce paquet est autorisé à passer. De même à la réception un service vérifie l'appartenance du paquet à un lien virtuel autorisé en réception. Si ce n'est pas le cas le paquet est détruit. La figure 12 illustre un exemple de vérification d'un paquet du lien virtuel VL1 de la figure 10. Cette vérification a lieu aux points 80. SP 18410.69 DB 283201 1 Exemple de mise en _uvre du réseau de l' invention dans le domaine avionique Dans cet exemple de mise en _uvre, plusieurs caractéristiques duréscau de l 'invention ont été précisées, afin de simplifier et de normaliser l'emploi de celui-ci dans le domaine avionique. Caractéristiques des liens virtuels 1) Nombre de liens virtuels Suivant le nombre de liens virtuels en émission et réception, on définit trois classes dabonnés: À abonné gros consommateur, À abonné moyen consommateur, À abonné petit consommateur. Une te l le répart it ion est donnce dans le tableau 1 situé en fin de description. 2) Bande passante des liens virtuels Chaque lien virtuel a une bande passante allouée qui est donnce par le temps minimum entre deux paquets (TIP) et la taille du paquet. Le TIP est donné par la formule: TIP = 1 ms x 2k avec K entier de O à 7; soit 1 ms, 2 ms, 4 ms, 8 ms, 16 ms, 32 ms, 64 ms, et 128 ms. Par définition pour chaque lien virtuel, quatre tailles maximum de paquet ont été définies: 16 octets, 98 octets, 226 octets et 482 octets. Cette SP 18410.69 DB 283201 1 taille indique uniquement les données utiles du paquet, utilisées directement par les applications. Pour le calcul de la bande passante, les donnces d'informations réseaux sont également prises en compte. Dans le tableau 2 situé en fin de description sont données, pour chaque taille de paquets (charge utile) et pour chaque temps TIP, les bandes passantes effectives sur le réseau pour un lien virtuel. Le besoin en bande passante en émission des équipements sur avion est faible ( 4, 778 Mbit/s). Pour allouer une bande passante à un lien virtuel, on doit identifier un besoin récl en terme de fréquence d'émission de données et de volume. Les marges sur la bande passante sont données de deux manières, soit par la duplication du lien virtuel, soit par une marge effective sur la bande passante du lien virtuel. Dans ce dernier cas on peut: - allouer une taille utile plus importante que son besoin, SP 18410.69 DB 283201 1 - allouer un temps TIP plus petit, qui permet d' augmenter la fréquence d'émission des paquets, par exemple si le temps TIP passe de 16 ms à 8 ms, on double le nombre de paquets par seconde, - une combinaison de taille utile et de temps TIP. 3) Mode des liens virtuels Trois modes de transfert ont été définis précédemment "sampling", "queueing" et "transfert de fichier". Afin de faciliter les définitions des liens virtuels, chaque lien virtuel est utilisé soit en mode "sampling", soit en mode "queuaing" ou soit en mode "transfert de fichier". 4) Filtrage La possibilité de filtrage dans un lien virtuel permet, pour certains équipements, d'éviter un nombre trop important de liens virtuels en émission et en réception (si même émetteur). On peut par ce moyen regrouper plusieurs liens virtuels en un seul et définir des "sous-liens virtuels", les paquets étant sélectionnés par une information réseau contenue dans le paquet. Le filtrage donne une plus grande flexibilité sur l'utilisation des "tuyaux" de communication et permet une optimisation de leurs utilisations. SP 18410.69 DB 283201 1 Structure et format de la char e utile g Le terme "structure" précise l'agencement de la charge utile (données transmises et reques par les applications) dans le paquet. Le terme "format" spécifie le type de la donnée (entier, binaire, etc.). La structure du paquet et le format des données ne sont pas imposés par le standard Ethernet (contrairement au standard ARINC 429); cependant, les règles suivantes sont respectées dans l'exemple considéré. Comme illustré sur la figure 13, la charge utile comprend: À la validité fonctionnelle (VF) valable pour toutes les données du paquet, À les données proprement dites, codées selon un format standardisé. L'agencement des données proprement dites est à définir d'un commun accord entre émetteur et destinataires. 1) Validité fonctionnelle La validité fonctionnelle est calculée par l'émetteur et est utilisée par le(s) récepteur(s) pour déterminer quel niveau de confiance accorder au paquet transmis. La validité fonctionnelle est codée sur les quatre premiers octets du paquet. La validité fonctionnelle est en quelque sorte le pendant des "SSM" utilisés dans le standard aéronautique ARINC 429. Il y a cependant des différences majeures: SP 18410.69 DB 283201 1 À Cette validité fonctionnelle est purement fonctionnelle, c'est-à-dire qu'elle ne reflète que l'état des données déterminées par l'application émettrice et non celui des ressources qui la supportent. À La validité fonctionnelle peut prendre les valeurs suivantes: - NO: "Normal Operation" - NCD: "No Computed Data" - FTF: "Functional Test" À La validité des ressources du fait de la distanciation entre application et ressource, ne peut être gérce par la validité fonctionnelle. 2) Format des données Afin de banaliser les échanges, les données sont codées suivant un format prédéfini. Celui-ci est le plus proche possible du format "informatique", manipulé par les compilateurs et microprocesseurs, et ce, afin de touj ours éviter au maximum les transformations de format à la charge des applicatifs. Les formats retenus font l'objet de la règle de codage illustrée dans le tableau 3 en fin de description. 3) Regroupement des donnces Le protocole Ethernet est d'autant plus efficace que les informations transmises sont relativement longues. On a donc tout intérêt à regrouper des données pour qu'elles soient envoyées en SP 18410.69 DB 283201 1 une seule fois pour en assurer la cobérence et l'intégrité. Des critères de regroupement des données peuvent être les suivants: À même mode de transfert À même période de rafraîchissement, À affinité fonctionnelle, À même gestion de la validité fonctionnelle. D' r he de conce tion et de dimensionnement du réseau ema c p Afin de pouvoir effectuer une démarche de conception et de dimensionnement du réseau, il est essentiel de définir, au moins d'un point de vue communication, l' architecture matérielle et logicielle des abonnés. Ceci passe par une phase de conception du système et de l' architecture du réseau qui doit clairement identifier: - les équipements physiquement interfacés sur le bus, hors redondance, - les applications abonnés émettrices et réceptrices vues du réseau, - les liens virtuels en tant qu'éléments à part entière de l' architecture du réseau avec sa topologie. Les systèmes doivent prendre en compte les essais et si nécessaire définir des liens virtuels spécifiques permettant de transférer des données vers les moyens d' instrumentation essais. SP 18410.69 DB *283201 1 Pour chaque équipement matériel on doit avoir: son identification: nom du module ou de l'équipement, - sa position dans l' architecture avion. Pour chaque application abonné on doit avoir: - son identification: nom de la fonction, - sa description: un commentaire, - son "mapping" sur équipement matériel dans l' architecture avion, - l'identification de l' interface logique. En effet, un équipement, voire un équipement externe à l'avion, installation d'essais, etc. peut supporter plusieurs abonnés ayant chacun une ou plusieurs interfaces logiques vers un ou plusieurs sous réssaux. Pour chaque lien virtuel on doit avoir: - son identification: nom du lien virtuel, - le type d' information transmis sous forme d'un commentaire, le nom de l 'application émettrice, - les noms des applications réceptrices, - son cheminement sur équipement matériel dans l' architecture avion sous la forme de la liste des commutateurs traversés tel qu'identifiés dans l' architecture, - la bande passante utile (bits/s) , - la taille des paquets: la taille des paquets peut être fixe ou variable dans un lien virtuel, il faut donner la taille maximum, SP 18410.69 DB 283201 1 - le temps TIP, - la justification de la bande passante, la taille des paquets et du temps TIP, - le mode d'utilisation: Pour le mode "queueing", on peut préciser si le paquet est de taille supérieure à 482 octets, - la latence maximum. La définition des liens virtuels est de la responsabilité du système émetteur. Celui-ci doit s' assurer que les équipements en réception prennent en compte les liens virtuels. Moyens utilisés Une base de données supporte cette partie du processus en permettant de définir: À l' architecture matérielle du système avec lensemble des ressources et les câblages, À les abonnés (composants) et leur "mapping" sur l' architecture matérielle, À les liens virtuels du système avec leurs routages. Mise en _uvre d'une pile de communication dans un équipement Une telle pile doit permettre à tout abonné de s'interfacer avec le réseau de communication. Trois approches sont possibles pour l'intégration de cette fonction dans l'équipement abonné: À une carte autonome couvrant l' ensemble des besoins de communication et pouvant s'interfacer SP 18410.69 DB 283201 1 simplement par l'intermédiaire d'un bus au reste de l'équipement, À une liste de composants nécessaires et le logiciel intégrable dans l'équipement cible, À une specification d'interopérabilité abonné avec son plan de validation permettant de s' assurer de la conformité du développement fournisseur avec les exigences fonctionnelles requises. SP 18410.69 DB 283201 1 Tableau 1 Classe d'abonné Nombre de liens Nombre de liens virtuels en virtuels en émission réception Gros consommateur 32 128 Moyen 16 64 consommateur Petit 32 consommateur Tableau 2 Octet 1 ms2 ms4 ms 8 ms16 ms32 ms 64 ms128 ms Utile Bande passante réelle sur le réssau 16672 000 336 000 168 000 84 000 42 000 21 000 10 500 5 250 981 328 000 664 000 332 000 166 000 83 000 41 500 20 750 10 375 2262 352 000 1 176 000 588 000 294 000 147 000 73 500 36 750 18 375 4824 400 000 2 200 000 1 100 000 550 000 275 000 137 500 68 750 34 375 16 0ts= 64 OtSTrame E:bernet 18 OtsEn-tête Eth.- 28 OtsEn-tête UDP/IP- 2 Otschamp Redondance 98 Ots=146 OtsTrame Ethernet 18 CtsEn-tête Eth.- 28 OtsEn-tête UDPiIP- 2 Otschamp Redondance 226 Ots=274 ctsTrame Ethernet 18 OtsEn-tête Eth - 28 OtsEn-rête UDPilP- 2 Otâchamp Redondance 482 Ots=530 OtSTrame Ethernet 18 OtsEn-tate Eth.- 28 OtsEn-tête UDP/IP- 2 Otschamp Redondance Tableau 3 Type Format standardisé Caractère Caractère ASCII 8 bits signé (Arinc 653) Entier Entier 32 bits signé (Arinc 653) Entier non signé Entier 32 bits non signé (Arinc 653) Booléen Entier 32 bits non signé avec info dans LSB Réel FloLtant 32 bits selon IEEE 303 Type propriétaire Format non géré par les IOF SP 18410.69 DB 283201 1 REVENDICATIONS 1. Réseau de communication de type Ethernet full-duplex commuté comprenant au moins un équipement abonné source (13) et au moins un équipement abonné destinataire (14) reliés entre eux par au moins un lien physique au travers d'au moins un commutateur et par au moins un lien virtuel (VL), qui est la représentation concepLuelle d' une liaison d' un équipement source (13) vers au moins un équipement destinataire (14), caractérisé en ce chaque équipement source (13), émetteur de trames Ethernet, comporte: des moyens (32) de ségrégation entre les liens virtuels et d' allocation d'une bande passante par lien virtuel, - des moyens (33) de multiplexage des liens virtuels sur le lien physique issu de cet équipement, chaque trame émise possédant un champ qui identifie le lien virtuel auquel elle appartient. 2. Réseau selon la revendication 1, dans lequel chaque équipement destinataire (14) comporte des moyens pour s'abonner en réception a au moins un lien virtuel et d' assurer la ségrégation entre liens virtuels jusqu'à l'application. 3. Réscau selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel chaque commutateur (11) comprend des moyens de contrôle de bande passante entrante pour chaque lien virtuel. SP 18410.69 DB 283201 1 4. Réseau selon la revendication 3, dans lequel chaque commutateur (11) connaît, par une table de configuration statique, les liens virtuels qu'il doit commuter ainsi que le nombre de paquets autorisés pour un lien virtuel. 5. Réseau selon la revendication 4, dans lequel chaque commutateur (11) comprend: - des moyens pour configurer de façon séparce chaque port d'entrée afin d'indiquer pour chaque trame Ethernet reque vers quels ports de sortie elle doit être dirigée en fonction de l'identifiant du lien virtuel, - des moyens pour surveiller le flux de trames Ethernet associé à chaque lien virtuel qui traverse celui-ci, - des moyens pour remettre en forme le flux de chaque lien virtuel, - des moyens de multiplexage des flux des liens virtuels sur chaque port de sortie. 6. Réseau selon la revendication 5, dans lequel chaque commutateur (11) comprend successivement: - un port d'entrce (41), - des moyens de contrôle de flux (42), - un moteur de commutation supportant des transferts multidestinataires (43), - des moyens de contrôle de flux (44), SP 18410.69 DB 283201 1 - des moyens de remise en forme de flux (45), - des moyens de multiplexage des liens virtuels (46), - un port de sortie (47). 7. Réseau selon la revendication 1, dans lequel un lien virtuel (VL) est caractérisé par: un sens de transfert, le lien virtuel étant mono- directionnel, - un équipement source (13), - un ou plusieurs équipements destinataires (14), - - une bande passante figée, - un temps maximum garanti de transfert des paquets d'un équipement source (13) vers un équipement destinataire (14), quel que soit le comportement du reste du réseau, chaque lien virtuel ayant son propre temps de transfert, - un chemin figé sur le réseau, - un identifiant unique. 8. Réseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on réalise une redondance réscau, qui consiste à doubler le réseau, chaque abonné ayant une connexion à chacun des deux réseaux. 9. Procédé de mise en _uvre d'un réseau de communication de type Ethernet full-duplex commuté comprenant au moins un équipement abonné source (13) et SP 18410.69 DB 283201 1 au moins un équipement abonné destinataire (14) reliés entre eux par au moins un lien physique au travers d'au moins un commotateur et par au moins un lien virtuel (VL), qui est la représentation concepLuelle d'une liaison d'un équipement source (13) vers au moins un équipement destinataire (14), caractérisé en ce que, dans un service d'émission, on permet à une application (52) d'accéder aux liens virtuels en émission, ce service permettant de multiplexer les liens virtuels vers un lien physique (53) au travers d'un interface Ethernet (54), et, pour chaque lien virtuel d'émettre les paquets en fonction de la bande passante allouée à celui-ci. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel, dans un service de réception (55), on décode les paquets, on vérifie leur bon format et on met les données utiles à la disposition des applications. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel, dans un service de protection de bande passante dans le commutateur, on vérifie pour chaque lien virtuel entrant, les caractéristiques temporelles des paquets et, en cas de dépassement des caractéristiques permises, on détruit les paquets pour éviter qu'une défaillance au niveau d'un émetteur ou d'un lien virtuel ne vienne compromettre le trafic dans les autres liens virtuels partant de ce commutateur. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel, dans un service (60) de redondance réseau au SP 18410.69 DB 283201 1 niveau abonné, on envoie et on reçoit un paquet sur deux liens virtuels afin de mettre en _uvre une redondance réseau, la duplication du réseau, qui est transparente pour les applications, permettant ainsi de se prémunir d'une panne d'un commutateur ou d'une interface. 13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel, dans un service "sampling", l'équipement destinataire ne présente à l'utilisateur que la dernière valeur recue, et dans lequel on écrase systématiquement la dernière valeur par le nouveau paquet requ. 14. Procédé selon la revendication 11, dans lequel, dans un service "queueing", l'équipement destinataire présente à l'utilisateur toutes les données qu'il reçoit, ce service permettant: - un envoi d'informations que le destinataire ne veut pas perdre, - un envoi de données supérieur à la taille maximum du paquet du lien virtuel, le service d'émission découpant alors ces données en paquet, le service de réception reformant les données pour le mettre à disposition de l'application réceptrice. 15. Procédé selon la revendication 11, dans lequel, dans un service de "transfert de fichier", on transfère un fichier de données, le service d'émission découpant ce fichier en paquets qui sont ensuite SP 18410.69 DB 283201 1 transmis séquentiellement, le service de réception reconstruisant ce fichier. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, dans lequel on affecte une bande passante et un temps inter-paquet pour chaque lien virtuel. 17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel, sur un même lien virtuel, un abonné en réception affine la sélection des paquets en utilisant les informations d'adressage réseaux contenues dans le paquet. 18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel, l'intégrité des donnces étant assurée sur chaque paquet par un CRC qui permet par un calcul de valider les données transmises dans le paquet, on vérifie chaque paquet à chaque entrce d'équipement du réscau, et on détruit tout mauvais paquet.