Brevet FR3008215A1 — publié le 20150109

DISPOSITIF DE COMMUNICATION POUR SYSTEME EMBARQUE SUR AERONEF Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine des systèmes embarqués sur des aéronefs et plus particulièrement celui de l'aide au pilotage et à la maintenance en ligne. Etat de la Technique Pendant les vols, les pilotes ont en permanence besoin d'accéder à des informations pour adapter leur plan de vol aux situations. Certaines données sont directement fournies par le système embarqué, comme les informations sur les points de trajet par exemple, mais d'autres informations ne sont pas accessibles en temps réel directement à bord de l'avion en vol, car provenant du monde extérieur ou monde ouvert et étant disponibles hors de l'environnement aéronautique. Un exemple concret est celui lors d'une phase de vol croisière, où un pilote doit se dérouter sur un aéroport différent de celui de sa destination ou même de celui de déroutement du plan de vol initial. Ce cas de déroutement imprévu peut être la conséquence de situations météorologiques pour lesquelles le terrain de destination n'est plus accessible ou bien être dû à une panne rencontrée sur l'avion ou même encore lié à un passager malade qui nécessite de raccourcir le vol. Dans de tels cas de déroutement, les pilotes sont confrontés au choix d'atterrir sur un aéroport qui n'est pas celui de destination prévue mais qui se doit d'être adapté à la situation. Pour conforter leur choix, les pilotes doivent intégrer des informations connexes sur l'aéroport de déroutement, à savoir : s'il est accessible réglementairement c'est à dire si la visibilité est suffisante pour pouvoir atterrir ; si l'aéroport répond aux besoins de la situation en étant par exemple proche d'un hôpital ou bien s'il y a les équipements de maintenance nécessaire ; 2 3008215 s'il existe sur place une infrastructure hôtelière susceptible d'accueillir tous les passagers ; s'il sera possible un acheminement des passagers vers leur destination finale en sachant qu'il existe à proximité une gare ou une infrastructure routière bien 5 desservie ; si la météo est favorable pour arriver à cette destination ; ou encore si les performances de l'avion et les conditions du jour rendent l'atterrissage compatible avec la piste. 10 Ces informations et leur accessibilité augmentent fortement la conscience de la situation des pilotes et sont des éléments importants dans la sécurité des vols. Ainsi des informations variées sont alors nécessaires en temps réel pour permettre aux pilotes de décider de l'aéroport de déroutement. 15 Or, il n'existe pas dans les systèmes embarqués actuels de moyens simples et efficaces pour accéder à des informations en temps réel, informations essentielles à obtenir en temps utile pour modifier en vol, le plan de vol. L'architecture actuelle du monde avionique qui est communément à base de 20 terminaux se trouve dépassée par rapport aux applications modernes qui utilisent des ressources orientées « dialogue homme machine ». Bien que les moyens informatiques récents, comme les tablettes ou équipements portables aient vu leur avènement auprès des utilisateurs finaux, ceux-25 ci posent des problèmes pour les compagnies aériennes qui veulent moderniser leurs équipements informatiques embarqués. En effet, les fournisseurs d'applications pour le monde avionique de navigation et de maintenance ont été amenés soit à développer de nouvelles applications qui 30 puissent fonctionner sur plusieurs plates-formes à la fois, comme celles bien connues de 10S, Android, Windows 7 ou 8, ou Linux, soit à développer autant d'applications que de plates-formes. Ainsi, il existe le besoin d'une architecture embarquée universelle, versatile et 3 3008215 unifiée qui permette de supporter : tout type d'application, quelle que soit la plate-forme pour laquelle elle est conçue ; et toute plate-forme pour toute application dans une ergonomie unifiée. 5 Par ailleurs, une telle architecture doit de plus permettre une connexion entre des dispositifs portables présents dans la cabine de pilotage et les équipements avioniques existants et aussi permettre une communication double sens avec le sol. 10 De surcroît une telle architecture doit être suffisamment robuste en terme de sécurité pour ne pas être polluée ni déviée car les données transportées sont des données sensibles, propres à une compagnie aérienne et à ses opérations. Bien que les systèmes embarqués existants répondent à certains des besoins 15 mentionnés, ils présentent respectivement des inconvénients qui ne permettent pas de proposer une architecture globale multi plates-formes, multi-applications. Les systèmes connus sont les systèmes de gestion de vol ou « Flight Management System (FMS)» selon l'anglicisme approprié ou les systèmes de préparation de mission communément désignés en anglais «Electronic Flight Bag (EFB) ». 20 Les inconvénients des solutions de type (FMS) sont que les informations nécessaires aux pilotes pour mener à bien leurs missions se trouvent soit sur des fiches papiers élaborées au sol par les services du centre d'opérations de la compagnie aérienne (AOC) et entrées à la main dans le FMS par les pilotes, soit, par 25 transmission directe de l'AOC au FMS par un moyen de communication VHF ou ACARS ou « data link » en anglais. Dans cette solution, les applications AOC destinées aux pilotes ne sont pas toutes automatisées et nécessitent un effort soutenu et une perte de temps pour les pilotes. Aujourd'hui, seule l'application « plan de vol » peut être transmise directement de l'AOC à l'avionique FMS, uniquement 30 sur les avions munis d'ACARS ou ayant des moyens de chargement « gatelink » en anglais. Les aéroports de déroutement où les pilotes pourraient se poser sont prévus par exemple dans un livre d'aéroports de déroutement possibles sur lesquels il est possible de se poser en fonction des données techniques de l'avion et du parcours. Ainsi la solution FMS ne permet pas d'une part une automatisation et d'autre 4 3008215 part une simplification des tâches des pilotes. Par ailleurs, le FMS ne permet pas un accès rapide à la bonne information au bon moment, ce qui est requis pour les informations en temps réel qui ne peuvent être prévues d'avance. 5 Les solutions de type (EFB) sont, elles, associées à une station sol intégrée aux opérations de vols de la compagnie aérienne ou d'un fournisseur de services. Les applications développées pour les systèmes (EFB) se trouvent sur des plates-formes hétérogènes au niveau d'une part du système d'exploitation et d'autre part au niveau du matériel correspondant au système d'exploitation. Elles sont donc 10 spécifiées et développées pour une plate-forme donnée et sont donc dépendantes des plates-formes et ne fonctionnent que sur celles auxquelles elles sont destinées. Ainsi, les architectures actuelles de l'EFB présentent les inconvénients que chaque architecture est basée sur une technologie unique et non polyvalente, soit la technologie PC soit celle des tablettes. 15 Il existe alors le besoin d'une architecture offrant la capacité de satisfaire les applications hétérogènes sur des plateformes hétéroclites tout en permettant une communication entre des équipements portables et les systèmes embarqués de l'avionique. La présente invention répond à ce besoin. Résumé de l'invention Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif permettant de gérer des applications hétérogènes et hétéroclites et permettant une communication entre des équipements portables et les moyens existants embarqués de l'avionique. 30 Le dispositif de l'invention a pour avantage de communiquer avec n'importe quel type de tablette (Android, 10S, Win8, etc..) et de servir d'interface avec les moyens embarqués avioniques. 20 25 Un autre objet de la présente invention est de proposer une architecture 5 3008215 capable de supporter les applications hétérogènes et hétéroclites, à la fois de flight Deck (EFB, pilotes) ainsi que celles de flight Ops (Centre Opérationnel) et de maintenance (Opérations de Maintenance) qui par leur nature même nécessitent d'être compatibles à travers des applications et des plates-formes hétéroclites et 5 hétérogènes. Avantageusement, de par son architecture logique et physique, le dispositif de l'invention est capable de supporter toutes les applications et données relatives aux domaines de vol "Flight" et de "maintenance" quel que soit leur environnement de 10 fonctionnement, PC ou Tablette. Avantageusement, le dispositif de l'invention fournit les informations et les documents nécessaires au travail des pilotes (PNT), des agents de maintenance de l'avion et du personnel de cabine (PNC) dans leurs fonctions. 15 Avantageusement, le dispositif de l'invention opère comme un équipement embarqué dans une architecture ayant des moyens de communication air/sol et des fournisseurs d'informations. 20 A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de communication à bord d'un aéronef comprenant des moyens avioniques pour envoyer et recevoir des données vers/depuis des applications avioniques, et des moyens non-avioniques pour envoyer et recevoir des données vers/depuis des applications non-avioniques. Le dispositif est caractérisé en ce que les moyens avioniques sont couplés aux moyens 25 non-avioniques par des liens de communication série ou parallèle et en ce que les moyens avioniques et non-avioniques comprennent une pluralité d'interfaces de communication aptes à communiquer respectivement avec les applications avioniques et non-avioniques, et des moyens aptes à gérer le partage de ressources informatiques pour opérer à bord de l'aéronef les applications avioniques et non- 30 avioniques. Avantageusement, les interfaces de communication sont des interfaces filaires ou sans fil. En particulier, les interfaces de communication aptes à communiquer avec les applications avioniques sont des interfaces du groupe (ARINC, AFDX) et 6 3008215 les interfaces de communication aptes à communiquer avec les applications non-avioniques sont des interfaces du groupe (Wifi, Bluetooth, 3G, LTE, Ethernet). De plus, le dispositif selon l'invention comprenant des interfaces spécifiques 5 pour les communications satellitaires. Avantageusement, les moyens de gestion des ressources informatiques comprennent des composants de virtualisation, qui utilisent des machines virtuelles et un hyperviseur. 10 Avantageusement, les moyens avioniques comprennent une interface pare-feu pour les communications avec les moyens non-avioniques. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de l'invention comprend des 15 moyens d'affichage à distance pour permettre l'affichage de données sur des unités de dialogue à bord de l'aéronef où les unités de dialogue sont des unités de dialogue d'équipage, des tablettes numériques d'un système embarqué, ou des terminaux portables d'accès à la maintenance. 20 Dans une variante d'implémentation, un système embarqué à bord d'un aéronef comprend au moins deux dispositifs de l'invention couplés par des liens de communication Ethernet. Description des figures 25 Différents aspects et avantages de l'invention vont apparaitre en appui de la description d'un mode préféré d'implémentation de l'invention mais non limitatif, avec référence aux figures ci-dessous : 30 La figure 1 montre schématiquement le système de l'invention ; La figure 2 montre une mise en oeuvre préférentielle du système de l'invention. Description détaillée de l'invention Pour permettre une bonne compréhension de la description, une terminologie des principaux termes utilisés est donnée ci-après : Term Definition ACARS Aircraft Communications Addressing and Reporting System - Système de communication numérique avion/sol AFDX Avionics Full DupleX - réseau Ethernet Avionique AID Aircraft Interface Device - Interface Avionique des dispositifs A/L Airline / Compagnie aérienne AOC Airline Operation Center / Centre d'opérations de la compagnie aérienne ARINC Aeronautical Radio, Inc / Norme aéronautique ARM Microprocesseur à architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer) ATIS Automatic Terminal Information Service - Service d'information automatique du terminal (aéroport) CCDU Cabin Crew Dialog Unit - Unité de dialogue de l'équipage cabine CMS Centralised Maintenance System - Système de maintenance centralisé CPIOM Core Processing I/O Modules - Modules d'E/S du coeur de calcul EFB Electronic Flight Bag - Valise Electronique du Pilote FMS Flight Management System - Système de Gestion de Vol LRU Line replaceable unit - Equipement remplaçable en ligne MCC Maintenance Control Center Centre de Contrôle de la Maintenance MCU Micro Controller Unit - Unité microcontrôleur METAR METeorological Aerodrome Report - Hourly Aerodrome 8 3008215 routine Meteorological Report - Rapport Météorologique de aérodrome. NOTAM NOTice to Airmen - Note à l'Aviateur OS Operating System - Système d'exploitation PMAT Portable Maintenance Access Terminal - Terminal de maintenance Portable PNC Personnel Navigant Commercial PNT Personnel Navigant Technique PU Processing Unit - Unité de traitement (de calcul) SRU Shop replaceable unit - Unité (composant) remplaçable en atelier TAF Terminal aerodrome forecast - Prévision météo du terminal TEMSI Temps significatif (carte météo) WDU Wireless Dialog Unit - Unité de dialogue sans fil WIFI Wireless Fidelity / norme de communication sans fil WINTEM Wind and Temperatures (carte météo) - Vent et températures La figure 1 illustre schématiquement le dispositif de la présente invention. Le dispositif (100) comprend un premier module 'avionique' (102) pour gérer les applications du monde avionique (104), et un second module 'monde ouvert' (106) pour gérer les applications non avioniques du monde ouvert (108). Le module avionique (102) comprend différentes interfaces (110) pour permettre la communication et les échanges de données vers le monde avionique. Les interfaces permettent une communication filaire vers des terminaux de dialogue pilote et peuvent être selon l'environnement des interfaces ARINC 429, AFDX pour ne citer que ces deux exemples sans aucune limitation à l'extension à d'autres interfaces avioniques bien connues de l'homme du métier. Le module avionique comprend de plus une unité centrale de traitement (112) pour gérer l'ensemble des opérations d'entrées/sorties. Le module monde ouvert (106) comprend différentes interfaces (114) pour 9 3008215 permettre la communication et les échanges de données vers le monde ouvert. Les interfaces permettent une communication vers des équipements de type tablettes (IPad, Android, smart phones, etc.) ou de type ordinateurs personnels (PC) portables. Les interfaces disponibles peuvent être des interfaces Wifi pour les 5 communications vers les tablettes opérant comme Unité de Dialogue (UD) déportée ou de support d'applications embarquées natives, ou des interfaces Bluetooth pour permettre les communications avec des applications de maintenance, en particulier des applications de maintenance en ligne. D'autres interfaces peuvent être implémentées afin de communiquer avec des serveurs au sol (118), comme une 10 interface 3G, une interface LTE ou une interface Ethernet pour n'en citer que quelques-unes. Avantageusement, les ports WiFi et Bluetooth sont dimensionnés dans leurs bandes de fréquences et d'amplitude de leurs spectres pour qu'aucun équipement de bord ne soit perturbé lors de la mise en route de ces fonctions. Le module monde ouvert comprend de plus une unité centrale de traitement 15 (116) pour gérer l'ensemble des opérations d'entrées/sorties. Les modules avioniques et monde ouvert sont couplés par des liens de communication série ou parallèle (120) pour permettre les échanges entre les deux modules. Selon les variantes d'implémentation, le protocole de communication intra module comporte différents mécanismes matériel et logiciel qui rendent le dispositif sûr et sécurisé dans son ensemble vis-à-vis du monde ouvert. Ainsi, une couche de type firewall se trouve implémentée sur le module côté avionique du dispositif afin de sécuriser les échanges avec le monde ouvert. D'autre part, un mécanisme d'authentification et un mécanisme de filtrage des messages selon la nature, le contenu, la destination, est implémenté côté monde ouvert de l'équipement pour sécuriser les échanges venant du monde ouvert. Le dispositif de l'invention comprend en plus des interfaces de communication satellitaire de type iridium par exemple. Dans une implémentation préférentielle du dispositif de l'invention, le module monde ouvert est réalisé en utilisant une carte industrielle à base de microprocesseur Intel® et le module avionique est réalisée à base de module avionique IMA tel un module CPIOM. 10 3008215 Avantageusement, l'architecture du système associée à des modules logiciels spécifiques utilisant des technologies de streaming et de virtualisation permet au système d'héberger n'importe quelle application hétérogène et hétéroclite dans un environnement unifié. 5 L'architecture proposée a pour avantage de répondre à de nombreux critères de qualité et en particulier aux critères de : - Versatilité avec un seul équipement pour toute application sur des plates-formes, systèmes d'exploitation et environnements différents tels que : - Applications pour Windows, Linux, Android, IOS (IPad, lphone) ; 10 - Systèmes d'exploitation : Windows (32, 64 bits), Linux, Android, IOS - Evolutivité avec un choix adapté de composants matériels et logiciels selon la technologie : - Architecture matérielle modulaire permettant l'évolutivité en réutilisation tout en minimisant le coût global (TSC) ; 15 Développement logiciel utilisant un langage 5ème génération capable de s'adapter à différentes plates-formes (Windows, Android, IOS, Linux) - Pérennité limitant l'obsolescence technologique à un nombre réduit de modules : 20 - La modularité est choisie de façon à optimiser la réutilisation ; - Les composants susceptibles d'évoluer sont réunis dans un module - Fiabilité et sécurité de l'architecture Système :La défaillance d'une application ne peut ni ralentir, ni perturber une autre application ; - L'architecture matérielle redondante est auto-reconfigurable 25 Certificabilité : le développement se fait selon la norme DO 160 assurant : - La non perturbation des instruments de l'avionique ; Des tests d'interférences électromagnétiques (EMI), de température et de vibration selon la DO 160 / cockpit. 30 Ainsi, le dispositif comprend des modules de virtualisation (Hyperviseur), des logiciels d'affichage à distance (streaMing en anglais) et de pare-feu (firewall en anglais) spécifiques pour les fonctions de l'EFB et de la Maintenance. 11 3008215 Avantageusement le module matériel et logiciel de virtualisation (Hyperviseur), permet au dispositif de faire fonctionner plusieurs machines virtuelles distinctes. L'hyperviseur distribue les ressources du dispositif comme la mémoire, les E/S, etc.. d'une façon indépendante et sécurisée entre les machines virtuelles sous son 5 contrôle. Grâce à cette architecture, les applications fonctionnent sur des machines virtuelles distinctes les unes des autres sans aucune interférence possible. Avantageusement le module logiciel d'affichage déporté (streaming), permet aux pilotes d'afficher n'importe laquelle de ces applications sur leurs terminaux qui 10 peuvent être des tablettes communiquant par WiFi avec le dispositif de l'invention. Ainsi par exemple, une application développée pour un système à architecture Intel (Tablet PC - Windows) fonctionner sur une des machines virtuelles du dispositif opérant en tant que serveur d'application et grâce à la technique de streaming implémentée dans le dispositif, être déportée sur l'interface de communication (IHM) 15 se trouvant sur l'un quelconque des terminaux du pilote (Tablettes ou PC) choisi par une compagnie aérienne. Les modules de virtualisation (Hyperviseur) et de streaming sont adaptés aux normes de l'avionique. En particulier, ils sont développés selon les normes 20 avioniques D0178, D0245, par exemple. Le logiciel de pare-feu est spécifiquement cônfiguré pour les applications EFB et Maintenance. La figure 2 montre une mise en oeuvre préférentielle du système de 25 l'invention. Dans cette implémentation, deux dispositifs sont couplés en parallèle permettant ainsi d'augmenter la fiabilité du système global. Un premier dispositif (202) comprend un module avionique (106) et un module monde ouvert (102) comprenant chacun les différents composants précités d'interfaces et d'unité centrale de traitement tels que décrits en relation avec la 30 figure1. Un deuxième dispositif (204) comprend un module avionique (106) et un module ouvert (102) comprenant chacun les différents composants précités d'interfaces et d'unité centrale de traitement tels que décrits en relation avec la figurel. 12 3008215 Les deux dispositifs (202, 204) sont opérationnellement couplés via des interfaces permettent une communication (206) selon le protocole Ethernet. Chaque dispositif comprend au minimum deux machines virtuelles (VM1_202, VM2 202) pour le premier dispositif (202) et (VM1 204, VM2_204) pour le second 5 dispositif (204). Les machines virtuelles opèrent sous la surveillance d'un hyperviseur (HYP 202) pour le premier dispositif et (HYP 204) pour le second dispositif. Avantageusement, le fonctionnement en parallèle des quatre machines virtuelles sous la supervision d'un hyperviseur de machines virtuelles, permet une sécurité de fonctionnement par redondance du "matériel" ainsi qu'une redondance 10 d'environnement système par double machine virtuelle. Les hyperviseurs fonctionnent en parallèle et exécutent chacun plusieurs machines virtuelles. Les hyperviseurs s'auto surveillent l'un l'autre par un mécanisme de "battements de coeur où chaque machine virtuelle exécute des applications qui peuvent être dupliquées dans des machines virtuelles distinctes et synchronisées 15 entre les dispositifs distincts (202), (204). Ainsi en cas de défaillance d'une application sur une machine virtuelle, la machine jumelle reste en fonctionnement et continue à accomplir la fonction en cours. Ainsi, un protocole "battements de coeur" permet aux applications jumelées de savoir si la jumelle est en état de fonctionnement ou non par auto surveillance. 20 Dans l'implémentation de la figure 2, toute unité de dialogue (UD) (208) peut accéder par une connexion sans fil Wifi à l'une des quatre machines virtuelles. Les unités de dialogue peuvent être les tablettes de l'environnement du système embarqué (EFB), les terminaux portables d'accès à la maintenance (PMAT) ou les 25 unités de dialogue de l'équipage (CCDU). L'homme de l'art appréciera que des variations puissent être apportées sur l'implémentation décrite de manière préférentielle, tout en maintenant les principes de l'invention. En particulier, la présente invention a été décrite sur un exemple de 30 type « dual-dual » ayant deux dispositifs en parallèle, mais pourrait être étendu à une architecture comprenant une pluralité de dispositifs mis en parallèle. Par ailleurs, les éléments matériel et/ou logiciel indiqué pour chaque module d'un dispositif unitaire ne sont pas limitatifs dans la description, et l'homme de l'art comprendra que d'autres éléments matériel et/ou logiciel réalisant la fonctionnalité requise puissent 13 3008215 être utilisés. Pour résumer les avantages principaux de l'invention par l'architecture décrite sont : 5 Le support de différents logiciels d'aide au pilotage quelle que soit la cible logiciel (système d'exploitation) et matériel (architecture processeur); Le support de différents environnements matériels (Intel, ARM, etc.); Le support d'applications hétérogènes ; Le support de plusieurs systèmes d'exploitation ; 10 Le support de différents logiciels d'aide à la prise de décision pour les pilotes. 14 REVENDICATIONS1. Dispositif (100) de communication à bord d'un aéronef comprenant : des moyens avioniques (102) pour envoyer et recevoir des données vers/depuis des applications avioniques (104), et des moyens non-avioniques (106) pour envoyer et recevoir des données vers/depuis des applications non-avioniques (108, 118), caractérisé en ce que les moyens avioniques sont couplés aux moyens non- avioniques par des liens de communication (120) série ou parallèle et en ce que les moyens avioniques et non-avioniques comprennent : une pluralité d'interfaces de communication (110, 114) aptes à communiquer respectivement avec les applications avioniques et non-avioniques ; et des moyens (112, 116) aptes à gérer le partage de ressources informatiques pour opérer à bord de l'aéronef les applications avioniques et non- avioniques. 2. Le dispositif selon la revendication 1 dans lequel les interfaces de communication sont des interfaces filaires ou sans fil. 3. Le dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les interfaces de communication aptes à communiquer avec les applications avioniques sont des interfaces du groupe (ARINC, AFDX) et les interfaces de communication aptes à communiquer avec les applications non-avioniques sont des interfaces du groupe (Wifi, Bluetooth, 3G, LTE, Ethernet). 4. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant de plus des interfaces de communication satellitaire. 5. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel les moyens de gestion des ressources informatiques comprennent des composants de virtualisation. 15 3008215 6. Le dispositif selon la revendication 5 dans lequel les composants de virtualisation comprennent des machines virtuelles et un hyperviseur. 5 7. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel les moyens avioniques comprennent de plus une interface pare-feu pour les communications avec les moyens non-avioniques. 8. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 comprenant de 10 plus des moyens d'affichage à distance pour permettre l'affichage de données sur des unités de dialogue à bord de l'aéronef. 9. Le dispositif selon la revendication 8 où les unités de dialogue sont des unités de dialogue d'équipage, des tablettes numériques d'un système embarqué, ou 15 des terminaux portables d'accès à la maintenance. 10.Un système embarqué à bord d'un aéronef comprenant au moins deux dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lesdits au moins deux dispositifs étant couplés par des liens de communication Ethernet.