Profil TSN dla lotnictwa i kosmonautyki: Konwergencja danych w czasie rzeczywistym i sieci sterowania w kosmosie

Profil sieci wrażliwych na czas (TSN) dla lotnictwa i kosmonautyki, zdefiniowany w standardzie IEEE 802.1DP, zapewnia odporność na błędy czasowe i gwarantuje integralność czasową dla synchronizacji i synchronizacji w sieciach statków kosmicznych. Sieci wrażliwe na czas (TSN) to dojrzała i powszechnie stosowana technologia w sieciach Ethernet, szczególnie w sektorach przemysłu, motoryzacji i telekomunikacji. Jej zdolność do zapewniania niskich i deterministycznych opóźnień, wrażliwości na czas i odporności sprawia, że ​​jest ona niezbędna dla ruchu w czasie rzeczywistym. Jeśli konwencjonalny Ethernet jest jak niepodzielona droga, TSN wprowadza podział pasów ruchu, znaki drogowe i sygnalizację świetlną – radykalnie poprawiając bezpieczeństwo i skracając czas przesyłu danych.

Statki kosmiczne wykorzystują solidne sieci pokładowe do łączenia komputerów pokładowych, czujników, kamer i innych urządzeń awionicznych. Zazwyczaj sieci te są podzielone na szybką płaszczyznę danych dla sygnałów wymagających dużej przepustowości (takich jak wideo i obrazy) oraz oddzielną płaszczyznę sterowania dla poleceń i komunikatów sterujących o niskiej przepustowości, ale krytycznych dla misji. Na przestrzeni lat opracowano wiele technologii, aby sprostać rygorystycznym wymaganiom aplikacji kosmicznych, w tym UART, SPI, I2C, SpaceWire, SpaceFibre, PCIe®, Ethernet i Time-Triggered Ethernet (TTE).

Nowe procesory PIC64-HPSC firmy Microchip reprezentują kolejną generację wysokowydajnych komputerów kosmicznych, gotowych na nowo zdefiniować przyszłość komputerów kosmicznych i sieci pokładowych. Kluczową innowacją jest integracja profilu TSN dla lotnictwa i kosmonautyki, określonego w normie IEEE 802.1DP, z podsystemem Ethernet procesora PIC64-HPSC. Profil TSN dla lotnictwa i kosmonautyki zachowuje wszystkie podstawowe zalety TSN - takie jak niskie opóźnienia, determinizm i synchronizacja - jednocześnie wprowadzając zwiększoną odporność i tolerancję błędów dostosowaną do środowisk kosmicznych. Jednym z najważniejszych postępów jest włączenie standardu IEEE 802.1ASed Fault-Tolerant Timing with Time Integrity.

Standard ten umożliwia niezawodne, odporne na błędy taktowanie w systemach TSN poprzez wykorzystanie wielu źródeł czasu i ścieżek dystrybucji, a także zaawansowanych mechanizmów integralności czasu. Jego główne ulepszenia obejmują:

• Generowanie i zachowywanie uzgodnień czasowych: Wiele węzłów źródłowych czasu (np. Grandmastery PTP) współpracuje w celu ustalenia i utrzymania zunifikowanego czasu, nawet w przypadku błędów lub dryftu oscylatora.
• Dystrybucja czasu: Wprowadzenie koncepcji czasu zależnego i niezależnego pomaga ograniczyć błędy trybu wspólnego podczas dystrybucji czasu.
• Wybór czasu: Algorytm wyboru czasu ocenia przeskok między czasami wejściowymi, aby określić wiarygodność każdego źródła i wygenerować wiarygodny czas wyjściowy.

Procesory PIC64-HPSC w pełni implementują te mechanizmy integralności czasu zgodnie ze standardem IEEE 802.1ASed, oferując:

• Obsługę synchronizacji czasu w maksymalnie czterech niezależnych domenach czasu.
• Dwanaście wybieralnych źródeł czasu na domenę zegara, w tym:
  • Wiele źródeł zewnętrznych (np. odbiorniki GNSS)
  • Czas lokalny statku kosmicznego
  • Wiele Grandmasterów PTP
  • Czas SpaceWire
• Działanie jako instancje przekaźnikowe PTP, instancje końcowe i/lub instancje Grandmaster
• Jednoczesne śledzenie czterech instancji Grandmaster i odzyskiwanie czterech wartości czasu dnia (ToD)
• Wspomagane sprzętowo porównywanie wartości ToD w celu wyboru najbardziej wiarygodnego źródła
• Ciągłe monitorowanie odchyleń ToD z wykrywaniem i raportowaniem wszelkich spadków czasu
• Obsługa uzgodnienia czasu źródła zegara (Clock Source Time Agreement) podczas działania jako instancja Grandmaster PTP

IEEE 802.1AS, oparte na protokole gPTP, stanowi fundament TSN, zapewniając precyzyjną synchronizację czasu między urządzeniami sieciowymi. Rozszerzenie IEEE 802.1ASed dodatkowo poprawia dystrybucję i synchronizację czasu, zwiększając odporność na błędy i integralność czasu. Ten postęp uzupełnia profil TSN dla przemysłu lotniczego i kosmicznego, czyniąc TSN naturalnym wyborem dla sieci statków kosmicznych.

Dzięki pełnej obsłudze profilu lotniczego i kosmicznego IEEE 802.1DP TSN - w tym standardu IEEE 802.1ASed - procesory PIC64-HPSC firmy Microchip otwierają drogę do konwergentnej sieci danych i sterowania w statkach kosmicznych, ustanawiając nowy standard niezawodności i wydajności w misjach kosmicznych.

Gamma Sp. z o.o. jest autoryzowanym dystrybutorem rozwiązań firmy Microchip Technology w Polsce. Zapraszamy do kontaktu z naszym działem handlowym.