AFDX (Avionics full duplex switched ethernet) network simulation and performance analysis

Abstract

AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet) also known as ARINC 664 Part 7 is a leading ethernet-based avionics data network used for safety-critical applications having real-time requirements with dedicated bandwidth utilizations. In order to construct a proper AFDX architecture, network configuration aspects such as Bandwidth Allocation Gap, Virtual Link assignment and network topology should be defined by considering performance metrics including line utilization, average and worst-case timings, switch queueing latencies and buffer occupancies in order to satisfy real-time requirements. This thesis is intended to present an AFDX Simulation model that evaluates mentioned aspects of the network before setting-up the actual system. To this end, first the existing OMNeT++ AFDX Model is improved to make a more realistic and easily configurable simulation. Additionally, in order to make the simulation modifiable for those who are not familiar with the OMNeT++ environment and get readable results, a new network configuration and analysis tool, named as ANCAT is proposed. AFDX model and ANCAT are verified with multiple custom-designed experiments and comparison to analytical queueing models. Finally, some realistic network scenarios that both evaluate AFDX performance and demonstrate the capability of the developed OMNeT++ model is represented. ARINC 664 Part 7 olarak da bilinen AFDX, günümüzde emniyet açısından kritik, gerçek zamanlı gereksinimleri ve kendine ayrılmış bant genişliği ihtiyacı olan hava aracı sistemlerinde yaygın olarak kullanılan gerçek zamanlı bir ethernet protokolüdür. Gerçek zamanlı gereksinimleri karşılayabilecek ve en kötü durumlarda bile beklenildiği gibi çalışabilecek bir AFDX mimarisi kurabilmek için AFDX’e has bant genişliği yerleşim aralığı (BAG), sanal bağ atamaları ve ağ yağısı gibi ayarlar, uçtan uca gecikmeler, anahtar gecikmeleri ve doluluk oranları gibi performans kriterleri göz önünde bulunudurularak tasarım yapılmalıdır. Bu çalışmada, bir AFDX mimarisini fiziksel olarak kurup çalıştırmadan söz konusu kıstasları elde edebilmek ve inceleyebilmek için kullanılmak üzere bir AFDX simülasyonu hazırlanması amaçlanmıştır. Bu amaçla, daha önceden oluşturulmuş OMNeT++ AFDX modelindeki eksiklikler giderilmiş, model daha gerçekçi ve kolayca konfigüre edilebilir hale getirilmiştir. Ayrıca, daha önce OMNeT++ ile uğraşmamış kişiler için de simülasonu daha kolay konfigüre edilebilir hale getirebilmek ve okunabilir simülasyon çıktıları elde edebilmek için yeni bir ağ konfigürasyon ve analiz aracı (ANCAT) geliştirilmiştir. Son olarak AFDX modeli ve ANCAT aracını kullanarak teorik ve gerçekçi senaryolar içeren pek çok deney yapılmış, bu deney sonuçlarından yola çıkarak ürünler doğrulanmıştır.