Aerospace Log #5 – Standardentwicklung in der Luftfahrt

Von ARINC 429 zu hochkomplexen Glasfaserverbindungen

Ob in der Luftfahrt, in der Verteidigung oder in der industriellen Automatisierung: Embedded Systems sind das Rückgrat komplexer elektronischer Systeme. Doch die Art und Weise, wie Daten zwischen Komponenten übertragen werden, hat sich in den letzten Jahrzehnten grundlegend verändert.

1. ARINC: Der Ursprung standardisierter Kommunikation

Die Geschichte beginnt in den 1940er Jahren mit der Gründung der Aeronautical Radio, Incorporated (ARINC)
Ihr Ziel: Die Standardisierung der elektronischen Kommunikation in Flugzeugen. Damit wurde ARINC zum zentralen Treiber für interoperable Luftfahrtelektronik.

  • ARINC 429 (1977): Der wohl bekannteste Standard, definiert ein unidirektionales, serielles Kommunikationsprotokoll mit einer festen Datenrate von 100 kbit/s. Noch heute ist es in vielen Flugzeugen weltweit im Einsatz.
  • ARINC 629 (1990er): Als Nachfolger von ARINC 429 sollte es bidirektionale, mehrkanalige Kommunikation ermöglichen - z. B. in der Boeing 777.
  • ARINC 664 (2000er): Auch als AFDX (Avionics Full-Duplex Switched Ethernet) bekannt. Es basiert auf Ethernet-Technologie und bringt deterministische Datenübertragung in Echtzeit in die Luftfahrt - die Brücke zur IT-Welt. 

2. Embedded Systems: Wachsende Anforderungen an Bandbreite und Echtzeitfähigkeit

Mit dem digitalen Wandel stiegen die Anforderungen an Embedded Systems deutlich. Was früher analoge Sensoren und einfache Steuerbefehle waren, sind heute hochauflösende Kameras, umfangreiche Diagnosedaten und Echtzeitregelungen. Die Folgen:

  • Datenmengen explodieren: In modernen Flugzeugen oder autonomen Fahrzeugen fallen pro Sekunde mehrere Gigabit an Sensordaten an.
  • Echtzeit-Kommunikation wird kritisch: Steuerbefehle müssen innerhalb von Mikrosekunden zuverlässig verarbeitet werden - egal ob für Fly-by-Wire oder Industrie 4.0-Anwendungen.
  • Integration statt Insellösungen: Der Trend geht zu hochintegrierten Systemarchitekturen mit zentralem Daten-Backbone.

Diese Anforderungen führten zu einem Technologiesprung in der physischen Übertragungsebene.

3. Von Koax zu Fiber Optic: Die physikalische Schicht im Wandel

Früher dominierten Koaxialkabel in der Datenübertragung - robust, elektromagnetisch abgeschirmt und vergleichsweise einfach zu integrieren. Doch sie stoßen an physikalische Grenzen:

  • Begrenzte Bandbreite und Reichweite
  • Gewicht und Biegeradien als Nachteil in der Luft- und Raumfahrt
  • Störanfälligkeit bei elektromagnetischen Interferenzen

Die Lösung: Glasfasertechnologie.

  • Fiber Optics ermöglichen extrem hohe Datenraten - über 10 Gbit/s sind kein Problem.
  • Sie sind unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Strahlung, leicht und ideal für den Einsatz in rauen Umgebungen.
  • Durch Protokolle wie ARINC 818 (Digital Video Interface) findet Glasfaser zunehmend auch in der Video- und Sensordatenübertragung Anwendung.

Die einfache Integration dieser Technologien wurde bereits in der Vergangenheit durch standardisierte Baugruppen wie Board-to-Board Verbindungen nach VITA 67 (Koaxial) unterstützt. Mit zunehmendem Einzug der leistungsstärkeren Glasfaser Technologie wurden jedoch auch diese Standards ersetzt. Die aktuellen Lösungen nach VITA 66 (Board-to-Board Glasfaser) boten die perfekten Voraussetzungen, um die Koaxialverbindungen mit möglichst wenig Aufwand zu ersetzen.

Aufgrund der erheblichen Vorteile der kontaktlosen Expanded Beam Performance Technologie, ist es sehr wahrscheinlich, dass auch die Verbreitung der VITA 66 Variante zukünftig zurück gehen wird, um Platz für den hochpotenten Nachfolger VITA 96 zu schaffen.

4. Ausblick: Glasfaser als Rückgrat zukünftiger Embedded-Netzwerke

Die Zukunft gehört vernetzten, softwaredefinierten Embedded Systems - in der Luft, auf der Straße und in der Industrie. Glasfaser wird dabei zur kritischen Infrastruktur:

  • Skalierbar: Hohe Bandbreiten für neue Anwendungen wie KI-gestützte Sensorik oder Edge-Computing
  • Zukunftssicher: Kompatibel mit modernen Kommunikationsstandards wie Ethernet/IP, AFDX oder Time-Sensitive Networking (TSN)
  • Gewichtseinsparung: Besonders in mobilen Anwendungen ein entscheidender Faktor

Historie trifft High-Tech

Von ARINC 429 über die Anforderungen moderner Embedded Systems bis hin zum Einsatz von Fiber Optics zeigt sich: Standardisierung, Miniaturisierung und Hochleistungsübertragung sind kein Widerspruch, sondern ein logischer Entwicklungspfad. Wer heute Embedded-Kommunikation plant, sollte sich nicht nur an den Standards von gestern orientieren - sondern den technologischen Wandel aktiv gestalten.

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