Aerospace Log #5 – Sviluppo di standard nell'aviazione

Da ARINC 429 a connessioni in fibra ottica altamente complesse

Che si tratti di aviazione, difesa o automazione industriale: I sistemi embedded sono la spina dorsale di sistemi elettronici complessi. Tuttavia, il modo in cui i dati vengono trasferiti tra i componenti è cambiato radicalmente negli ultimi decenni. 

1. ARINC: l'origine della comunicazione standardizzata

La storia inizia negli anni '40 con la fondazione di Aeronautical Radio, Incorporated (ARINC). 
Il loro obiettivo: la standardizzazione delle comunicazioni elettroniche negli aerei. ARINC divenne così il motore centrale dell'elettronica interoperabile per l'aviazione. 

  • ARINC 429 (1977): Probabilmente lo standard più noto, definisce un protocollo di comunicazione seriale unidirezionale con una velocità di trasmissione dati fissa di 100 kbit/s. È ancora inserito in molti aerei in tutto il mondo.
  • ARINC 629 (anni '90): successore dell'ARINC 429, era destinato a consentire una comunicazione bidirezionale e multicanale, come ad esempio nel Boeing 777.
  • ARINC 664 (anni 2000): Conosciuto anche come AFDX (Avionics Full-Duplex Switched Ethernet). Si basa sulla tecnologia Ethernet e porta velocità di trasmissione dati deterministiche in tempo reale nell'aviazione - il ponte verso il mondo IT. 

2. Sistemi embedded: Crescenti requisiti di larghezza di banda e capacità in tempo reale

La trasformazione digitale ha aumentato in modo significativo i requisiti dei sistemi embedded. Quelli che un tempo erano sensori analogici e semplici comandi di controllo sono ora telecamere ad alta risoluzione, dati diagnostici approfonditi e controlli in tempo reale.  Le conseguenze: 

  • I volumi di dati stanno esplodendo: Nei moderni aeroplani o veicoli autonomi, ogni secondo vengono generati diversi gigabit di dati da sensori.
  • La comunicazione in tempo reale sta diventando fondamentale: I comandi di controllo devono essere elaborati in modo affidabile entro microsecondi, sia per le applicazioni fly-by-wire che per quelle di Industria 4.0.
  • Integrazione invece di soluzioni isolate: La tendenza è verso architetture di sistema altamente integrate con una dorsale di dati centrale. 

Questi requisiti hanno portato a un salto tecnologico nel livello di trasmissione fisica.

3. Dal cavo coassiale alla fibra ottica: Il passaggio fisico nella transizione

In passato, i cavi coassiali dominavano come soluzione di riferimento: robusti, schermati elettromagneticamente e relativamente facili da integrare. Ma si scontrano con limiti fisici: 

  • Larghezza di banda e portata limitate
  • Peso e raggi di curvatura come svantaggio nell'industria aerospaziale
  • Suscettibilità alle interferenze elettromagnetiche 

È qui che è subentrata la fibra ottica

  • La fibra ottica consente di raggiungere velocità di trasmissione dati estremamente elevate: oltre 10 Gbit/s non sono un problema.
  • Sono insensibili alle radiazioni elettromagnetiche, leggeri e ideali per essere inseriti in ambienti difficili.
  • Grazie a protocolli come ARINC 818 (Digital Video Interface), la fibra di vetro è sempre più utilizzata anche per la trasmissione di dati video e sensori. 

La semplice integrazione di queste tecnologie era già supportata in passato da unità standardizzate come le connessioni scheda-scheda secondo la norma VITA 67 (coassiale). Tuttavia, con la crescente introduzione di tecnologie in fibra di vetro più potenti, anche questi standard sono stati sostituiti. Le attuali soluzioni VITA 66 (fibra di vetro da scheda a scheda) offrivano le condizioni perfette per sostituire i collegamenti coassiali con il minimo sforzo possibile.

A causa dei notevoli vantaggi della tecnologia senza contatto Expanded Beam Performance, è molto probabile che anche la distribuzione della variante VITA 66 diminuisca in futuro per lasciare spazio al suo potentissimo successore, il VITA 96. 

4. Prospettive: La fibra di vetro come spina dorsale delle future reti embedded

Il futuro appartiene ai sistemi embedded definiti dal software e collegati in rete, nell'aria, sulla strada e nell'industria.  La fibra di vetro sta diventando un'infrastruttura critica: 

  • Scalabile: Larghezze di banda elevate per nuove applicazioni come i sensori supportati dall'intelligenza artificiale o l'edge computing
  • A prova di futuro: Compatibile con i moderni standard di comunicazione come Ethernet/IP, AFDX o Time-Sensitive Networking (TSN)
  • Risparmio di peso: Un fattore decisivo, soprattutto nelle applicazioni mobili 

La storia incontra l'alta tecnologia

Da ARINC 429 ai requisiti dei moderni sistemi embedded e all'inserto della fibra ottica: Standardizzazione, miniaturizzazione e trasmissione ad alte prestazioni non sono una contraddizione, ma un percorso logico di sviluppo. Chiunque oggi pianifichi la comunicazione embedded non deve limitarsi a concentrarsi sugli standard di ieri, ma deve dare attivamente forma al cambiamento tecnologico. 

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