Geschichte von ARINC 818

Visuelle Anforderungen führten zur Einführung von ARINC 818

Ein immer größer werdender Bedarf an visuellen Informationen rief die Entwicklung des Protokolls ARINC 818 ins Leben. Zu Anfang dieses Jahrhunderts wurden Infrarot-Sensoren und Sensoren anderer Wellenlängen, optische Kameras, Radar, Flugdatenschreiber, Kartografiersysteme, synthetische Echtzeitsichten („Synthetic Vision“), Bildfusionssysteme, Heads-Up-Displays sowie Heads-Down-Multifunktionsanzeigen, Videokonzentratoren und andere Teilsysteme immer weiträumiger eingesetzt. Diese Videosysteme wurden als Unterstützung auf dem Rollfeld und während des Starts, beim Verladen von Fracht, bei der Navigation, bei der Verfolgung von Zielen, zur Verhinderung von Kollisionen und für andere kritische Funktionen eingesetzt.

Die A400M ist eine der militärischen und zivilen Plattformen, die das Protokoll ARINC 818 verwenden.

Legacy-Lösung Fibre Channel

Fibre Channel Audio Video (FC-AV, wie in ANSI INCITS 356-2002 definiert) erfüllte diesen Bedarf in einem ersten Schritt. Dieses Protokoll bot die Hauptvorteile eines geringen Mehraufwandes mit 8-bit/10-bit bzw. 8b/10b-Codierung über Kupfer- oder Lichtwellenleiter bei Geschwindigkeiten von 1,0625 Gbps und mehr. Das Protokoll verwendete dazu ein Container-System, welches die Aufteilung der Videobilder definierte. Die Übertragung fand überwiegend von Punkt-zu-Punkt (P2P) und unidirektional statt. Dieses Protokoll wurde ausgiebig in der F18 und C130-AMP eingesetzt.

Obgleich das FC-AV-Protokoll im Rahmen zahlreicher Programme eingesetzt wurde, war jede genaue Umsetzung des Protokolls grundsätzlich einzigartig. Es war folglich ein System zur Standardisierung von Hochgeschwindigkeits-Videosystemen erforderlich.

Anstrengungen aus der Branche

Im Jahre 2005 trieb man bei Airbus und Boeing die Bestrebungen voran, die Entwicklungsmöglichkeiten der Programme Boeing 787 und Airbus A400M weiter zu ergänzen und eine Standardisierungsanfrage wurde durch das Digital Video Subcommittee der ARINC eingeleitet. Die Konsolidierung vieler proprietärer Standards von Honeywell, Rockwell Collins, Thales und anderen Unternehmen wurde zu einem weiteren Hauptziel.

Das Digital Video Subcommittee der ARINC entwarf in der Folge das Protokoll ARINC 818 Avionics Digital Video Bus, welches die hohen Bandbreiten liefert, die für Videosysteme benötigt werden, sowie eine präzise Zeitsteuerung bei zeilensynchronen Anzeigen ermöglicht. Fibre Channel verblieb als physische Schicht für den Bus und bot ebenfalls die Vorteile der Routing- und Protokollierungsfähigkeiten moderner Netzwerkprotokolle. FC ist ebenfalls deterministischer Natur und weist eine niedrige Latenz auf. ARINC 818 umfasste letztlich auch eine Fehlererkennung. Anfänglich wurden acht Verbindungsgeschwindigkeiten von 1,0526 bis 8,5 Gb/s unterstützt. Das Protokoll stellte die Interoperabilität zwischen den Komponenten desselben Systems sicher, wobei gleichzeitig jedes System durch ein ICD („Interface Control Document“) geregelt wurde.

ARINC 818 wurde im Oktober 2006 erstmals mit großer Unterstützung durch die Branche ratifiziert. Seitdem wurde ARINC 818 als Videoübertragungsprotokoll für Cockpit-Anzeigen an Bord der Boeing 787, des Airbus A350 sowie A400M, der C130AMP und den Aufrüstungsprogrammen für die C-17, F15 und F18 sowie zahlreiche weitere zivile und militärische Luftfahrzeuge verwendet.

Praktische Innovationen

In den darauf folgenden Jahren bereiteten projektspezifische Umsetzungen den Weg für eine noch höhere Flexibilität des Protokolls. Das Unternehmen Great River Technology, welches auch als Teil des Digital Video Subcommittee bei der Ausarbeitung des ARINC-Protokolls mitgewirkt hatte, nahm bei diesen Anstrengungen eine führende Rolle ein. Zu den so umgesetzten Innovationen gehörten unter anderem:

  • Kompression und Verschlüsselung: das ursprüngliche Protokoll war nur für unkomprimierte Daten konzipiert worden. Hochauflösende Sensoren und die Verarbeitung sensibler Daten machten sowohl eine Kompression als auch Verschlüsselung dieser Daten notwendig. Die hieran beteiligten Algorithmen werden im ICD beschrieben und nicht als Teil des Protokolls selbst.
  • Schaltfunktionen: anstelle einer strengen Einhaltung des Punkt-zu-Punkt-Prinzips (P2P) wurden auch Schaltfunktionen umgesetzt, allerdings nur zwischen den Videobildern, sogenanntes „Smart Switching“ (intelligentes Umschalten).
  • Kanalbündelung (Channel Bonding): die Bandbreite konnte erhöht werden, indem ein einzelnes Videobild über mehrere Verbindungen übertragen wird.
  • Verbindungen zur ausschließlichen Übertragung von Daten und bidirektionale Schnittstellen: diese Innovationen ermöglichen den Einsatz von Steuerleitungen, die üblicherweise eine viel niedrigere Übertragungsrate erfordern, wie im jeweiligen ICD festgelegt.
  • Teilweise Abbildung, Bildkachelung und Hervorhebung von Bildbereichen: zusätzliche Kontrollmöglichkeiten machen horizontale und vertikale Zuschnitte möglich und erlauben so die Hervorhebung bestimmter Bildbereiche.
  • Ausgereiftere CRC-Berechnung: dies half bei der Überwindung einiger früher Schwierigkeiten bei der CRC-Umsetzung.

Für zukünftige Entwicklungen gerüstet

Die ARINC Spezifikation 818-2 (ARINC 818-2) legte diese Innovationen Ende des Jahres 2013 fest. In diesem Zusammenhang wurden auch sechs weitere Übertragungsgeschwindigkeiten von 5,0 bis 28,05 Gb/s eingeführt. Damit greift man der Kapazität zukünftiger FPGA und auch der Nachfrage nach noch höheren Geschwindigkeiten bei der Video- und Datenübertragung in der Luftfahrt bereits vorweg. Im Frühjahr 2017 waren Verbindungsgeschwindigkeiten von 4,25 Gb/s mittlerweile der Standard, wobei eine dreifache Erhöhung kurz bevor stand.