L'augmentation du nombre de systèmes interconnectés et l’expansion des données échangées dans les réseaux avioniques ont contribué à la complexification des architectures de communication. Pour gérer cette évolution, une nouvelle solution basée sur un réseau cœur haut débit, e.g., l'AFDX (Avionics Full DupleX), a été implémentée sur l'A380. Cependant, il reste des réseaux bas débit, e.g, CAN ou A429, utilisés pour certaines fonctions spécifiques. Cette architecture réduit le délai de développement, mais en contrepartie, elle conduit à de l’hétérogénéité et à de nouveaux challenges pour garantir les contraintes temps-réel. Pour résoudre ces challenges, une architecture homogène basé sur l'AFDX pourrait apporter de grands avantages, tels que une facilité de l'installation et maintenance, et une réduction de poids et coûts. Cette architecture homogène doit supporter des applications de criticités mixtes, où coexistent les trafics critiques (SCT), Best-effort (BE) et le trafic AFDX actuel (RC). Pour atteindre ce but, nous commençons par évaluer les avantages et les inconvénients des solutions existantes par rapport aux contraintes avioniques. Cela nous conduit à sélectionner le Burst Limiting Shaper (BLS) (proposé par le groupe IEEE Time Sensitive Networking (TSN)) allié à un ordonnanceur Static Priority non-preemptif. Ainsi, nous identifions quatre contributions principales dans cette thèse. Tout d'abord, nous spécifions un AFDX étendu avec le TSN/BLS. Une analyse préliminaire basée sur de la simulation a donné des résultats encourageants pour poursuivre sur cette voie. En second, nous détaillons une analyse temporelle de l'AFDX étendu, grâce au Network Calculus, pour calculer des bornes maximales des délais pire cas des différents types de trafic, pour prouver le déterminisme du réseau et le respect des contraintes temporelles. Une analyse de performance préliminaire montre l'efficacité de la solution à améliorer les délais de RC, tout en garantissant les contraintes. Cependant, cette analyse a aussi montré certaines limitations du modèle en termes de pessimisme. Notre troisième contribution est par conséquent la réduction de ce pessimisme, grâce à une seconde modélisation de l'AFDX étendu, et à une méthode de paramétrage des variables système. Cette méthode permet d'améliorer les performances de RC tout en garantissant les contraintes temporelles du SCT et RC. Finalement, nous validons notre proposition à travers des études de cas avioniques réalistes pour vérifier son efficacité. Les résultats montrent une forte amélioration des délais de RC ainsi que de l'ordonnançabilité de SCT et RC, en comparaison à l'AFDX actuel et au Deficit Round Robin. / The growing number of interconnected end-systems and the expansion of exchanged data in avionics have led to an increase in complexity of the communication architecture. To cope with this trend, a first communication solution based on a high rate backbone network, i.e., the AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet), has been implemented by Airbus in the A380. Moreover, some low rate data buses, e.g., CAN or ARINC 429, are still used to handle some specific avionics domains. Although this architecture reduces the time to market, it conjointly leads to inherent heterogeneity and new challenges to guarantee the real-time requirements. To handle these emerging issues, a homogeneous avionic communication architecture based the AFDX technology to interconnect different avionics domains may bring significant advantages, such as easier installation and maintenance and reduced weight and costs. Furthermore, this homogeneous communication architecture needs to support mixed-criticality applications, where safety-critical traffic (SCT), current rate constraint AFDX traffic (RC) and best effort traffic (BE) co-exist. To achieve this aim, first, we assess the pros and cons of most relevant existing solutions vs the main avionics requirements, to support mixed-criticality applications on the AFDX network. Afterwards, the Burst Limiting Shaper (BLS) (proposed by IEEE Time Sensitive Networking (TSN) Task group) on top of a Non-Preemptive Static Priority (NP-SP) scheduler has been selected as the most promising solution. Hence, our main contributions in this thesis are fourfold. First, we specify the extended AFDX incorporating the TSN/BLS on top of NP-SP. A preliminary performance analysis based on simulations has been conducted. These first results were encouraging to pursue this proposal. Second, we conduct a timing analysis of the extended AFDX using Network Calculus to compute the delay upper bounds of the different traffic classes and prove the determinism of such a solution. The preliminary performance evaluation has shown the efficiency of the extended AFDX to enhance the RC delay bounds while guaranteeing the constraints. However, they have also highlighted some limitations of the proposed model in terms of pessimism. Third, we introduce a second model of the extended AFDX to enhance the delay bounds tightness. Moreover, we propose a tuning method of TSN/BLS parameters to enhance as much as possible the RC timing performance, while guaranteeing the constraints. Finally, we validate our proposal through representative case studies to assess its efficiency. The results show the enhancements of the RC delay bounds as well as the schedulability level of both SCT and RC traffic, in comparison to the current AFDX and Deficit Round Robin (DRR).

This thesis is classified as an internal experimental project whose aim is to design HW and low level SW of simplified version of the controller for TFE731 turbofan engine according to defined requirements. The expected outputs in addition to the system design is also information about possible technical problems and difficulties arising during the analysis and development of the system. The work covers a brief look into the history of aviation and avionics, theoretical analysis turbofan engine, analysis of measured and controlled variables. Based on the requirements analysis and I/O values is made circuit design (HW) and design of the low level control software.

ITC/USA 2013 Conference Proceedings / The Forty-Ninth Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 21-24, 2013 / Bally's Hotel & Convention Center, Las Vegas, NV / With the advent of networked based data acquisition systems comes the opportunity to acquire, transmit and store potentially very large volumes of data. Despite this, and the increased size of the data acquisition networks, the use of tightly integrated hardware, and setup and analysis software enable the FTI engineer to save time and increase productivity. This paper outlines how the use of innovative bus packetizer technology and the close integration of FTI software can simplify this process. The paper describes how packetizer technology is used to acquire data from avionics buses, and how it packages this data in a format that is optimized for network based systems. The paper further describes how software can simplify the process of configuring avionics bus monitors in addition to automating and optimizing the transport of data from various nodes in the acquisition network for transmission to either network recorders or via a telemetry link.

Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: The development of an integrated avionics system containing all the required sensors and actuators for autopilot control is presented. The thesis analyzes the requirements for the system and presents detailed hardware design. The architecture of the system is based on an FPGA which is tasked with interfacing with the sensors and actuators. The FPGA abstracts a microprocessor from these interface modules, allowing it to focus only on the control and user interface algorithms. Firmware design for the FPGA, as well as a conceptualization of the microprocessor software design is presented. Simulation results showing the functionality of firmware modules are presented. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die ontwikkeling van ‘n geïntegreede avionika‐stelsel wat al die vereiste sensors en aktueerders vir outoloods‐beheer bevat, word voorgestel. Die tesis analiseer die vereistes van die stelsel en stel ‘n hardeware‐ontwerp voor. Die argitektuur van die stelsel bevat ‘n FPGA wat ‘n koppelvlak met sensors en aktueerders skep. Die FPGA verwyder die mikroverwerker weg van hierdie koppelvlak modules en stel dit sodoende in staat om slegs op die beheer en gebruikerskoppelvlak‐algoritmes te fokus. Sagteware‐ontwerp vir die FPGA, asook die konseptualisering van die sagtewareontwerp vir die mikroverwerker, word aangebied. Simulasie resultate wat die funksionaliteit van die FPGA‐sagteware modules aandui, word ook voorgestel.

La complexité des architectures de communication avioniques ne cesse de croître avec l’augmentation du nombre des terminaux interconnectés et l’expansion de la quantité des données échangées. Afin de répondre aux besoins émergents en terme de bande passante, latence et modularité, l’architecture de communication avionique actuelle consiste à utiliser le réseau AFDX (Avionics Full DupleX Switched Ethernet) pour connecter les calculateurs et utiliser des bus d’entrée/sortie (par exemple le bus CAN (Controller Area Network)) pour connecter les capteurs et les actionneurs. Les réseaux ainsi formés sont connectés en utilisant des équipements d’interconnexion spécifiques, appelés RDC (Remote Data Concentrators) et standardisé sous la norme ARINC655. Les RDCs sont des passerelles de communication modulaires qui sont reparties dans l’avion afin de gérer l’hétérogénéité entre le réseau cœur AFDX et les bus d’entrée/sortie. Certes, les RDCs permettent d’améliorer la modularité du système avionique et de réduire le coût de sa maintenance; mais, ces équipements sont devenus un des défis majeurs durant la conception de l’architecture avionique afin de garantir les performances requises du système. Les implémentations existantes du RDC effectuent souvent une translation direct des trames et n’implémentent aucun mécanisme de gestion de ressources. Or, une utilisation efficace des ressources est un besoin important dans le contexte avionique afin de faciliter l’évolution du système et l’ajout de nouvelles fonctions. Ainsi, l’objectif de cette thèse est la conception et la validation d’un RDC optimisé implémentant des mécanismes de gestion des ressources afin d’améliorer les performances de l’architecture de communication avionique tout en respectant les contraintes temporelles du système. Afin d’atteindre cet objectif, un RDC pour les architectures réseaux de type CAN-AFDX est conçu, intégrant les fonctions suivantes: (i) groupement des trames appliqué aux flux montants, i.e., flux générés par les capteurs et destinés à l’AFDX, pour minimiser le coût des communication sur l’AFDX; (ii) la régulation des flux descendants, i.e., flux générés par des terminaux AFDX et destinés aux actionneurs, pour réduire les contentions sur le bus CAN. Par ailleurs, notre RDC permet de connecter plusieurs bus CAN à la fois tout en garantissant une isolation entre les flux. Par la suite, afin d’analyser l’impact de ce nouveau RDC sur les performances du système avionique, nous procédons à la modélisation de l’architecture CAN-AFDX, et particulièrement le RDC et ses nouvelles fonctions. Ensuite, nous introduisons une méthode d’analyse temporelle pour calculer des bornes maximales sur les délais de bout en bout et vérifier le respect des contraintes temps-réel. Plusieurs configurations du RDC peuvent répondre aux exigences du système avionique tout en offrant des économies de ressources. Nous procédons donc au paramétrage du RDC afin de minimiser la consommation de bande passante sur l’AFDX tout en respectant les contraintes temporelles. Ce problème d’optimisation est considéré comme NP-complet, et l’introduction des heuristiques adéquates s’est avérée nécessaire afin de trouver la meilleure configuration possible du RDC. Enfin, les performances de ce nouveau RDC sont validées à travers une architecture CAN-AFDX réaliste, avec plusieurs bus CAN et des centaines de flux échangés. Différents niveaux d’utilisation des bus CAN ont été considérés et les résultats obtenus ont montré l’efficacité de notre RDC à améliorer la gestion des ressources du système avionique tout en respectant les contraintes temporelles de communication. En particulier, notre RDC offre une réduction de la bande passante AFDX allant jusqu’à 40% en comparaison avec le RDC actuellement utilisé. / The aim of my thesis is to provide a resources-efficient gateway to connect Input/Output (I/O) CAN buses to a backbone network based on AFDX technology, in modern avionics communication architectures. Currently, the Remote Data Concentrator (RDC) is the main standard for gateways in avionics; and the existing implementations do not integrate any resource management mechanism. To handle these limitations, we design an enhanced CAN-AFDX RDC integrating new functions: (i) Frame Packing (FP) allowing to reduce communication overheads with reference to the currently used "1 to 1" frame conversion strategy; (ii) Hierarchical Traffic Shaping (HTS) to reduce contention on the CAN bus. Furthermore, our proposed RDC allows the connection of multiple I/O CAN buses to AFDX while guaranteeing isolation between different criticality levels, using a software partitioning mechanism. To analyze the performance guarantees offered by our proposed RDC, we considered two metrics: the end-to-end latency and the induced AFDX bandwidth consumption. Furthermore, an optimization process was proposed to achieve an optimal configuration of our proposed RDC, i.e., minimizing the bandwidth utilization while meeting the real-time constraints of communication. Finally, the capacity of our proposed RDC to meet the emerging avionics requirements has been validated through a realistic avionics case study.

Les architectures de communication avionique actuelles impliquent un poids et des coûts d'intégration importants à cause de la quantité croissante du câblage et des connecteurs utilisés. Afin de répondre à ces besoins émergents, nous avons proposé dans cette thèse l'intégration des technologies sans fil dans le contexte avionique comme principale solution pour diminuer le poids et la complexité dus au câblage. Tout d’abord, nous avons conçu un réseau avionique de secours basé sur la technologie HRUWB, implémentant un protocole d'arbitrage TDMA et des divers mécanismes de fiabilité pour garantir les exigences de déterminisme et de sûreté. Par la suite, nous avons procédé à l'évaluation des performances de notre proposition en termes de délais en se basant sur des méthodes analytiques. Par ailleurs, nous avons étudié différentes solutions afin d’améliorer les marges d'évolutivité et de fiabilité du système. Enfin, nous avons validé notre réseau proposé à travers une étude de cas avionique réaliste; et les résultats obtenus ont mis en évidence la capacité de notre proposition à garantir les exigences du système en termes de déterminisme et de fiabilité. / The current avionics communication architecture inherits significant weight and integration costs due to the increasing quantity of wires and connectors. In addition, avionics interconnects are still subject to structural failure and fire hazard which decrease reliability and ramify the maintenance. To cope with these arising issues, integrating wireless technologies in avionics context is proposed in this thesis as a main solution to decrease the wiring-related weight and complexity.To achieve this aim, we design an alternative backup avionic network based on HR-UWB technology implementing a TDMA arbitration protocol and various reliability mechanisms to guarantee predictability and reliability requirements.Afterwards, we conduct analytical performance evaluation of our proposal in terms of delays. Moreover, we investigate different solutions to reach further enhancements on the system scalability and reliability.Finally, the validation of our proposal through a realistic avionics case study has been conduced, and the obtained results highlight its ability to guarantee the system requirements in terms of predictability and reliability.

La compréhension des dynamiques d’un environnement, qu’elles soient technologiques ouconcurrentielles, tient une place importante dans les réflexions sur l’adaptation et la survie des firmes.Dans le cas de l’avionique, les bouleversements des années 2000 sont les conséquences de profondschangements dans ses deux secteurs de référence, l’aéronautique et l’électronique, ce qui amène leDépartement Calculateurs de la Division Avionique du Groupe Thales à s’interroger sur sa capacité àsaisir ces changements. Dans ces travaux, nous proposons d’examiner l’un de ces mécanismes, lescapacités dynamiques sensing (définies comme les aptitudes déployées par les firmes pour adapter lesroutines et capacités organisationnelles) et de l’opérationnaliser au travers de la capacité d’intelligencetechnologique.Par l’étude du déploiement de cette capacité au sein du Département, nous montrons en quoil’intelligence technologique est une capacité participant du processus d’apprentissage de la firme,déployée par les managers pour agir sur les processus de définition des Politiques Produits. Pouratteindre cet objectif, nous avons adopté une démarche de recherche-intervention (menée dans le cadred’une Convention Industrielle CIFRE) s’articulant en deux temps. Premièrement, nous montrons autravers de l’opérationnalisation de la capacité d’intelligence technologique au sein du Département quecette dernière sert les managers dans la définition des Politiques Produits. Deuxièmement, les résultatsdes études techniques menées pour ce déploiement contribuent à la compréhension des dynamiquesscientifiques et techniques du secteur avionique. / The understanding of the scientific dynamics of an environment, whether technological orcompetitive, occupies a predominant place in the discussion of adaption and survival of firms. In thecase of avionics, the upheaval in the 2000’s is the consequence of profound changes in its two mainsectors, aeronautics and electronics. This drove the Computer Department, part of the AvionicsDivision of Thales Group, to question its ability to handle these evolutions. In this thesis, we examineone of these mechanisms, the sensing dynamic capability (defined as the aptitudes deployed by firmsin order to adapt routines and organizational capabilities) and we put it into practice throughtechnological intelligence capability.By studying the deployment of this ability inside the Department, we show how technologicalintelligence contributes to the learning process of the firm, as it is used by managers in order toinfluence the selection process of Product Policy. In order to achieve this, we adopted a researchinterventionmethodology (with the support of an industrial agreement CIFRE) based on two steps.First of all, we show that through the operationalization of the technological intelligence ability in thedepartment, managers put the latter to use in the selection of product policies. Secondly, the results ofthe technical studies conducted for this deployment add to the understanding of the scientific andtechnological dynamics of the avionics sector.

The number of flights have increased by 80% between 1990 and 2014, and the demand for air travel continues to increase. Even though the aviation sector contributes to economical and social benefits, it still affects the climate change [1]. A first step to minimize the environmental impact is to develop more electric aircraft (MEA), where the idea is to maximize the use of electricity and improve the overall energy effciency [2]. In most of today's aircraft, large mechanical transmission shafts with a lot of components are driven by central power units, termed centralized drive systems. By the use of electromechanical actuators (EMAs), a distributed drive systems can be used instead, which increases functionality, reduces mass, maintenance and energy consumption, as well as improves manufacturing and assembly [3].  When designing electromechanical actuators, one must take into account a lot of parameters that affect each other in various ways. It is often a time-consuming job to find the most optimal choice of architecture. Parameters such as temperature, load, lifetime and effciency to mention a few. This master thesis offers a new analytical tool for EMAs of primary and secondary flight control systems for Saab Avionics Systems. The aim of the analytical tool is to characterize the parts of the system and identify important parameters in order to find the most optimal choice of architecture. The tool focus on the main mechanical components such as the three-phase synchronous permanent magnet motor, power-off brake, two-stage planetary gearbox and ball screw. The tool developed in this project generates an initial design of the EMA with optimized dimensions in order to minimize both mass and energy consumption. It functions by identifying three main groups of parameters: The input parameters: fixed values defined by the customer demands The design parameters: variables that the user can change to find the optimal choice of architecture The output parameters: resulting values of either performance or dimensions By defining few design parameters for each component, and implementing multidisciplinary design optimization (MDO), the analytical tool can find an optimized solution for each specific project in a time-efficient way. The final values of the parameters characterize the performance of the EMA.

The satellite avionics platform has been developed in cooperation with Airbus and is called „Future Low-cost Platform“ (FLP). It is based on an Onboard Computer (OBC) with redundant processor boards based on SPARC V8 microchips of type Cobham Aeroflex UT699. At the University of Stuttgart a test bench with a real hardware OBC and a fully simulated satellite is available for testing real flight scenarios with the Onboard Software (OBSW) running on representative hardware. The test bench as later the real flying satellite "Flying Laptop" – is commanded from a real Ground Control Centre (GCC). The main challenges in the FLP project were - Onboard computer design, - Software design and - Interfaces between platform and payloads In the course of industrialization of this FLP platform technology for later use in satellite constellations, Airbus has started to set up an in-house test bench where all the technologies shall be developed. The initial plan is to get first core elements of the FLP OBSW ported to the new dual-core processor and the new Space Wire(SpW) routing network. The plan also has an inclusion of new Mission Control Software with which one can command the OBC. The new OBC has a dual core processor Cobham Gaisler GR712 and hence, all the payload and related functionality are to be implemented only in a second core which involves a lot of low-level task distribution. The consequent SpW router network application and dual-core platform/payload OBSW sharing are entirely new in the field of satellite engineering.

<p>No Fault Founds (NFFs) are an expensive problem faced by the airline industry. The underlying cause of NFFs are a major focus of research work in the field, but the dearth of consistent data is a roadblock faced by many decision makers. An important risk factor identified is the occurrence rate of NFFs.</p><p>This research work aims to help decision makers in the Airline Maintenance, Repair and Overhaul teams, when faced with recurring NFFs, to make a choice based on value derived from the system and risk preference of the decision maker under uncertainty. The value of the aircraft fleet is laid out using Net Present Value at every decision point along the system life cycle while accounting for the uncertainty in the failure rate information. Two extreme decisions are considered for the decision maker to choose between: rebooting the system every time a failure occurs and results in an NFF which allows for it to recur while reducing uncertainty of the failure rate; or eliminating the failure mode which assumes that the failure does not recur and therefore completely removes the uncertainty. Both decisions have their associated uncertain costs that affect the NPV calculated. We use a Monte Carlo approach to estimate the expected profit from deciding to eliminate the failure mode. We make use of Expected Utility Theory to account for the risk preference of a decision maker under uncertainty and build an Expected Utility Maximizing decision framework.</p>To conclude we give some guidance to interpret the results and understand what factors influence the optimal decision. We conclude that not accounting for uncertainty in estimating a failure rate for the future along with uncertainty in NFF costs can lead to an undesirable decision. If the decision maker waits too long to gather more information and reduce uncertainty, then rebooting the system for the remaining life could be more worthwhile than spending the large amount of money to Eliminate a failure mode. Finally, we conclude that, despite uncertainties in information of occurrence rates and costs of NFFs, an Expected Utility maximizing decision between the two options considered – Reboot and Eliminate – is possible given the available information.