CRAN - Campus Sciences
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Plateau technique RELanS (Réseaux Embarqués dans les Lanceurs Spatiaux)
Département : Ingénierie des Systèmes Eco-Techniques.
Responsables scientifiques : Thierry DIVOUX, Jean-Philippe GEORGES.
Responsable technique : Rémi PANNEQUIN.

Objectifs scientifiques :

Le CRAN entretient depuis 2007 un partenariat pérenne avec le CNES (Centre National d'Eudes Spatiales).
L'objectif est d'étudier le remplacement du vieux bus de communication militaire datant des années 70 embarqué dans les lanceurs, au profit d'un réseau de type COTS (Component On The Shelves) basé sur des standards (Ethernet), plus performant en termes de débit, de fiabilité, de coût,...
Ce système de communication doit non seulement égaler son prédécesseur en matière de temps réel pour la commande, mais supporter de nouvelles applications, de télémétrie par exemple, ou d'acheminement de trafic vidéo. Il doit bien sûr également satisfaire aux contraintes spécifiques du domaine spatial : faible poids, robustesse à la séparation d'étage, rapidité de reconfiguration, possibilité d'observer la totalité du trafic afin de pouvoir en faire l'analyse a posteriori en rejouant les vols.
Les premières études ont conduit à retenir un réseau standard de type Ethernet commuté (figure 21). C'est une véritable rupture technologique qui conduit à utiliser un système a priori non déterministe pour supporter une application temps-réel, et ouvre l'opportunité de rompre avec une commande centralisée au profit d'un contrôle distribué modulaire et plus réactif.
Nous avons montré en appliquant des techniques mathématiques de type « network calculus » que ces contraintes pouvaient être respectées en rejouant des scénarios de vols passés sur ce type d'architecture. Nous avons également développé des techniques de reconfiguration rapide, compatibles avec les exigences de la commande en cas de séparation d'étage ou de défaillance d'un lien ou d'un commutateur. Nous avons ensuite mis en place des mécanismes de classification de service permettant d'envisager le support d'un trafic supplémentaire de télémétrie ou de vidéo, préservant la garantie de bon acheminement du trafic de commande. Enfin, nous avons imaginé un dispositif non invasif d'observation exhaustive de tous les trafics permettant l'enregistrement de l'ensemble des communications au cours d'un vol. Cette dernière phase a soulevé d'importants problèmes de synchronisation d'horloge.
Ainsi, nous avons atteint un niveau de maturité technologique TRL3 (Technological Readiness Level). Il suppose des études analytiques et des expérimentations en laboratoire validant les prévisions sur les éléments séparés de la technologie, et inclut des composants qui ne sont pas encore intégrés ou représentatifs.

Description :

Nous avons décidé de passer au niveau TRL4 pour lequel les composants technologiques (matériels et logiciels) de base sont intégrés afin d'établir que toutes les parties fonctionnent ensemble. Un système de communication grandeur nature a donc été réalisé, avec des composants certes non « durcis spatial », mais implémentant toutes les « briques » validées individuellement au niveau TRL3 (figure 22). Le plateau technique est composé de :
– 8 commutateurs Cisco IE 3000 (implémentant le protocole de synchronisation IEEE1588/PTP),
– 1 commutateur Cisco 2950 series est utilisé pour émuler la liaison sol/bord,
– 93 micros-PC (type Raspberry PI) utilisés pour la génération de trafic (86 à bord et 7 au sol),
– 8 PC contenant deux cartes Ethernet (dont une carte PTP-IEEE1588 Meinberg PTP270-PEX) pour l'observabilité
– 124 câbles Ethernet catégorie 6 (de longueur variable) pour une longueur totale de 192,5 m.
Grace à ce dispositif, nous pouvons aller au-delà de la validation de nos propositions par simulation, et mettre en évidence les lacunes des équipements réseau actuellement disponibles sur le marché.

FIGURE 21 – Topologie du réseau
 
FIGURE 22 – Plate-forme d'expérimentation CNES