Ethernet et PTP à bord : un réseau d'essais en vol qui garde l'heure

Pourquoi les essais en vol sont passés à Ethernet

L'ancien schéma — un codeur PCM par zone, chacun avec son câble vers l'enregistreur et l'émetteur — s'étend mal. Ethernet le remplace par un réseau : unités d'acquisition, caméras, enregistreurs, émetteur de télémesure et écrans de bord partagent des liens gigabit commutés, chaque unité se configure depuis un seul portable, et les mêmes données atteignent plusieurs destinations sans câblage supplémentaire.

Ce que le réseau ne donne pas gratuitement, c'est le déterminisme. Une liaison PCM a un débit fixe et une latence fixe ; un réseau commuté a des files d'attente. Le travail de conception consiste à les garder courtes, et à garder l'heure à travers elles.

Ce qui circule sur le réseau

• Les flux de données : des paquets UDP, généralement en multicast, dans un format d'essais en vol — paquets IRIG 106 Chapter 10 sur UDP, IENA ou format propre au constructeur —, envoyés une fois par chaque unité à tous ses abonnés.
• La vidéo : des flux de caméras compressés, souvent les plus gros du réseau, les caméras étant parfois alimentées par le même câble.
• Le temps : les messages PTP entre le grandmaster et chaque unité, dans les deux sens.
• Le contrôle : configuration, états et surveillance — peu de volume, mais il doit passer même quand les liens sont chargés.

Débit : budgéter chaque lien, pas le réseau

Face à quelques mégabits de PCM, le gigabit Ethernet paraît sans limite. Le piège est que la limite s'applique lien par lien, et le lien le plus chargé est d'ordinaire celui de l'enregistreur ou de l'émetteur, où convergent tous les flux. Additionnez, pour chaque lien, les flux qui le traversent au pire moment — chaque caméra à son débit maximal, chaque unité à pleine cadence, un téléchargement de configuration par-dessus — et gardez une vraie marge : un lien chargé à 60 % sur le papier est déjà exposé aux rafales.

Quand un lien sature, le commutateur jette des paquets. L'UDP ne retransmet pas, et le récepteur ne peut pas savoir ce qu'il a manqué si le format ne numérote pas ses paquets ; le Chapter 10 le fait, voie par voie. Relevez les compteurs de pertes de chaque port de commutateur après les premiers vols, pas seulement quand quelque chose paraît anormal.

Multicast, IGMP et VLAN

Le multicast permet à une unité d'émettre un flux une seule fois pour que chaque abonné le reçoive. Livré à lui-même, un commutateur inonde tous ses ports de multicast, et une petite unité ou l'émetteur de télémesure finit par recevoir toute la vidéo de l'appareil. L'IGMP snooping règle cela : le commutateur apprend quels ports ont demandé quel groupe et n'envoie chaque flux que là. Il faut pour cela un « querier » IGMP sur le réseau, souvent le commutateur lui-même.

Les VLAN séparent les trafics qui ne doivent pas se mêler — le réseau propre de l'appareil si l'installation y est reliée, les données d'essais, la vidéo, l'accès de maintenance — et permettent de fixer des priorités par classe, pour que les messages de temps et de contrôle n'attendent jamais derrière une rafale de vidéo.

Le temps à travers les commutateurs : où le PTP réussit ou échoue

Le PTP mesure le délai entre maître et esclave par des messages horodatés, et suppose ce délai identique dans les deux sens. Un commutateur qui se contente de stocker puis de retransmettre les paquets casse cette hypothèse : le temps qu'un message PTP passe dans sa file dépend du trafic à cet instant, et la variation passe directement dans l'erreur de temps.

• Horloge transparente : le commutateur mesure combien de temps chaque message PTP est resté en lui et ajoute ce temps de séjour au message, pour que l'esclave le retire.
• Horloge frontière : le commutateur se synchronise sur le maître par un port et joue le rôle de maître sur les autres, si bien que chaque unité ne voit qu'un seul saut.
• Commutateur ordinaire : il transmet le PTP comme n'importe quel paquet. Acceptable sur un segment calme où les microsecondes ne comptent pas ; pas sur un lien partagé avec de la vidéo.

Le grandmaster

Le grandmaster est l'horloge que suivent tous les autres appareils, en général asservie au GPS, parfois à une entrée IRIG-B. Sa qualité fixe celle de l'installation, sa franchise aussi : il doit annoncer s'il est verrouillé sur le GPS ou s'il tourne sur son propre oscillateur, pour que les unités et les outils d'analyse distinguent un temps traçable d'un temps libre.

Câblage, alimentation et environnement

À bord, le réseau se construit avec des composants durcis : connecteurs circulaires comme le MIL-DTL-38999 plutôt que du RJ45, câble blindé adapté à sa zone, commutateurs qualifiés DO-160 ou MIL-STD-810 pour les vibrations, la température et l'environnement électromagnétique de leur emplacement. L'alimentation par Ethernet (PoE) simplifie les caméras et les petits capteurs — un seul câble pour les données et l'énergie —, mais son budget s'ajoute à la dissipation du commutateur, dans un boîtier souvent refroidi par simple conduction.

Gardez une topologie assez simple pour que la personne de permanence la comprenne avant un vol : une étoile ou un petit arbre, pas de boucle sauf protocole d'arbre couvrant configuré exprès, des adresses et des groupes documentés, et un port de maintenance qui ne se trouve pas sur le chemin des données.

Les contrôles avant le premier vol

1. Faire tourner tous les flux à leur débit maximal en même temps, et relever les compteurs de pertes de chaque port.
2. Vérifier que chaque groupe multicast n'atteint que les ports qui s'y sont abonnés.
3. Sur chaque unité, relever le décalage PTP au maître et sa variation — avec la vidéo en marche, pas sur un réseau au repos.
4. Débrancher l'antenne GPS et vérifier que le grandmaster le signale, et que les unités et l'enregistrement le consignent.
5. Redémarrer un commutateur en configuration de vol et chronométrer le retour du réseau, temps et flux compris.