A distributed platform for integrated modular avionics

Abstract

Integrierte modulare Luftfahrtsysteme (IMA), im speziellen verteilte integrierte modulare Luftfahrtsysteme (DIMA) und modulare Zertifizierung sind viel versprechende Themen, welche derzeit umfassend diskutiert werden. IMA behandelt die Idee gemeinsam genutzter Hardware Ressourcen und die Möglichkeit, mehrere verschiedene Funktionen auf einer Hardwareeinheit zu vereinen. Basierend auf einem modularen Architekturansatz können so Gewicht, Platz, Verkabelung, Leistung und Kosten optimiert werden.<br />Im Gegensatz zu diesen, bereits eingesetzten, IMA Systemen, ermöglichen DIMA Systeme größere Flexibilität, da die verwendeten Ressourcen nicht an derselben Stelle platziert werden müssen, sondern aufgespaltet und überall im Flugzeug verteilt werden können, wobei die einzelnen Einheiten mit einen sicherheitskritischen Kommunikationsnetzwerk verbunden werden.<br />Modulare Zertifizierung verwendet die Eigenschaften solcher Architekturen, um die Aufgabe in mehrere Teile zu spalten. Dieser Ansatz, kombiniert mit optimierter Zertifizierung, erlaubt auch in diesem Bereich die Kosten zu reduzieren. Basierend auf diesen Voraussetzungen wird das Konzept einer verteilten und integrierten Plattform eingeführt, welche alle Voraussetzungen bietet, um gemeinsam mit den eigentlichen Anwendungen alle computergesteuerten Funktionen in einem Flugzeug auszuführen.<br />Diese Dissertation beschreibt solch eine Plattform, diskutiert ihre Eigenschaften und Zertifizierungserfordernisse, identifiziert ihre Anforderungen und Einschränkungen und behandelt ihre wirtschaftlichen Aspekte beziehungsweise ihre zukünftigen Anwendungsgebiete.<br />

Integrated Modular Avionics (IMA), especially Distributed Integrated Modular Avionics (DIMA), and Modular Certification are widely discussed approaches in the aerospace community at the moment. IMA deals with the idea of sharing hardware resources and integrating several aircraft functions into one hardware unit, using a modular architectural approach, to reduce weight, space, cabling, power consumption and costs.<br />In difference to such, already established, IMA systems, DIMA architectures provide more flexibility to the used hardware, which does not necessarily have to be in a single box. It may be split-up into several smaller hardware units, distributed all over the aircraft connected by a safety-critical communication system.<br />Modular Certification uses the modularity, provided by IMA/DIMA systems to split their certification into several parts. In combination with efficient certification, based on optimized processes, development time and effort are reduced. Based on these prerequisites, the concept of a distributed and integrated platform solution (DIPS) is introduced. This concept, based on a DIMA architecture, defines the constraints and services needed for the implementation of a modular certifiable and flexible platform, which, in combination with the hosted applications, is able to handle all safety-critical functions in an aircraft by providing data exchange between and encapsulation of different modules.<br />This thesis describes such a platform approach, discusses its attributes and certification demands, identifies its requirements and constraints and considers its business opportunities and future applications.<br />