\chapter{Výběr vhodné sběrnice}
Pro výběr vhodné přenosové sběrnice byly odvozeny z \ref{sec:def} a zadavatelem definovány následující parametry a jejich váhy:
\begin{itemize}
  \item Bezpečnost (váha 9)
  \item Přenosová rychlost (váha 5)
  \item Hmotnost systému (váha 7)
  \item Implementace (váha 5)
  \item Propojitelnost uzlů (váha 7)
  \item Údržba systému (váha 3).
\end{itemize}
Tyto vlastnosti jsou dále popsány pro jednotlivé datové sběrnice, které poté mají přiřazenou bodovou hodnotu podle splnění definovaného kritéria. Pro dostatečné rozlišení byly vybrány následující hodnoty bodů za splnění kritérií:
\begin{itemize}
  \item 9 - Splňuje výborně
  \item 7 - Splňuje nadprůměrně
  \item 5 - Splňuje průměrně
  \item 3 - Splňuje podprůměrně
  \item 1 - Splňuje nevyhovuje.
\end{itemize}
\section{Definice sledovaných parametrů}
\paragraph{Bezpečnost}

Bezpečnost je komplexní parametr určující celkovou bezpečnost systému sběrnice. Zahrnuje jednak celkovou bitovou chybovost - Bit Error Rate (která je v případě dokonalého systému nulová) tak i celkovou náchylnost systému na chyby jako jsou výpadky napájení, selhání kabeláží i jednotlivých řídicích prvků (pokud jsou obsaženy). Systém, v němž nejsou centrální prvky je v tomto případě považován za bezpečnější, jelikož tyto nemohou selhat.
Při hodnocení bezpečnosti systému uvažujeme zejména na následující parametry:
\begin{itemize}
  \item Bitová chybovost
  \item minimální počet součástí - menší pravděpodobnost poruchy
  \item neexistence centrálního uzlu, pokud je potřeba, měl by být redundantní
\end{itemize}

Z pohledu zadavatele je tento parametr kritický a je na něj proto při výběru sběrnice brán největší zřetel - má největší váhu. Váha nastavena na 9.
\paragraph{Rychlost přenosu}

Rychlost přenosu je dána největší možnou dosažitelnou rychlostí komunikace mezi jednotlivými komunikujícími uzly. Průměrná dosažitelná rychlost je stanovena na 1 Mbit/s. Takováto rychlost je z pohledu celého systému dostačující pro přenos všech důležitých parametrů. Při této rychlosti je možné například přenést přibližně 30 32-bitových parametrů 1000x za sekundu, nebo analogicky více parametrů méně často. Vyšší rychlosti pak umožňují případné rozšíření systému v budoucnosti a také snadnější implementaci systému - vyšší systémy nejsou omezeny přenosovou rychlostí.

Přenosová rychlost byla hodnocena jako průměrná vlastnost vybrané sběrnice, jelikož definuje průměrně důležitou vlastnost systému. Váha nastavena na 5.
\paragraph{Hmotnost systému}

Tato vlastnost vybrané sběrnice je důležitá především z pohledu provozovatele konkrétního letadla, ve kterém by sběrnice byla umístěna. Zákazník požaduje co nejmenší hmotnost celého systému z ekonomických důvodů - letadlo s nižší hmotností spotřebuje méně paliva nebo je v něm možno přepravit větší množství nákladu.

Hmotnost systému je dána jednak celkovou hmotností kabeláže, tak i jednotlivých centrálních prvků a možných karet rozhraní. Hodnotí se především fyzická struktura sítě - pokud je možné připojit všechny prvky systému na jediný kabel (sběrnicová struktura), pak je potřeba méně kabeláže, než u systému s hvězdicovou strukturou. Ta navíc obsahuje centrální prvek, který dále přispívá k hmotnosti celého systému.

Hmotnost byla hodnocena jako nadprůměrně důležitá vlastnost. Váha nastavena na 7.
\paragraph{Implementace}

Implementace je parametr hodnotící snadnost nasazení systému do letadla. Toto obsahuje jak hardwarovou část (kabeláž, karty rozhraní, centrální prvky, atd.) tak část softwarovou - jak snadné je stávající systém řízení letadla přizpůsobit danému přenosovému systému. Hodnotíme především náročnost softwarové konfigurace jednotlivých koncových prvků, použití speciálních karet, speciálních konektorů/kabeláže a také celkové finanční náklady spojené s vybranou přenosovou sběrnicí (použití speciálních karet, kabelů a aktivních prvků).

Implementace byla hodnocena jako průměrná vlastnost vybrané sběrnice. Váha nastavena na 5.
\paragraph{Propojitelnost uzlů}

Propojitelnost uzlů je z hlediska distribuovaného \zk{zkFBW} systému důležitá vlastnost. V ideálním případě je možné, aby navzájem komunikovaly jakékoliv dva koncové body systému. Jednotlivé koncové systémy si poskytují data pro řízení letu a o stavu letadla a neexistuje centrální uzel pro sběr dat a jejich zpracování - proto je komunikace mezi jakýmikoliv uzly kritická. Propojitelnost uzlů úzce souvisí se síťovou topologií systému sběrnice.

Zadavatel tuto vlastnost hodnotí jako nadprůměrně důležitou. Váha nastavena na 7.
\paragraph{Údržba systému}

Komunikační systém letadla bude podléhat pravidelným kontrolám a možným budoucím rozšířením. Proto je nutné, aby byl systém snadno přístupný obsluze, výměna jednotlivých částí byla jednoduchá a případná změna konfigurace či přidání nových prvků nebylo spojeno s podstatným zásahem do tohoto systému. Hodnotí se především síťová topologie - pokud jsou všechny koncové uzly systému na společném kabelu, pak výměna tohoto kabelu s sebou nese podstatný zásah do všech těchto připojených koncových uzlů.

Údržba systému je hodnocena jako méně důležitý parametr. Váha nastavena na\,3.
\section{Parametry jednotlivých sběrnic}
Údaje v této části vychází z \cite{can}, \cite{mil-std}, \cite{afdx}, \cite{a429}.
\paragraph{CAN Bus}
Sběrnice CAN využívá sériové sběrnicové topologie. Všechny komunikující uzly mohou být umístěny na jednom komunikačním vedení, což by přispělo k vysoké bezpečnosti systému. Avšak sběrnice nevyužívá žádný řídicí uzel pro řízení komunikace (pouze prioritu uzlů), což může mít za následek neschopnost komunikace některých uzlů. Toto omezení může být zmenšeno využitím většího počtu jednotlivých sběrnic CAN, což má ale za následek jednak zvýšení počtu použitých vodičů, hmotnosti, ale i složitosti propojení.

Rychlost přenosu je hodnocena průměrně, protože sběrnice podporuje přenosovou rychlost maximálně 1 Mbit/s. Tato rychlost je ale sdílena pro všechny komunikující uzly na jednom vedení a navíc je omezena délkou maximálně 40 metrů (při větší vzdálenosti rychlost přenosu klesá). Počet použitých vodičů je konstantní v závislosti na počtu uzlů a rychlost v závislosti na počtu uzlů klesá.

Implementace je hodnocena pouze průměrně, protože sběrnice je více výhodná pro komunikaci 2 koncových zařízení, než pro komunikaci množství rovnocenných koncových uzlů.

\paragraph{MIL-STD-1553B}
Ze všech porovnávaných sběrnic používá sběrnice MIL-STD-1553B nejmenší počet vodičů, protože jednotlivé koncové uzly jsou všechny připojeny na společné vedení. Takováto konfigurace zvyšuje bezpečnost, protože není nutné používat žádné centrální uzly. Centrální vedení může být pro zvýšení bezpečnosti zdvojeno. Veškerá komunikace však musí být řízena z řídicího uzlu (tento však může být při poruše nahrazen jiným).  Údržba systému je hodnocena průměrně, protože při změně konfigurace nebo opravě vedení je nutné zasáhnout do všech uzlů.

Rychlost přenosu je hodnocena průměrně, protože sběrnice podporuje přenosovou rychlost maximálně 1 Mbit/s. Tato rychlost je sdílena pro všechny komunikující uzly, tj s počtem uzlů přenosová rychlost klesá. Počet použitých vodičů je konstantní v závislosti na počtu uzlů.

\paragraph{ARINC 429}
Sběrnice ARINC 429 využívá pro komunikaci jednotlivých uzlů samostatné vodiče, přičemž jedno takové vedení obsahuje až 20 přijímačů, ale pouze jeden vysílač. Pokud by tedy měly komunikovat jakékoliv dva koncové body systému, je nutné použít velké množství kabelů. Z hlediska bezpečnosti sběrnice nepoužívá žádný centrální prvek, což snižuje náchylnost systému proti poruchám. Pro zabezpečení integrity dat je v protokolu zavedena lichá parita bitů v posílané zprávě a možnost zabezpečit posílanou zprávu pomocí \zk{zkCRC}. Údržba systému ARINC 429 je hodnocena podprůměrně protože pokud by došlo k přerušení jednoho vodiče (nebo by byl jiný důvod jej vyměnit), pak je nutné zasáhnout až do 21 koncových uzlů. V případě změny konfigurace systému jsou změny mnohem zásadnější.

Rychlost přenosu je hodnocena podprůměrně, protože sběrnice podporuje maximálně 100 kbit/s, ale je nezávislá na počtu uzlů. Počet použitých vodičů je stejný jako počet uzlů (pokud je počet uzlů menší než 20).

Implementace sběrnice ARINC 429 do systému je hodnocena průměrně, sběrnice je sice dnes široce využívána, ale je zde limitace v podobě nutnosti využívat pouze malá (32 bitů, samotná data pouze 18 bitů) slova.

\paragraph{ARINC 664}
Sběrnice ARINC 664 využívá hvězdicovou fyzickou topologii. Z tohoto důvodu je potřeba využít speciální (AFDX) přepínač, který přepíná jednotlivé přijaté rámce z koncových uzlů do cílových uzlů. Proto není tato sběrnice hodnocena maximálně z hlediska bezpečnosti (má více prvků než ideální systém). Použití centrálního přepínače je kompenzováno jednak jeho zdvojením, tak i zdvojením přenosových kabelů. Tím je zajištěna dostatečná bezpečnost systému - pravděpodobnost výskytu nedetekované chyby na obou přenosových vedení během jednoho rámce je dána součinem pravděpodobností výskytu těchto chyb na jednotlivých vedeních. Použití zdvojených prvků však vede k navýšení celkové hmotnosti systému, která je dále zvýšena nutností využití AFDX přepínače. Při použití hvězdicové topologie je možno navzájem propojit jakékoliv dva koncové uzly systému, avšak není nutné používat samostatných kabelů pro jednotlivá spojení koncových uzlů. Koncový uzel stačí připojit pouze k AFDX přepínači. Z této vlastnosti pak vyplývá snadná údržba systému, protože pokud je nutné vyměnit jakoukoliv část (vyjma centrálního přepínače), není nutné zasahovat do ostatních částí systému.

Sběrnice ARINC 664 podporuje virtuální linky (\zk{zkVL}), kterým lze jednotlivě přiřadit různé přenosové rychlosti (viz kap. \ref{sec:arinc664}). Počet použitých vodičů lineárně roste v závislosti na počtu uzlů (2 vodiče pro každý koncový uzel).

Z pohledu implementace systému je na rozdíl od ostatních sběrnic ARINC 664 náročnější na implementaci. Toto vyplývá z nutnosti použití speciálních komunikačních karet (ovšem systém může být zabudován do vyššího celku, ten ale musí být také pozměněn), speciálních AFDX přepínačů a také díky nutnosti vyvinout potřebný software pro tyto prvky. 
\begin{sidewaystable}
		\begin{tabular}{|l |c ||c |c ||c |c ||c |c ||c |c||}
				\hline
			  & \multirow{2}{*}{Relevance}& \multicolumn{2}{|c||}{ARINC 429} &\multicolumn{2}{|c||}{ARINC 664}&\multicolumn{2}{|c||}{CAN Bus}&\multicolumn{2}{|c||}{MIL-STD-1553B}\\\cline{3-10}
			  &  &Splňuje &Body &Splňuje  &Body&Splňuje &Body&Splňuje &Body\\ \hline
		   	Bezpečnost 						&9 &9 &81 &7 &63 &9 &81 &7 &63\\ \hline
		   	Rychlost přenosu 			&5 &3 &15 &9 &45 &5 &25 &5 &25\\ \hline
		   	Počet vodičů/hmotnost &7 &3 &21 &3 &21 &3 &21 &7 &49\\ \hline
		   	Implementace 					&5 &5 &25 &3 &15 &5 &25 &5 &25\\ \hline
		   	Propojitelnost uzlů 	&7 &5 &35 &9 &63 &5 &35 &5 &35\\ \hline
		   	Údržba systému			 	&3 &3 &9 &7 &21 &5 &15 &5 &15\\ \hline		    
		    \multicolumn{2}{|c||}{Celkový počet bodů}		 &\multicolumn{2}{|c||}{186} &\multicolumn{2}{|c||}{228} &\multicolumn{2}{|c||}{202} &\multicolumn{2}{|c||}{212}\\
		    \hline
		\end{tabular}
	\caption{Srovnání vlastností jednotlivých sběrnic}
  \label{tab:sigma}
\end{sidewaystable}
\section{Zhodnocení výběru sběrnice}
Tabulka \ref{tab:sigma} je vytvořena upravenou aplikací zásad vytváření C\&E Matrix\footnote{Cause and Effect Matrix -- matice příčin a důsledků}. Tato je součástí principů Six Sigma pro dodržování a zlepšování kvality nejrůznějších procesů. Postup vytváření C\&E Matrix lze nalézt na internetu, např. zde\cite{6sigmaweb}.

Po sečtení všech parametrů z tabulky \ref{tab:sigma} vyplývá, že nejvhodnější sběrnice podle definovaných kritérií je sběrnice dle standardu ARINC 664. Tato sběrnice vyniká především ve vysokých přenosových rychlostech a velmi dobré celkové propojitelnosti koncových uzlů. Naopak implementace této sběrnice do systému bude náročnější než u ostatních sběrnic, protože je nutné nově vyvinout software koncových uzlů a přepínačů.

Proto byla vybrána k dalšímu zpracování (především analýzu rizik použité sběrnice) a následné implementaci v simulačním nástroji Matlab Simulink sběrnice ARINC 664. Tato sběrnice staví na technologii Ethernet, což usnadňuje její implementaci - technologie je snadno dostupná. Sběrnice nabízí dostatečnou kapacitu přenosového pásma již při použití 100BASE-TX fyzického média. Další výhoda spočívá v jednoduché implementaci vyšších systémů, jelikož ty mohou transparentně implementovat síťovou vrstvu protokolové rodiny TCP/IP.
%