CN101421944B - 航空器和地面站之间的通信链路上的通信方法和设备 - Google Patents

航空器和地面站之间的通信链路上的通信方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是一种航空器和地面站之间的通信链路上的通信方法，所述通信链路可以根据多个安全等级被配置，当航空器向地面站发送从旧安全等级到新安全等级改变所述通信的安全等级的请求且没有收到地面站已确认收到所述请求的信息时，所述航空器仍接受从地面站收到的根据所述新安全等级的消息。本发明还涉及用于实施该方法的设备。

Description

航空器和地面站之间的通信链路上的通信方法和设备
技术领域
本发明的目的是航空器和地面站之间通信安全链路上的通信方法，尤其当改变与该通信相关的安全等级时，并且航空器包括一个能够实现该方法的设备。本发明还涉及一种航空器和地面站之间通信安全链路上的通信设备，尤其是在改变与该通信相关的安全等级时，以及包括这样的设备的航空器。
背景技术
现代航空器，尤其是民用运输飞机，与地面基站交换信息，该地面基站特别是空中控制站或能够与经营该航空器的航天公司联系的站。被交换的信息尤其是关于天气、航空器维护和航天控制授权等的。这种信息交换基本上是通过数字数据链路的方式来实现，尤其是符合ACARS(飞机通信寻址报告系统)标准或ATN(航空电信网)标准。这些数据链路基本是无线电或卫星通信类型的。考虑到非法入侵的风险，为了确保被交换的数据的机密性和通信的安全性，这些链路可以变得安全：这样，例如可以验证消息的发送者和/或加密消息，安全等级由航空器的驾驶员选择。这种验证和/或加密能够例如通过验证和/或加密钥来实现。往往必须在航空器飞行时改变通信的安全等级，尤其是当航空器飞过的国家禁止加密的通信时。当航空器驾驶员要求改变通信的安全等级时，如果由航空器向地面站发出的改变通信安全等级的请求没有被地面站确认收到，航空器所要求的安全等级(新等级)和地面站考虑的现用安全等级(旧等级)之间不再一致。地面站未确认收到上述请求尤其可能是由于飞机向地面站发送的请求的消息丢失或者地面站向飞机发送的请求已确认收到的消息丢失。
在通信领域中，可以解禁发送机和接收机之间不一致状态的传统方法在于同时在发送机和接收机中自已知的初始状态起重新开始通信。在所考虑的通信链路情况下，这可能在于从一个不安全的通信重新启动航空器和地面站之间的通信并且在于开启一个以与所希望的安全等级相对应的一个安全等级的安全通信会话。然而，这种方法将呈现出几个缺陷。第一个缺陷与如下事实有关，即安全通信会话的开启需要在航空器和地面站之间交换许多消息，且结果上述会话建立时间的不可忽略将冒着对在航空器和地面站之间的通信需求造成损失的危险，因为在建立期间航空器和地面站不能交换有用消息。另一个缺陷与如下事实有关，即回到不安全通信的初始状态将可能不利于通信安全，尤其是如果在航空器和地面站之间一些消息在根据该不安全通信状态重启通信的时刻和安全会话开启时刻之间被交换。
发明内容
这个问题通过根据本发明的航空器和地面站之间的通信链路上的通信方法至少被部分解决，上述通信的链路可以根据多个安全等级被配置，这在当航空器向地面站发送从旧安全等级到新安全等级改变上述通信的安全等级的请求且没有收到地面站已确认收到上述请求的信息时尤其具有优越性，尽管如此，该航空器接受从地面站收到的根据上述新安全等级的消息。
用这种方式，如果地面站已正确接收且考虑由航空器发出的安全等级改变请求，但是由地面站发送的已确认收到消息没有被航空器接收，可确保以期望的安全等级的通信的连续性。
在最佳的实现模式中，只要航空器没有接收到地面站关于改变安全等级的请求的已确认收到信息：当新安全等级对应于低于旧安全等级的一个安全等级时，航空器拒绝从地面站收到的根据旧安全等级的消息；当新安全等级对应于高于旧安全等级的一个安全等级时，航空器根据旧安全等级继续向地面站发送消息；当新安全等级对应于低于旧安全等级的一个安全等级时，航空器根据新安全等级向地面站发送消息。当航空器的驾驶员要求降低通信安全等级以便飞过一个禁止通信加密的国家时，本发明的最佳的实现模式允许遵守被飞行的国家的法规。
以更好的方式，当新安全等级对应于高于旧安全等级的一个安全等级时，航空器仍接受从地面站收到的根据旧安全等级的消息，只要它没有接收到上述地面站的关于改变安全等级的请求的已确认收到信息。
在本发明的具体实施方式中，通信的安全等级和被传送的消息的类型有关。这允许使安全等级适合消息的重要性和危急性，以便只发送带有更高安全等级(发送成本通常高于用于更低安全等级的成本)的消息，对于这些消息这样便显示出一种重要性。
在本发明的其他具体实施方式中，当航空器从地面站接收一个安全等级对应于上述新安全等级的消息，还认为在航空器中改变通信的安全等级的上述请求已经被地面站确认收到。事实上，因为地面站已经以新安全等级发送该消息，可以认为地面站已经考虑到了航空器所发出的改变等级的请求：因此由地面站发送被航空器收到的上述消息对应于上述请求的暗含的已被确认收到的，这使得恢复到航空器所要求的安全等级(新等级)和地面站的被考虑的现用安全等级之间一致的状况。
本发明还涉及能够实现在航空器和地面站之间的通信链路上的上述通信方法的航空器。
本发明还涉及航空器和地面站之间的通信链路上的通信设备，上述通信能够根据多个安全等级被配置，包括：
-在这种通信链路上的消息发送/接收装置；
-连接到上述发送/接收装置上的通信管理装置；
-通信监视装置，包括能够分析被上述发送/接收装置接收的消息以确定一个与该消息对应的安全等级的第一装置；
有益的，该设备还包括：
-适于当航空器向地面站发出改变通信安全等级的请求时存储旧的和新的安全等级的装置；
-适于存储对应于地面站已确认收到或未确认收到由航空器向上述地面站发送的改变通信安全等级的请求的通信状态的装置；
-在通信监视装置中：
-适于将对应于收到的消息的上述安全等级和上述被存储的新安全等级进行比较且能提供比较结果的第二装置；
-适于一方面根据第二装置提供的比较结果且另一方面根据上述被存储的通信状态值，确定一种与接受上述已收到消息有关的行为的第三装置。
有利的是，上述通信管理装置包括上述通信监视装置。
更有利的是，通信管理装置还包括适于管理与上述链路相关的上述通信状态值的装置。
本发明还涉及包括前述航空器和地面站之间通信设备的航空器，以及前述的设备。
附图说明
通过阅读以下的描述和附图说明将会更好地理解本发明。
图1为符合本发明的航空器和地面站之间通信链路上的通信设备的示意图。
具体实施方式
以示意图形式呈现在图1中的根据本发明的设备1被装载在航空器尤其是在民用运输飞机上，它通过通信链路12的方式，尤其是以数字数据链路的方式与地面站通信，该通信链路12被以关于该链路被非法入侵的风险有关的多个安全等级配置。
该设备用于确定航空器在链路12上收到的息是否应该被接受或拒绝，尤其是当航空器所要求的安全等级和地面站的被考虑的现用安全等级之间不一致时。对此，本发明的设备1包括：
-在上述航空器和上述地面站之间通信链路12上的消息发送/接收装置10，例如安装在航空器上的常用通信装置(无线电通信装置VHF、HF，卫星通信装置等等)；
-通过链路30被连接到发送/接收装置10上的通信管理装置14。这种通信管理装置尤其可能是管理航空器的通信的计算机的一部分，例如ATSU(英语为Air Traffic Services Unit)类型的计算机；
-适于当航空器向地面站发送改变通信安全等级的请求时存储旧的和新的安全等级的装置(未示出)。更好的方式，该装置是通信管理装置14的一部分；
-适于存储对应于地面站已确认收到或未确认收到由航空器向上述地面站发送的改变通信安全等级的请求的通信状态的装置28；
-通信监视装置16，包括：
-适于分析被上述发送/接收装置接收的消息以确定一个与该消息对应的安全等级的第一装置22；
-适于将对应于收到的消息的上述安全等级和上述被存储的新安全等级进行比较且能提供比较结果的第二装置24；
-适于一方面根据第二装置24提供的比较结果且另一方面根据上述被存储的通信状态值，确定一种与接受上述已收到消息有关的行为的第三装置26。
以更好的方式，通信管理装置14包括一个路由器18，它从发射/接收装置10通过链路30接收从通信链路12已收到的消息，并且能够通过链路组34向至少一个目的地应用A1、A2...An发送每个消息。每个上述应用尤其可以是安装在航空器的计算机上的信息应用程序。以相逆的方式，该路由器通过链路组34收集来自上述应用的消息并且通过链路30将这些消息传送到发送/接收装置10，发送/接收装置10将这些消息发送到通信链路12上。
以更好的方式，仍如图1中所示，通信监视装置16被集成在通信管理装置14之中。它们通过链路32连接到路由器18。
通信管理装置14还包括适于管理与通信链路12有关的上述通信状态的装置28。该装置28可被集成在通信监视装置16之中。该装置28能够对应于机器的状态，该机器的状态特别包括至少两种状态：第一种状态对应于航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间一致；第二种状态对应于航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间不一致。第二种状态对应于这样一种情况，其中航空器的通信管理装置14将请求消息传送到地面站以便改变通信的安全等级(例如根据航空器驾驶员的要求)，并且其中上述航空器的通信管理装置14没有接收到地面站有关等级改变的已确认收到信息。以更好的方式，在已经向地面站发送了改变通信安全等级的请求后，如果航空器没有接收到地面站的已确认收到信息，在预定的期限之后航空器向地面站再次发出该请求。航空器因此能够向地面站发送至少为预定数量N次(例如3次)的该请求，并且上述第二种状态仅仅在航空器发送了N个改变安全等级的请求之后地面站的已确认收到信息没有被航空器接收到的时候才被激活。这能够免于出现某些情况，在这些情况中未接收到已确认收到信息归结于通信链路的短暂的干扰，例如电磁干扰。至于第一种状态，它尤其对应于这样一种情况，其中航空器的通信管理装置14在已经传送请求消息到地面站以便改变通信的安全等级之后(例如根据航空器的驾驶员的要求)，已经接收到地面站关于改变等级的已确认收到信息：航空器所要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间一致。
当通信管理装置14是ATSU类型的计算机的一部分时，被集成在上述通信的管理装备14中的通信监视装置16，由此第一装置22、第二装置24、第三装置26和适于管理通信状态的装置28能够以上述ATSU计算机的软件功能的形式来实现。
通信的安全等级尤其能够在下列等级集合中或在该集合的子集中被选出：
-面对非法侵袭的危险缺乏通信安全；
-对消息发送者进行验证，例如通过利用使用验证钥的验证算法；
-对在数据链路12上传送的消息进行加密，例如利用使用加密钥的加密算法；
-对消息发送者进行验证和对数据链路12上传送的消息进行加密。
在本发明的更佳实施方式中，通信能够根据如下被配置：
-第一等级，对应于面对非法侵袭的危险缺乏通信安全；
-第二安全等级，对应于对消息发送者进行验证；或者
-第三安全等级，对应于对消息发送者进行验证和对数据链路12上传送的消息进行加密。
当发送/接收装置10从通信链路12接收一条消息，它将这条消息通过链路30传送到通信管理装置14，在通信管理装置14中这条消息由路由器18接收。路由器18通过链路32将消息传送到被集成到通信监视装置16中的第一装置22。第一装置22分析此消息以确定对应于该消息的安全等级。该安全等级通过链路36被传送到第二装置24。该第二装置比较该安全等级和与该通信有关的被存储在通信管理装置14中的上述新安全等级。在对应于已收到消息的安全等级和被存储的新安全等级之间的比较结果由第二装置24通过链路38被传送到第三装置26。
第三装置26还通过链路40从装置28接收与通信链路12相关的上述通信的状态。在此通信状态符合上述第一种状态的情况下(航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间一致)，传统的方法，当已收到的消息的安全等级对应于上述新安全等级时第三装置26再次向路由器18通过链路32发送一个接受已收到的消息的信息，并且当已收到的消息的安全等级不同于上述新安全等级时第三装置26再次通过链路32向路由器发送一个拒绝已收到的消息的信息。在该通信状态对应于第二种状态的情况下(航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间不一致)，根据本发明，当已收到的消息的安全等级对应于上述新安全等级时第三装置26再次通过链路32向路由器发送一个接受已收到的消息的信息。这种运行方式是更有利的，因为尽管航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间暂时不一致也能够在这种情况下继续安全通信。
当路由器通过链路32接收一个接受已收到的消息的信息时，它将这个消息通过链路组34传送到目的地(destinatrice)应用中。当路由器通过链路32接收一个拒绝已收到的消息的信息时，它不将这个消息传送到目的地应用中。
在更好的方式中，第二装置24还将对应于已收到的消息的安全等级和上述旧安全等级进行比较，旧安全等级被存储在通信管理装置14中。在对应于已收到的消息的安全等级和被存储的旧安全等级之间的比较结果被第二装置24通过链路38传送到第三装置26。在上述通信状态对应于上述第二种状态的情况下(航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间不一致)：
-当已收到的消息的安全等级对应于上述旧安全等级并且新安全等级对应于一个高于旧安全等级的安全等级时，第三装置26通过链路32再次向路由器发送一个接受已收到的消息的信息。这使得尽管航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间暂时不一致也能够在这种情况下继续安全通信；
-当已收到的消息的安全等级对应于上述旧安全等级并且新安全等级对应于一个低于旧安全等级的安全等级时，第三装置26通过链路32再次向路由器发送一个拒绝已收到的消息的信息。按照这种方式，可确保航空器不接受地面站根据一个高于航空器要求的新安全等级的安全等级传送的消息。这使得遵守禁止高安全等级尤其是禁止通信加密的国家的法规。
以更好的方式，仍是在上述通信状态对应于上述第二种状态的情况下(航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间不一致)，当由航空器向地面站发送消息时：
-当新安全等级对应于高于旧安全等级的一个安全等级时，通信管理装置14根据旧安全等级通过链路30、发送/接收装置10和通信链路12向地面站发送此消息。这允许通过根据旧安全等级向地面站发送一个消息来继续该安全通信，该旧安全等级对于航空器来说是被地面站考虑的现用安全等级，因为航空器没有接收到改变安全等级的请求已被确认收到的信息；
-当新安全等级对应于低于旧安全等级的一个安全等级时，通信管理装置14根据新安全等级通过链路30、发送/接收装置10和通信链路12向地面站发送此消息。通过这样的方式，航空器不根据高于新安全等级的安全等级向地面站发送消息。这使得遵守禁止高安全等级尤其是禁止通信加密的国家的法规。
以有利的方式，在上述通信状态对应于上述第二种状态的情况下(航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间不一致)：
-在接收来自于地面站的消息后，通信管理装置14通过链路30、发送/接收装置10和通信链路12向地面站发送请求消息，以便向地面站再次要求改变通信的安全等级以便将其带进新安全等级；和/或
-在航空器向地面站发送消息前，通信管理装置14通过链路30、发送/接收装置10和通信链路12向地面站发送请求消息，以便向地面站再次要求改变通信的安全等级以便将其带进新安全等级。
这使得如果这种情况已经使航空器要求的安全等级和地面站考虑的现用安全等级之间不一致，能够重建安全等级之间的一致性。
根据本发明的第一种变型，通信安全等级对于在航空器和地面站之的通信链路上通过的所有消息是公用的。
根据另一种变型，当在上述通信链路上通过的消息能够根据不同消息类型被归类时，通信的安全等级与消息的类型有关。这呈现出允许使安全等级适应消息的重要性和危急性的优势。因此，可以只发送带有高安全等级(例如上述第三类等级)的消息，这对于这种消息呈现出一种重要性。当消息的传输费用根据该消息对应的安全等级不断增加时，这样能够减少航空器运营的费用。例如，第一种消息的类型被称作ATC(英语为Air Traffic Control(航空交通控制))能够对应于航空器和空中控制之间被交换的消息，并且第二种消息的类型被称作AOC(英语为Air Operational Control(航空运行控制))能够对应于航空器和经营该航空器的航空公司之间被交换的消息。

Claims (10)

1.一种航空器和地面站之间的通信链路(12)上的通信方法，所述通信链路适于根据多个安全等级被配置，其特征在于，当航空器向地面站发送从旧安全等级到新安全等级改变所述通信的安全等级的请求且没有收到地面站已确认收到所述请求的信息时，尽管如此，所述航空器接受从地面站收到的根据所述新安全等级的消息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当航空器没有接收到所述已确认收到信息并且所述新安全等级对应于高于所述旧安全等级的一个安全等级时，航空器接受从地面站收到的根据所述旧安全等级的消息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当航空器没有接收到所述已确认收到信息并且所述新安全等级对应于高于所述旧安全等级的一个安全等级时，航空器继续根据所述旧安全等级向地面站发送消息，只要它没有接收到所述地面站关于改变安全等级的已确认收到信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当航空器没有接收到所述已确认收到信息并且所述新安全等级对应于低于所述旧安全等级的一个安全等级，航空器拒绝从地面站收到的根据所述旧安全等级的消息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当航空器没有收到所述已确认收到信息并且所述新安全等级对应于低于所述旧安全等级的一个安全等级，航空器根据所述新安全等级向地面站发送消息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当航空器从地面站接收的消息的安全等级对应于所述新安全等级，则在航空器中认为所述改变通信安全等级的请求已经被地面站确认收到。
7.根据上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述通信安全等级与被传送的消息的类型有关。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述通信能够根据如下被配置：
-第一安全等级，对应于面对非法侵袭的危险缺乏通信安全；
-第二安全等级，对应于对消息发送者进行验证；或
-第三安全等级，对应于对消息发送者进行验证和对通信链路(12)上传送的消息进行加密。
9.一种在航空器和地面站之间的通信链路(12)上的通信设备(1)，所述通信能够根据多个安全等级被配置，包括：
-在所述通信链路(12)上的消息的发送/接收装置(10)；
-连接到所述发送/接收装置(10)上的通信管理装置(14)；
-通信监视装置(16)，包括能够分析被所述发送/接收装置(10)接收的消息以确定一个与所述消息对应的安全等级的第一装置(22)；
其特征在于，所述设备还包括：
-适于当航空器向地面站发出改变通信安全等级的请求时存储旧的和新的安全等级的装置；
-适于存储对应于地面站已确认收到或未确认收到由航空器向所述地面站发送的改变通信安全等级的请求的通信状态的装置(28)；
-在所述通信监视装置(16)中的：
-适于将对应于该接收到的消息的所述安全等级和所述被存储的新安全等级进行比较且提供比较结果的第二装置(24)；
-适于一方面根据所述第二装置(24)提供的比较结果且另一方面根据上述被存储的通信状态值，确定一种与接受所述已接收到的消息有关的行为的第三装置(26)。
10.一种航空器，包括一个根据权利要求9所述的通信设备(1)。
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