CN101444068A - 安全的文件传送方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被划分为安全区域和非安全区域的机载电信系统，该系统至少包括在安全区域中的第一电信设备、在非安全区域中的第二电信设备、以及从第一设备到第二设备的第一单向链路，所述第一设备单元适用于根据第一协议在所述第一链路上传输数据。系统还包括根据第二协议的从第二设备单元到第一设备单元的第二链路，第二协议的前两层不同于第一协议的前两层，所述第二设备适用于在所述第二链路上将数据作为符合第一协议的并且封装在符合第二协议的帧中的信息进行传送。

Description

安全的文件传送方法
技术领域
本发明涉及机载电信系统领域，尤其涉及在飞行器上的机载电信系统领域。
背景技术
最近，一些航空公司为它们的乘客提供空中飞行电信服务，尤其提供了通过卫星链路访问互联网并发送/接收电子邮件的可能性。为了这个目的，机舱装备有以太网类型的有线网络或者WLAN网络(IEEE 802.11b/g)，乘客可以以传统的方式登陆到这些网络中。例如，在国际申请WO00/14987中可以找到这样的通信系统的描述。
领航员、维护人员和飞行人员同样具有与机载网络相连的控制终端。出于明显的安全原因，发现将网络划分为非安全区域和安全区域是必要的，乘客可以进入非安全区域而不能进入安全区域。尤其，安全区域包括位于驾驶舱和航空电子设备舱中的信息系统和控制系统。通过传统的物理访问控制方法来保护安全区域。
一种严禁进入机载网络的安全区域的简单且已知的方法是设置安全区域和非安全区域之间的链路为单向链路。
图1示意性示出了被划分为安全区域A和非安全区域B的机载网络100。链路110是由A到B的单向链路，例如使用对应于从A到B通信方向的单一双绞线的以太网链路。尽管这样的系统有效地保证了区域A的安全性，然而它具有两个主要的缺点。首先，该系统明确禁止从区域B到区域A的任何通信。而且，对于从区域A到区域B的数据传送，目标设备不能向已发送该数据的设备返回响应。这与大部分当前的通信协议不兼容并且剥夺了源设备对于正确的传送程序的任意类型的保证。
本发明的目的是提出一种被划分为安全区域和非安全区域的机载电信系统，该系统在基本上不减小安全区域的保护的情况下，提供了在两个区域之间的双向通信的可能性。
发明内容
本发明由被划分为安全区域和非安全区域的机载电信系统限定，该系统至少包括在安全区域中的第一电信设备单元、在非安全区域中的第二电信设备单元、以及从第一设备单元到第二设备单元的第一单向链路，所述第一设备单元适用于根据第一协议在所述第一链路上传输数据。该系统包括从第二设备单元到第一设备单元的根据第二协议的第二链路，第二协议的前两层区别于第一协议的前两层，所述第二设备单元适于在第二链路上将数据作为符合第一协议的并且封装在符合第二协议的帧中的信息进行传输。
有利地，第一协议的前两层是以太网层。例如，第一协议的堆栈是TFTP/UDP/IP/以太网。
根据第一实施例，第二协议的前两层是ARINC 429层。
根据第二实施例，第二协议的前两层是CAN层。
附图说明
通过参考附图阅读本发明的优选实施例，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
图1示意性示出了当前工艺水平中的已知机载网络；
图2示意性示出了根据本发明的第一实施例的机载电信系统；
图3示出了在安全区域的设备单元和非安全区域的设备单元之间的通信协议；
图4示意性示出了根据本发明第二实施例的机载电信系统；
图5示意性示出了根据本发明第三实施例的机载电信系统；
图6示出了在遵守ARINC 429协议的链路上使用的帧。
具体实施方式
本发明的第一基本概念是提供遵守一种协议(以下称为第二协议)的、从非安全区域到安全区域的返回链路，该协议的前两层区别于用于从安全区域到非安全区域的通信的协议(以下称为第一协议)的前两层。
本发明的第二基本概念是对于数据传输使用简单健壮的(robust)文件传输协议并且该传输协议的所有控制信息来自安全区域。
图2示意性示出了根据本发明的机载电信系统。
LRU1和LRU2表示分别属于安全区域A和非安全区域B的通信设备。对应于区域A和区域B的子网络是交换以太网网络和/或共享以太网网络。例如，区域A的子网络可以是AFDX(航空电子设备的全双工通信制交换以太网)网络，可在网站www.ces.ch上可得到的文献“CES Whit Paper on AFDX(关于AFDX的CES白皮书)”中找到该网络的描述。区域A和区域B的以太网链路(诸如链路240和241)可以是全双工类型。另一方面，从区域A到区域B的每个以太网链路(诸如链路210)必须是单工类型。
根据本发明，从区域B到区域A的每个链路(诸如链路220)遵守与链路210的协议不同的协议，例如在航空领域中经常使用的ARINC 429协议。ARINC 429协议将物理层以及链路层标准化。它使用一对双绞线并且为单向传输，此处选择为从B到A传输。
备选地，从区域B到区域A的链路遵照在汽车领域广泛使用的CAN(控制区域网络)协议。CAN协议的物理层的某些特征以及链路层被标准化在ISO 11898-1标准中。这个协议提供了在单一对线(wire pair)上的半双工类型的传送。实际上，在本发明中，仅使用从区域B到区域A的传输。
图3示出了在根据本发明实施例的电信系统中实现的协议堆栈。LRU1设备使用第一协议堆栈330以便在单向以太网链路310上进行传输，并且使用第二协议堆栈350以便接收返回链路(此处为符合ARINC 429协议的链路320)上的数据。对称地，LRU2设备使用第一协议堆栈340以便接收以太网链路310上的数据，并且使用第二协议堆栈360以便在链路320上传输数据。
有利地，第一协议堆栈330和340由TFTP/UDP/IP/以太网组成。应该记得，TFTP(一般的文件传输协议)是由IETF标准化的文件传输协议。可以在www.ietf.org/rfc/rfc783.txt的RFC 1350中找到该协议的详尽描述。
当LRU1设备想要向LRU2设备传输数据文件时，TFTP层通过写入请求(WRQ)开启临时会话并且将文件分为若干个512字节的块。所述块在与TFTP报头(header)级联之后被传输到UDP传送层。UDP层提供本领域技术人员已知的没有连接且没有错误重启的信息级服务。之后，信息的IP数据报以常规的方式在以太网帧中传输。接收之后，数据沿着协议堆栈340的另一个方向传送。对于接收的每个TFTP信息，LRU2设备根据FRC 1350标准传输响应信息，这个信息被封装在ARINC 429帧中，该帧由360示出并且将在下面详细描述。ARINC帧以常规的方式在链路320上传输并且在351处将信息解包。因此，对于堆栈330和340的TFTP层，一切犹如在IP网络上通过全双工链路发生的传输。
当LRU2设备不得不向LRU1设备传输数据文件时，通过读请求(RRQ)，LRU1主动地开启临时会话。由堆栈340的TFTP层将待传输的文件分为若干个512字节的块，并且该块与对应的TFTP报头级联。因此获得的TFTP信息被封装在ARINC帧中，如在361中所示的并且将在下面详细描述。ARINC帧以常规的方式在链路320上传输并且在351处解包。之后，LRU1设备通过堆栈330和单工以太网链路310传输响应信息。响应信息通过协议堆栈340沿着另一个方向被路由。同样地，对于堆栈330和340的TFTP层，一切犹如在IP网络上通过全双工制链路发生的传输。
ARINC链路320和将第一协议的信息封装为第二协议的帧的机制形成了对安全区域的访问屏障。
非安全区域的LRU2设备被永久性地安装在飞行器中，例如作为乘客终端可以连接于其上的代理服务器。在这种情况下，实现TFTP信息封装的转换网关位于所述服务器中。
图4示意性示出了根据本发明第二实施例的机载电信系统。与第一实施例不同，安全区域的多个设备单元LRU1，LRU3，LRU5可以和非安全区域的设备单元LRU2进行通信。为了这个目的，多点传送(multicast)类型服务器的ARINC链路420作为对相关设备的返回通路。应该记得，不能将ARINC链路连接到一个发射器，但是可以用于为20个接收器服务。
图5示意性示出了根据本发明第三实施例的机载电信系统。与第一和第二实施例不同，安全区域的设备单元(诸如LRU1)可以在这里和非安全区域的多个设备单元LRU2、LRU4、LRU6通信。为了这个目的，LRU1设备具有多个ARINC 429接口。分别将设备单元LRU2、LRU4、LRU6连接到所述接口的多个ARINC链路521、522、523用作返回路径。在该实施例中，有利地，可以使用CAN总线代替ARINC链路，由于CAN总线可以被连接到多个发送设备。
对本领域技术人员清楚的是，有利地，第二和第三实施例可以被组合为第四实施例以便使安全区域的多个设备单元能够与非安全区域的多个设备单元通信。在这种情况下，多个多点传送类型的ARINC链路用作到安全区域的设备单元的返回路径。根据变换的实施例，CAN总线确保在非安全区域的设备单元和安全区域的设备单元之间的返回功能。
上面考虑的实施例利用了在第二协议(例如ARINC 429)的帧中封装TFTP信息的机制。可以在网站www.condoreng.com上可得到的题为“ARINC Protocol Tutorial”(ARINC协议指导书)”的文章中找到ARINC 429协议的详细描述。
图6示意性示出了ARINC帧。它由包括5个字段的32位的字组成。P位是奇偶校验位。SSM字段表示设备的运行状态。19位的PAYLOAD字段包括净荷(payload)，在需要时可通过填充位(PAD)补充。在多点传送的情况下，SDI字段允许标识帧的目的地。最后，LABEL字段表示对应于净荷的航空电子参数和构成净荷的数据的格式。
以下将考虑TFTP信息(即ACK，DATA，ERROR)，该信息可以在封装后在返回路径上传输。
参照图3，当LRU1设备想向LRU2设备传输数据文件时，LRU1设备向LRU2设备传输写入请求(WRQ)信息，如果LRU2准备好接收文件，它返回给LRU1响应信息。然后，对于包含文件的数据块的每个接收的信息，LRU2设备返回给LRU1设备表示接收的块的数量的响应信息。当LRU2设备接收到少于512字节的块时，由堆栈340的TFTP层检测文件的末端。用于响应写入请求的第一信息通常指示块数0。当LRU1设备传输数据块时，堆栈330的TFTP层设置定时器。如果在定时期间之前没有接收到响应信息，则通过TFTP信息再次传输数据块。
TFTP协议的响应信息ACK包括识别信息类型(Opcode＝4)的两字节的第一Opcode字段和给出被响应的接收的块数的两字节的第二字段。封装模块361在第二协议的帧中存储第二Opcode字节(对于响应信息第一字节一直是0)、之后存储两个块数字节。封装模块将用于数据传输的源设备(LRU1)和目的设备(LRU2)的UDP端口号与该信息进行级联。每个UDP端口号被编码为一个字节，对于响应信息必须发送7个字节，这需要3个ARINC帧或单个的CAN帧。
当LRU1设备希望接收来自LRU2设备的数据文件时，LRU1设备向LRU2设备传输读请求RRQ。如果LRU2设备准备好传输，作为响应，LRU2设备直接向LRU1设备传输相关文件的512字节的第一块。LRU1设备反过来传输第一块的响应信息ACK。过程如前面所述的一直继续到文件的最后的块的传输。如果在块的传输之后堆栈340的TFTP层在给定的时间内没有收到响应，则重复传输。
TFTP协议的数据信息(DATA)包括标识信息类型(Opcode＝3)的两字节的第一Opcode字段、给出已传输的块数的两字节的第二字段和数据块存储于其中的n(0≤n≤512)字节的字段。
封装模块361在第二协议的帧中存储第二Opcode字节(对于数据信息来说第一字节总是0)，之后存储已传输的块数的两个字节，最后存储相关的块的n个字节。模块361将用于数据传输的源设备(LRU1)和目的设备(LRU2)的UDP端口号与该信息进行级联。因此，对于n个数据字节的块的传输，必须传输n+7个字节，这需要E[(n+7)·8/19]+1个ARINC帧(其中E[x]给出了x的整数部分)，和n+7个CAN帧。
如果由LRU1传输的写请求(WRQ)或读请求(RRQ)不能被LRU2准许，或者如果在数据传输期间发生错误，则由堆栈340的TFTP层传输错误信息。
TFTP协议的错误信息(ERROR)包括标识信息类型(Opcode＝5)的两字节的第一Opcode字段、包含被诊断为错误的代码的两字节的第二字段以及可能的包含描述错误的ASCII串的第三字段(跟随有0字节)。这里不使用第三字段。
封装模块361在第二协议的帧中存储第二Opcode字节(对于错误信息第一字节一直是0)，之后存储错误代码的两个字节。封装模块361最后将用于数据传输的源设备(LRU1)和目的设备(LRU2)的UDP端口号与该信息级联。因此，对于错误信息的传输，必须传送5个字节，这需要3个ARINC帧或5个CAN帧。
如在第二实施例中，当LRU2设备连接到安全区域的多个设备单元时，封装模块361根据TFTP信息的目的地确定ARINC帧的SID字段的值。
然而，如果系统使用不允许区分TFTP信息的目的地的第二协议，则有利地，模块361将目的设备的IP地址与已封装的信息进行级联。
同样地，如在第三实施例中，如果非安全区域的多个设备单元连接到安全区域的设备单元，并且如果系统使用不允许TFTP信息的目的设备单元确定传输TFTP信息的源设备的第二协议，则有利地，每个模块361将源设备的IP地址与已封装的信息进行级联。
通常，在第四实施例的情况下，每个模块361将会把TFTP信息的源设备和目的设备的各自的IP地址与已封装的信息进行级联。

Claims (9)

1.一种被划分为安全区域和非安全区域的机载电信系统，所述机载电信系统至少包括在所述安全区域中的第一电信设备单元、在所述非安全区域中的第二电信设备单元、以及从所述第一设备单元到所述第二设备单元的第一单向链路，所述第一设备单元适合于根据第一协议在所述第一链路上传送数据，其特征在于，所述机载电信系统包括根据第二协议的从所述第二设备单元到所述第一设备单元的第二链路，所述第二协议的前两层不同于所述第一协议的前两层，所述第二设备单元适合于将数据作为符合所述第一协议并且封装在符合所述第二协议的帧中的信息在所述第二链路上进行传送。
2.根据权利要求1所述的机载电信系统，其特征在于，所述第一协议的前两层是以太网层。
3.根据权利要求2所述的机载电信系统，其特征在于，所述第一协议的堆栈是TFTP/UDP/IP/以太网。
4.根据上述权利要求中任一项所述的机载电信系统，其特征在于，所述第二协议的前两层是ARINC429层。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的机载电信系统，其特征在于，所述第二协议的前两层是CAN层。
6.根据权利要求3或4所述的机载电信系统，其特征在于，所述第二设备单元包括封装模块，所述封装模块适合于在ARINC429帧中封装TFTP协议的信息，即应答信息、错误信息、数据信息。
7.根据权利要求6所述的机载电信系统，其特征在于，所述封装模块适合于将用于在所述第一设备和所述第二设备之间传送数据的UDP端口与所述TFTP信息进行级联。
8.根据权利要求6或7所述的机载电信系统，其特征在于，所述封装模块适合于将所述TFTP信息的目的设备的IP地址和/或所述信息的源设备的IP地址与所述TFTP信息进行级联。
9.一种包括根据上述权利要求中任一项所述的机载电信系统的飞行器。
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