CN101790722A - 监视与共享媒介连接的航空电子系统的设备与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及监视与共享媒介连接的航空电子系统的方法和设备。一个初期阶段旨在确定激活连接到通信媒介的每一个航空电子系统的每一个警报的条件。这些条件与每一个航空电子系统以及通信媒介的状态有关。监视阶段包括确定通信媒介的至少一个元件的状态的步骤，以及根据通信媒介的至少一个元件的状态以及根据通信媒介的通信流的预定外形建模来评估(455)所述通信媒介的状态指示器的步骤。根据所述通信媒介的被评估状态以及根据通信媒介的被评估状态关于航空电子系统的运行的后果的预定建模，选择并激活(470)一个警报。

Description

监视与共享媒介连接的航空电子系统的设备与方法
技术领域
本发明涉及航空电子系统的可靠性，尤其涉及监视与共享媒介连接的航空电子系统的设备和方法。
背景技术
航空电子系统的可靠性是航空器设计师的关心重点。通常的共识是航空器的关键设备的冗余对于尽管在系统故障的情况下也能保证所需的功能以及比较系统的运行情况并迅速检测可能出现的故障是必需的。
信息系统在航空器中的使用已促使设计师投入使用信息网络用来在操作系统之间传输信息和指令。信息网络在这里被当作用于交换数据的共享通信媒介。这些媒介的容量由所传输数据的特性，尤其是它们的传输量和速度确定。
尤其是为了应对传输数据数量的增加及所需传输速度，在信息网络中使用主动元件例如交换机目前可被证明是必需的。主动元件的使用可根据例如数据特性等与这些数据有关的参数以及根据通信网络的状态，尤其是它的负荷，来优化这些数据的传输。
然而航空器信息网络中被动元件的使用被认为是可靠的(这些元件的可靠性通常高于航空电子系统的)，主动元件的使用可因为它们的可靠性而导致航空电子系统总体可靠性的降低。
发明内容
本发明可解决前面提出的至少一个问题。特别是，本发明可在监视实现与共享媒介有关的运行功能的整套航空电子系统的处理过程中考虑到共享通信媒介元件的故障。
本发明因此旨在提供一种确定激活与包含至少一个元件的通信媒介连接的至少一个航空电子系统的至少一个警报的条件的方法，该方法包括以下步骤：
-根据所述至少一个航空电子系统的状态确定激活所述至少一个警报的条件(状况)；
-根据所述通信媒介的所述至少一个元件的状态确定激活所述至少一个警报的条件(状况)；并且
-存储所述激活所述至少一个警报的条件(状况)以及所述至少一个警报的识别。
根据本发明的方法因此可以摆脱通信媒介故障构成的组合分析并可以从功能的角度表述通信媒介故障的后果。唯一表示形式的使用可以简化相关逻辑的规范说明和实现。
不为每一个通信媒介状态定义警报但将一个考虑到这些状态的逻辑加入到已由操作系统定义的逻辑中的这一事实可以在不降低错误警报率的同时通过专注于功能效果而非架构实现模式来限制警报设计的难度。而且，由操作系统造成的警报名称类型的变化不影响激活逻辑，警报的实时维护工业程序同时被简化。
本发明还旨在提供一种监视与包含至少一个元件的通信媒介连接的至少一个航空电子系统的方法，该方法包括以下步骤，
-确定所述通信媒介的所述至少一个元件的状态；
-基于所述通信媒介的所述至少一个元件的所述状态以及基于所述通信媒介的通信流的预定形式(formelle)建模来评估所述通信媒介的状态的指示器；并且
-根据所述通信媒介的所述评估状态以及根据所述通信媒介的评估状态对于所述至少一个航空电子系统的运行的后果的预定建模，选择并激活一个警报。
根据本发明的方法因此可以摆脱通信媒介故障构成的组合分析并简化通信媒介故障后果的分析。
更好的办式是，所述通信媒介的所述至少一个元件的状态的所述确定借助于与所述通信媒介无关的通信装置来实现，用以改善总体可靠性以及限制通信媒介的干扰。
根据一种特定的实现模式，所述选择一个警报步骤包括以下步骤：
-确定所述通信媒介的所述至少一个元件的故障；并且
-如果所述通信媒介的所述至少一个元件的所述故障影响到所述至少一个航空电子系统的运行，选择并激活与对所述至少一个航空电子系统的功能的所述影响有关的警报。
根据本发明的方法因此可以简化对航空电子系统上通信媒介故障的严重后果的分析。
还是根据一种特定的实现方式，如果所述通信媒介的所述至少一个元件的所述故障并没有影响所述至少一个航空电子系统的运行且如果所述故障影响所述至少一个航空电子系统和实施所述监视方法的装置之间的通信，所述方法还包括选择和激活一个指明所述至少一个航空电子系统不再被监视的报警器的步骤。
本发明因此可以把对航空电子系统有直接影响的故障从其它故障中区分出来。
还是根据一种特定的实现方式，本方法此外还包括以下步骤：
-接收与监视装置的运行有关的指示，所述监视装置实施与所述监视方法相似的方法；并且
-根据与所述监视装置的运行有关的所述指示和与所述通信媒介的所述状态指示器有关的所述指示，评估所述至少一个航空电子系统的监视。
对于监视性能可能变劣的分析因此可以指导操作者若有必要根据操作功能的关键性(criticité)使用替代装置。
更有利的方式是，本方式还包括一个确认所述通信媒介的状态的所述指示器的步骤。根据一种具体实现模式，所述的确认步骤是基于从所述至少一个航空电子系统接收的至少一个信息的。
本发明因此可以优先处理肯定信息，考虑到一个操作系统能够确定其功能状态并且通信媒介的被察觉的状态可能是错误的。
有利的是，每一个所述的警报由一个适宜于所述至少一个航空电子系统的逻辑操作定义，为了简化实施，所述通信媒介的所述状态指示器如果是直接有关的则执行该逻辑操作。
本发明也旨在提供一种包括适于实施前述方法每一步骤的装置的航空器中的设备。
附图说明
本发明的其他的优势、目标及特征在随后的作为非限制性例子结合附图的描述中突现出来，其中：
-图1，包括图1a和1b，示意表示一个通信媒介以及分别观察该媒介的各主动元件的装置；
-图2表示一个实现可用于由一个监视系统设备激活警报的逻辑电路的例子；
-图3表示实施本发明用于监视LGERS(Landing GearExtension and Retraction System起落架收放系统)类操作系统的一个例子；
-图4，包括图4a和4b，描绘用于实施本发明的一个算法例子；并且
-图5展示用于实现本发明的一个设备例子。
具体实施方式
本发明涉及一个中央监视系统，它可以实现对受监视系统以及由这些系统实现的功能的诊断，以及生成和显示警报使得操作者处理由于这些功能劣化(dégradation)而造成的劣化情形。
中央监视系统的冗余最好借助于彼此独立的功能实施。监视共享通信媒介的方法在完全确保这些独立功能的性能相容性的同时优先考虑这一独立性能。
被监视的操作系统的架构包括一个在不同的被监视操作系统之间共享的通信媒介并且其尤其包括一个或几个诸如交换机的主动元件。在此应该注意的是若交换机的数量太大，表示可能故障的配置组合数量就会很大，而细致详尽的分析由于成本原因难以进行。
被检测出的故障的处理根据这些故障的特性各有不同。例如，仅是由被监视系统实现的操作功能需要在劣化情况下生成信息。事实上，媒介通信功能的失效其本身，从理论上说，不是一个用于指导飞行的直接有关的信息。只有与该劣化对通信媒介的用户操作功能产生的影响有关的信息才是直接有关的。
相关联的操作系统和功能的监视优先通过用于实现操作功能的通信媒介实现。
本发明的实施包括两个阶段：
-一个预先分析阶段，可为数据流以及操作系统故障和数据流干扰的后果建模；并且
-一个基于预先阶段期间实现的建模的监视阶段。
图1a描绘一个以通信网络100形式的共享通信媒介，该通信网络包括105-1至105-5五个节点和在这些节点之间以及节点与航空电子系统及监视系统之间的连接。每一个节点在此包括两个冗余元件。例如，节点105-2包括冗余元件110-2-1和110-2-2。这些元件之间最好以构成两个冗余且独立的局域网络的形式互相连接，以使得一个局域网络中的一个或几个元件的故障不影响连接到该通信网络的系统之间的通信。例如，元件110-1-1被连接到元件110-2-1而元件110-1-2被连接到元件110-2-2，然而元件110-1-1没有被连接到元件110-2-2且元件110-1-2没有被连接到元件110-2-1。
经过一个节点105-i来接入共享通信媒介。
通信网络中的数据流，换而言之取道经过网络的路径，在此以静态的方式被确定以避免在故障发生时重新配置通信路径。
根据所示例子，三个操作系统115-1至115-3被连接于通信网络。为了清晰陈述，每一个操作系统在此包括唯一的一个设备。
中央监视系统包括两个冗余设备120-1和120-2。两元件120-1和120-2中的每一个元件都具有冗余元件功能的自主运行功能。特别是，警报显示设备是不同的。一旦监视系统的其中一个设备检测到请求显示一个警报的一个状况或一组状况，它既不与监视系统的冗余设备进行同步也不进行验证即启动该警报的显示。应该注意的是描绘在图1a上的通信网络的拓扑仅作为一个例子。
通信媒介的状态由中央监视系统的两个设备120-1和120-2分析。
根据描绘在图1b上的一种特定实现模式，中央监视系统的每一个设备借助于线路连通状态的指示器，即借助于在监视系统每一设备和共享通信媒介的每一节点之间、与共享媒介不同的一个特定连接，接收每一个通信节点105-i的状态指示器，例如一个布尔值。为了说明，每一节点的状态可取以下数值中的任一个：
-若状态指示器给出正常运行的信号则OK；并且
-若状态指示器给出故障信号则KO；
使用这些状态的同时，110-i-j_OK这种记号方法可被使用，例如，如果节点105-i的元件j正常运行。相反地，如果元件110-i-j没有正确运行，则110-i-j_KO可被使用。
如前面指出的，由取道经过通信媒介的路径标识的操作系统之间的通信流，最好被预先确定下来。每一路径可由所经过节点的清单来标识。因此例如，操作系统115-1和115-2之间经过节点105-1和105-2的通信流可被记录为CHEM(105-1，105-2)。同样地，操作系统115-3和通信媒介之间经过节点105-5的通信流可被记作CHEM(105-5)。
中央监视系统的每一设备根据通信流经过的节点的每一组成元件的状态确定通信功能的状态。若一条通信路径构成元件的故障构型是使得两个冗余局域网络被影响，该路径则被看作是被损坏的。
考虑例如操作系统115-1和115-2之间被记作CHEM(105-1，105-2)的通信流，路径CHEM(105-1，105-2)可以是操作的CHEM(105-1，105-2)_OK或故障的CHEM(105-1，105-2)_KO。通信流CHEM(105-1，105-2)的状态因此可由以下关系式确定，
CHEM(105-1，105-2)_KO＝(110-1-1_KO OU 110-2-1_KO)ET(110-1-2_KO OU 110-2-2_KO)
其中“ET”与“OU”分别表示“逻辑与”和“逻辑或”。
对于每一个操作系统及对于每一个与该系统相关联的警报而言，系统和通信媒介的一个或一组故障状况是确定的。这些状况可由功能分析确定并被重新组合在一个表格里。
我们考虑一个例子，根据该例，独立于通信网络结构的操作系统115-1的功能分析显示如果内部功能Fn1不可用或不能够被执行(例如若该功能的一部分被操作系统115-2执行并且该操作系统115-2故障或不可接入)，一个115-1_Alert-Fn1类型的警报应该被激活。
因此，有可能推导出115-1_Alert-Fn1类型的警报应该在以下条件(状况)下被激活：
-操作系统115-1借助于，例如，消息115-1_Erreur-Fn1向监视系统的设备120-1和/或120-2指出功能Fn1的一个故障；
-监视系统的设备120-1和/或120-2不接收操作系统115-1的任何信息，虽然在元件115-1和监视系统的设备120-1和120-2之间的通信媒介中没有任何故障被检测出；
-操作系统115-1和通信媒介之间的通信流被干扰；或者
-操作系统115-1和115-2之间的通信流被干扰。
应该注意到这些状况很容易被监视系统检验出来。特别是，第一个状况由中央监视系统设备通过通信网络接收115-1_Erreur-Fn1消息来检测出。
第二个状况由中央监视系统设备通过没有接收来自操作系统115-1的状态消息来检测出。中央监视系统的每一个设备通过检验操作系统115-1与自己之间的通信路径未中断来保证这一损坏不是由于通信媒介的故障造成。
如果一个操作系统和一个中央监视系统设备之间的通信可用，连接于该操作系统的警报有利地基于从被监视操作系统接收的监视信息被激活。事实上，虽然对通信媒介的监视既简单又可靠，通信流理论上的损失可能以错误(erronée)的方式被检测出。
为此，中央监视系统设备有利地建立一个通信流有效性信息，该有效性信息是基于信息的有效接收或非有效接收，并且不是基于对通信媒介状态的观察。因此，通信流的故障不会被认为是诸如没有接收到相应操作系统信息。
例如，监视系统设备120-1确定的信息应由例如没有接收到操作系统115-1信息来确认，其中根据该监视系统设备120-1确定的信息，路径CHEM(105-1)、CHEM(105-1，105-2)或CHEM(105-1，105-3)的其中一条路径未被验证有效。
对于中央监视系统中定义的每一个警报，这些警报的激活逻辑考虑到激活条件(状况)。
图2表示可被用于由监视系统设备120-1激活警报115-1_Alert-Fn1的逻辑电路200的实施例。如“OU”205所描述的，警报115-1_Alert-Fn1仅在以下两个状况的其中一个状况下被激活：
-监视系统设备120-1已接收到对应于操作系统115-1的警报115-1_Alert-Fn1的一个消息115-1_Erreur-Fn1；或者
-路径CHEM(105-1)、CHEM(105-1，105-2)和CHEM(105-1，105-3)的有效状态的组合是例如监视系统的设备120-1不能与操作系统115-1交换数据。
路径CHEM(105-1)、CHEM(105-1，105-2)和CHEM(105-1，105-3)的状态组合这里在于执行以下操作：
-确定CHEM(105-1)和CHEM(105-1，105-2)的数值之间的“或”210并在“非”门215中取非；
-确定从“非”门215输出获得的数值和CHEM(105-1，105-3)的数值之间的“与”220并在“非”门225中取非；并且
-确定从“非”门225输出获得的数值和选通(validation)条件值115-1_Invalide(若监视系统设备120-1从操作系统115-1接收到信息则115-1_Invalide值是“假”，否则该值为“真”)之间的“与”230。
如图3中所示，本发明可被用于，例如，控制一个操作系统LGERS3(Landing Gear Extension and Retraction System起落架收放系统)，标记为315-1，该操作系统被连接到包括交换机310-7-1和310-7-2的网络中的一个节点305-7。故障状况例如如下：
-LGERS3315-1发生故障(布尔变量LGERS3_FAULT)；
-LGERS3315-1失去其网络连接(从包括交换机310-7-1和310-7-2的节点丢失)；或者，
-LGERS3315-1失去与标记为315-2、连接在包括交换机310-5-1和310-5-2的网络节点305-5上的操作系统SEPDC1(Supplementary Electrical Power Distribution Center 1)的通信。通信损坏表现为路径CHEM(305-5，305-7)的中断。
这里应该注意第三个状况包括在第二个状况当中。
粗体连续实线箭头表示LGERS3 315-1的状态指示器向FWS1320-1的传输而粗体虚线箭头表示LGERS3 315-1和SEPDC1 315-2之间的通信。
第一个状况由标记为320-1的FWS1(Flight Warning System1飞行警报系统)经由通信媒介接收操作系统LGERS3 315-1发送的布尔变量LGERS3_FAULT值来检测。第二个状况其特征在于节点305-7的两个元件，即这里是交换机310-7-1和310-7-2的损坏。第三个状况其特征在于通信路径CHEM(305-5，305-7)的损坏。
若在交换机310-3-1和310-7-2中发生一个故障，操作系统FWS1320-1失去与操作系统LGERS3 315-1的通信。然而，操作系统LGERS3 315-1的故障报警器被禁止，因为路径CHEM(305-3，305-7)的损坏并非功能LGERS3 315-1故障的状况。
同样地，若在交换机310-3-1、310-7-2和310-5-1中发生一个故障，操作系统FWS1 320-1失去与操作系统LGERS3 315-1的通信。在此情况下，操作系统FWS1 320-1启动警报LGERS3 315-1，因为检测出路径CHEM(305-5，305-7)的损坏，这里是由于交换机310-5-1和310-7-2的故障，是操作系统LGERS3 315-1的故障状况。
最后，若在交换机310-5-1和310-7-2中发生故障，操作系统FWS1320-1总是接收到LGERS3 315-1的状态消息，并且有关操作系统LGERS3 315-1的警报仅在该状态信息表示功能LGERS3 315-1上有问题时才启动。
图4，包括图4a和4b，描绘用于实施本发明的一个算法例子。图4a表示在最初分析阶段所用的一部分算法而图4b表示用于监视共享通信媒介的一部分算法。
如图4a所示，在确定共享通信媒介中的通信流(步骤400)之后，则进行共享通信媒介的功能研究(步骤405)。索引i和j初始化为0(步骤410)。i值在这里表示选定操作系统的索引而j值表示操作系统i的选定警报的索引。
操作系统i的警报j的状况则根据对于操作系统i的警报j的故障状况和根据实现的通信媒介的功能分析来确定(步骤415)。为此目的，通信媒介一个或多个元件的故障应该启动操作系统i的警报j的状况被确定。因此被确定的一整组状况在此被存储在一个表格420中。
于是索引j增量1(步骤425)而且一个测试被执行以确定索引j是否等于操作系统i的警报的数量(步骤430)。若索引j不等于操作系统i的警报的数量，之前的两个步骤(415和425)被重复执行。
若索引j等于操作系统i的警报数量，索引j被重新初始化为0并且索引i增量1(步骤435)。一个测试则被执行以确定索引i是否等于应被监视的操作系统的数量(步骤440)。若索引i不等于应被监视的操作系统的数量，步骤415至440被重复执行。若反之，索引i等于应被监视的操作系统的数量，初期阶段结束，即待监视操作系统的警报激活条件(状况)已被确定。
图4b描述被用于监视一个通信媒介及操作系统以便在需要时激活一个或多个警报的一个算法例子。
若通信媒介的状态允许，由操作系统发出用于标记关于故障的信息被监视系统接收(步骤450)。同时，在此之前或之后，监视系统例如根据如前所述的节点状态指示器确定通信媒介的状态(步骤455)。
这些信息被用于建立被监视系统即操作系统和通信媒介的总体状态(步骤460)。该状态随后与存储在例如表格420中的警报激活条件(状况)作比较(步骤465)。若一个或几个警报的激活条件被满足，相应的那个或那些警报被激活(步骤470)。步骤450至470则被重复执行以便连续监视该系统。
图5描述适于实施本发明的一个设备500例子，例如一台微型计算机。设备500是监视系统设备的一个例子。
最好是，设备500包括一个通信总线，其上连接有
●一个中央处理单元503，例如一个微处理器；
●一个只读存储器(ROM)，能够包含一个或多个程序“Prog”；
●一个随机存取存储器(RAM)，包含适于存储在前述程序执行过程中生成和修改的参数和变量的寄存器；以及
●连接于分布式通信网络的一个通信接口518，该接口能够传送和接收数据。
设备500能够有选择地装有一个、多个或所有的以下设备：
●显示屏508，能够将数据可视化和/或用作与用户之间的图形接口，用户能够借助于一个键盘510或其他任何装置例如指向设备，例如鼠标511或光笔，触摸屏或遥控器，与根据本发明的这些程序进行互动；
●硬盘512，它能够包含程序和/或数据，尤其是根据本发明已处理或待处理的数据；
●软盘阅读器514，能够接收软盘516并且从上面读取或写入根据本发明已处理或待处理的数据；以及
●存储卡阅读器，能够从上面读取或写入根据本发明已处理或待处理的数据。
通信总线可以使得设备500内或与之相连的不同元件之间进行通信以及协同运作。总线的表现形式不是限制性的，而且，尤其是，中央单元能够直接或通过设备500的其他元件传送指令给设备500的任一元件。
使设备500执行根据本发明的方法的程序或一些程序的可执行代码，可以被存储在例如硬盘512或只读存储器504中。
根据一种变化情况，软盘516可以包含数据以及前述程序的可执行代码，它们一旦被设备500读取，就可以被存储在硬盘512中。
另一种可能，程序可执行代码可以经由接口518借助于通信网络520被接收，以便以与前述相同的方式被存储。
软盘可被任何信息载体代替，例如，光盘(CD-ROM)或存储卡。通常情况下，可被计算机或微处理器读取的、集成或未集成在设备中必要时可拆卸的信息存储装置适用于存储一个或多个程序，这些程序的执行能够使根据本发明的方法得以实施。
更通常的情况下，该程序或这些程序能够在被执行之前被加载在设备500的其中一个存储装置中。
中央单元503控制根据本发明的该程序或这些程序的软件代码指令或代码段的执行，指令被存储在硬盘512、只读存储器504或前述的其他存储元件中。施加电压时，存储在非易失存储器例如硬盘512或只读存储器504中的该程序或这些程序被转移到随机存取存储器506(RAM)中，而该随机存取存储器506则包括根据本法明的该程序或这些程序的可执行代码，以及用于存储执行本发明所需的变量和参数的寄存器。
应该注意的是包含根据本发明的设备的设施同样可以是可编程的设施。实施本发明的该程序或这些程序的指令可以例如被安装到一个可编程或特定集成电路(特定用途集成电路ASIC)中。
当然，为了满足特定需要，本发明领域的充分胜任的技术人员将能够对前面的描述内容进行修改。

Claims (10)

1.一种用于确定激活与包括至少一个元件的通信媒介连接的至少一个航空电子系统的至少一个警报的条件的方法，该方法的特征在于包括以下步骤：
-根据所述至少一个航空电子系统的状态确定(415)激活所述至少一个警报的条件；
-根据所述通信媒介的所述至少一个元件的状态确定(415)激活所述至少一个警报的条件；
-存储(420)所述至少一个警报的所述激活条件和所述至少一个警报的标识。
2.一种监视与包括至少一个元件的通信媒介连接的至少一个航空电子系统的方法，该方法的特征在于包括以下步骤：
-确定所述通信媒介的所述至少一个元件的状态；
-根据所述通信媒介的所述至少一个元件的所述状态以及根据所述通信媒介的通信流的预定形式建模，评估(455)所述通信媒介的状态的指示器；并且
-根据所述通信媒介的所述被评估状态以及根据所述通信媒介的所述被评估状态对于所述至少一个航空电子系统的运行的后果的预定建模，选择并激活(470)一个警报。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述通信媒介的所述至少一个元件的所述状态的确定借助于与所述通信媒介无关的通信装置来实现。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述选择警报的步骤包括以下步骤：
-确定所述通信媒介的所述至少一个元件的故障；并且
-如果所述通信媒介的所述至少一个元件的所述故障影响到所述至少一个航空电子系统的运行，选择并激活与对所述至少一个航空电子系统的功能的所述影响有关的警报。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于如果所述通信媒介的所述至少一个元件的所述故障没有影响到所述至少一个航空电子系统的运行并且如果所述故障影响所述至少一个航空电子系统和使所述监视方法实施的装置之间的通信，所述方法还包括选择并激活指示所述至少一个航空电子系统不再被监视的警报的步骤。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-接收与监视装置的运行有关的指示，所述监视装置实施与所述监视方法相似的方法；并且
-根据与所述监视装置的运行有关的所述指示和与所述通信媒介的所述状态指示器有关的所述指示，评估所述至少一个航空电子系统的监视。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，还包括确认所述通信媒介的所述状态指示器的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述确认步骤基于从所述至少一个航空电子系统接收的至少一个信息。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其特征在于每一个所述警报是由所述至少一个航空电子系统的一种特有逻辑操作定义的，所述通信媒介的所述状态指示器如果是直接有关的则执行该逻辑操作。
10.一种航空器中的设备，包括适于实施如前述任一项权利要求的方法中的每一个步骤的装置。
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