CN101803328B - 用于远程航空电子应用程序的acars路由器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种ACARS信息通信系统，其包括：至少一个机载设备，该机载设备包含适于传送和/或接收ACARS信息的应用程序；路由器，适于经由多个子网(HF/VHF/SATCOM)为来自所述应用程序和/或向所述应用程序发送的信息制定路线。所述设备和所述路由器连接到AFDX网络，并且所述应用程序适于经由所述网络向路由器动态注册，所述路由器只在所述应用程序确实向所述路由器注册的情况下为所述信息制定路线。

Description

用于远程航空电子应用程序的ACARS路由器
技术领域
本发明通常涉及航空通信领域，并且更具体地，涉及ACARS(Aircraft Communication and Reporting System，飞行器通信和报告系统)路由的领域。
背景技术
在航空领域中，ACARS系统允许在飞行器与地面基站(earth-borne station)之间传送数据，尤其允许与航空公司的运营商交换AOC(Aeronautical Operational Control，航空运营管理)类型的信息或者与航空控制者交换ATC(Air Traffic Control，空中交通管制)类型的信息。
ACARS系统可以使用多个传送载体(在现有技术中也被称为媒介)，或者更精确地，ACARS系统可以使用多种类型的子网(即，HF、VHF或SATCOM子网)以便在飞行器和地面之间传送数据。VHF通信子网允许与地面上的发送机/接收机在直接对准线上(enligne de visée directe)点对点连接，但是有效距离相对较小。另一方面，卫星通信SATCOM的子网提供除极地区域之外的全球范围覆盖，但是通信成本非常高。至于HF子网，其允许覆盖极地区域。机上和地面之间的数据连接一般由现有技术中的通用术语《数据通信(datalink)》来表示。
通常，对地面的数据传送通过ACARS路由器来实现。这种路由器作为设备的通信管理部件或者CMU(通信管理单元)，其根据某些参数(特别是媒介可用性及其使用成本)自动选择最合适的传送载体(VHF、HF、SATCOM)。
图1示出了一种使用传统的ACARS路由器100的通信系统的结构。这种路由器可以装载有一个或多个应用程序110，所述应用程序能够与地面传送和接收ACARS信息形式下的数据。这些应用程序在制造设备时被预设。增加新应用程序需要更新路由器(或者甚至替换路由器)以及新的认证。因此，路由器中的新应用程序的安装是十分麻烦的操作。ACARS路由器还可以通过Arinc 429类型的专用点对点连接来连接到远程航空电子应用程序。在Arinc 619标准中定义了在这些连接上传送ACARS信息的协议。
远程航空电子应用程序可以位于不同类型的LRUs(LineReplaceable Unit，线性可替代单元)中，例如用于将涉及飞行器状态的信息传送到航空公司的ACMS(飞行器状态监控系统)模块、用于从航空控制接收信息的ATC模块、用于交换维护数据的CMS(中央维护系统)模块。这些应用程序通过在路由器的设计过程中设置的专用接口与路由器通话。换言之，不考虑额外的应用程序可使用路由器提供的ACARS服务。这意味着至少需要安装新的接口并且由此进行新的认证操作。
如已经看到的，传统的ACARS路由器不能提供先进的结构。使用ACARS服务的任何新的航空电子应用程序需要新的配置并且由此需要路由器的新的认证。
本发明的目的是提供一种给出先进的通信结构的ACARS路由器，其可以根据不同航空公司的需求而轻松地定制。
发明内容
本发明由一种ACARS信息通信系统限定，该ACARS信息通信系统包括：至少一个机载设备，所述机载设备包含适于传送和/或接收ACARS信息的应用程序；路由器，适于为朝向多个子网(HF/VHF/SATCOM)或来自多个子网的所述信息制定路线。其中，所述设备和所述路由器被连接到AFDX网络，并且所述应用程序适于经由所述网络向所述路由器动态注册，路由器只在所述应用程序确实向所述路由器注册的情况下为所述信息制定路线。
典型地，所述应用程序通过向所述路由器发送注册请求并且接收返回的注册确认来向所述路由器注册，所述确认只在包含在请求中的信息被所述路由器确定为有效时由路由器发回。
在这种情况下，有利地通过APOTA/TFTP/UDP/IP协议栈来传送注册请求和可能的注册确认，其中，APOTA在所述设备一侧指定TFTP层与应用程序之间的协议适配层，并且在路由器一侧指定Arinc 618层与TFTP层之间的协议适配层。
根据第一实施例变型，路由器适于对来自所述应用程序以及向所述子网中的一个子网发送的ACARS信息执行流量控制。
所述路由器通过将每个信息的大小与接收缓冲器中的可用空间进行比较、并且如果可用空间小于所述信息的大小则通过向所述应用程序发回拒绝信息来控制来自所述应用程序的ACARS信息的流量。
根据本发明的第二实施例变型，所述路由器向所述应用程序周期性地发送测试信息，在每次发送时，第一定时器被加载第一确定值(Ttest)，并且在所述定时器每次到时时发送测试信息，如果路由器在所述第一定时器到时之前未接收到测试信息的接收确认，则检测所述应用程序的故障。
有利地，当所述应用程序向路由器注册并且在每次接收测试信息时，所述应用程序向第二定时器加载大于所述第一值的第二值(Tmon)，如果所述第二定时器在接收到测试信息之前到时则检测路由器的故障。
独立于实施例变型，如果路由器检测到影响来自已注册应用程序的信息的错误，则所述路由器可以通过从已注册的应用程序的列表中删除识别所述应用程序的代码来取消所述应用程序的注册。
类似地，如果所述应用程序检测到影响来自所述路由器的信息的错误，则所述应用程序取消其注册，而待传送到所述路由器中的所述应用程序的信息向所述子网中的一个子网确定路线。
本发明还涉及一种飞行器，该飞行器包括诸如以上限定的通信系统。
附图说明
参照附图，通过阅读本发明的优选实施例，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：
图1示出了现有技术中已知的一种使用ACARS路由器的机载通信系统的结构；
图2示出了根据本发明的实施例的一种使用ACARS路由器的机载通信系统的结构；
图3示出了图2的系统中应用的协议栈；
图4示出了图3的APOTA协议层的第一功能；
图5示出了在根据本发明的通信系统中的一种针对路由器的远程应用程序的动态注册方法。
具体实施方式
以下，将假定飞行器装备有AFDX(Avionics Full DupleX，航空电子全双工)网络。应当指出的是，为满足航空需求所发展的AFDX网络基于交换式以太网网络，并且其受到Arinc 664标准第7部分中的标准化的限制。尤其可以在标题为“AFDX protocol tutorial(AFDX协议指南)”的文件中找到该网络的详细描述，该文件存在于以下的URL中：
http://sierrasales.com/pdfs/AFDXTutorial.pdf。
基于本发明的方法提供了一种协议，该协议允许安装在连接到AFDX网络的终端设备(终端系统)中的任何应用程序向路由器动态注册，以使用ACARS通信服务。实际上，有关的协议对于提前注册的任何远程应用程序扩展了ACARS通信服务的接入，犹如该应用程序被安装在路由器中或者犹如机载设备在与路由器的Arinc429专用连接上使用Arinc 619协议。
图2示出了根据本发明的实施例的使用ACARS路由器200的一种机载通信系统。路由器200以及分别安装有被标注为clientappl_1、client appl_2、...、client appl_N的应用程序的一个或多个设备210连接到AFDX网络220。设备210是Arinc 664标准的意义上的终端(终端系统)。路由器适于通过多个子网(特别是HF、VHF、SATCOM子网，甚至是WiMAX或Wi-Fi子网，不局限于该列举)来为ACARS信息制定路线。
应用程序client appl_1、client appl_2、...、client appl_N中的每一个都可以使用ACARS服务。为此，应用程序必须根据以下的详细流程提前向路由器注册。增加新的应用程序不需要更改路由器的硬件或者软件配置，因此无需再次确认。应指出的是，该结构同时提供了很大的模块性以及发展的灵活性。这使得在保持同一路由器的情况下容易地定制ACARS通信系统以及在其中集成专有应用程序具有很大可能。
图3示出了分别在客户端应有程序一侧和ACARS路由器一侧应用的协议栈310和300。
每个协议栈的下协议层都由AFDX网络的层组成，即由以太网连接层、IP网络层和UDP传送层组成。
在客户端应用程序一侧，应用程序层(此处被标注为“ACARS数据通信应用程序”)可以传统地将ACARS信息以Arinc 620的格式传送到路由器。然而，与现有技术不同，在现有技术中，通过使用Arinc 619文件传送协议在Arinc 429连接(liaison)上传送这些信息，而此处这些信息在通过TFTP(Trivial File Transfer Protocol，一般的文件传送协议)会话(session)传送之前，由被标注为APOTA(TFTP和AFDX上的ACARS协议)的协议适配层转换这些信息。可在IETF的网站上的文件RFC 1350中找到TFTP协议的详细描述。这里简单指出的是，TFTP协议是一种非常简单的协议，其用于通过使用UDP作为底层传送层来传送文件。
协议栈310中的APOTA层的作用是向远程航空电子应用程序提供ACARS服务(作为SAP或者服务接入点)，换言之，用于在该应用程序处配置(déporter)ACARS服务。为此，APOTA协议层通过ACARS服务基元(primitives)与上应用程序层对话并且通过文件传送服务基元(FT service primitives)与下层对话。APOTA协议层还在协议栈300中与其对应的部分交换被标注为APOTA-PDUs(Protocol Data Units，协议数据单元)的数据包。
在路由器一侧，Arinc 618协议层管理ACARS与地面的通信。按照与以上相同的方式，协议栈300的APOTA协议层通过ACARS服务基元与上层对话并且通过文件传送服务基元与下层对话。然而，与协议栈310不同的是，APOTA协议层不向上层提供ACARS服务。APOTA协议层主要功能是保证通过经由TFTP层的文件传送来传送ACARS信息。
更普遍地，APOTA协议层以非限制的形式保证以下功能：
-将路由器的ACARS服务向远程应用程序配置；
-动态注册ACARS服务的客户端的远程应用程序；
-在下行连接(liaison descendante)上控制流量；
-检测发生故障的客户端应用程序；
-检测ACARS服务的丢失；
-处理错误。
图4示出了用于下行连接(即，空-地(A/G)的ACARS服务的配置机制。
通过生成文件传送基元，APOTA协议层在410处编码ACARS服务基元及其可能的参数。待传送的文件可以包含一个或多个APOTA-PDU数据包。此次被标注为《#Filename》的文件名称一般包括识别源应用程序的代码、识别目标(即，路由器)的代码以及表示文件中包含的信息类型的代码。
APOTA协议层在420处通过被标注为FT-Write的文件传送基元来控制向TFTP层传送包含APOTA PDU数据包的文件。因此，TFTP层根据RFC 1350标准、以TFTP PDU数据包的形式传送文件#Filename。通过文件传送协议TFTP，这些标准数据包经由AFDX网络被传送到路由器。通过FT-Data-Ind基元告知协议栈300的APOTA协议层接收文件#Filename。如果APOTA协议层接收该文件，则该APOTA协议层恢复其包含的APODA-PDU数据包。在步骤440中，从APODA-PDU数据包中提取ACARS信息并且将其传送到Arinc 618协议层。对于上行连接，协议栈300和310的APOTA协议层以对称的方式运行。
根据本发明，根据图5中所示的流程，由远程应用程序发送ACARS信息假定该应用程序预先向路由器注册。为简单起见，这里只示出了协议栈300和310的三个上协议层。
通过应用程序的注册请求以被传送到APOTA协议层的ACARS服务基元(此次被标注为A-Reg-req)的形式启动该流程。该基元允许远程应用程序声明其作为路由器处的新客户端，并且允许指示哪些是应用程序希望从地面发送或接收的ACARS标签或子标签。
因此，APOTA协议层生成文件传送服务基元(FT-Write)，其具有作为参数的文件名#Filename(RegReq)、此处被标注为RefReqPDU的APOTA PDU数据包和TFTP端口号(未示出)。文件名包括所传送信息的类型以及在存在注册请求的情况下包括识别源应用程序的代码。
在路由器接收之后，TFTP层传送接收到的文件名#Filename(RegReq)和RegReq PDU数据包。RegReq数据包包括应用程序希望保留的ACARS标签和子标签的列表。
路由器的APOTA层根据文件名和/或传送的RegReq PDU数据包中包含的信息检查注册请求是否正确。如果正确，则在返回注册确认信息之前，路由器本地注册有关的应用程序的代码。相反地，如果注册请求失败，则路由器发送回注册失败信息。如上所述，注册确认或失败信息的发送通过文件传送服务基元(FT-Write)来执行。在本情况下，注册被确认，并且APOTA层生成具有作为参数的文件名#Filename(RegReq)和RegReq PDU数据包的所述基元。
在终端接收之后，由APOTA层处理确认信息，并且通过被标注为A-Reg-conf的ACARS服务基元将确认传送到客户端应用程序。
APOTA协议层还具有控制下行连接上的流量的功能。由于AFDX网络(100Mb/s)与VHF/HF/SATCOM子网(小于31kb/s)之间的流量的差异导致路由器处堵塞的高风险，因此提供该流量控制是有利地。应当注意，相反地，在上行连接上不需要任何流量控制机构。
在向路由器注册之后，远程应用程序可以发送ACARS信息。为此，由远程应用程序的APOTA层将文件传送服务基元(FT-Write)传送到路由器的APOTA层。该基元具有作为参数的文件名，尤其包括远程应用程序的代码、信息(上行连接或者下行连接)的类型以及信息的大小。
当路由器的APOTA层接收到该请求时，APOTA层首先检查远程应用程序是否确实是已知的并且已经注册。默认情况下，拒绝该请求并且中断文件传送。然后，路由器的APOTA层检查信息的类型以确定其是否必须执行流量控制。如果必须执行流量控制(在下行连接)，路由器的APOTA层检查信息的大小是否小于其接收缓冲器中的可用空间。如果确实是这种情况，则路由器接受TFTP传送。否则，拒绝TFTP传送，并且路由器的APOTA层通过指示出该拒绝的服务基元将该情况通知给远程应用程序的APOTA层。然后，远程应用程序的APOTA层停止传送新的请求。
当由于ACARS路由器的接收缓冲器中存储的信息已经被成功传送到地面或者由于路由器已经接收到消除信息的命令而导致ACARS路由器的接收缓冲器变空时，ACARS路由器的接收缓冲器通过分别指示向地面传送确认和清除信息的服务基元将该情况通知给远程应用程序的APOTA层。接收这些基元中的任一个之后，远程应用程序的APOTA层被允许传送新的请求。
有利地，作为文件传送服务基元(FT-Write)的自变量(argument)的文件名还可以包括优先权指示和/或路由策略指示。这些指示一方面允许路由器按照等级排序进入的流量，并且另一方面允许根据HF/VHF/SATCOM媒介各自可用的级别为每个进入的信息选择最合适的HF/VHF/SATCOM媒介。
APOTA协议层也允许检测发生故障的客户端应用程序。如果远程应用程序不再能够处理在上行连接上传送到远程应用程序的信息，则远程应用程序出现故障。
为了检测这样的故障，路由器的APOTA协议层向已注册的应用程序中的每一个应用程序周期性地发送测试信息(此处被标注为《Testlink》)。每次发送之后，定时器都被加载一个值(Ttest)，并且当定时器到时时，发送新的测试信息。如果对应用程序中的一个的信息传送失败，即，如果在所述定时器到时之前，路由器未从该应用程序接收到接收回执，则认为应用程序发生故障。这种检测机制允许路由器尽可能快地发现不再可用的远程应用程序，并且随后拒绝用于该应用程序的来自地面的信息。
反之亦然，远程应用程序可以检测到ACARS服务的丢失，例如在AFDX网络有问题的情况下。为此，在远程应用程序向路由器注册时，该远程应用程序装备有定时器，该定时器加载一个值Tmon，Tmon＞Ttest。然后，在每次接收测试信息(Testlink)之后，定时器被加载该值Tmon。如果定时器超时，则应用程序得出测试信息不存在以及ACARS服务丢失的结论。
最后，APOTA协议层能够处理可能发生在ACARS服务中的错误。更具体地，当例如由于文件传送失败、接收的信息没有被正确地格式化、作为传送请求的自变量的文件名是错误的、或者信息在协议层的当前状态下不被允许而检测到错误时，按照以下方式处理这种错误：
当路由器检测到影响来自远程应用程序的信息的错误时，应用程序从ACARS服务中简单地“撤销注册”。更确切地，通过从已注册的应用程序的列表中删除应用程序的代码来取消其注册。由信息向应用程序通知该取消注册，并且应用程序应该再次注册以能够再次接入ACARS服务。
相同地，如果检测到影响路由器的信息的错误时，应用程序从ACARS服务中“取消注册”，并且由信息向应用程序通知该取消注册。然而，与以上情况不同的是，不从由路由器处理的应用程序的列表中删除应用程序的代码。为了使路由器可以将来自缓冲器中仍正待传送的应用程序的信息继续发送到地面，应用程序的状态在“注册”和“取消注册”之间简单地切换。

Claims (10)

1.一种飞行器通信和报告系统(ACARS)信息通信系统，其包括：至少一个机载设备，所述机载设备包含适于传送和/或接收飞行器通信和报告系统(ACARS)信息的应用程序；路由器，适于为向多个子网发送或者来自所述多个子网的所述信息制定路线，其特征在于，所述机载设备和所述路由器连接到航空电子全双工(AFDX)网络，并且所述应用程序适于经由所述网络向所述路由器动态注册，所述路由器只在所述应用程序确实向所述路由器注册的情况下为所述信息制定路线，
其中，所述应用程序通过向所述路由器发送注册请求并且接收返回的注册确认来向所述路由器注册，
通过协议适配层APOTA/一般的文件传送协议TFTP/传送层协议UDP/网络层协议IP协议栈传送所述注册请求和可能的所述注册确认，并且
其中，协议适配层APOTA在所述机载设备一侧指定一般的文件传送协议TFTP层与所述应用程序之间的协议适配层，并且在所述路由器一侧指定Arinc618层与一般的文件传送协议TFTP层之间的协议适配层。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，只在包含在所述请求中的信息被所述路由器确定为有效时，所述应用程序才接收返回的注册确认。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述路由器适于对来自所述应用程序以及向所述多个子网中的一个子网发送的飞行器通信和报告系统(ACARS)信息执行流量控制。
4.根据权利要求3所述的通信系统，其特征在于，所述路由器通过将每个信息的大小与接收缓冲器中的可用空间进行比较、并且如果所述可用空间小于所述信息的大小则通过向所述应用程序发回拒绝信息来控制来自所述应用程序的飞行器通信和报告系统(ACARS)信息的所述流量。
5.根据上述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述路由器向所述应用程序周期性地发送测试信息，在每次发送时，第一定时器被加载第一确定值(Ttest)，并且在所述第一定时器每次到时时发送测试信息，如果所述路由器在所述第一定时器到时之前未接收到所述测试信息的接收确认，则检测所述应用程序的故障。
6.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，当所述应用程序向所述路由器注册并且在每次接收测试信息时，所述应用程序向第二定时器加载大于所述第一确定值的第二值(Tmon)，如果所述第二定时器在接收到测试信息之前到时，则检测所述路由器的故障。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，如果所述路由器检测到影响来自已注册应用程序的信息的错误时，则所述路由器通过从已注册所述应用程序的列表中删除识别所述应用程序的代码来取消所述应用程序的注册。
8.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，如果所述应用程序检测到影响来自所述路由器的信息的错误，则所述应用程序取消注册，待传送到所述路由器中的所述应用程序的信息朝向所述多个子网中的一个子网而被确定路线。
9.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述多个子网为HF、VHF或SATCOM子网。
10.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括根据上述权利要求中任一项所述的通信系统。
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