CN101938394A - 一种数据报文的总线传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据报文的总线传输方法和装置，它可以用于实现设备内部发射模块和处理模块之间的高速数据总线通信，其具有数据缓冲区检测机制、报文丢弃统计、发射时隙计算机制，可靠性高、速度快，使其能够作为一种有效的总线数据传输方法，完成发射模块与处理模块之间的报文传输和发射状态统计。

Description

一种数据报文的总线传输方法

技术领域

本发明涉及信息传输技术，特别是一种数据报文的总线传输方法，属于空中交通管制领域。

背景技术

ADS（自动相关监视）是ICAO（国际民用航空组织）在新航行系统中所推荐的一种新兴的监视技术。所谓自动相关监视系统，是指记载导航系统获得的导航信息，通过卫星数据链或甚高频空－地数据链，自动实时地发送到地面接收和处理系统，然后转换传输报文格式后以网络方式将数据发给地面管制中心，通过显示设备提供伪雷达画面，供空中交通管理人员和航空管理人员等监视飞机的运行状态。同时，地面管制中心为了对管制空域内的飞机提供其它通信方式的航空器信息（如一、二次雷达监视信息），需要通过TIS-B（Traffic Information Service – Braodcast，广播式交通信息服务）发射上行数据报告。

上行数据报告的传输过程，是由地面管制中心将需要转发的飞行信息生成相应的上行数据报文，通过网络TCP/UDP方式传输至ADS-B（广播式自动相关监视）数据链的地面设备；数据链地面设备的处理模块将网络数据包经过处理转换为上行TIS-B报文，通过高速数据总线传输到发射模块，经过编码和选择发射时隙后调制发射。

随着数据链通信技术开发和试验的成功，未来可能应用3种数据链满足ADS-B对数据通信的要求，即S模式1090ES数据链、VDL模式4数据链和UAT数据链。

发明内容

本发明的目的是：提供一种数据报文的总线传输方法，通过高速数据总线，在ADS-B数据链地面设备发射模块和处理模块之间进行数据的传输。当处理模块转发的网络数据包多于发射模块处理能力时，能够检测和判断未来限定时间内是否存在报文的发送时隙，并作出写入发射缓冲区或丢弃报文的行为。通过该方法，在发射能力和传输时延有限的情况下完成了数据报文的传输、发射，又避免了异常的数据包丢失，提供了丢包统计的能力。

本发明提供一种数据报文的总线传输方法，包括：

1)    总线寄存器配置：设备内部发射模块了使用16bit位宽的FIFO缓冲区存储待发射报文，总线操作的双方定义了：报文数据寄存器地址A，用于向发射模块写入数据报文；缓冲区内待发射报文的个数寄存器地址B，当前秒脉冲时隙寄存器地址C，处理模块可从寄存器地址读取发射模块尚未发射的报文个数和实时的秒脉冲时间。数据总线配置方式见图1。

2)    报文发送/丢弃的判决方法：按照系统要求，将1s时间划分为250us宽度的4000个发射时隙（mso，Message Start Opportunities），时隙分配方法见图2。待发射的上行数据报文被分配到5个通道，每个通道宽度为640个mso，随机选择其中38个mso，即每秒最多使用190个时隙来发射上行报文，且每秒的发射mso个数随着时间推移在逐渐的减少。当发射某条报文前，需要计算为该报文分配的mso，且该mso对应时刻与当前时刻的差值不超过600ms，否则丢弃该报文。其处理过程为：处理模块从发射模块获取等待发射的报文个数和当时秒脉冲时间，并判断：待发送报文个数小于76时，将报文通过总线写入地址A发射；待发送报文个数大于152时，丢弃报文；在76和152之间时，计算600ms的时延允许范围内是否存在可供发射的mso，从而作出发射或丢弃报文的判断。

3)    判断报文能否在时延内发射的方法：判断报文能否发射的关键是计算600ms内是否存在可供报文发射的mso。按照图2所示，TIS-B报文的输入在1s内均匀分布，发射模块在194ms~994ms区间将其编码发射，最后按照发射和输入的时刻分为4种情况单独处理。

本发明提供了一种适合于上行报文发射的数据报文的总线传输方法，通过检测和判断未来限定时间内是否存在报文的发送时隙，判断是否写入发射缓冲区或丢弃报文。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

在发射能力和传输时延有限的情况下灵活地完成数据报文的传输、发射，该方法设计可靠，操作简便易行。

 

附图说明

图1为本发明中的数据总线配置方式；

图2为本发明中时隙分配方式；

图3为本发明中总线传输方法的总体流程图；

图4为本发明总原理示意图。

 

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

（1）              TIS-B上行报文时隙划分协议

本发明中报文在不同的时隙发射，从而不会在通信上产生冲突。1s时间被划分为250us宽度的总计4000个mso时隙，其中TIS-B报文发射时隙被限定在194ms~994ms的区间内（发射窗口），即776~3976个mso。该区间内包括5个发射通道（时段），每个通道宽度为160ms即640个mso，提供了38条报文的发射能力，其余的时间段（0~194ms，994~1000ms）被称为空闲窗口。当需要发射报文时，发射模块选取时间最近的一个发射通道内的任一mso发射报文，因此每秒最多能够发射190条上行报文，但是允许发射的mso个数会随着时间推移逐渐减少。报文发射时隙的分配方式见图2。

（2）              总线传输方法过程描述

设备内部处理模块向发射模块传输数据报文以前，首先判断该报文类型为TIS-B报文（不同报文的处理机制不同）。如图2所示，当处理模块在994ms处向发射模块传输数据报文等待发射时将出现最差状况，发射模块仍有下一秒发射窗口400ms的时间段供发射报文，即最低提供2个发射通道76条的报文发射能力；同理最佳状况是当前时刻在194~394ms内传输报文等待发射将提供最多4个通道152条的报文发射能力。因此，从地址B读取发射模块待发射的报文个数，当该值小于76时处理模块将报文写入总线地址A，大于152直接丢弃该报文，其他状态的判断需要计算当前时刻的报文发射能力并与待发射报文个数进行比较。

（3）              报文发射能力计算方法描述

本发明中发射模块的报文发射能力值是指从当前时刻开始600ms内能够发射的报文个数。计算该值的基本原理是获取当前时刻的mso值N1，从而得到600ms（2400个mso）后时刻的mso 值N2（N2=N1+2400），N1~N2时间段与发射窗口重叠时间内包含的通道拥有的发射能力即是该值。根据N1、N2在时间内位置的不同分为4种情况处理：

         i.          N1<776mso，或3976≤N1<4000，表示N1在空闲窗口且N2在发射窗口，发射窗口起始位置在776mso，此时776mso到N2区间包括数个完整通道，计算该位置距N2的完整通道个数N3为：

N3 = (N2-776)/640……………………………①

N2所处通道也可能包含部分发射能力个数，计算该值N4为：

N4=(N2-(N3*640+776))……………………………②

因此总的发射能力个数为N5 = N3*38+N4……………………………③

    ii.          776mso ≤N1<1576，表示 N1、N2均在发射窗口内，N1~N2时间段与发射窗口完全重叠，此时分别使用公式①②③计算N2至776mso的发射能力个数，并按同样方式将N1替换N2后得出N1至776mso的发射能力个数后相减，即得到N1~N2时间段的报文发射能力值；

iii.          1576mso≤N1<2376，表示N1在发射窗口且N2属于下一秒的空闲窗口，能够发射的时间为N1至当前1秒结束时间3976mso（994ms）内的可利用mso个数（N2所在空闲窗口没有可供发射的时隙）。按照公式①②③计算得到N1至776mso的发射能力个数，并用1秒内最大发射能力（190条上行报文）减去该值，即为这种情况的报文发射能力值；

    iv.          2376mso≤N1<3976，表示N1在当前1秒发射窗口且N2属于下一秒的发射窗口，能够发射的时间为N1至当前1秒结束时间3976mso（994ms）内的mso个数和下一秒的N2至776mso的mso个数之和。前者的mso值可按照第三种情况计算得出，后者的mso值可按照第一种情况计算得出。

（4）              报文总线传输流程描述

在通过数据总线传输并发射TIS-B上行报文的过程中，必须遵照一定的流程模式检测之前待发射的报文情况，是否存在可供发射的时隙，作出发射或丢弃报文的决定。其具体流程如图3。

首先由外部报文输入触发总线传输机制，系统自动判别该输入是否为TIS-B上行报文，类型不对时丢弃该报文；其次从总线寄存器地址B读取发射模块中待发射的报文个数N，当该值小于76时，将本条报文直接写入报文数据寄存器地址A发射，大于152时将本条报文丢弃；其它情况时从总线地址C读取当前时隙N1并计算相应结束时候N2，根据 N1、N2所在区间的不同按照（3）所述方法计算报文发射能力N5；将待发射的报文个数N与N5比较后作出发射报文或者丢弃报文的决定。最终结束本次报文的发射工作。

    最后应说明的是：以上仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述内容对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种数据报文的总线传输方法，通过高速数据总线，在广播式自动相关监视ADS-B数据链地面设备发射模块和处理模块之间进行数据的传输，其特征在于：当所述处理模块转发的网络数据包多于所述发射模块处理能力时，检测和判断未来限定时间内是否存在报文的发送时隙，并判决报文发送或丢弃。

2.根据权利要求1所述的数据报文的总线传输方法，其特征在于：所述的检测和判断未来限定时间内是否存在报文的发送时隙的方法是计算600ms内是否存在可供报文发射的发射时隙mso，即广播式交通信息服务TIS-B报文的输入在1s内均匀分布，所述发射模块在194ms~994ms区间将其编码发射，最后按照发射和输入的时刻分为4种情况单独处理。

3.根据权利要求2所述的数据报文的总线传输方法，其特征在于所述的4种情况具体取值是：

N1<776 mso，或3976≤N1<4000，表示N1在空闲窗口且N2在发射窗口，发射窗口起始位置在776mso；776mso ≤N1<1576，表示N1、N2均在发射窗口内，N1~N2时间段与发射窗口完全重叠；1576mso≤N1<2376，表示N1在发射窗口且N2属于下一秒的空闲窗口；2376mso≤N1<3976，表示N1在当前1秒发射窗口且N2属于下一秒的发射窗口。

4.根据权利要求1所述的数据报文的总线传输方法，其特征在于所述的判决报文发送或丢弃的具体处理过程是：所述处理模块从所述发射模块获取等待发射的报文个数和当时秒脉冲时间，并判断：待发送报文个数小于76时，将报文通过总线写入地址A发射；待发送报文个数大于152时，丢弃报文；在76和152之间时，计算600ms的时延允许范围内是否存在可供发射的mso，从而作出发射或丢弃报文的判断。

5.根据权利要求5所述的数据报文的总线传输方法，其特征在于；所述的在76和152之间时，从总线地址C读取当前时隙N1并计算相应结束时候N2，根据 N1、N2所在区间的不同计算报文发射能力N5；将待发射的报文个数N与N5比较后作出发射报文或者丢弃报文的决定；最终结束本次报文的发射工作。

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