CN105657582B - 用于飞行器的数据通信网络 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于飞行器(1)的数据通信网络(10)。该数据通信网络包括：第一分支(200)，用于建立至第一组终端装置(301)的无线数据连接；主控制单元(100)，其连接至第一分支(200)；以及备用控制单元(110)，其连接至第一分支(200)。主控制单元(100)被配置用于经由第一分支(200)向第一组终端装置(301)以及从第一组终端装置(301)进行数据传输。备用控制单元(110)被配置成：检测主控制单元(100)的操作状态，并且在主控制单元(100)故障的情况下，从主控制单元(100)接管经由第一分支(200)向第一组终端装置(301)以及从第一组终端装置(301)进行的数据传输。

Description

用于飞行器的数据通信网络
技术领域
本发明涉及用于飞行器的数据通信网络、具有这样的数据通信网络的数据通信系统以及具有数据通信系统的飞行器。
背景技术
使用飞行器中的传感器和致动器来检测物理测量变量并且控制功能元件的功能或系统。基于检测的测量变量，可以得出关于以下的结论：飞行器系统部件的状态或飞行器的内部或外部以及环境的状态。借助于对应的电气线路将这些传感器连接至电源和识别器。鉴于飞行器结构中的重量限制连同用于传感器网络的必要电气布线的复杂性，仅可以非常少量地并且只在必要的地方使用传感器。
在飞行器中，通常分析部件、系统和功能的故障抵抗力。故障抵抗力分析意指对相邻元件上或更高等级系统上的一个元件的故障的效应或影响进行分析，以及对关键性的规模进行评估。
DE 10 2009 009 189 A1描述了用于飞行器的传感器和传感器网络。传感器被配置用于将数据无线传输至传感器网络。
DE 10 2011 114 957 A1描述了用于控制飞行器中的氧气系统的无线网络。
发明内容
减少飞行器中数据通信网络的故障概率可以被看作是本发明的目的。
通过独立权利要求来解决本目的。在以下描述中在从属权利要求中描述了进一步的实施方式。
根据本发明的方面，提供了一种用于飞行器的数据通信网络。该数据通信网络包括第一分支，其用于建立至第一组终端装置的无线数据连接；主控制单元，其连接至第一分支；以及备用控制单元，其连接至第一分支。主控制单元被配置用于经由第一分支向第一组终端装置以及从第一组终端装置进行数据传输。在主控制单元故障的情况下，备用控制单元被配置用于检测主控制单元的操作状态，并且用于从主控制单元接管以经由第一分支向第一组终端装置以及从第一组终端装置进行的数据传输。
具体地，第一分支可以是从主控制单元至一个或多个连接装置的有线连接，第一分支适用于与终端装置建立无线连接。终端装置可以是飞行器中的致动器和/或传感器，终端装置被配置用于向中央控制单元(即主控制单元)发送数据或者接收来自中央控制单元的数据。传感器例如可以是温度传感器，其用于检测客舱中的温度或者布置在飞行器中的部件的温度。其它的传感器可以是检测例如像(打开的/关闭的)门或副翼之类的飞行器部件的状态信息的传感器。致动器可以是氧气面罩的释放机械装置、窗口遮光元件(其机械地移动遮盖元件来遮盖客舱的窗)或照明元件。
主控制单元接收来自传感器的数据并对其进行评估。此外，例如基于评估的传感器数据，主控制单元将命令发送至致动器，例如至位于飞行器的客舱中的空气调节器或通风单元。
无线网络提供了关于终端装置的定位的灵活性。在无线数据通信网络中，可以重新定位终端装置，而无需费钱并耗时地将有线连接放置到重新定位的传感器的新位置。已经认识到：在这样的配置中，如果设置了备用控制单元，则数据通信网络的故障抵抗力可能增加，或者数据通信网络的故障概率可能减少，其中备用控制单元监控或检查主控制单元的操作状态并且在主控制单元故障的情况下接管主控制单元在数据通信网络中的功能。
主控制单元可以是无线控制单元，其被配置用于管理数据通信网络，并且将数据传输至终端装置和对来自终端装置的数据进行传输以及/或者在终端装置之间进行数据传输。在主控制单元故障的情况下，备用控制单元被配置成取代主控制单元的地位，使得数据通信网络如同主控制单元仍然可用那样来执行其任务。换言之，备用控制单元模仿主控制单元，其中，备用控制单元被配置用于监控或者观察主控制单元是否可用并且是否正确地执行其任务。主控制单元可以被配置用于将频繁的所谓心跳的信号发送至备用控制单元，以便指示主控制单元恰当地执行其任务。
由于备用控制单元组成数据通信网络的备选位置或备选配置，所以这样的数据通信网络具有减少的故障概率。
主控制单元和备用控制单元两者都可以被布置在相同的壳体中，或者它们可以彼此间隔开。在飞行器中，主控制单元和备用控制单元例如可以被定位在飞行器的不同部位或地方。
根据本发明的实施方式，主控制单元被配置用于将电能提供至第一分支。
如上所述，第一分支可以包括至少一个连接单元，其被配置用于建立与终端装置的无线连接。第一分支尤其是连接单元可能需要电能用于其操作。经由第一分支通过主控制单元可以提供各自的电能。可以经由相同的电线或者经由第一分支中单独的电线而不是控制信号和命令将电能提供至连接单元。
替代地，可以通过单独的电源将电能提供至第一分支。
在本实施方式中，在主控制单元故障的情况下，备用控制单元可以被配置用于从主控制单元接管以将电能提供至第一分支。
根据本发明的进一步实施方式，如上并且在下文中所述的数据通信网络包括第一组连接单元，其包括至少一个连接单元，至少一个连接单元连接至第一分支，并且被配置用于建立从第一组终端装置至终端装置中的至少一个的无线数据连接。
第一组连接单元可以包括一个或更多个连接单元，例如所谓的数据集中器或无线数据集中器，所述数据集中器或无线数据集中器包括：被形成为无线接口的第一接口，其用于建立与一个或更多个终端装置的连接；以及被形成为有线接口的第二接口，其形成作为用于连接至第一分支的接线接口。
根据本发明的进一步实施方式，如上并且在下文中所述的数据通信网络进一步包括：第二分支，用于建立至第二组终端装置的无线数据连接。主控制单元连接至第二分支，并且被配置用于经由第二分支向第二组终端装置以及从第二组终端装置进行数据传输。备用控制单元被配置成：在主控制单元故障的情况下，从主控制单元接管向第二组终端装置以及从第二组终端装置进行的数据传输。
因为第二组终端装置连接至主控制单元时(并且在当主控制单元故障时，在备用控制单元接管来自主控制单元的操作的情况下，连接至备用控制单元)，所以数据通信网络的本实施方式进一步减少了故障概率。因此，可以缓冲第一分支的故障的影响(例如“电线的损耗”)。仍然存在至第二组终端装置的可用连接。可以通过关键性分类来使第一组终端装置和第二组终端装置分开。换言之，第一关键性等级的终端装置可以连接至第一组连接单元，而第二关键性等级的终端装置可以连接至第二组连接单元。备用控制单元被配置成接管对第二分支和互连的连接单元以及与第一分支的终端装置类似的终端装置的管理。因此，在以上给出的关于第一分支的相应说明类似地适用于第二分支。
根据本发明的进一步的实施方式，主控制单元被配置用于将电能供应给第二分支，其中，在主控制单元故障的情况下，备用控制单元被配置用于从主控制单元接管将电能供应至第二分支。
这也同以上说明的第一分支相类似。主控制单元被配置用于管理第一分支和第二分支，从而提供电线(第一分支和第二分支的电线)的冗余，以使得可以经受第一分支或第二分支的故障。备用控制单元被配置为用于主控制单元的冗余系统，并且被配置成类似于主控制单元。因此，在数据通信网络的两个层次等级上提供冗余：借助于第一分支和第二分支的电线的冗余以及通过提供主控制单元和备用控制单元的控制单元的冗余。
根据本发明的进一步实施方式，主控制单元被配置成：在第二分支故障的情况下，经由第一分支向第二组终端装置以及从第二组终端装置进行数据传输。
因此，第二组终端装置的终端装置经由第一分支(即经由第一组连接单元)接收并传输数据。这可能需要定位第一组连接单元，使得所有的终端装置处于一个范围内，尤其是在第一组连接单元的连接单元的无线接口的无线电范围之内。
本实施方式可以进一步向数据通信网络添加冗余，因为在第二分支故障或第二组连接单元连接至第二分支失败的情况下，飞行器中的全部终端装置都能够向主控制单元(和/或向备用控制单元，在备用控制单元接管在数据通信中的主控制单元的功能的情况下)发送数据。
根据本发明的进一步实施方式，主控制单元被配置成：在第一分支故障的情况下，经由第二分支向第一组终端装置以及从第一组终端装置进行数据传输。
本实施方式是对先前实施方式的补充。因此，示出了全部的终端装置经由第一分支和第一组连接单元或经由第二分支和第二组连接单元都可访问主控制单元和备用控制单元。
具体地，如上并且在下文中所述的数据通信网络可以提供减少的故障概率，并且可以使得设计用于飞行器的数据通信网络成为可能，以使得可以以不同等级(控制单元、网络分支、至终端装置的连接)提供网络组件的冗余，使得可以有效地限制或隔离数据通信网络的一个或更多个组件的故障的影响，并且数据通信网络仍然起作用。
根据本发明的进一步方面，提供一种用于飞行器的数据通信系统。数据通信系统包括如上和下文中所述的数据通信网络，并且多个终端装置无线连接至第一分支并被配置用于向主控制单元传输数据。
终端装置可以是任何种类的数据传送装置如传感器或数据接收装置如致动器或多媒体单元。终端装置可以单独位于飞行器之内并在飞行器的机身的内部或外部以及客舱内。
根据本发明的进一步实施方式，数据通信系统包括至少一个第一类终端装置和至少一个第二类终端装置，其中，第二类终端装置包括自主能源供应单元。
因此，可以在终端装置的关键性之间进行区分。更多的关键性终端装置可以是第二类终端装置并且具有自主能源供应单元，而第一类终端装置可以连接至数据通信系统的能源供应网络，例如至如上并且在下文中所述的数据通信网络或飞行器的专用电源供应网络。
第二类终端装置可以因此具体地被配置成：在能源损耗的情况下仍然起作用。如上并且在下文中所述的数据通信网络也可以包括自主能源供应单元。因此，在能源(暂时)损耗的情况下，第二类终端装置可以与数据通信网络进行通信。
根据本发明的进一步的实施方式，第二类终端装置被配置用于检测主控制单元和备用控制单元的状态操作，并且被配置成确定是否中断了至两个控制单元的数据连接。
从终端装置至主控制单元和备用控制单元的数据连接可能由于以下的不同的原因而被中断：连接单元的故障；第一分支和第二分支之一故障或两者都故障；以及主控制单元和/或备用控制单元的故障。所有这些原因都可以通过如上所述的数据通信网络来经受。因此，如果在预定时间段之后无法重建至主控制单元和备用控制单元的连接，则第二组终端装置被配置用于识别这个状态。
根据本发明的进一步的实施方式，第二类终端装置被配置用于建立与另一个第二类终端装置的自组织数据连接，以用于经由自组织数据连接传输数据。
自组织数据连接可以是在第二类的第一终端装置和第二类的第二终端装置之间的点对点连接，使得这两个装置之间可以发生直接数据传输。因此，即使在数据通信网络故障时，数据通信系统也可以经由自组织数据连接在所述第二类的第一装置和第二装置之间建立数据传输。因此，进一步减少了数据通信系统的故障概率。
根据本发明的进一步方面，提供包括如上和下文中所述的数据通信系统的飞行器。
飞行器可以是客机或运输机。
根据本发明的进一步的实施方式，终端装置是被配置用于确定飞行器的操作参数的传感器。
传感器可以位于整个飞行器，并且可以是独立元素(即传感器彼此独立)，其与数据通信网络无线地互连。
如以上示例性地描述的，一些终端装置可以是致动器或者是传感器和致动器的结合。
根据进一步实施方式，在飞行器中布置数据通信网络的第一分支和第二分支，以使他们空间上分开。
在飞行器中，可以在机身的第一侧壁处布置第一分支，而在机身的第二侧壁处布置第二分支。在一个侧壁的损坏而影响了第一分支或第二分支其中之一的功能的情况下，另一个可以被用作冗余元件。例如，第一分支可以沿着机身的左侧纵向地延伸，而第二分支可以沿着机身的右侧纵向地延伸。可以在第一分支和第二分支处设置多个连接单元，其沿着机身的整个长度或部分地沿着机身的纵向方向彼此间隔开。
在下文中，参考附图示出本发明的示例性实施方式。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明的示例实施方式的数据通信网络。
图2示意性示出了根据本发明的进一步示例实施方式的数据通信网络。
图3示意性示出了根据本发明的进一步示例实施方式的具有数据通信网络的飞行器。
具体实施方式
附图是示意性的而不是按比例的。附图中类似的参考符号涉及类似的元件。
图1示出数据通信网络10无线地连接至多个终端装置300、305。终端装置300、305被布置成使得以第一组终端装置301和第二组终端装置311的方式对它们进行组织。
数据通信网络10包括经由连接元件105互连的主控制单元100和备用控制单元110。备用控制单元110经由连接元件105来监控主控制单元100的操作状态。两个控制单元100、110均连接至第一分支200和第二分支210。
第一分支200为主控制单元与备用控制单元和具有连接单元202、204及206的第一组连接单元201之间的有线连接。类似于第一分支200来构造第二分支210。存在从具有连接单元212、214及216的第二组连接单元211至主控制单元200和备用控制单元210的有线连接。
第一组终端装置301经由第一组连接单元201连接至数据通信网络，而第二组终端装置311经由第二组连接单元211连接至数据通信网络。
应该注意的是，来自第一组终端装置301的终端可以经由第一组连接单元201并且经由第二组连接单元211两者被连接至数据通信网络。因此，提供了附加冗余。例如，数据包可以经由两个分支从主控制单元或备用控制单元之一被传输至终端装置。这可以减少包错误率，因为经由两个不同的路由向终端装置传输包。这种方法可以应用于从控制单元向终端装置传输的包以及从终端装置向控制单元传输的包。在后一情况中，具体地，终端装置可以经由两个连接单元传输数据包，所述两个连接单元中的一个位于第一组连接单元201中，而另一个位于第二组连接单元211中。
连接单元被配置成使得提供多个单元格12、14和16，其中，每个单元格包括来自第一组连接单元201的至少一个连接单元以及来自第二组连接单元311的至少一个连接单元。每个终端装置都位于单元格12、14和16中的一个之内。
每个连接单元都包括空中接口217。空中接口被配置用于建立至一个或更多个终端装置300、305的无线连接。每个终端装置都包括空中接口302(参见图2)，其为连接单元的空中接口217的配对物。
终端装置可以为第一类301或第二类305。第一类终端装置连接至数据通信网络10或飞行器的电力源，而第二类终端装置305包括自主能源供应单元305B和功能单元305A。因此，功能单元305A使用能源供应单元305B的电能在预定持续时间被供应有电能。
如图1所示的数据通信网络10使得以不同的等级的冗余成为可能：备用控制单元110被配置成接管主控制单元100的功能。主控制单元100和备用控制单元110连接至第一分支200和第二分支210。第一组连接单元201和第二组连接单元211两者都可以访问单元格12、14和16中的每个终端装置。因此，存在针对主控制单元100故障的冗余、第一分支200或第二分支210故障的冗余以及在单元格之一中的连接单元故障的冗余。
参见图3，可以在飞行器的左侧或右侧安装第一分支200，其中，随后将会在飞行器的另一侧安装第二分支210。沿着飞行器的机身纵向地布置连接单元202、204、206、212、214和216，例如沿着飞行器的全长或沿着部分长度从飞行器的前面至后面。相邻连接单元以预定距离彼此间隔开，其中，第二分支的连接单元的距离和第一分支的连接单元的距离可以相同或不同。
第一分支200和第二分支210被预见为在电线和电缆路线中的独立安装。这可以适用于第一分支和第二分支的电源线并且适用于数据线，即电源线可以与数据线分开。因此，在飞行器一侧的电源线或数据线的任何损耗可以被接管至另一侧，即至数据通信网络的其它分支。
在主控制单元100(即主要的无线控制)损耗的情况下，备用控制单元110将接管数据通信网络10中的主控制单元110的功能。
图2示出了与图1所示的数据通信网络类似的数据通信网络10。第二类终端装置305包括自主能源供应单元，其被配置成建立自组织网络400，该自组织网络400具有至带有自主能源供应单元的其它第二类终端装置的至少一部分的数据连接。
使用终端装置305、306、307、308和309之间的连接来识别自组织数据网络。终端装置309可以从终端装置305、306、307和308中收集或接收数据，并且可以分析所接收的数据以供在飞行器中进一步使用。
具体地，第二组终端装置可以被配置成监控数据通信网络，并且识别是否无法建立预定时间段的至数据通信网络的连接。在这种情况下，第二组终端装置被配置成通过数据通信网络的全部单元格12、14和16来建立至彼此的直接数据连接400。
图2具体示出了完整的数据通信网络的损耗情况。在这种情况中，第二类终端装置将建立无线终端装置的点对点通信或网格通信。这可以是由于飞行器损坏而导致的网络功能(无线数据集中器/连接单元、第一分支和第二分支以及主控制单元和备用控制单元)的总损耗的情况。第二组终端装置包括用于这些情况的自主能源供应单元(例如电池、能量缓冲区和/或能量采集器)。具有独立电源的应用示例为利用具有电池的温度传感器或热采集器的电动窗帘。第二电力供应源是来自飞行器电源的通用可用性。由于在各种应用之间的电力电路的独立性，仍然可以将电力供应至一些终端装置。因此，数据通信网络和数据通信系统提供了灵活选择的机制，用于冗余和减少故障概率。因此，改进了在电缆连接丢失或损坏的情况下、在设备损耗(即单个部件故障)的情况下的数据传输可用性。
图3示出了如参考附图1和附图2所示的具有数据通信网络10的飞行器1。可以遍及飞行器的内部或外部来布置终端装置。第一分支和第二分支空间上彼此分开。
参考标记列表
1 飞行器
10 数据通信网络
12 第一单元格
14 第二单元格
16 第三单元格
100 主控制单元
105 连接元件
110 备用控制单元
200 第一分支
201 第一组连接单元
202 第一连接单元
204 第二连接单元
206 第三连接单元
210 第二分支
211 第二组连接单元
212 第四连接单元
214 第五连接单元
216 第六连接单元
217 传输以及接收接口
300 第一类终端装置
301 第一组终端装置
302 传输以及接收接口
305 第二类终端装置
305A 功能单元
305B 自主能源供应单元
306 第二类终端装置
307 第二类终端装置
308 第二类终端装置
309 管理终端装置
311 第二组终端装置
400 自组织数据连接

Claims (13)

1.一种用于飞行器(1)的数据通信网络(10)，包括：
第一分支(200)，用于建立至第一组终端装置(301)的无线数据连接；
主控制单元(100)，其连接至所述第一分支(200)；
备用控制单元(110)，其连接至所述第一分支(200)；
其中，所述主控制单元(100)被配置用于经由所述第一分支(200)向所述第一组终端装置(301)以及从所述第一组终端装置(301)进行数据传输；
其中，所述备用控制单元(110)被配置用于：检测所述主控制单元(100)的操作状态，并且在所述主控制单元(100)故障的情况下，从所述主控制单元(100)接管经由所述第一分支(200)向所述第一组终端装置(301)以及从所述第一组终端装置(301)进行的数据传输，
其中，所述数据通信网络进一步包括：第二分支(210)，其用于建立至第二组终端装置(311)的无线数据连接；
其中，所述主控制单元(100)连接至所述第二分支(210)；
其中，所述主控制单元(100)被配置用于经由所述第二分支(210)向所述第二组终端装置(311)以及从所述第二组终端装置(311)进行数据传输；
其中，所述备用控制单元(110)被配置用于：在所述主控制单元(100)故障的情况下，从所述主控制单元(100)接管向所述第二组终端装置(311)以及从所述第二组终端装置(311)进行的数据传输；并且
其中，所述主控制单元(100)被配置用于：在所述第二分支(210)故障的情况下，经由所述第一分支(200)向所述第二组终端装置(311)以及从所述第二组终端装置(311)进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的数据通信网络(10)，
其中，所述主控制单元(100)被配置用于向所述第一分支(200)供应电能。
3.根据权利要求2所述的数据通信网络(10)，
其中，所述备用控制单元(110)被配置用于：在所述主控制单元(100)故障的情况下，从所述主控制单元(100)接管向所述第一分支(200)进行的供应电能。
4.根据前述权利要求中任一项所述的数据通信网络(10)，
进一步包括：第一组连接单元(201)，其包括连接至所述第一分支(200)的至少一个连接单元(202，204，206)，并且所述至少一个连接单元(202，204，206)被配置用于建立从所述第一组终端装置(301)至终端装置中的至少一个的无线数据连接。
5.根据权利要求1所述的数据通信网络(10)，
其中，所述主控制单元(100)被配置用于向所述第二分支(210)供应电能；
其中，所述备用控制单元(110)被配置用于：在所述主控制单元(100)故障的情况下，从所述主控制单元(100)接管向所述第二分支(210)进行的供应电能。
6.根据权利要求1所述的数据通信网络(10)，
其中，所述主控制单元(100)被配置用于：在所述第一分支(200)故障的情况下，经由所述第二分支(210)向所述第一组终端装置(301)以及从所述第一组终端装置(301)进行数据传输。
7.一种用于飞行器的数据通信系统，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的数据通信网络(10)；
多个终端装置，其无线连接至第一分支(200)并且被配置用于向主控制单元(100)传输数据。
8.根据权利要求7所述的数据通信系统，
包括至少一个第一类终端装置(300)和至少一个第二类终端装置(305)；
其中，所述第二类终端装置(305)包括自主能源供应单元(305B)。
9.根据权利要求8所述的数据通信系统，
其中，所述第二类终端装置(305)被配置用于检测所述主控制单元(100)和备用控制单元(110)的操作状态，并且确定至两个控制单元(100、110)的数据连接是否被中断。
10.根据权利要求8或9所述的数据通信系统，
其中，所述第二类终端装置(305)被配置用于与另一个第二类终端装置(306)建立自组织数据连接，以用于经由所述自组织数据连接来传输数据。
11.一种飞行器(1)，包括根据权利要求7至10中任一项所述的数据通信系统。
12.根据权利要求11所述的飞行器(1)，
其中，终端装置为被配置用于确定所述飞行器的操作参数的传感器。
13.根据权利要求11或12所述的飞行器(1)，
其中，在所述飞行器中布置数据通信网络(10)的第一分支(200)和第二分支(210)，以使得它们空间上分开。
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