CN106506347A - 一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，包括机箱，设置于机箱内部的系统主处理器模块，和嵌于机箱侧壁的对内通信模块和对外通信模块；所述对内通信模块和对外通信模块与系统主处理器模块相连接。本发明是一台能够将网络协议与外部各种同步/异步串行协议数据的双向转换设备，简化现有空管系统的外部多总线接口和多种协议数据解析工作，为空管系统的导航数据采集和综合信息处理带来了极大的便利。

Description

一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备

技术领域

本发明属于通信网关技术领域，特别是涉及一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备。

背景技术

空中交通管制是航空运行管理的重要组成部分，空中交通管制的主要目的是：使航空器能够按照计划飞行，从而保障工作有条不紊；能够维护飞行秩序，合理控制空中交通流量，防止航空器之间、航空器与障碍物之间发生相撞，以保证航空器的飞行安全；能够实时监测并记录，对违反飞行管制的现象查明情况进行处理。

而目前国内的民航空管系统经过多年的建设，已经基本形成了比较完善的通信、导航、情报和气象保障系统。特别是，导航保障系统方面；目前我国绝大多数的民用机场已经配备了仪表着陆系统、全向信标和测距仪，并且大部分高空、中低空管制区均配备了二次或一、二次雷达；在我国东部地区已经基本形成了高达7000米以上雷达覆盖面。

但目前国内的各类导航保障设备并没有采用统一的系统结构、技术标准和建设模式，这使得各类导航保障设备的数据输出方式存在很大程度上的不同，且在数据通信上也存在多种总线类型、多种协议类型，造成标准不统一；因此，使得现有的空管系统需要提供多种类型的总线接口，并且需要具备解析多种通信协议的能力，给空管系统的导航数据采集和综合信息处理带来了很大的不便。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，本发明是一台能够将网络协议与外部各种同步/异步串行协议数据的双向转换设备，简化现有空管系统的外部多总线接口和多种协议数据解析工作，为空管系统的导航数据采集和综合信息处理带来了极大的便利。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，包括机箱、设置于机箱内部的系统主处理器模块以及嵌于机箱侧壁的对内通信模块和对外通信模块；所述对内通信模块和对外通信模块与系统主处理器模块相连接；

系统主处理器模块，包括主处理器、存储器、以太网芯片和电源电路，所述存储器、以太网芯片和电源电路分别与主处理器相连接，由所述主处理器进行协议转换，将进入主处理器的不同协议转换成统一协议并输出；

对内通信模块，包括以太网接口和调试接口，以太网接口进行内部网络的协议接收和发送，调试接口供开发调试使用；

对外通信模块，包括同步串行通信接口、异步串行通信接口和网络接口，同步串行通信接口用于与外部同步串行设备进行协议交换，异步串行通信接口用于与外部同步串行设备进行协议交换，网络接口用于与外部网络进行协议交换。

进一步的是，在所述机箱侧壁上还镶嵌有显示器和指示灯，所述显示器和指示灯的数据通信端与所述主处理器相连；且在所述机箱侧壁上还镶嵌有按键，所述按键的数据通信端与所述主处理器相连；电源电路的输入端连接配置有控制开关的电源接口。

进一步的是，所述同步串行通信接口、异步串行通信接口和网络接口为多pin管脚的接插件。

进一步的是，所述以太网接口和调试接口为RJ45网口接插件。

进一步的是，所述调试接口为FPGA的调试接口。

进一步的是，所述同步串行通信接口采用RS232、RS422或RS485接口；所述异步串行通信接口采用RS232接口；所述网络接口处设置独立的网卡，具有独立的MAC地址。

进一步的是，所述主处理器采用工业级ARM Cortex-A8嵌入式微处理器AM335X。

另一方面，本发明还提供了一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备的转换方法，

外部到内部的数据交换，包括步骤：

S101，由同步串行通信接口接收外部同步串行设备的同步串行协议数据，由异步串行通信接口接收外部同步串行设备的异步串行协议数据，由网络接口接收外部网络协议数据；

S102，对同步串行协议数据、异步串行协议数据或网络协议数据进行协议转换；

S103，将转换后的协议数据，通过以太网接口发送至以太网；

外部到内部的数据交换，包括步骤：

S201，由以太网接口接收以太网协议数据；

S202，对以太网协议数据进行协议转换；

S203，将转换后的协议数据，通过同步串行通信接口、异步串行通信接口或网络接口发送。

进一步的是，所述同步串行协议数据和异步串行协议数据包括HDLC、X.25、BSC或CD2协议；网络协议数据包括UDP广播组播协议；以太网协议数据包括TCP/IP网络协议。

进一步的是，通过校验方式进行同步串行协议数据或异步串行协议数据正确性判断，取出其中的有效数据，并按照设定的参数值，向内部通信模块发送数据。

采用本技术方案的有益效果：

1.本发明提出的多协议数据通信网关，使得原来多种总线接口类型、多种总线协议的设备数据能够统一成相同的协议数据，促进了空管系统硬软件接口的标准化和统一化，且接口简单通用；

2.本发明提出的多协议数据通信网关，能够实现双向转换功能，实现内部以太网和外部串行设备以及网络的相互通讯和协议转换；

3.本发明提出的多协议数据通信网关，采用标准化接口及数据处理流程，为空管系统开发带来了便利，减少了开发时间，降低了企业开发和使用的成本，提高了企业的经济效益。

附图说明

图1为本发明的一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中系统主处理器模块的结构示意图；

图3为本发明实施例中对内通信模块和对外通信模块的结构示意图；

图4为本发明一优化实施例中系统主处理器模块的结构示意图；

图5为本发明实施例中外部到内部的数据交换的方法流程图；

图6为本发明实施例中外部到内部的数据交换的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

在实施例一中，参见图1所示，一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，包括机箱、设置于机箱内部的系统主处理器模块以及嵌于机箱侧壁的对内通信模块和对外通信模块；所述对内通信模块和对外通信模块与系统主处理器模块相连接；

如图2所示，系统主处理器模块，包括主处理器、存储器、以太网芯片和电源电路，所述存储器、以太网芯片和电源电路分别与主处理器相连接，由所述主处理器进行协议转换，将进入主处理器的不同协议转换成统一协议并输出；

如图3所示，对内通信模块，包括以太网接口和调试接口，以太网接口进行内部网络的协议接收和发送，调试接口供开发调试使用；

对外通信模块，包括同步串行通信接口、异步串行通信接口和网络接口，同步串行通信接口用于与外部同步串行设备进行协议交换，异步串行通信接口用于与外部同步串行设备进行协议交换，网络接口用于与外部网络进行协议交换。

优选的是，采用两个独立的千兆以太网接口和一个调试接口；

其中，两个千兆以太网接口的配置如下：

·每个接口可配置独立的IP地址；

·两个接口可配置为双网工作模式，即两个网口具备同时与对外通信模块的接口间实现数据转发功能；

·每一个网络接口支持UDP广播/组播协议，并具备扩展TCP协议的能力。

优选的是，配备2个对外通信模块，且每个对外通信模块包括4个接口，4个接口可根据不同需要配置同步串行接口、异步串行接口和网络接口。

实施例二中，如图4所示，在实施例一的基础上，在所述机箱侧壁上还镶嵌有显示器和指示灯，所述显示器和指示灯的数据通信端与所述主处理器相连；且在所述机箱侧壁上还镶嵌有按键，所述按键的数据通信端与所述主处理器相连；电源电路的输入端连接配置有控制开关的电源接口。

其中，显示器提供系统基本信息的显示功能，可采用带控制功能的液晶显示屏，可以显示一些基本的信息包括设备IP地址、设备型号(4口/8口或16口)、软件版本、各对外通信模块接口的基本配置和状态，显示屏同时配合薄膜按键，至少设计1个功能键(用于显示信息的切换)和2个上下调节键(用于翻页)。

其中，设置多个指示灯，分别显示电源状态、系统工作情况、对内通信模块接口状态、以及对外通信模块接口状态。

其中，采用双路220V50Hz交流冗余输入电源接口，并通过电源模块将输入的电源转换成系统所需要的电压等级，可采用逆变器。

实施例三中，在实施例一的基础上，所述同步串行通信接口、异步串行通信接口和网络接口为多pin管脚的接插件。

所述以太网接口和调试接口为RJ45网口接插件。

所述调试接口为FPGA的调试接口。

优选的是，所述同步串行通信接口采用RS232、RS422或RS485接口；所述异步串行通信接口采用RS232接口；所述网络接口处设置独立的网卡，具有独立的MAC地址。

1.同步串行接口：

物理层：标准RS232/RS485/RS422接口(通过模块上的硬件跳线设置)，全双工，DTE方式；协议：支持HDLC、X.25、BSC、CD2协议的解析；速率：输入/输出的速率最大可支持到2M，包括2.4Kbps、4.8Kbps、9.6Kbps、19.2Kbps、33.6Kbps、56Kbps、64Kbps、128Kbps、256Kbps、512Kbps、1024Kbps、2048Kbps；最大帧长：单个数据帧最大可支持9.6Kbyte的帧长；每个通道数据缓存：4Mbyte；数据不准确率：10e-6；支持内时钟/外时钟方式。

2.异步串行接口

物理层：标准RS232接口，全双工，DTE方式；支持波特率、数据位、停止位、校验位的设置，速率设置与同步接口相同；每个通道数据缓存：4M；数据不准确率：10e-6。

3.网络接口

每个网络接口具有独立的MAC地址，可单独配置IP地址等参数；支持UDP广播/组播协议，并具备扩展TCP协议的能力；每个网络接口可单独配置数据流向，即要求网络接口具备只接收、或者只输出数据；每个网络接口至少能支持100M以太网。

作为上述实施例的优化方案，所述主处理器采用工业级ARM Cortex-A8嵌入式微处理器AM335X。

为配合本发明方法的实现，基于相同的发明构思，如图5所示，本发明还提供了一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备的转换方法，

如图5所示，外部到内部的数据交换，包括步骤：

S101，由同步串行通信接口接收外部同步串行设备的同步串行协议数据，由异步串行通信接口接收外部同步串行设备的异步串行协议数据，由网络接口接收外部网络协议数据；

S102，对同步串行协议数据、异步串行协议数据或网络协议数据进行协议转换；

S103，将转换后的协议数据，通过以太网接口发送至以太网；

如图6所示，外部到内部的数据交换，包括步骤：

S201，由以太网接口接收以太网协议数据；

S202，对以太网协议数据进行协议转换；

S203，将转换后的协议数据，通过同步串行通信接口、异步串行通信接口或网络接口发送。

其中，所述同步串行协议数据和异步串行协议数据包括HDLC、X.25、BSC或CD2协议；网络协议数据包括UDP广播组播协议；以太网协议数据包括TCP/IP网络协议。

转换方法：

外部到内部：根据现场串行数据的类型，通过同步串行数据接口和异步串行数据接口分别接收串行数据，应用程序完成对串行数据的协议解析，去掉HDLC、X.25、BSC、CD2协议格式中的协议头、协议尾及各种校验字节，提取出实际的数据；根据应用场景中对该数据的转换需求，将该数据打包成UDP数据包或TCP数据包。

内部到外部：通过网络接口接收UDP数据包或TCP数据包，应用程序完成对这两类网络数据包的协议解析，去掉数据包中的以太网帧头、TCP或UDP头、IP头以及相关的校验字节，提取出实际的数据；根据应用场景中对该数据的转换需求，将该数据打包生成HDLC、X.25、BSC、CD2协议数据包。

作为上述实施例的优化方案，通过校验方式进行同步串行协议数据或异步串行协议数据正确性判断，取出其中的有效数据，并按照设定的参数值，向内部通信模块发送数据。

校验方法：

校验的目的是检测数据通信中的内容是否在传输过程中发生改变，其方法通常为：发送方在发送具体的数据时，在数据帧的末尾添加校验位，校验位是根据具体的发送数据计算得到的；根据不同的应用要求，采用的校验位确定方法有奇偶校验方式、CRC校验方式；接收方在收到数据后会采用同样的校验位确定方法对收到的数据进行计算，如果计算出来的校验位和接收到的校验位相同，则判断当前收到的数据是正确的，否则认为当前数据在发送过程中发生错误。这个就是通过校验方式对协议数据进行正确性判断的方法。

主要应用包括：1)同步/异步串行数据转换成TCP/IP网络协议数据，例如雷达、电报、综合航迹等；2)TCP/IP网络协议数据转换成同步串行协议数据，例如ADS-B地面站输出的广播/组播数据等。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，其特征在于，包括机箱、设置于机箱内部的系统主处理器模块以及嵌于机箱侧壁的对内通信模块和对外通信模块；所述对内通信模块和对外通信模块与系统主处理器模块相连接；

系统主处理器模块，包括主处理器、存储器、以太网芯片和电源电路，所述存储器、以太网芯片和电源电路分别与主处理器相连接，由所述主处理器进行协议转换，将进入主处理器的不同协议转换成统一协议并输出；

对内通信模块，包括以太网接口和调试接口，以太网接口进行内部网络的协议接收和发送，调试接口供开发调试使用；

对外通信模块，包括同步串行通信接口、异步串行通信接口和网络接口，同步串行通信接口用于与外部同步串行设备进行协议交换，异步串行通信接口用于与外部同步串行设备进行协议交换，网络接口用于与外部网络进行协议交换。

2.根据权利要求1所述的一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，其特征在于，在所述机箱侧壁上还镶嵌有显示器和指示灯，所述显示器和指示灯的数据通信端与所述主处理器相连；且在所述机箱侧壁上还镶嵌有按键，所述按键的数据通信端与所述主处理器相连；电源电路的输入端连接配置有控制开关的电源接口。

3.根据权利要求1所述的一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，其特征在于，所述同步串行通信接口、异步串行通信接口和网络接口为多pin管脚的接插件。

4.根据权利要求3所述的一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，其特征在于，所述以太网接口和调试接口为RJ45网口接插件。

5.根据权利要求4所述的一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，其特征在于，所述调试接口为FPGA调试接口。

6.根据权利要求3所述的一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，其特征在于，所述同步串行通信接口采用RS232、RS422或RS485接口；所述异步串行通信接口采用RS232接口；所述网络接口处设置独立的网卡，具有独立的MAC地址。

7.根据权利要求1所述的一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备，其特征在于，所述主处理器采用工业级ARM Cortex-A8嵌入式微处理器AM335X。

8.一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备的转换方法，其特征在于，

外部到内部的数据交换，包括步骤：

S101，由同步串行通信接口接收外部同步串行设备的同步串行协议数据，由异步串行通信接口接收外部同步串行设备的异步串行协议数据，由网络接口接收外部网络协议数据；

S102，对同步串行协议数据、异步串行协议数据或网络协议数据进行协议转换；

S103，将转换后的协议数据，通过以太网接口发送至以太网；

外部到内部的数据交换，包括步骤：

S201，由以太网接口接收以太网协议数据；

S202，对以太网协议数据进行协议转换；

S203，将转换后的协议数据，通过同步串行通信接口、异步串行通信接口或网络接口发送。

9.根据权利要求8所述的一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备的转换方法，其特征在于，所述同步串行协议数据和异步串行协议数据包括HDLC、X.25、BSC或CD2协议；网络协议数据包括UDP广播组播协议；以太网协议数据包括TCP/IP网络协议。

10.根据权利要求8所述的一种用于空管系统的多协议数据通信网关设备的转换方法，其特征在于，通过校验方式进行同步串行协议数据或异步串行协议数据正确性判断，取出其中的有效数据，并按照设定的参数值，向内部通信模块发送数据。