CN109586784B - 一种基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，包括：机载路由包括一级路由和二级路由，一级路由接收机载系统数据，并根据机载系统数据的类型分别将机载系统数据发送至不同的二级路由，二级路由包括前舱路由和后舱路由；前舱路由用于接收一级路由下传的数据，选择HF或VHF或驾驶舱卫通下传；后舱路由用于飞机状态数据的传输及客舱乘客的应用数据的数输，通过后舱宽带通信链路传输至地面分析，二级路由还用于完成对各自连接的通信链路的状态管理和配置；实现了对机载路由进行分级，对通信链路进行管理，提高运行安全和运行效率的技术效果。

Description

一种基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法

技术领域

本发明涉及机载通信领域，具体地，涉及一种基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法。

背景技术

当前运营的主流飞机以空客和波音为主，空地通信手段以HF、VHF及驾驶舱SATCOM，其中SATCOM为L波段卫星通信，标准IP流的最大通信速率为432kbps。随着航空电子系统的技术进步和复杂度的增加，初步估计，我国自主研发的某大型客机每飞行小时将产生2G以上的数据，为更好的对飞机运行状态进行监控，对数据的实时传输提出了更高的要求；由于带宽有限，需要对数据业务进行分类，与飞机运行安全相关的数据优先下传，其它状态数据、乘客应用数据择机传输。

目前在空客某飞机上已有机载ACARS路由器，但仅限于基于前舱基于三种通信方式的ACARS数据链应用，未划分业务的安全等级，且无法完成对后舱宽带通信手段的管理，国内客机也无相关技术研究和成熟的产品。

发明内容

本发明提供了一种基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，解决了现有的机载路由未划分业务的安全等级，且无法完成对后舱宽带通信手段进行管理的技术问题，实现了对机载路由进行分级，对通信链路进行管理，提高运行安全和运行效率的技术效果。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，所述方法包括：

机载路由包括一级路由和二级路由，一级路由接收机载系统数据，并根据机载系统数据的类型分别将机载系统数据发送至不同的二级路由，二级路由包括前舱路由和后舱路由；前舱路由用于接收一级路由下传的数据，选择HF或VHF或驾驶舱卫通下传；前舱路由下传数据的安全级别高于后舱路由下传的数据的安全级别，前舱路由下传数据的实时性要求高于后舱路由下传的数据的实时性要求，前舱路由下传数据的数据规模小于后舱路由下传的数据的数据规模；后舱路由用于飞机状态数据的传输及客舱乘客的应用数据的数输，通过后舱宽带通信链路传输至地面分析，二级路由还用于完成对各自连接的通信链路的状态管理和配置。

其中，基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法为满足当前国产民机空地数据传输需求开展的设计工作，本方法通过对机载数据按业务分为不同的安全级别，对较高安全级别的进行必要的安全措施或加密手段，在飞机飞行过程中，根据数据的安全级别不同选择相应的空地链路进行实时下传，供航空公司或其实验室相关部门实时监控飞机状态，提高运行安全和运行效率。优选的，一级路由具备数据收发、流量控制、队列调度、寻径及网关功能，同时支持扩展功能及网络安全措施。优选的，一级路由采用多级反馈队列调度，经安全级别分类后已经确定下一跳地址，将队列分为两级或多级，当一级路由设置两个队列，若下一跳数据路由的队列优先级高，则该队列作为第1队列；若下一跳数据路由的队列优先级低，则该队列作为第2队列；队列之间根据优先级权重轮询。

优选的，机载数据路由的两级路由间采用私有路由协议，根据二级路由对链路状态的监控结果动态更新路由表；对同安全级别的数据分链路传输。

优选的，机载系统数据包括安全类数据和非安全类数据，安全类数据包括：空中交通管制与服务类数据、航空公司安全数据、保护数据。

优选的，机载系统数据采用级联式分类方法，按飞机系统所处的域进行一级分类，分为飞行域、信息域和开放域，飞行域数据的安全等级高于信息域数据的安全等级，信息域数据的安全等级高于开放域数据的安全等级；不同的域之间采取安全隔离措施；机载系统数据按用户需求进行二级分类，分为机上即时应用数据、航空公司数据、飞机及设备制造商数据；基于机载系统数据一级和二级分类结果，综合得到机载系统数据的安全等级和传输的优先级，安全等级决定数据的重要程度和发送的对象，传输的优先级决定数据在进行空地实时传输时在队列中所处的优先位置，所有的数据安全等级和传输的优先级由数据综合处理模块完成并在发送出的数据包中加入相应标签，决定传输链路的选择。

优选的，前舱路由通信链由数据路由进行统一管理，数据路由以软件形式驻留在IMA内，接收机载系统数据，通过链路选择将数据传输至地面控制中心，实时监控飞机状态并提供维护决策支持。

优选的，前舱路由包括：应用接口模块：用于与外围设备或数据链应用程序接口连接；空地消息协议模块，用于ACARS消息编码和解码；

通信网络管理模块对各个子网模块进行统一管理，接收机载PHM数据和数据链应用的数据，根据配置数据库传送至相应的子网管理模块，上行数据同理；

通信子网络管理模块用于提供上下行语音和数据转发，提供电台驱动功能；

L波卫通通信子网络管理模块用于提供上下行语音和数据转发，提供电台驱动功能；网络安保和网关提供通信网络的安全保护措施，并与高安全级别的VHF、HF和卫通链路隔离。

优选的，后舱路由包括：流控、数据收发与存储模块：流控、数据收发与存储模块通过实时接收链路状态信息并计算出网络最大带宽，实时改变数据收发速度；在预设网络情况下，流控、数据收发与存储模块通过数据缓存将无法及时传输的数据缓存起来；

路由模块：路由模块根据数据的安全级别进行数据传输链路动态选择功能，根据动态和静态路由表实现路由管理功能；

队列管理模块：队列管理模块通过对不同队列的优先级管理及加权调度算法，实现服务质量保证和负载均衡功能，实现数据的多安全级别、多种优先级数据的传输；

网络管理模块：后舱路由与空地链路机载设备连接，网络管理模块完成网络配置功能，并监控网络状态、网络的性能并提供QoS管理功能；

网络安保模块：用于认证授权、防火墙功能提供应用访问控制、日志审计、入侵检测、传输数据的IPSec及SSLVPN功能、病毒防护功能。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：实现了对机载路由进行分级，对通信链路进行管理，提高运行安全和运行效率的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为机载PHM数据传输路由架构示意图；

图2为多级反馈队列调度算法示意图；

图3为机载数据传输前舱路由架构示意图；

图4为机载数据传输后舱路由架构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

机载路由技术方案由两级路由组成，如图1所示。其中一级路由的主要功能是根据机载数据的初步分类，分别将数据传送至前舱路由或后舱路由，路由具备数据收发、流量控制、队列、寻径及网关等作用，同时支持扩展功能。根据PHM数据特点及链路特性，未来空地传输的数据量日益增大，要求数据路由的性能（吞吐量、时延、时延抖动等）满足日益增长的需求，同时还需具备完备的网络安全措施。

一级路由的性能对数据起到至关重要的作用，从技术角度分析，一级路由的数据转发效率主要和路由选择和队列调度算法有关，同时采用合适的流控技术可以在瞬时数据量较大时优先保证高安全级别数据通过。

前舱路由接收一级路由下传的数据，经过一定的算法（综合收到数据时间戳、通信成本及安全级别等因素综合选择）处理选择HF、VHF或驾驶舱卫通下传，前舱路由主要完成安全级别高、实时性要求高、小规模数据的下传；

队列调度算法：经安全级别分类后已经确定下一跳地址，综合前述各种队列算法特点，拟采用多级反馈队列调度，即将队列分为两级或多级，如下图2所示。

图2为多级反馈队列调度算法示意图；一级路由设置两个队列，下一跳信息路由的队列优先级较高，为第1队列；下一跳为信息路由的队列优先级较低，为第2队列。队列之间根据优先级权重轮询。机载数据路由的效率与诸多因素有关，且内部各个算法需相互权衡，两级路由间采用合理的私有路由协议，根据二级路由对链路状态的监控结果，动态更新路由表，确保分组能按序正确发送；采取流控技术对大量同安全级别的数据时可分链路传输，避免拥塞，使同类链路负载均衡，保证Qos质量。

流控技术为通用技术，防止拥塞，导致业务数据丢包，对非安全类数据可以丢包处理，对与飞机安全相关的数据要保证带宽数据安全分类定义及方法：高安全级别数据：空中交通管制与服务类，如放行、滑行引导、气象、航行通告等（内容很多）航空公司安全数据：电子飞行包数据、飞行品质监控、飞机状态监控、故障报告等与运行安全无关但需要保护的数据：如乘客信息、机上消费等非安全类：主要指后舱乘客应用，如娱乐、影视、电信服务。数据分类方式不同会有不同的结果，结合调研分析经验，拟采用级联式分类方法，首先按飞机系统所处的域进行初步分类，可分为飞行域、信息域和开放域，飞行域，数据的安全等级即为三个等级，飞行域数据安全级别最高，不同的域之间需采取安全隔离措施；第二级按用户需求分类，可以分为机上即时应用、航空公司、飞机及设备制造商，健康管理的目的是保障飞机飞行安全，数据生成后并经预处理后分发至与之交联的系统。与第一层级综合得到各类数据的安全等级和传输的优先级，安全等级决定数据的重要程度和可以发送的对象，传输的优先级决定数据在进行空地实时传输时在队列中所处的优先位置，所有的数据安全等级和传输的优先级由数据综合处理模块完成并在发送出的数据包中加入相应标签，决定传输链路的选择。

二级后舱路由主要完成飞机大量状态数据的传输及客舱乘客的应用数据的数输，通过后舱宽带通信链路传输至地面分析，航空公司可以更合理的制定维修计划、地面服务保障等。二级路由同时完成对各自连接的通信链路的状态管理和配置。

前舱路由的组成见图3，后舱路由组成见图4。前舱通信链可由数据路由进行统一管理，数据路由以软件形式驻留在IMA内，接收机载应用数据，通过链路选择将数据传输至地面控制中心，实时监控飞机状态并提供维护决策支持。

数据链系统应用种类多、用户需求多样、协议栈复杂，前舱链路的应用国外有一定的技术积累，但国内处于起步阶段。

各模块的主要功能：

应用接口：负责与外围设备或者是数据链应用程序接口，对上层应用接口分别为A619接口和对话服务接口DSI，其中A619接口为ACARS终端接口，用于收发基于ACARS的上下行消息；

空地消息协议模块：该模块为ACARS网络核心模块，用于ACARS消息编码和解码；通信网络管理对各个子网模块进行统一管理，接收机载PHM数据和数据链应用的语音和

数据，根据配置数据库传送至相应的子网管理模块，上行数据同理；HF（VHF）通信子网络管理提供上下行语音和数据转发，提供电台驱动功能；L波卫通通信子网络管理提供上下行语音和数据转发，提供电台驱动功能；

网络安保和网关提供通信网络的安全保护措施，并与高安全级别的VHF、HF和卫通链路隔离。

后舱路由主要包括以下功能模块，软件实现时根据需求进行CSCI划分，后续工作中补充完善。

流控、数据收发与存储流控、数据收发与存储模块通过实时接收链路状态信息并根据特殊算法计算出数据链路的最大带宽，实时改变数据传输速度，从而达到流量控制的目的。在极端网络情况下，流控、收发与存储模块通过高速数据缓存将无法及时传输的数据缓存起来，避免数据丢失。基于动态链路状态和报文限流技术，能够有效的解决空地协同运营一体化的问题，支持机载数据网络技术的不断发展。路由模块：路由模块根据数据的安全级别进行数据传输链路（如WIFI、ATG或宽带卫通等）动态选择功能，根据动态和静态路由表实现路由管理功能。

队列管理模块：队列管理模块通过对不同队列的优先级管理及加权调度算法，实现服务质量保证和负载

均衡功能，实现大量数据的多安全级别、多种优先级数据的传输。网络管理模块：后舱路由与空地链路机载设备连接，网络管理模块完成网络配置功能，并监控网络状态、网络的性能并提供QoS管理功能。

网络安保模块：后舱路由具有链路终端和信息系统之间的安保功能，主要方式为：认证授权功能，提供无线接入时认证、授权服务功能；防火墙功能，用于提供应用访问控制、日志审计、入侵检测等功能；传输数据的IPSec及SSLVPN功能；病毒防护功能。

本发明的优点为：实现不同安全级别的机载数据的隔离与合理的传输策略；实现通信链路的统一、集成化管理。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，其特征在于，所述方法包括：机载路由包括一级路由和二级路由，一级路由接收机载系统数据，并根据机载系统数据的类型分别将机载系统数据发送至不同的二级路由，二级路由包括前舱路由和后舱路由；前舱路由用于接收一级路由下传的数据，选择HF或VHF或驾驶舱卫通下传；前舱路由下传数据的安全级别高于后舱路由下传的数据的安全级别，前舱路由下传数据的实时性要求高于后舱路由下传的数据的实时性要求，前舱路由下传数据的数据规模小于后舱路由下传的数据的数据规模；后舱路由用于飞机状态数据的传输及客舱乘客的应用数据的传输，通过后舱宽带通信链路传输至地面分析，二级路由还用于完成对各自连接的通信链路的状态管理和配置。

2.根据权利要求1所述的基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，其特征在于，一级路由具备数据收发、流量控制、队列调度、寻径及网关功能，同时支持扩展功能及网络安全措施。

3.根据权利要求1所述的基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，其特征在于，一级路由采用多级反馈队列调度，经安全级别分类后已经确定下一跳地址，将队列分为两级或多级，当一级路由设置两个队列，若下一跳数据路由的队列优先级高，则该队列作为第1队列；若下一跳数据路由的队列优先级低，则该队列作为第2队列；队列之间根据优先级权重轮询。

4.根据权利要求1所述的基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，其特征在于，机载数据路由的两级路由间采用私有路由协议，根据二级路由对链路状态的监控结果动态更新路由表；对同安全级别的数据分链路传输。

5.根据权利要求1所述的基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，其特征在于，机载系统数据包括安全类数据和非安全类数据，安全类数据包括：空中交通管制与服务类数据、航空公司安全数据、保护数据。

6.根据权利要求1所述的基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，其特征在于，机载系统数据采用级联式分类方法，按飞机系统所处的域进行一级分类，分为飞行域、信息域和开放域，飞行域数据的安全等级高于信息域数据的安全等级，信息域数据的安全等级高于开放域数据的安全等级；不同的域之间采取安全隔离措施；机载系统数据按用户需求进行二级分类，分为机上即时应用数据、航空公司数据、飞机及设备制造商数据；基于机载系统数据一级和二级分类结果，综合得到机载系统数据的安全等级和传输的优先级，安全等级决定数据的重要程度和发送的对象，传输的优先级决定数据在进行空地实时传输时在队列中所处的优先位置，所有的数据安全等级和传输的优先级由数据综合处理模块完成并在发出的数据包中加入相应标签，决定传输链路的选择。

7.根据权利要求1所述的基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，其特征在于，前舱路由通信链由数据路由进行统一管理，数据路由以软件形式驻留在IMA内，接收机载系统数据，通过链路选择将数据传输至地面控制中心，实时监控飞机状态并提供维护决策支持。

8.根据权利要求1所述的基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，其特征在于，前舱路由包括：

应用接口模块：用于与外围设备或数据链应用程序接口连接；空地消息协议模块，用于ACARS消息编码和解码；

通信网络管理模块对各个子网模块进行统一管理，接收机载PHM数据和数据链应用数据，根据配置数据库传送至相应的子网管理模块，上行数据同理；

通信子网络管理模块用于提供上下行语音和数据转发，提供电台驱动功能；

L波卫通通信子网络管理模块用于提供上下行语音和数据转发，提供电台驱动功能；网络安保和网关提供通信网络的安全保护措施，并与高安全级别的VHF、HF和卫通链路

隔离。

9.根据权利要求1所述的基于多安全级别数据传输的机载路由实现方法，其特征在于，后舱路由包括：

流控、数据收发与存储模块：流控、数据收发与存储模块通过实时接收链路状态信息并计算出链路最大带宽，实时改变数据收发速度；在预设网络情况下，流控、数据收发与存储模块通过数据缓存将无法及时传输的数据缓存起来；

路由模块：路由模块根据数据的安全级别进行数据传输链路的动态选择功能，根据动态和静态路由表实现路由管理功能；

队列管理模块：队列管理模块通过对不同队列的优先级管理及加权调度算法，实现服务质量保证和负载均衡功能，实现数据的多安全级别、多种优先级数据的传输；

网络管理模块：后舱路由与空地链路机载设备连接，网络管理模块完成网络配置功能，并监控网络状态、网络的性能并提供QoS管理功能；

网络安保模块：用于认证授权、防火墙功能提供应用访问控制、日志审计、入侵检测、传输数据的IPSec及SSLVPN功能、病毒防护功能。

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