CN109819012B - 一种基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统，包括包括通用网络化信息处理平台、无线通信单元、两个电子飞行包、机载打印机；通用网络化信息处理平台包括航电接口组件、安保网络组件、服务器组件、电源组件；安保网络组件分别与航电接口组件、服务器组件、无线通信单元、两个电子飞行包、机载打印机、外部客舱系统、外部视频监视系统以及外部便携式维护终端连接；航电接口组件与外部航电系统连接；无线通信单元分别与外部机场网络、航空公司网络以及其他网络连接。本发明的应用可以提高航空公司的运营效率、降低维护成本、减轻飞行机组和乘务机组的工作负担、增强乘客愉快飞行的体验、减少航班延误、提高飞机签派率。

Description

一种基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统

技术领域

本发明属于机载系统与设备专业领域，具体涉及技术为民用客机机载信息系统技术，以大型客机与支线客机为应用对象，提出了基于网络化信息处理平台的一种机载信息管理系统架构。

背景技术

现代民用客机的安全性已能基本满足人们的要求，民用客机运营成功的关键因素已从安全性转向经济性。民用飞机的经济性主要体现在客机的运行效率、客机的维护成本和乘客的忠实度这三个方面，并涉及众多的利益关联方，如航空公司(运营调度、维修中心)、空管、机场、乘客、飞行机组、通信运营商以及相关信息(如气象)提供商等。这些利益关联方之间存在着密切的业务联系，并构成了一个庞大复杂的飞机运营网络。

如何使民用客机成为这个运营网络的一个节点，高效地获取和传递信息，并进行相关信息的融合，将成为提高民用客机运营效率和乘客服务品质，达到民用客机经济性目的的关键。同时，随着航空公司客户化要求越来越多，航空公司需要在机载系统上驻留自身的应用，机载系统需要为其提供运行所需的计算资源、存储资源。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统，其提供了面向大型客机、支线客机机载信息管理系统的整体解决方案，使得民用客机能够更好的融入到飞机运营网络中，实现民用客机运营效率和乘客服务品质的提高，达到提高民用客机经济性目的。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统，包括通用网络化信息处理平台、无线通信单元、两个电子飞行包、机载打印机；

所述通用网络化信息处理平台包括航电接口组件、安保网络组件、服务器组件、电源组件；

航电接口组件用于提供航电总线接口资源，实现航电总线与以太网总线之间的数据转换；

安保网络组件用于提供以太网互连接口以及为以太网互连接口提供网络安保；

服务器组件用于提供计算资源及大容量存储资源；

电源组件用于提供供电电源；

安保网络组件分别与航电接口组件、服务器组件、无线通信单元、两个电子飞行包、机载打印机、外部客舱系统、外部视频监视系统以及外部便携式维护终端连接；

航电接口组件与外部航电系统连接；无线通信单元分别与外部机场网络、航空公司网络以及其他网络连接。

优选地，上述安保网路组件包括处理器、运行在处理器上的网络连接与管理程序模块以及网络安保程序模块；网络连接与管理程序模块用于提供以太网连接功能；所述以太网连接功能能够提供域名解析、动态主机配置、简单网络管理、网络地址转换、网络流量控制以及能够通过空地状态离散量对连接到航电系统的以太网接口进行物理通断控制；

网络安保程序模块用于进行VPN、包过滤、状态检测、入侵检测、恶意代码防护以及日志审计。

优选地，上航电接口组件包括处理器以及运行在处理器上的航电安全接口程序模块；所述航电安全接口程序模块用于为连接到安保网络上的模块/设备/系统提供航电数据服务；

所述数据服务的服务对象包括服务器、电子飞行包、客舱系统上驻留的应用；

服务对象采用白名单的方式来进行筛选；

所述数据服务的内容用于实现ARINC 429、ARINC 717、AUDIO、Discrete数据总线接口与以太网接口间的转换；

所述数据服务的过程为通过以太网接口接收应用的数据订阅请求，然后将接收到的航电数据发布给订阅数据的应用；通过接收来自以太网接口的数据发送请求，将以太网数据转换为ARINC 429数据发送给航电系统；

优选地，上述无线通信单元包括处理器以及运行处理器上的无线通信管理程序模块；无线通信管理程序模块用于提供无线通信链路，无线通信链路包括4路蜂窝通信链路与1路WiFi通信链路；其中，4路蜂窝通信链路和1路WiFi通信链路均能够与GSN建立无线连接，并同时进行数据的传输。

优选地，上述电子飞行包包括处理器、显示器以及运行在处理器上的电子航图程序模块、视频监视程序模块、性能计算程序模块；

电子航图程序模块用于向飞行机组提供电子航图、机场移动地图并由显示器进行显示；

视频监视程序模块通过向服务器组件发起视频数据请求，将服务器组件转发的视频信息显示在显示器上；

性能计算程序模块用于辅助飞行机组进行燃油经济性、配重计算。

优选地，上述服务器组件包括处理器、运行在处理器上的增强的飞机参数记录程序模块、快速存取驾驶舱语音记录程序模块、ACARS报文记录程序模块、视频记录程序模块、文件传输程序模块、维护程序模块；

增强的飞机参数记录程序模块用于支持飞行品质监控，其通过向航电安全接口程序模块发送数据订阅请求，获取来自外部航电系统的ARINC 717、ARINC 429总线数据，并将这些数据按照每个飞行架次记录在文件中，且当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据；

快速存取驾驶舱语音记录程序模块通过向航电安全接口程序模块发送音频数据订阅请求，获取来自外部航电系统内音频系统的音频数据，并将这些数据按照每个音频通道、每个飞行架次记录在不同的文件中，且当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据；

ACARS报文记录程序模块通过向航电安全接口程序模块发送数据订阅请求，获取来自外部航电系统无线电单元的ARINC 429总线数据，并将这些数据按照每个飞行架次记录在文件中，且当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据；

视频记录程序模块通过以太网接口接收来自外部视频监视系统的多路视频数据，并将其按照每个视频通道、每个飞行架次压缩存储在不同的文件中，当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据；同时，该视频记录程序模块还支持向连接到安保网络中的设备/系统转发视频数据；

文件传输程序模块用于将增强的飞机参数记录程序模块、快速存取驾驶舱语音记录程序模块、ACARS报文记录程序模块、视频记录程序模块记录的文件发送至外部地面支持网络，同时还能够实现外部客舱系统、视频监视系统与外部地面支持网络的文件相互传输；

维护程序模块用于向外部航电系统内的中央维护系统周期性上报自检状态和构型信息。

本发明具有的有益效果：

1、本发明提供的系统架构不仅功能丰富、存储容量大、且系统可扩展性强。

2、本发明的系统架构可以提高航空公司的运营效率、降低维护成本、减轻飞行机组和乘务机组的工作负担、增强乘客飞行的体验、减少航班延误、提高飞机签派率。

附图说明

图1为本发明的系统架构图。

图2为本发明的各个程序模块的功能部署图。

具体实施方式

系统基本功能

基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统的功能包括：

1、能够实时采集飞机参数信息、音频和视频信息，并发送到地面实现地面对飞机的实时监控；

2、能采集和分析飞机设备状态信息，支持飞机运营和维护；

3、能通过电子传输和加载功能实现飞机系统快速更新；

4、能提供电子飞行手册和工具，来降低飞行机组的工作负担；能提供客舱等视频数据提高飞行机组感知飞机内外部环境的能力；

5、能提供天气等飞行所需数据；能提供视频、网上购物、上网等服务改善旅客的飞行体验；

6、能无线传输各利益相关方的信息，实现空地信息的一体化。

系统架构

基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统架构如图1所示，包括通用网络化信息处理平台101、无线通信单元102、两个电子飞行包103、机载打印机104几个部分。

通用网络化信息处理平台101是系统的核心，采用集成化的物理结构，将相关组件组织在一起，并通过以太网互连，以利于资源的共享，从而能够以综合化的方法实现信息管理系统的相关功能，与采用独立设备(飞机数据集中单元、机载服务器)实现每个功能的架构比较，能够有效减轻系统体积、功耗和重量，并降低系统成本。通用网络化信息处理平台由不同的功能组件组成，这些功能组件采用通用化设计思想，能够满足不同场合应用环境。

其中，通用网络化信息处理平台101包括航电接口组件201、安保网络组件202、服务器组件203、电源组件204几个部分；

安保网络组件202分别与航电接口组件201、服务器组件203、无线通信单元102、两个电子飞行包103、机载打印机104、外部客舱系统、外部视频监视系统以及外部便携式维护终端连接；

航电接口组件201与外部航电系统连接；无线通信单元102分别与外部机场网络、航空公司网络以及其他网络(例如民用航空局网络)连接。通过互联网络进行飞机与地面之间各利益相关方信息的传输，实现空地信息的一体化。

航电接口组件201为机载信息管理系统提供航电总线接口资源(ARINC 429、ARINC717、音频、离散量、RS422等)，实现航电总线与以太网总线之间的数据转换；

安保网络组件202为机载信息管理系统内部组件提供以太网互连接口，为机载信息管理系统外部交联设备/系统提供以太网互连接口，为以太网互连接口提供网络安保功能；

服务器组件203为机载信息管理系统提供计算资源及大容量存储资源；

电源组件204为平台提供供电电源，输入为机载115VAC和28V电源，输出多路+12VDC电源，采用智能供电设计，对输出的多路电源能够独立控制供电并实时监控其状态，具备滤波、抗电压尖峰、抗浪涌、抗过压过流、抗瞬时掉电等能力。

程序模块

程序模块包括运行在各个上述组件中的网络连接与管理程序模块308、网络安保程序模块309、航电安全接口程序模块310、无线通信管理程序模块307、电子航图程序模块311、视频监视程序模块312、性能计算程序模块313、增强的飞机参数记录程序模块301、快速存取驾驶舱语音记录程序模块302、ACARS报文记录程序模块303、视频记录程序模块304、文件传输程序模块305以及维护程序模块306；

其中，网络连接与管理程序模块308和网络安保程序模块309运行在安保网路组件202的处理器中；

网络连接与管理程序模块308为机载信息管理系统，航电系统、客舱系统、GSN(便携式维护终端)之间，以及机载信息管理系统内部提供以太网连接功能。该功能能够提供域名解析功能(DNS)、动态主机配置功能(DHCP)、简单网络管理功能(SNMP)、网络地址转换功能(NAT)、网络流量控制功能(QoS)等网络服务。同时，该功能能够通过空地状态离散量对连接到航电系统的以太网接口进行物理通断控制。

网络安保程序模块309具有VPN、包过滤、状态检测、入侵检测、恶意代码防护、日志审计等安保功能，防止开放网络域大部分安全隐患和恶意攻击，为飞机安全提供防护。其中，VPN提供机载信息管理系统到GSN之间、便携式维护终端之间建立安保通信隧道的功能，可为通信提供机密性和完整性保证，提供数字证书认证方式进行VPN认证，提供国际标准的加密算法和验证算法支持。

航电安全接口程序模块310运行在航电接口组件201的处理器中，用于为连接到安保网络上的模块/设备/系统提供航电数据服务；数据服务的服务对象包括(但不限于)服务器、电子飞行包、客舱系统上驻留的应用(注：数据服务的服务对象采用白名单的方式来进行筛选)。数据服务的内容用于实现ARINC 429、ARINC 717、AUDIO(音频接口)、Discrete(离散量接口)数据总线接口与以太网接口间的转换。数据服务的过程通过以太网接口接收应用(例如驻留在服务器上的增强的飞机参数记录功能对应的应用)的数据订阅请求，然后将接收到的航电数据发布给订阅数据的应用；通过接收来自以太网接口的数据发送请求，将以太网数据转换为ARINC 429数据发送给航电系统。

无线通信管理程序模块307运行在无线通信单元102的处理器中，用于为机载信息管理系统与GSN提供无线通信链路，具体包括4路蜂窝通信链路与1路WiFi通信链路。其中，4路蜂窝通信链路能够同时与GSN建立无线连接，并同时进行数据的传输，以增加蜂窝通信链路的带宽。无线通信管理程序模块支持智能路由配置，支持IPsec VPN、SSL VPN数据穿越。同时，该程序模块具有Gatelink接入认证功能与Gatelink通信链路加密功能，符合IEEE802.11i协议，支持WPA、WPA2、EAP和EAP-TLS等多种WiFi安保协议。

电子航图程序模块311、视频监视程序模块312、性能计算程序模块313运行在电子飞行包103的处理器中：

电子航图程序模块311用于向飞行机组提供电子航图、机场移动地图的显示，辅助飞行机组进行飞机的进场与离场。

视频监视程序模块312通过向服务器组件(服务器组件中的视频记录程序模块)发起视频数据请求，将服务器组件(服务器组件中的视频记录程序模块)转发的视频信息显示在电子飞行包的显示器上，以便于飞行机组实时获取驾驶舱门、客舱、起落架、货舱等的视频信息。

性能计算程序模块313可以辅助飞行机组进行燃油经济性、配重计算，为了节省飞机燃油提供参考。

增强的飞机参数记录程序模块301、快速存取驾驶舱语音记录程序模块302、ACARS报文记录程序模块303、视频记录程序模块304、文件传输程序模块305、维护程序模块306均运行在服务器组件203上：

增强的飞机参数记录程序模块301用于支持飞行品质监控(FOQA)。具体是：通过向航电安全接口功能发送数据订阅请求，获取来自航电系统的ARINC 717、ARINC 429总线数据，并将这些数据按照每个飞行架次记录在文件中。当飞机参数记录功能所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据以保证新的数据不至于丢失。

快速存取驾驶舱语音记录程序模块302用于采集来自机长语音面板、副驾驶语音面板、其他机组成员位置、驾驶舱区域麦克风的4路音频信号，并将其记录在存储介质中。具体是：通过向航电安全接口功能发送音频数据订阅请求，获取来自外部航电系统内音频系统的音频数据，并将这些数据按照每个音频通道、每个飞行架次记录在不同的文件中。当快速存取驾驶舱语音记录功能所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据以保证新的数据不至于丢失。

ACARS报文记录程序模块303用于记录航电系统内无线电单元与地面通信设备之间的通信数据。具体是：通过向航电安全接口程序模块发送数据订阅请求，获取来自外部航电系统无线电单元的ARINC 429总线数据，并将这些数据按照每个飞行架次记录在文件中，且当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据。

视频记录程序模块304通过以太网接口接收来自视频监视系统(该系统通过以太网接口连接到机载信息管理系统内的安保网络组件上)的多路视频数据，并将其按照每个视频通道、每个飞行架次压缩存储在不同的文件中。当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据以保证新的数据不至于丢失。同时，该功能还支持向连接到安保网络中的设备/系统转发视频数据。

文件传输程序模块305用于实现机载信息管理系统与GSN之间文件的传输，机载信息管理系统与连接到安保网络上设备/系统间的文件传输。当飞机降落到地面后，无线管理功能首先与GSN建立无线连接，连接建立后，在安保网络上驻留的网络安保功能将与GSN建立VPN(虚拟局域网络)连接(例如IPsec VPN)对机载信息管理系统与GSN之间的无线通信链路进行加密。完成VPN连接建立后，文件传输功能将主动向GSN进行注册，然后接收并响应来自GSN的命令，并根据命令发起具体的文件传输操作。当飞机降落到地面后，若连接到安保网络上的设备/系统有需要下载的文件，则可以向文件传输功能发起文件传输请求，进行文件传输操作；若文件传输功能从地面获取到需要上传到连接到安保网络上的设备/系统的文件，则这些设备/系统可以通过向文件传输功能请求待上传文件列表，并根据文件列表中的内容向文件传输功能请求待上传文件。

维护程序模块306用于向外部航电系统内的中央维护系统(CMS)周期性上报自检状态和构型信息。具体是：通过获取系统内各个组件的自检状态与构型信息，并经过处理后，由航电安全接口功能将自检状态和构型信息发送给CMS。

另外，航空公司或第三方可以在服务器组件上驻留自己的应用，利用其所提供的计算资源与存储资源，共享系统提供的航电安全接口程序模块、文件传输程序模块。

机载信息管理系统还支持如下功能：数据加载(符合ARINC 615A-3)、电子日志、机载数据的存储与管理、发动机参数记录等功能。通过在安保网络上增加相应的组件(例如一个新的服务器组件、一个新的航电接口组件)或一个卫星通信设备，可以使得机载信息管理系统的总线类型与总线数量、机载信息管理系统实现的功能得到进一步的扩展(例如增加飞机健康趋势监控功能，卫星通信功能)。

Claims (3)

1.一种基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统，其特征在于包括通用网络化信息处理平台、无线通信单元、两个电子飞行包、机载打印机；

所述通用网络化信息处理平台包括航电接口组件、安保网络组件、服务器组件、电源组件；

航电接口组件用于提供航电总线接口资源，实现航电总线与以太网总线之间的数据转换；

安保网络组件用于提供以太网互连接口以及为以太网互连接口提供网络安保；

服务器组件用于提供计算资源及大容量存储资源；

电源组件用于提供供电电源；

安保网络组件分别与航电接口组件、服务器组件、无线通信单元、两个电子飞行包、机载打印机、外部客舱系统、外部视频监视系统以及外部便携式维护终端连接；

航电接口组件与外部航电系统连接；无线通信单元分别与外部机场网络、航空公司网络以及其他网络连接；

所述安保网络 组件包括处理器、运行在处理器上的网络连接与管理程序模块以及网络安保程序模块；

网络连接与管理程序模块用于提供以太网连接功能；所述以太网连接功能能够提供域名解析、动态主机配置、简单网络管理、网络地址转换、网络流量控制以及能够通过空地状态离散量对连接到航电系统的以太网接口进行物理通断控制；

网络安保程序模块用于进行VPN、包过滤、状态检测、入侵检测、恶意代码防护以及日志审计；

航电接口组件包括处理器以及运行在处理器上的航电安全接口程序模块；所述航电安全接口程序模块用于为连接到安保网络上的模块/设备/系统提供航电数据服务；

所述数据服务的服务对象包括服务器、电子飞行包、客舱系统上驻留的应用；

服务对象采用白名单的方式来进行筛选；

所述数据服务的内容用于实现ARINC 429、ARINC 717、AUDIO、Discrete数据总线接口与以太网接口间的转换；

所述数据服务的过程为通过以太网接口接收应用的数据订阅请求，然后将接收到的航电数据发布给订阅数据的应用；通过接收来自以太网接口的数据发送请求，将以太网数据转换为ARINC 429数据发送给航电系统；

服务器组件包括处理器、运行在处理器上的增强的飞机参数记录程序模块、快速存取驾驶舱语音记录程序模块、ACARS报文记录程序模块、视频记录程序模块、文件传输程序模块、维护程序模块；

增强的飞机参数记录程序模块用于支持飞行品质监控，其通过向航电安全接口程序模块发送数据订阅请求，获取来自外部航电系统的ARINC 717、ARINC 429总线数据，并将这些数据按照每个飞行架次记录在文件中，且当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据；

快速存取驾驶舱语音记录程序模块通过向航电安全接口程序模块发送音频数据订阅请求，获取来自外部航电系统内音频系统的音频数据，并将这些数据按照每个音频通道、每个飞行架次记录在不同的文件中，且当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据；

ACARS报文记录程序模块通过向航电安全接口程序模块发送数据订阅请求，获取来自外部航电系统无线电单元的ARINC 429总线数据，并将这些数据按照每个飞行架次记录在文件中，且当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据；

视频记录程序模块通过以太网接口接收来自外部视频监视系统的多路视频数据，并将其按照每个视频通道、每个飞行架次压缩存储在不同的文件中，当所记录的数据量达到上限时，新的数据将会覆盖时间上最早的数据；同时，该视频记录程序模块还支持向连接到安保网络中的设备/系统转发视频数据；

文件传输程序模块用于将增强的飞机参数记录程序模块、快速存取驾驶舱语音记录程序模块、ACARS报文记录程序模块、视频记录程序模块记录的文件发送至外部地面支持网络，同时还能够实现外部客舱系统、视频监视系统与外部地面支持网络的文件相互传输；

维护程序模块用于向外部航电系统内的中央维护系统周期性上报自检状态和构型信息。

2.根据权利要求1所述一种基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统，其特征在于：

无线通信单元包括处理器以及运行处理器上的无线通信管理程序模块；无线通信管理程序模块用于提供无线通信链路，无线通信链路包括4路蜂窝通信链路与1路WiFi通信链路；其中，4路蜂窝通信链路和1路WiFi通信链路均能够与GSN建立无线连接，并同时进行数据的传输。

3.根据权利要求1所述一种基于网络化信息处理平台的机载信息管理系统，其特征在于：电子飞行包包括处理器、显示器以及运行在处理器上的电子航图程序模块、视频监视程序模块、性能计算程序模块；

电子航图程序模块用于向飞行机组提供电子航图、机场移动地图并由显示器进行显示；

视频监视程序模块通过向服务器组件发起视频数据请求，将服务器组件转发的视频信息显示在显示器上；

性能计算程序模块用于辅助飞行机组进行燃油经济性、配重计算。

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