CN111212059B - 一种基于ads-b的分布式信息处理方法及系统 - Google Patents

一种基于ads-b的分布式信息处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ADS‑B的分布式信息处理方法和系统，所述处理方法包括：S20：收集不同节点处的ADS‑B输出数据；S30：将收集后的数据通过共识流程形成一致性结果；S40：将所述一致性结果进行共享。本发明可在不增加常规ADS‑B系统的硬件设备的基础上显著提升系统安全性并解决ADS‑B系统中的信息欺诈问题。

Description

一种基于ADS-B的分布式信息处理方法及系统
技术领域
本发明涉及ADS-B系统的技术领域。
背景技术
ADS-B系统是广播式自动相关监视系统的简称，通常由多地面站和机载站构成，以网状、多点对多点方式完成数据双向通信，是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。ADS-B包含以下几层含义：自动(Automatic)：全天候运行,无需人值守；相关(Dependent)：只需要依赖于GNSS定位数据；监视(Surveillance)：提供类似于且优于雷达监视的服务，获得飞机位置、高度、速度、航向、识别号和其它信息；广播(Broadcast)：无需应答机，在适当的传输范围内，飞机之间或与地面站之间采用广播方式互相发送数据，所有装备ADS-B设备的用户都可以接收和处理这些数据。ADS-B系统中每架飞机可自动广播自身位置报告，并接收临近飞机位置报告，互相了解对方所处位置和行踪，因此可由驾驶员自主地承担维护着空中交通间隔的责任，从而不再依赖地面雷达监视和管制。另一方面，正因ADS-B系统具有相互间信息开放共享的特点，并且具有多个信息产生和接收节点，使其在防黑客入侵和虚假欺骗等方面具有极大的脆弱性，而一旦错误或虚假数据产生后，异常的信息将在整个体系内传递、共享，产生严重后果。如若ADS-B信息链路传递出错，或卫星导航链路受到欺骗干扰，产生了错误的位置信息，错误的位置信息在系统内共享后，将误导其它邻近飞机及地面监视指挥系统，轻者造成交通秩序混乱，重者可能造成灾难性事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可有效解决ADS-B系统中可能出现的信息欺诈问题的分布式信息处理方法。
本发明的目的还在于提供一种可有效解决其中可能出现的信息欺诈问题的ADS-B系统。
本发明首先提供了如下的技术方案：
一种基于ADS-B的分布式信息处理方法，其包括：
S20：收集不同节点处的ADS-B输出信息；
S30：将收集后的信息通过共识流程形成一致性结果；
S40：将所述一致性结果进行共享。
上述方案中所述ADS-B输出数据是指的在ADS-B系统中航空器的机载发射机以一定周期发送出的航空器信息数据。
根据本发明的一些具体实施方式：所述处理方法还包括：
S10:对收集得到的ADS-B输出数据进行补充完善。
根据本发明的一些具体实施方式，所述补充完善包括：
S110：由待补充节点进行待补充消息广播；
S111：由满足补充要求的节点进行应答，并发送可补充数据的特征值和校验值；
S112：由待补充节点进行校验值验证，验证通过后发送应答消息；
S113：由满足补充要求的节点在收到应答消息后发送可补充数据；
S114:待补充节点接收所述可补充数据。
上述方案中所述特征值是指可用于识别该可补充数据特征如可补充位置的数值或信息，如在一种具体的实施方式中，所述特征值为数据帧编号。
上述方案中，数据待补充的情况可如：当飞行器飞行行程完成时,该节点内不含有飞行行程中的全部数据；特别如该节点内包含飞行器降落数据而不包含飞行器起飞数据。
根据本发明的一些具体实施方式，所述过程S11进行了加密。
根据本发明的一些具体实施方式，所述S11的加密包括：
在所述待补充消息中加入第一RSA公钥；
在发送校验值时一并发送第二RSA公钥，并使用第一RSA公钥对所述特征值、所述校验值及第二RSA公钥加密；
在所述应答消息中加入所述可补充数据的哈希值，并使用所述第二RSA公钥对含有该哈希值的应答消息加密；
在所述哈希值被验证后再发送所述可补充数据，并使用所述第一RSA公钥加密对所述可补充数据加密。
根据本发明的一些具体实施方式，所述补充要求包括：所述满足补充要求的节点中至少含有部分与所述待补充节点中编号重合的数据帧。
根据本发明的一些具体实施方式，所述ADS-B输出数据包括航空器识别信息、位置、高度、速度、方向和爬升率。
根据本发明的一些具体实施方式，所述步骤S20的启动条件为：当飞行器完成降落后,全部收集节点内收集到飞行器从起飞到降落过程中的所有数据。
根据本发明的一些具体实施方式，所述共识流程与单一航班行程关联，且包含若干关于航班行程的提案。
本发明进一步提出了一种基于ADS-B的分布式系统，其通过上述处理方法进行信息处理。
根据本发明的一些具体实施方式，所述分布式系统包括常规ADS-B的系统要素，包括多个普通节点和具有数据统计功能的预选节点，每个预选节点与一组相互关联的普通节点互联，每个预选节点之间互联；其中，所述普通节点接收并记录源自航空器的ADS-B输出数据，并在行程完成时将数据提交至所述预选节点。
其中普通节点及预选节点载体不限于地面设施或机载设备，任何在ADS-B系统内具有ADS-B IN能力,具有数据计算与传输能力的设备均可参与。
根据本发明的一些具体实施方式，所述预选节点用于收集所述普通节点的ADS-B输出数据或收集补充完善后的ADS-B输出数据，并进行共识流程形成一致性结果，所述一致性结果在全部预选节点间进行共享。
本发明具备以下有益效果：本发明可在不增加常规ADS-B系统的硬件设备的基础上显著提升系统安全性；在一些具体实施方式中，本发明对用于共识流程的数据采用了特殊的加密传输方法，有效避免了从无法完成数据补充的节点传入垃圾数据的问题；本发明可解决ADS-B系统中的信息欺诈问题。
附图说明
图1为一种常规ADS-B系统的组成示意图；
图2为本发明的节点系统的架构图；
图3为本发明S11过程时序图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
如附图1所示的一种常规ADS-B系统，其主要包括机载设备和地面基础设施两大部分，在信息上主要包括发送信息(ADS-B OUT)和接受信息(ADS-B IN)两类。其中ADS-B OUT信息主要通过机载设备的发射部分以一定周期发出，地面系统可通过ADS-B接收机接受ADS-B OUT信息监视空中交通状况，其他航空器可通过机载设备的接收处理部分接收和处理ADS-B OUT信息。ADS-B OUT信息可包括航空器识别信息(ID)、位置、高度、速度、方向和爬升率等，这些数据主要通过机载传感器和对应的测量仪器测定，如ADS-B OUT信息发送的航空器水平位置数据一般通过机载传感器、机载导航系统和全球导航卫星系统(GNSS)如GPS实现测定，发送的高度数据一般通过气压高度表实现测定。其中ADS-B IN是指航空器接收其他航空器发送的ADS-B OUT信息或地面服务设备发送的信息。
在如附图1所示的ADS-B系统中，其空-地链路应用架构包括四个主要组成部分:GPS、机载设备、RF无线传播路径和地面基础设施(地面站)，此外，还可包括图示的空中交通管制ATC中心。
本发明在常规的ADS-B系统中设置预选节点和普通节点，如附图2所示，其中每个预选节点与一组相互关联的普通节点互联，每个预选节点之间再彼此互联，该系统通过如下的过程实现信息处理：
S10：普通节点接收并记录源自航空器的ADS-B输出数据(即ADS-B OUT数据)，在行程完成时将数据提交至预选节点；
S20：预选节点接收与之互联的不同普通节点的输出数据或补充完善后的输出数据；
S30：预选节点对收集后的数据进行共识流程，形成一致性结果；
S40：预选节点将一致性结果通过广播的方式在与之互联的预选节点间进行共享。
在一个具体实施例中，对输出数据进行补充完善时，可通过如附图3所示的步骤进行：
S110：不失一般性的，假设拥有行程大部分的普通节点为NodeA，将需要补充行程数据的消息广播至与NodeA关联的其他普通节点，消息中携带已拥有行程的数据帧编号0-100，以及本节点RSA公钥；
S111：当关联普通节点接收到该广播后，判断是否满足补充要求，如其中一个关联普通节点拥有需补充的行程数据，如拥有编号为0-100中的部份数据时即判断为满足补充要求，如一个关联的普通节点NodeB拥有的数据编号为80-150，说明其含有80-100的数据帧，认为满足NodeA的补充需求，本步骤中对NodeA的补充需求做出应答，应答消息中携带数据帧80-100的编号、数据帧编号80-100的crc校验值，以及本节点的RSA公钥，消息使用NodeA的RSA公钥加密；
S112：NodeA验证NodeB所发送的编号80-100crc校验值，验证成功后发送应答消息，消息中携带数据帧编号80-100的哈希值，消息使用NodeB的RSA公钥加密；
S113：NodeB验证NodeA所发送的数据帧编号80-100的哈希值，验证成功后完成发送行程数据至NodeA，数据使用NodeA的RSA公钥加密；
S114：NodeA接收NodeB发送的行程数据。
当航空器行程结束时，普通节点将陆续提交航空器行程数据至预选节点，当大多数节点已提交行程数据时，进入共识流程，以形成准确的，具有行程最多记录值的一致性结果，并将结果共享至其他预选节点。
其中共识流程关联单一航班行程，流程包含若干关于航班行程的提案。所有节点达成一致共识后生成航班行程的最终决定值。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于ADS-B的分布式信息处理方法，其包括：
S10:对不同节点处的ADS-B输出数据进行补充完善；
S20：收集不同节点处的ADS-B输出数据；
S30：将收集后的数据通过共识流程形成一致性结果；
S40：将所述一致性结果进行共享；
其中，S10所述补充完善包括：
S110：由待补充节点进行待补充消息广播；
S111：由满足补充要求的节点进行应答，并发送可补充数据的特征值和校验值；
S112：由待补充节点进行校验值验证，验证通过后发送应答消息；
S113：由满足补充要求的节点在收到应答消息后发送可补充数据；
S114: 待补充节点接收所述可补充数据；
其中，所述特征值为数据帧编号；
且所述处理方法还包括对S10进行的如下加密：
在所述待补充消息中加入第一RSA公钥；
在发送所述校验值时一并发送第二RSA公钥，并使用第一RSA公钥对所述特征值、所述校验值及第二RSA公钥加密；
在所述应答消息中加入所述可补充数据的哈希值，并使用所述第二RSA公钥对含有该哈希值的应答消息加密；
在所述哈希值被验证后再发送所述可补充数据，并使用所述第一RSA公钥对所述可补充数据加密。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述补充要求包括：所述满足补充要求的节点中至少含有部分与所述待补充节点中编号重合的数据帧。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述ADS-B输出数据包括航空器识别信息、位置、高度、速度、方向和爬升率。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述步骤S30的启动条件为：当飞行器完成降落后,全部收集节点内收集到飞行器从起飞到降落过程中的所有数据。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述共识流程与单一航班行程关联，且包含若干关于航班行程的提案。
6.一种基于ADS-B的分布式系统，其通过权利要求1-5中任一项所述的处理方法进行信息处理，其特征在于：其包括多个普通节点和具有数据统计功能的预选节点，每个预选节点与一组相互关联的普通节点互联，每个预选节点之间互联；其中，所述普通节点接收并记录源自航空器的ADS-B输出数据，并在行程完成时将数据提交至所述预选节点；所述预选节点用于收集所述普通节点的ADS-B输出数据或收集补充完善后的ADS-B输出数据，并进行共识流程形成一致性结果，所述一致性结果在全部预选节点间进行共享。
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