JP6255043B2 - 航空無線システム - Google Patents

Description

本発明は、航空無線システムに関するものである。より詳細には、本発明は、無線信号の受信および／または送信を行う航空機機器の統合に関するものである。本発明は、どんな特定の領域に限定されるものではなく、本発明には、例えば、通信、航法、および監視のシステムが含まれる。さらに、本発明は、航空機の外部にある信号の受信および／または送信を行う機器に限定されるものではない。本発明はまた、航空機の内部にある無線信号を処理する機器も含む。そのような機器には、例えば、ＶＨＦ無線機（外部）、ＨＦ無線機（外部）、衛星通信無線機（外部）、距離測定装置無線機（外部）、ＧＰＳ受信無線機（外部）、およびＧＳＭ（登録商標）ピコセル無線機（内部）が含まれ得る。

本明細書では、以下の用語を使用する。
航空機領域−アビオニクスシステム、コックピット、およびキャビンなどの無線システムの外側にあるシステム。
アンテナシステム−無線機の外側にあるあらゆる増幅器およびフィルタなどのアンテナ、ＲＦケーブル、および他の部品。
無線機−適切なアンテナシステムに接続したとき、無線信号の受信および／または送信を行える機器。
無線システム−あらゆる制御機能を含む無線機の集合。
アビオニクスシステム−航空電子機器の集合。
送受信機−無線機のＲＦおよびＩＦ部品。これは、通常、送信機と受信機とから構成されるが、送信機のみまたは受信機のみであってもよい。
無線ユニット−処理機能および送受信機能を含むが、例えば、アンテナは含まない。
波形−特定のエアインタフェース規格を満たしている物理層およびプロトコル層の挙動。
Ｓａｔｃｏｍ−衛星通信

本明細書では、以下の略語を使用する。
ＡＤＣ アナログ―デジタル変換器
ＡＦＤＸ アビオニクス全二重イーサネット
ＡＭＵ アンテナ整合ユニット
ＡＲＩＮＣ エアロノーティカルラジオ社
ＣＯＲＢＡ 共通オブジェクト要求ブローカーアーキテクチャ
ＤＡＣ デジタル―アナログ変換器
ＤＬＮＡ ダイプレクサＬＮＡ
ＤＭＥ 距離測定機器
ＤＶＢ デジタルビデオブロードキャスティング
ＦＰＧＡ フィールドプログラマブルゲートアレイ
ＧＰＳ 全地球位置測定システム
ＧＳＭ 移動体通信用グローバルシステム
ＨＦ 短波
ＨＰＡ 高出力増幅器
ＨＭＩ ヒューマン・マシン・インタフェース
ＩＦ 中間周波
ＩＭＡ 統合モジュラーアビオニクス
ＩＭＲ 統合モジュラー無線機
ＩＰ インターネットプロトコル
ＩＰＣＰ インターネットプロトコル制御プロトコル
ＬＣＰ リンク制御プロトコル
ＬＮＡ 低雑音増幅器
ＮＣＰ ネットワーク層制御プロトコル
ＯＣＸＯ 温度制御型水晶発振器
ＰＡＤＩ ＰＰＰｏＥアクティブディスカバリ開始
ＰＡＤＯ ＰＰＰｏＥアクティブディスカバリ提示
ＰＡＤＲ ＰＰＰｏＥアクティブディスカバリ要求
ＰＡＤＳ ＰＰＰｏＥアクティブディスカバリセッション確認
ＰＡＤＴ ＰＰＰｏＥアクティブディスカバリ終了
ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス
ＰＤＰ パケットデータプロトコル
ＰＰＰｏＥ イーサネット（登録商標）上のポイントツーポイントプロトコル
ＰＲＯＣ プロセッサ
ＰＴＴ 押して話す
ＳＤＵ 衛星データユニット
ＳＩＭ 加入者識別モジュール
ＳＲＩＯ シリアルラピッドＩＯ
ＴＣＶＲ 送受信機
ＴＥ 端末機器
ＲＦ 無線周波
ＶＨＦ 超短波
ＶＯＩＰ ボイスオーバーアイピー

既存の航空電子機器の無線システムでは、機能ごとに個別の無線機が使用される。これらは、必要とされる周波数帯ごとにサービスの継続性を得るために踏襲されることが多い。これにより、そのようなシステムの大きさ、重量、および費用が増加することになる。さらに、各無線機は、動作が特定されている機能のみを実行するため、ほとんど柔軟性がない。

これはまた、他の航空電子機器システムに対しても当てはまる。また一方で、単一のコンピュータ上で実行される様々な航空電子機器システムを統合するという利点が認識され、統合モジュラーアビオニクス（ＩＭＡ）の手法が発明されることとなった。ＩＭＡの手法は、コンピュータのハードウェアの量の削減を可能にし、様々な機能が互いに相互作用できるという点でより柔軟性を与える。しかしこの手法では、機能が、もたらされ得る最悪の結果と好ましくない方法で相互作用する可能性がより高いため、認証に関する問題が伴う。これは、様々な機能を分離する高信頼性リアルタイムオペレーティングシステムを用いて克服された。

ＩＭＡに類似しているシステムは、航空電子機器の無線システムに好適である。しかし、様々な要件の間には、ＩＭＡ手法をそのようなシステムにとって実用的ではなくする相違点がある。本発明は、不利益なく、多くの望ましい特徴を提供するＩＭＡアーキテクチャへの代替の分散型の手法を記載するものである。

さらに、現在、様々な無線サービスにアクセスするために、色々なインタフェース方式が採用されている。無線サービスは、デジタルサービスまたはアナログサービスであってよい。国内航空機通信基盤は、ますますＩＰベースになるため、現在のＩＰベースのサービスと、レガシーアナログサービスとの両方を網羅する、すべての無線サービスにアクセスする共通の方法を備えることが望ましい。

したがって、各種無線機は、現在、全く異なる方法で実現され、さらに、各種無線機の間には、統合性または共通性がほとんどない。各種無線機は、現在、独自のインタフェース方法を使用する傾向にある。例えば、アナログ音声を伝えるＶＨＦ無線用のインタフェースは、ＩＰパケットを伝える衛星通信無線用のインタフェースとは非常に異なる。このことは、システムにわたって情報を様々な無線機へ簡単に送ることができる、シームレスネットワークソリューションを達成することを困難にしている。さらに、異なる無線機を用いて仮想処理設備を生成することは、現在不可能である。

上記の考慮事項は、現在の無線システムは十分統合されておらず、そのため、共通の構成、共通のインタフェース、および、仮想処理設備を通じて協調する機会から利益を得ていないということを意味している。

本発明は、各無線機が、送受信機および専用のプロセッサプラットフォームを備え、デジタル通信ネットワークによって相互に接続された複数の無線機を含む航空無線システムであって、複数の専用のプロセッサプラットフォームが、航空無線システムのための仮想処理環境を構築できるように構成されている航空無線システムを提供する。

本発明はまた、各無線通信が、航空機領域と複数種類の通信用の複数の無線機との間の共通のデジタルインタフェースを実現するために、ＰＰＰｏＥ（イーサネット上のポイントツーポイントプロトコル）を用いたネットワークを介した通信をサポートするように構成されたサーバと、送受信機と、専用のプロセッサプラットフォームと、を備えた、デジタル通信ネットワークによって相互に接続された複数の無線機を含む航空無線システムも提供する。

本発明の好ましい実施態様は、分散アーキテクチャの基盤を形成する、高度の共通性と相互接続とを備えた複数のモジュラー無線ユニットの集合からなる。無線ユニットは、送受信機モジュールと、共通の処理プラットフォームとから成る。無線ユニットは、例えば、アンテナを含まず、全体的な無線機器の一部だけを形成している。

共通の処理プラットフォームは、例えば、共通のソフトウェア開発環境、共通のソフトウェア実行環境、より高度な共通のソフトウェアモジュール、および共通のインタフェースをサポートすることによって、開発、製造、および維持にかかる費用を削減する。

無線ユニット間の相互接続によって、仮想処理機能の創出が可能になる。

無線ユニットへの共通のインタフェースは、シームレスネットワークをサポートし、無線システムの航空機システムへの統合を容易にする。シームレスネットワークおよび無線管理のためのコントローラの選択方法も以下に記述する。

分散処理アーキテクチャを用いることによって、拡張性、認証、動的再構成、シームレスネットワーク、冗長管理、大きさ、費用、および重量に対する利点が得られる。シームレスネットワークを使うと、複数の無線サービスを介した情報の最適な経路設定が可能になる。

本発明がより良く理解されるようにするために、以下に、本発明の好ましい実施形態を一例として、添付の概略図面を参照しながら説明する。

本発明による航空無線システムのための仮想分散処理アーキテクチャのブロック図である。 本発明の実施形態で使用する、無線ユニットの無線の機能の分割を示し、無線ユニットに関連するアンテナおよび他の構成要素を示すブロック図である。 本発明の実施形態で使用する、無線管理およびシームレスネットワークに関する構成要素の配置に関する仮想処理環境を示すブロック図である。 本発明の実施形態で使用する、仮想処理環境における無線管理およびシームレスネットワークのための情報の流れを示すメッセージシーケンスチャートである。 本発明の実施形態で使用するための、波形の構成要素の配置に関する仮想処理環境を示すブロック図である。 本発明の実施形態で使用するための、仮想処理環境における分散された波形構成要素のための情報の流れを示すメッセージシーケンスチャートである。 本発明の実施形態による、ＰＰＰｏＥおよびＡＦＤＸによってアナログ音声通信を送るために、本発明の好ましい実施形態に従って確立される共通のデジタルインタフェースを示すブロック図である。 ＶＨＦアナログ音声サービスにアクセスするための共通のデジタルインタフェースの使用を示すメッセージシーケンスチャートである。

以下で、本発明の好ましい実施形態を５つの態様から説明する。
・仮想分散処理アーキテクチャ
・仮想処理環境
・共通の処理プラットフォーム
・共通のデジタルインタフェース
・制御実体の選択方法

仮想分散処理アーキテクチャ
仮想分散処理アーキテクチャを図１に示す。図１には、無線ユニットと、アンテナ、ＡＭＵ、ＤＬＮＡ、およびＨＰＡなどの関連部品との集合が示されている。無線ユニットは、ＡＦＤＸネットワークなどのデジタルネットワークを介して接続されている。

背景
アビオニクス全二重イーサネット（ＡＦＤＸ）は、航空分野の用途のために開発された決定論的ネットワーク技術である。この技術はイーサネットに基づいているが、帯域幅およびサービスの品質に保証を与えるために、チャンネルの競合を防止している。ＡＦＤＸネットワークは、エンドシステム、スイッチ、およびリンクから成り立っている。アーキテクチャは、冗長性を与えるために、エンドシステム間に複数の別個の経路をサポートしている。

各無線ユニットは、送受信機および処理プラットフォームを含んでおり、ソフトウェア無線技術を採用している。処理プラットフォームは、そのローカル送受信機のために処理を実行し、また、シームレスネットワークおよび無線管理などのような、より一般的な処理のための仮想処理環境も提供している。必要に応じて、仮想処理環境で、より高レベルの波形プロトコルを実行させることもまた可能である。この仮想処理環境は、デジタルネットワークが提供する接続性を通じて可能になるものである。

無線機における機能の分割を示す例を図２に示す。図２はまた、無線ユニットにおける送受信機と処理機能性との間の分割の例も示している。

無線ユニット間の接続に加えて、デジタルネットワークはまた、航空電子機器システム、コックピット、およびキャビンなどの他の航空機領域への接続も提供する。ＳＩＭユニットはまた、デジタルネットワークにも取り付けられ、いくつかのサービスに必要とされるＳＩＭカードをサポートしている。

図には、コックピットおよびキャビンの両方との接続性を備えた単一のシステムが示されているが、他の構成によれば、コックピットサービスをサポートする一つのシステムとキャビンサービスをサポートする別のシステムとを備えることによって、物理的に分離させることができる。

仮想処理環境
背景
現在の航空電子機器の通信システムは、各無線機が、それ自体のデジタル信号処理資源および他のソフトウェア資源を含む連合式の手法を使用している。この手法は、より簡単に認証を行えるという利点があるが、新しい要求に対してあまり柔軟に対応できない。

他の航空電子機器システム（例えば航空管制システム）では、（適切な冗長性をもつ）共通のコンピュータ資源が、多くの異なる機能に使われる統合型モジュラーアビオニクス（ＩＭＡ）アーキテクチャに移行している。機能間の相互作用は、時間および記憶部の空間の分割を保証する認証可能なＲＴＯＳを使って制御されている。これは、連合式の手法よりも柔軟性が非常に改善されており、アプリケーション間の良好な通信を提供する。これはまた、費用も節約する。

ＩＭＲについて類似のアーキテクチャへと移行させる圧力がある。これ自体は、可能であるが、費用、大きさ、および重量の観点から最適とはいえない。なぜなら、必要な機能を実行するためには、より多くの機器が必要になり、かつ、より多くの相互接続が必要になるからである。スケーラビリティが問題である。

この構想は、処理資源を各無線ユニットと統合するが、それでもなお、ＩＭＡの柔軟性を提供するという利点を得るためのものである。

仮想処理環境は、無線ユニット間の接続性と、分散処理をサポートする技術の使用を通して実現される。必須の安全性およびセキュリティ認証を満たすために、例えば、ＣＯＲＢＡ、またはＣＯＲＢＡの適切な部分集合などの技術がある。

背景
共通オブジェクト要求ブローカーアーキテクチャ（ＣＯＲＢＡ）は、分散処理に対するオープンスタンダードであり、オブジェクトマネジメント社（ＯＭＧ）によって定義されている。ＣＯＲＢＡを用いることによって、様々なコンピュータソフトウェア言語で記述され、かつ、ネットワークによってつながれた様々なコンピュータ上で動作するコンピュータープログラムが、シームレスに互いに通信可能になる。一般的に、一方のコンピュータ上のクライアントプログラムは、別のコンピュータ上のサーバプログラムによって提供されるサービスを利用する。代替が可能なのはリアルタイムＣＯＲＢＡであり、リアルタイムＣＯＲＢＡもＯＭＧによって定義されている。

仮想処理環境は、システム全体にわたって処理を分散させることができ、したがって、柔軟性、冗長性、および拡張性が増す。これは、主に、全システムに関連する非波形特定処理にとって興味深いことであり、そのような処理をより簡単かつ効率的に展開させることができる。そのような処理の例は、健康管理を含む、シームレスネットワーキングおよび無線管理である。

仮想処理環境は、設計／構築時において、または稼働時、すなわち実行時に構成することができる。

仮想処理環境における無線管理およびシームレスネットワークのためのソフトウェア／ファームウェアの構成要素の配置の例を図３に示す。図３は、無線ユニット内にあるコントローラ構成要素を示す。しかし、ＩＭＡコンピュータなどの別の構成要素内にコントローラ構成要素を置くことも可能である。別の構成要素内に置くという後者の例は、たとえコントローラが、無線ユニット内の他の構成要素より設計保証レベルの高い開発を必要としたとしても、魅力的である。

無線管理のための構成要素との間における情報の交換、および仮想処理環境のシームレスネットワーク構築について、図４に例を示す。図４は、相互作用の本質を示しており、また、共通のデジタルインタフェースの段落で説明するＰＰＰｏＥベースの具体化において様々な部品をどこに対応させることができるかを示している。

しかしながら、通常、波形処理は、対応する送受信機に特有の処理プラットフォーム上で行われるが、仮想処理環境はまた、必要に応じて、波形処理を分散させることもできる。これは、処理リソースに対する更なるアクセスを提供することに加えて、機器の供給元に対しては、無線ユニットに与えられる波形特有機能性に柔軟性を与える。例えば、無線ユニットは、物理層の機能（変調、復調、およびチャンネル符号化）だけを供給されてよく、残りのプロトコルスタック機能は他の場所に実装されてよい。

仮想処理環境における波形の処理のためのソフトウェア／ファームウェア構成要素の配置の例を図５に示す。図５は、所与の波形に対する処理をどのように無線ユニット全体に分散できるかを示している。

仮想処理環境で波形を処理する構成要素間での情報交換について、図６に例を示す。図６は、物理層およびプロトコルスタックをどのように別個の無線ユニットに置くことができるかを示している。

異なる処理アプリケーションを別々に維持するために、時間および記憶部空間を分割した認証可能なＲＴＯＳを使用する。これは、明確に定義されたインタフェースと共同して、認証を容易化する。

要約すると、仮想処理環境は、次世代の通信アビオニクスのための最適化されたアーキテクチャを提供する。それにより、高度な柔軟性および拡張性が提供され、開発費および機器費用が抑えられる。

共通の処理プラットフォーム
背景
ａ）技術進歩の結果として、デジタル処理ハードウェアの大きさ、重量、および電力消費は、絶え間なく減少している。今日の技術によれば、これらは、ＨＰＡのような無線システムの無線周波の部分の一部に必要とされるもののごく一部である。
ｂ）無線通信機器のための全体的な開発費は、ソフトウェアおよびファームウェアの開発コストによって占められている。しかし、この費用のかなりの割合（一般的に＞５０％）は、特定の波形に限定されているのではなく、ブート、プロセス間通信、ロギングサービス、タイマーサービス、ドライバー、組込み試験などの一般的な要素に関するものである。
ｃ）デジタル処理ハードウェアのコストは、大きさ、重量、および電力消費と同様、技術の進歩とともに、絶え間なく減少している。航空電子機器のアプリケーションが、全体的に開発費が高く、生産量が比較的低いということは、ハードウェアの費用が、製品ユニット当たりの全体の開発費のうちのごく一部であるということを意味する。

仮想分散アーキテクチャは、異種の複数の処理プラットフォームを用いて実現できるとはいえ、システム全体にわたって共通のプロセッサプラットフォームを使うことに重要な利点がある。これにより、異なる無線ユニットの処理要件の中に存在する共通性を活用することによって、開発および維持の費用が削減される。

したがって、各無線ユニットに共通の処理プラットフォームを配置することは、魅力的である。そのような処理は、一般的に、プロセッサおよび／またはＦＰＧＡで実現できる。したがって、ファームウェアおよびソフトウェアの開発が必要となる。共通の処理プラットフォームは、例えば、共通のハードウェアプラットフォーム、共通のインタフェース、共通の開発環境、および共通のソフトウェア実行環境を含む。

共通のインタフェースのうちの１つは、ＡＦＤＸ接続のためのイーサネットであろう。送受信機モジュールへの共通のインタフェース、例えば、ＰＣＩエクスプレス、またはＳＲＩＯ（シリアルラピッドＩＯ）もまた望ましい。

背景
ＰＣＩエクスプレスは、シリアルリンクを使用する高速相互接続技術である。ＰＣＩエクスプレスは、ポイントツーポイントリンクに基づいているが、アーキテクチャは、リンクをツリー構造に経路設定でき、かつ単一の送信機から複数の受信機へ展開できるスイッチを含んでいる。ＰＣＩエクスプレスは、一般に、チップツーチップ接続、およびボードツーボード接続に使用される。外部のケーブル仕様によっては、ＰＣＩエクスプレスをシャシーツーシャシー接続にも使用できる。

シリアルラピッドＩＯ（ＳＲＩＯ）は、別の高速相互接続技術であり、これもまた、シリアルリンクを採用している。ＳＲＩＯは、ポイントツーポイントリンクに基づいているが、アーキテクチャは、リンクを柔軟な方式で経路設定できるスイッチを含んでいる。シリアルラピッドＩＯは、一般に、チップツーチップ接続、およびボードツーボード接続に使用される。

共通のプラットフォームを使用することは、長期間にわたってそのプラットフォームが進化するのを妨げない。例えば、バージョン１．０は、ＶＨＦ無線用に、バージョン１．１は、Ｌバンド無線およびＨＦ無線用に展開されてよい。共通のプラットフォームはまた、増加する処理容量をサポートする複数の特色を有するようにすることも可能である。例えば、１つのプラットフォームは、プロセッサのみを使用し、他方のプラットフォームは、プロセッサとＦＰＧＡとを使用してよい。

共通のデジタルインタフェース
背景
航空機外部の無線通信は、ＨＦ、ＶＨＦ、および衛星通信を含む多様な通信手段を使用している。デジタル方式またはアナログ方式に基づく様々なサービスにアクセスするために様々なインタフェース方式が採用されている。一方、航空機内部の通信基盤は、ますますＩＰベースになるため、現在のＩＰベースのサービスとレガシーアナログサービスとの両方を網羅する、すべての無線サービスにアクセスするための共通の方法を備えることが望ましい。

通信サービスの必要条件は、一般に、以下の２つのタイプに分けられる。
・タイプ１：保証された待ち時間および帯域幅―これは、オーディオやビデオなどの用途に必要とされる。このタイプは、伝統的に回線交換方式のサービスにより提供されてきたもので、ごく最近では、ストリーミングパケットサービスによっても提供されている。
・タイプ２：可変の待ち時間および帯域幅―インターネット閲覧または一般的なデータ転送などの用途に好適である。ここでは待ち時間が重要でなく、固定の速度で送信先に送られるべき一定の情報の流れはない。このタイプは、伝統的なパケット交換サービスによって提供されている。

仮想分散処理アーキテクチャは、無線ユニットの相互接続およびクライアントシステムへのインタフェース接続のために、ＡＦＤＸなどのデジタルネットワークを使用している。ＡＦＤＸは、決定論的なデジタルネットワークの例である。そのようなネットワークは、保証された待ち時間および帯域幅を備えたタイプ１のサービスを提供する。デジタルネットワークの帯域幅が、無線サービスにより提供される帯域幅より高い場合、デジタルネットワークは、タイプ１とタイプ２の無線サービスを両方ともサポートできる。

背景
ＡＦＤＸネットワークは、現在、１０Ｍｂｉｔ／ｓおよび１００Ｍｂｉｔ／ｓのイーサネットのネットワークを使用しており、したがって、今日ではかなりの割合の最大ＡＦＤＸ帯域幅を使っていると思われるＷｉＭａｘおよびＤＶＢなどの非常に高い帯域幅の無線サービスを除いて、大多数の無線サービスよりもはるかに高い速度をサポートしている。しかしながら、ＡＦＤＸの速度は、イーサネット速度の進化に続いて、将来的に増加する見込みである。

デジタルネットワークが、両方のタイプのサービスをサポートできることが確立された場合、セッションを起動および終了する方法を提供する必要がある。

そのような方法は、ＡＲＩＮＣ ７８１の附則５に定義されたイーサネットインタフェースを使って、衛星通信用に準備されている。この方法は、サテライトリンク中の主要なコンテキスト接続を始動および終了するためにＰＰＰｏＥを使用する。一旦主要なコンテキストが、始動されたら、第２のコンテキストは、テルネットセッションを使って始動できる。

各コンテキストは、以下のタイプのうちの１つとすることができる。
・バックグラウンドクラス―可変の待ち時間および帯域幅を備えた上述のタイプ２のサービスに対応している。
・ストリーミングクラス―保証された待ち時間および帯域幅を備えた上述のタイプ１のサービスに対応している。

この着想は、ＡＲＩＮＣ ７８１（または派生物）のイーサネットインタフェースを取り込み、すべてのＩＭＲの無線サービスをサポートするために、イーサネットインタフェースをＡＦＤＸなどのネットワークと組み合わせることである。

以下に、いくつかの例を提供する。
ａ）衛星通信バックグラウンドクラスＩＰサービスを介したＩＰパケット（ＰＰＰｏＥを使用）
クライアントシステムは、衛星通信の無線ユニットでセッションを始動するためにＡＦＤＸを介してＰＰＰｏＥを使用し、バックグラウンドクラスを要求する。衛星通信の無線ユニットは、サテライトリンク中でバックグラウンドクラスを備えた主要なコンテキストを確立する。クライアントからのＩＰパケットは、衛星通信リンクを介して送信される。

ｂ）衛星通信ストリーミングクラスＩＰサービスを介した音声（ＰＰＰｏＥを使用）
クライアントシステムは、衛星通信の無線ユニットでセッションを始動するためにＡＦＤＸを介してＰＰＰｏＥを使用し、ストリーミングクラスを要求する。衛星通信無線ユニットは、サテライトリンク中でストリーミングクラスを備えた主要なコンテキストを確立する。クライアントシステムは、定期的に衛星通信無線ユニットへ非圧縮デジタル化音声を送る。衛星通信無線ユニットは、音声を圧縮して、ストリーミングクラスを使って圧縮音声を衛星通信リンクを介して送る。

ｃ）アナログＶＨＦを介した音声（ＰＰＰｏＥを使用）
クライアントシステムは、ＶＨＦ無線ユニットでセッションを始動するためにＡＦＤＸを介してＰＰＰｏＥを使用し、ストリーミングクラスを要求する。これによって、送信用の無線ユニットが準備される。クライアントシステムは、定期的にＶＨＦ無線ユニットへ非圧縮デジタル化音声を送り、非圧縮デジタル化音声は、ＶＨＦリンクに送信される。ＶＨＦ無線ユニットは、アナログのＶＨＦ信号を変調するために、音声情報を使用する。この筋書きは図７に示されている。

ｄ）衛星通信ストリーミングクラスＩＰサービスを介した音声（ＰＰＰｏＥおよびテルネットを使用する）
クライアントシステムは、衛星通信における無線ユニットでセッションを始動するためにＡＦＤＸを介してＰＰＰｏＥを使用し、バックグラウンドクラスを要求する。衛星通信の無線ユニットは、サテライトリンク中でバックグラウンドクラスを備えた主要なコンテキストを確立する。クライアントシステムは、ストリーミングクラスを備えた第２のコンテキストを始動するためにテルネットを使用する。クライアントシステムは、定期的に衛星通信の無線ユニットへ非圧縮デジタル化音声を送る。衛星通信の無線ユニットは、音声を圧縮して、ストリーミングクラスを使って圧縮音声を衛星通信リンクを介して送る。

ｅ）アナログＶＨＦを介した音声（ＰＰＰｏＥおよびテルネットを使用する）
クライアントシステムは、ＶＨＦ無線ユニットでセッションを始動するためにＡＦＤＸを介してＰＰＰｏＥを使用し、バックグラウンドクラスを要求する。クライアントシステムは、ストリーミングクラスを備えた第２のコンテキストを「始動」するために、テルネットを使用する。これによって、送信用の無線機が準備される。クライアントシステムは、定期的にＶＨＦ無線ユニットへ非圧縮デジタル化音声を送り、非圧縮デジタル化音声は、ＶＨＦリンクへ送信される。無線ユニットは、アナログのＶＨＦ信号を変調するために、音声情報を使用する。この筋書きを図７に示す。

上記の例では、クライアントシステムが、ＰＰＰｏＥを使用する例ｂ）および例ｃ）で同じように挙動することを観察できる。これは、どのようにして、同一のインタフェースを使用して、音声を非常に異なるリンクを介して送信し、それによってシステムを単純化できるかを示している。同じ観察を、ＰＰＰｏＥおよびテルネットを使用する例ｄ）とｅ）で行うことができる。

ＰＰＰｏＥを使ってＶＨＦアナログサービスにアクセスするための情報交換の例を図８に示す。この例では、クライアントは、航空機領域に位置していてよく、あるいは、無線ユニットのシームレスネットワークのためのコントローラであってもよい。

この例の利点は、単一のデジタルインタフェースを使用して、さまざまな通信機器が提供するサービスすべてにアクセスできることである。例えば、コックピットのＨＭＩ機器は、音声が、アナログＶＨＦシステムで伝えられるか、衛星通信ＶｏＩＰシステムで伝えられるかのいずれであるかには関係なく、同じ方法で音声通話を開始できる。

要約すると、共通のデジタルインタフェースは、ＰＰＰｏＥおよびテルネットのサービスの使用をＡＦＤＸなどのネットワークと組み合わせることによって、達成される。この組み合わせによって、インタフェースは、下記のサービスをサポートする。
・バックグラウンドパケット交換サービスおよびストリーミングパケット交換サービス（当然ながらデジタル）
・回線交換サービス（アナログまたはデジタル）

制御主体の選択方法
無線管理機能を実行する制御主体と、シームレスネットワークをサポートする制御主体とを備えることが望ましい。必要に応じて、単一の制御主体が、両方の機能を実行できる。

背景
シームレスネットワークとは、使用すべき通信リンクを情報源または転送先によって選択する必要なしに、様々な通信リンクを介して情報を転送するという構想である。例えば、短いメッセージは、航空機がＶＨＦレンジ内にあるときは、ＶＨＦデータリンクを介して送ることが可能である、または航空機がＶＨＦの範囲外にあるときは、衛星通信リンクを介して送ることが可能である。つまり、望ましいリンクが、自動的に選択される。

本明細書では、コントローラと呼ぶ共通の主体が、無線管理とシームレスネットワーク機能の両方をサポートする。

多くの場合、冗長性を備えることが必要である。その場合には、少なくとも２台のコントローラが存在しなければならない。アーキテクチャの検討および拡張性の検討の結果として、３台以上のコントローラが配備される可能性さえある。したがって、クライアントシステム（例えば、コックピットのＨＭＩ）は、インタフェースで接続すべきコントローラを選択することが必要になる。すべてのコントローラは、同時に作動することが許容され、したがって、冗長性および障害許容力が与えられる。

以下に、コントローラを選択する際の問題点に対する解決策を示す。

作動時、各コントローラには、選択優先レベルを示す番号が割り当てられる。各コントローラが、アクセスするサービスを示す筋書き例を表１に示す。

すべてのコントローラは、ネットワーク（例えば、イーサネットベースのＡＦＤＸ）を介して、互いに接続されている。

各コントローラは、定期的に、自己が提供できるサービスの状態と、自己の優先番号とに関する情報を発信する。そのような情報は、イーサネットパケットまたはＩＰパケットで送信されてよい。コントローラはまた、情報を聞くことができる他のコントローラにそれぞれ同じ情報を発信する。このように、コントローラの全体的な接続性に関する情報を提供する。

各コントローラは、好適なアルゴリズムを用いて、各コントローラの全体的な接続性の程度を示すメトリックを計算する。そのようなアルゴリズムは、適切な方法で各サービスの重み付けすることができる（例えば、ＶＨＦサービスは、現在、ＨＦや衛星通信サービスより重要である）。コントローラは、この情報をクライアントシステムに定期的に発信する。

クライアントシステムは、最も高いメトリックの順にコントローラをランク付けする。２つ以上のコントローラが、同じメトリックを共有している場合、作動時の優先レベルを使って順位を区別する。

次に、クライアントシステムは、順位に基づいて、使用するコントローラを選択できる。例えば、操縦士のＨＭＩシステムが、最高順位のコントローラを選択できるのに対して副操縦士のＨＭｌシステムは、第２の順位のコントローラを選択できるであろう。この方式は、最大限の冗長性を提供する。

さらに、提供可能なフェイルセーフ対策がある。
・ユーザーは、複数のコントローラ間を手動で切り換えることができる
・ユーザーは、シームレスネットワークモードから手動モードへ切り換えることができる。手動モードでは、例えば、ＶＨＦ、ＨＦ、または衛星通信が明示的に選択される。

本発明は、ハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアによって構築されることになるが、ソフトウェア定義の無線技術を使用することが望ましい。

図１の例では、各無線機は、送受信機とプロセッサプラットフォームからなる別個のモジュールを備えている。複数のプロセッサプラットフォームは、それらのハードウェアアーキテクチャ、およびそれらのインタフェース、およびそれらの開発環境、およびそれらのソフトウェア実行環境のすべてまたはいずれかであってよい共通のアーキテクチャを備えていることが望ましい。しかし、プロセッサプラットフォームは、代わりに、複数の無線送受信機によって共有されていてもよく、すなわち、プロセッサプラットフォームは、複数の送受信機用であってもよい。また、例えば、複数の専用のプロセッサプラットフォームが、送受信機から分離したモジュールに、例えば、処理カードの集合にグループ分けされるように、ハードウェアの構成を異なるものとしてもよい。

Claims (20)

1. 複数の無線機を含む航空無線システムであって、各無線機は、送受信機と、前記送受信機のために波形の処理を実行する専用のプロセッサプラットフォームとを備え、
   前記専用のプロセッサプラットフォームが、前記航空無線システム用の仮想処理環境を構築するように、デジタル通信ネットワークを介して相互に接続され、
   第１のタイプの前記専用のプロセッサプラットフォームは、第１機能および第２機能の両方を備え、第２のタイプの前記専用のプロセッサプラットフォームは、前記第１機能を備えるが、前記第２機能を備えず、
   前記仮想処理環境内において、前記送受信機により受信された個別の波形の処理が、前記第１のタイプの前記専用のプロセッサプラットフォームおよび前記第２のタイプの前記専用のプロセッサプラットフォームを含む少なくとも２つの専用のプロセッサプラットフォームに分散され、
   前記第２のタイプの前記専用のプロセッサプラットフォームが、前記第１機能に従う前記個別の波形の処理を実行し、
   前記第１のタイプの前記専用のプロセッサプラットフォームが、前記第２のタイプの前記専用プロセッサプラットフォームで前記第１機能に従って処理された波形を、前記第２機能に従って処理を実行する、
   ことを特徴とする航空無線システム。
2. 前記第１機能は物理層機能であり、前記第２機能はプロトコルスタック機能である、請求項１に記載の航空無線システム。
3. 前記航空無線システムの全システムに関連するタスクの処理は、前記専用のプロセッサプラットフォームに分散される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の航空無線システム。
4. 複数の前記専用のプロセッサプラットフォームのうちの少なくとも１つは、２台以上の前記送受信機用であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の航空無線システム。
5. 複数の前記専用のプロセッサプラットフォームのうちの２つ以上が、前記送受信機から分離したモジュールにグループ分けされている、請求項１から４のいずれか一項に記載の航空無線システム。
6. 前記デジタル通信ネットワークは、決定論的なネットワークである、請求項１から５のいずれか一項に記載の航空無線システム。
7. 前記デジタル通信ネットワークは、イーサネットのネットワークである、請求項１から５のいずれか一項に記載の航空無線システム。
8. 前記仮想処理環境は、共通オブジェクト要求ブローカーアーキテクチャであるＣＯＲＢＡ、またはリアルタイムＣＯＲＢＡに準拠している、請求項１から７のいずれか一項に記載の航空無線システム。
9. 前記無線機のうちの少なくとも１台は、ソフトウェア無線の技術を使用する、請求項１から８のいずれか一項に記載の航空無線システム。
10. 前記航空無線システムは、複数の前記専用のプロセッサプラットフォームのうちの２つ以上が、可能な複数の無線チャンネルを介したシームレスネットワーク用の仮想処理環境を構築するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の航空無線システム。
11. 前記航空無線システムは、複数の前記専用のプロセッサプラットフォームのうちの２つ以上が、無線管理用の仮想処理環境を構築するように構成されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の航空無線システム。
12. 複数の前記専用のプロセッサプラットフォームは、共通のハードウェアアーキテクチャ、共通のインタフェース、共通の開発環境、および共通のソフトウェア実行環境のうちの１つ以上を含む共通のアーキテクチャを備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の航空無線システム。
13. 前記各無線機は、前記無線機に共通のインタフェースを介して複数の前記専用のプロセッサプラットフォームとインタフェースしている送受信機モジュールを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の航空無線システム。
14. 航空機領域と、複数種類の通信用の前記無線機との間に共通のデジタルインタフェースを実現するように、イーサネット上のポイントツーポイントプロトコルであるＰＰＰｏＥを使って前記デジタル通信ネットワークを介した通信をサポートするように構成されたサーバをさらに備える請求項１から１３のいずれか一項に記載の航空無線システム。
15. 前記デジタル通信ネットワークとインタフェースで接続している少なくとも１つのコントローラを備え、前記各コントローラは、自己の全体的な接続性を判定し、当該接続性を前記デジタル通信ネットワークを介してブロードキャストし、クライアントシステムが、接続性の順位に基づいて、どのコントローラを使用するか選択できるように構成されている、請求項１から１４のいずれか一項に記載の航空無線システム。
16. 前記各コントローラは、自己が提供できる無線サービスの種類と、前記航空無線システムが注文または構成されたときに、確立され格納された優先レベルとに基づいて、自己の接続性を判定するように構成されている、請求項１５に記載の航空無線システム。
17. 複数のアンテナシステムを含み、各アンテナシステムが、無線周波数ケーブルリンクによってそれぞれの無線機に接続されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の航空無線システム。
18. キャビンおよびコックピットのヒューマン・マシン・インタフェースと、航空電子機器のインタフェースとをさらに備え、
    それらすべてが前記デジタル通信ネットワークを介して相互に接続される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の航空無線システム。
19. 前記複数の無線機の各々は、システム全体にわって共通のプロセッサプラットフォームを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の航空無線システム。
20. 前記共通のプロセッサプラットフォームは、前記複数の無線機の間で共有されるプロセッサによって実現される、ことを特徴とする請求項１９に記載の航空無線システム。
    

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