JP6576241B2 - 航空機から地上へのデータストリーミングのためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、動作中の航空機から地上の受信機へのデータの送信に関する。より具体的には、本発明は、所望のデータを提供しつつ帯域幅を一定に保つアビオニクスデータをストリーミングするためのシステムおよび方法に関する。

飛行データレコーダー（ＦＤＲ）は、事故の性質および原因を判定するために役立つ重要な情報を記録する。特定の状況では、ＦＤＲを見つけ回収することが難しいこともある。航空事故のこの側面および他の側面が、航空機の遠隔監視に関する多くの勧告につながっている。これらの勧告は、飛行データレコーダーの回収を簡単に行うためのより正確な航空機の場所の追跡を含み、また航空機が空中でブラックボックスデータをストリーミングする能力を有することを要求する。航空機の飛行中にアビオニクスデータを評価する地上監視員の能力は、将来、緊急事態を解決するのに役立つだろう。

飛行中に航空機からアビオニクスデータをストリーミングすることが望ましいが、それを行う際の１つの課題は、そのような送信のための帯域幅である。すべての飛行データを送信することは、継続的にかなりの帯域幅を必要とし、多大なコストを課す。例えば、このような飛行データは、特定の航空機システムの動作に関する静的レポートを含む可能性がある。これらのレポートは、比較的大量のデータを含み、かなりの帯域幅を使用する可能性がある。本出願は、上記の問題のうちの１または複数に対処しようとするものである。

飛行中に航空機からアビオニクスデータ、位置データおよび他のデータを継続的に送信することができるアビオニクスストリーミングシステムを開発することが有利であろうと認識されている。

また、航空機の遠隔監視を可能にし、地上要員から飛行乗務員へのフィードバックを可能にするアビオニクスストリーミングシステムを有することが有利であろうと認識されている。

さらに、万が一、航空機飛行データレコーダーを回収することができない場合には、飛行データのコピーを地上に提供するシステムを有することが有利であろうと認識されている。

また、関連するデータを送信するために小さな帯域幅を使用するアビオニクスストリーミングシステムを有することが有利であろうと認識されている。
その１つの実施形態によれば、本発明は、搭載プロセッサ、地上局、およびダイナミックリンクマネージャーを含む航空機から地上へのデータストリーミングシステムを提供する。搭載プロセッサは、航空機内に配置され、データマップを受信し記憶するように、データマップ毎に搭載ＬＲＵからのデータを受信しエンコードするように、および送信リンクを介して前記エンコードされたデータを送信するように構成される。前記地上局は、送信リンクを介して前記搭載プロセッサに前記データマップを伝達し、前記データマップ毎に前記搭載プロセッサからの前記エンコードされたデータを受信しデコードするように構成されるプロセッサを有する。前記ダイナミックリンクマネージャーは、前記搭載プロセッサと前記地上局との間の送信リンクに対する少なくとも１つのデータ経路を特定し選択するように、ならびに前記選択されたデータ経路を介して前記搭載プロセッサから前記地上プロセッサまでデータを送信するように構成される。

有利には、前記データマップは、オペレーターによって画定され、前記地上局で記憶され、および前記搭載プロセッサに送信されることができる。

有利には、前記送信リンクは、利用可能な帯域幅およびコストのうちの少なくとも１つに基づき選択することができる。

有利には、前記送信リンクは、衛星接続、地上ベースのセルラー式送信および航空機から地上へのＲＦ送信から構成されるグループから選択することができる。

有利には、前記搭載プロセッサおよび地上局は、複数のデータマップを介して複数のデータセットを処理するように構成することができる。

有利には、前記搭載プロセッサは、監視モードに従って動作するように構成することができ、前記データマップは、第１の最小データセットを特定し、およびイベントモードに従って動作するように構成することができ、前記データマップは、第２の伸長データセットを特定する。好ましくは、前記第１の最小データセットは、少なくとも航空機の場所およびフライトデッキ制御入力を含み、前記第２の伸長データセットは、実質的にすべての飛行データレコーダーパラメーターを含む。

有利には、前記システムは、前記地上局と通信し、前記データを記憶するように構成される、データ記憶デバイスをさらに備えることができる。

有利には、前記地上局は、ユニバーサルメッセージングバスを介してオープンアクセスグローバルコンピュータネットワークに前記データを提供することができ、前記データは、契約者が見るためにフォーマットされる。

有利には、前記地上局は、オペレーターによって前記データの監視を可能とし、および前記オペレーターと前記航空機の乗務員との間の通信を可能とするように構成することができる。

有利には、前記システムは、前記搭載プロセッサと関連付けられ、前記航空機内の複数のＬＲＵからの前記データを受信し記憶するように構成される、データ記憶デバイスをさらに備えることができる。

有利には、前記エンコードされたデータは、複数の連結されたデータ列および前記データマップを特定するマップＩＤを備えることができ、前記データ列は、前記搭載プロセッサによって除去されるラベルを有する複数の生データパケットから取得され、前記生データパケットは、複数のＬＲＵから生じる。

この別の態様によれば、本発明は、搭載プロセッサおよびダイナミックリンクマネージャーを含む航空機を提供する。前記搭載プロセッサは、地上局から送信されるデータマップを受信し記憶するように、前記データマップ毎に搭載ＬＲＵからのデータを受信しエンコードするように、および送信リンクを介して前記エンコードされたデータを前記地上局のプロセッサに送信するように構成することができる。前記ダイナミックリンクマネージャーは、前記搭載プロセッサと前記地上局との間の前記送信リンクに対する少なくとも１つのデータ経路を特定し選択するように、ならびに前記選択されたデータ経路を介して前記搭載プロセッサから前記地上プロセッサまでデータを送信するように構成される。

有利には、前記搭載プロセッサは、監視モードに従って動作するように構成することができ、前記データマップは、第１の最小データセットを特定し、およびイベントモードに従って動作するように構成することができ、前記データマップは、第２の伸長データセットを特定する。

有利には、前記搭載プロセッサおよび地上局は、複数のデータマップを介して複数のデータセットを処理するように構成することができる。

有利には、前記送信リンクは、利用可能な帯域幅およびコストのうちの少なくとも１つに基づき選択することができる。

有利には、前記データマップは、オペレーターによって画定され、前記地上局で記憶され、および前記搭載プロセッサに送信される。

有利には、前記航空機は、前記搭載プロセッサと関連付けられ、前記航空機内の複数のＬＲＵからの前記データを受信し記憶するように構成される、データ記憶デバイスをさらに備える。

有利には、前記エンコードされたデータは、複数の連結されたデータ列および前記データマップを特定するマップＩＤを備え、前記データ列は、前記搭載プロセッサによって除去されるラベルを有する複数の生データパケットから取得され、前記生データパケットは複数のＬＲＵから生じる。

このさらに別の態様によれば、本発明は、航空機から地上へのデータストリーミングのための方法を提供する。前記方法は、航空機内のプロセッサによって、前記航空機内のＬＲＵからデータを受信すること、地上局から受信されるデータマップに従って前記データをエンコードすること、および最も効率的なデータ経路を特定し選択するように構成される、ダイナミックリンクマネージャーによって選択される送信リンクを介して、前記エンコードされたデータをリアルタイムで前記地上局に送信することを含む。

有利には、前記データをエンコードすることは、データラベルを除去すること、前記データを圧縮すること、ユニバーサルメッセージングバスを介して送信用の前記データを暗号化することを含むことができる。

有利には、前記データをエンコードすることは、前記データを監視モードでエンコードすることであって、前記データマップが第１の最小のデータセットを特定する、エンコードすること、または前記データをイベントモードでエンコードすることであって、前記データマップが第２の伸長データセットを特定する、エンコードすることを含むことができる。好ましくは、前記第１の最小データセットは、少なくとも航空機の場所およびフライトデッキ制御入力を含み、前記第２の伸長データセットは、実質的にすべての飛行データレコーダーパラメーターを含む。

有利には、少なくとも１つのデータ経路を選択することは、利用可能な帯域幅およびコストのうちの少なくとも１つに基づきデータ経路を選択することを含む。

有利には、前記送信リンクは、多数の同時データ経路を含むことができる。

有利には、前記搭載プロセッサは、複数のデータマップを介して複数のデータセットを処理することができる。

有利には、前記方法は、前記航空機内の複数のＬＲＵからデータを受信すること、および前記搭載プロセッサと関連付けられたデータ記憶デバイスにデータを記憶することをさらに含むことができる。

有利には、前記エンコードされたデータは、複数の連結されたデータ列および前記データマップを特定するマップＩＤを備えることができ、前記データ列は、前記搭載プロセッサによって除去されるラベルを有する複数の生データパケットから取得され、前記生データパケットは、複数のＬＲＵから生じる。

有利には、前記搭載プロセッサおよびダイナミックリンクマネージャーを含む前記航空機は、前記航空機が先述の方法のうちのいずれかを実施するように構成することができる。

有利には、航空機内に配置される前記搭載プロセッサ、プロセッサを有する地上局、およびダイナミックリンクマネージャーを含む前記航空機から地上へのデータストリーミングシステムは、前記システムが先述の方法のうちのいずれかを実施するように構成することができる。

本発明のさらなる特徴および利点は、実施例によって本発明の特徴を説明する添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかになるだろう。

本開示による航空機から地上へのアビオニクスストリーミングシステムの実施形態の構造図である。 図１に示されるシステムを使用した航空機から地上へのアビオニクスストリーミングの実施形態の機能図である。 本開示による航空機から地上へのアビオニクスストリーミングのための方法の１つの実施形態における、フライト区間に対する航空機から地上へのアビオニクスストリーミングの時間的な関係を示す、飛行順序の図である。 航空機の製造および保守方法のフロー図である。 航空機のブロック図である。

ここで図面に示される例示的な実施形態が参照されるが、ここでは同一のものを述べるために特定の言語が使用される。それにもかかわらず、それによって本発明の範囲を限定することが意図されていないことが理解されるだろう。ここで示される本発明の特徴の変更およびさらなる修正、ならびに本明細書中に示される本発明の原理のさらなる適用は、当業者には想起されるだろうが、本発明の範囲内にあると見なされるべきである。

本明細書で使用されるように、用語「ストリーミング」「アビオニクスストリーミング」「データストリーム」および関連用語は、任意の無線送信手段を介する任意の種類のデータ転送を指す。この用語は、多くの場合、何かの測定値を表すデータ送信を指すためにしばしば使用される用語「テレメトリー」よりも範囲が広いことが意図される。本開示においてストリーミングされるデータは、単なる測定値以上のものを包含する。

上述のように、航空事故やその他の要因は、航空機の遠隔モニタリングに関連するさまざまな勧告につながっている。しかしながら、提案されるアビオニクスストリーミングの解決策にはいくつかの課題がある。例えば、いくつかの提案された解決策は、アビオニクスデータの静的レポートを作成し送信することに焦点を当てている。残念ながら、コンテンツの再送だけではなく、各レポートに関連付けられた計算オーバーヘッドは、高いコストを提示するかなりの帯域幅を必要とする。また、すべてのフライトデータが連続的に送信される場合、航空機と交換されるデータは、非常に重複し（多数のソースによって、同一の測定がしばしば報告されるため）、反復的である（直前のものと同一であっても、すべての測定が送信される）可能性がある。これらの特性は、航空機の所望の機能および監視を保証するのに役立つ一方で、かなりのデータ送信コストを提示する。

有利には、航空機の場所、動作などのリアルタイムの監視をなおも可能にしつつ帯域幅をかなり低減し、さらに飛行データの地上ベースの記録を可能にする、アビオニクスデータの航空機から地上へのストリーミングのためのシステムおよび方法が開発されている。第１に注目すべきは、地上の観察者が実際には、自身の具体的な役割に関連する航空機の現状を知りさえすればよいということである。関心が増すにつれて、常に増え続ける一連の地上観察者の役割が浮上し、共通情報および固有情報の両方が必要とされる。有利には、本明細書で開示されるシステムおよび方法は、送信に必要な最小限の組のデータを決定するために地上観察者のリクエストを組み合わせる。地上局は、次に、データを抽出し、特定の地上観察者のニーズに基づいてカスタマイズされたレポートをつくることができる。このように、航空機は、データを一度送りさえすればよく、多数の地上観察者に同一のデータを供給することができる。

第２の観察は、アビオニクスデータが非常に反復的な傾向にあるので、圧縮アルゴリズムは良好に機能する可能性がある、ということである。アビオニクスプロトコルを理解することによって、データストリームのフォーマットは、圧縮のために最適化することができ、帯域幅が著しく低減される。本明細書で開示されるシステムおよび方法は、レポート生成の義務を地上リソースに回しつつ、データ送信の集中および最適化に焦点を当てる。この帯域幅の最適化は、航空機から地上へのストリーミングの費用効果を高めると考えられている。

本開示による航空機から地上へのアビオニクスストリーミングシステム１００の実施形態の構造図が図１に示される。民間航空機は、アビオニクス機能を実装するモジュラーコンポーネントである、多くのライン交換可能ユニット１０２（ＬＲＵ）を備える。広く使用されるＬＲＵ１０２は、飛行管理コンピュータ、エンジン整備ユニットなどを含む。ＬＲＵ１０２の多くは、多くのＬＲＵ１０２入力（例えば、ＡＲＩＮＣ４２９アビオニクスデータ）を収集し、それらをＡＲＩＮＣ７１７に渡す接続ハブを提供する、デジタル飛行データ取得ユニット１０４（ＤＦＤＡＵ）に結合される。ＡＲＩＮＣ４２９データなど他のＬＲＵデータは、以下で述べられるように、ＬＲＵから搭載プロセッサまで直接渡すことができる。

ＤＦＤＡＵ１０４から、アビオニクスデータは、２つの経路を取る。まず、航空機の動作中に、アビオニクスデータは、デジタル飛行データレコーダー（ＤＦＤＲ）とすることができる、飛行データレコーダー１０６（ＦＤＲ）に自動的かつ連続的に送信される。周知のように、ときに「ブラックボックス」とも呼ばれるＦＤＲ１０６は、航空機に搭載され、周知の方法でアビオニクスデータ、操縦室音声などを記録する物理的なレコーダーデバイスである。ＦＤＲにより、飛行事故などの場合の分析および調査のために飛行データの後からの検索が可能となる。ＦＤＲ１０６により記録されるデータは、航空機が同様に追加のパラメーターを作成し記録するように構成することができる（および頻繁に構成される）が、米国連邦航空局（ＦＡＡ）のような規制機関によって指示または提案されるパラメーターを含むことができる。

ＤＦＤＡＵ１０４からのアビオニクスデータはまた、航空機から地上へのストリーミングシステム１００を制御する搭載プロセッサである、ネットワークファイルシステム１０８（ＮＦＳ）に送信される。ＤＦＤＡＵを通過しない他のＬＲＵアビオニクスデータはまた、ＮＦＳに渡される。ＮＦＳ１０８は、ＬＲＵであり、主要な搭載ネットワークシステム（ＯＮＳ）と見なすことができる。ＮＦＳ１０８は、いくつかの機能を実行する。ＮＦＳ１０８は、データ記録デバイス１０９（例えば、ソリッドステートディスク（ＳＳＤ））を含むことができ、クイックアクセスレコーダー（ＱＡＲ）として動作するようにプログラムすることができる。当業者は、ＱＡＲデバイスを、別個のＬＲＵデバイスとすることができ、または本実施例におけるように、ソフトウェアで実装できることに気づくだろう。これらの特性により、ＮＦＳ１０８は、ＦＤＲ１０６によって記録されるすべてのデータ、さらには航空機が作成するように構成される任意の追加のデータを含む、航空機によって作成されるすべてのアビオニクスデータを受信し記録する。この追加のデータ記憶は、以下で説明されるように、様々な方法で使用することができる。

図１に示されるシステムを使用する航空機から地上へのアビオニクスストリーミング方法の機能図または工程図が、図２に提供される。ＮＦＳ１０８にルート決めされるアビオニクスデータの各項目２０２は、ラベル２０４およびデータ列２０６を含む。ラベル２０４は、データのソースを特定し（例えば、データが生じるＬＲＵ１０２の特定）、データ列２０６は、関連情報を提供する。例えば、特定のデータ項目２０２に対するＬＲＵは、高度計とすることができ、データは、その高度計の高度測定値を表すだろう。そのような状況では、生データパケット２０２は、高度計を特定する数であるラベル２０４を含むことができるだろうし、データ列２０６は、高度測定値を表す数とすることができるだろう。データ列２０６はまた、データ測定値の時間を表す、ある離散的な数のビットの時間スタンプ（図示されず）を含むことができるだろう。

図２を参照すると、ＮＦＳ（図１の１０８）は、概して、ペイロードクリエーター２０８、ユニバーサルメッセージングバス、概して２１０、およびダイナミックリンク管理ユニット２１２を含む。ペイロードクリエーター２０８は、データマップ２１４による生データパケット２０２を修正するためのソフトウェア命令を含む。マップ２１４は、どの生データパケット２０２が送信のために選択されるべきか、およびどのようにそれらがエンコードまたは圧縮されるべきかを示す一連の命令である。マップ２１４は、一連のラベル２１６および各ラベルに関連したインデックス２１８を含む。これらのラベル２１６は、送信される特定のデータパケット２０２のラベル２０４に対応する。ペイロードクリエーター２０８のプログラミングにより、ＮＦＳ（図１の１０８）は、マップ２１４で識別される特定のデータパケット２０２を選択し、残りの部分を無視する。

すべてのアビオニクスデータを送信するのではなく、送信するための特定のデータパケット２０２を選択することによって、ペイロードクリエーター２０８は、フィルタリング機能を実行し、送信する総データ量を減らす。例えば、デジタル飛行データレコーダーは、アビオニクスデータの９１個の別個の部分を記録するように構成することができる。ＮＦＳ（図１の１０８）は、ＦＤＲによって記録されるデータセットを超える追加のデータとともに、この一連のデータを受信することができる。しかしながら、このデータ量は、概して、異常な飛行イベントの分析に必要とされるだけである。フライトデータレコーダー（図１の１０６）およびＮＦＳデータ記憶デバイス（図１の１０９）がこのデータ量全体を継続的に記録することは、比較的簡単で安価であるが、定期的な飛行中にこのデータ量全体を継続的に送信することは、比較的高価である。定期的な状況では、マップ２１４は、少なくとも送信に関して、場所（例えば、緯度、経度および高度）ならびに飛行制御入力（例えば、操縦桿、昇降舵、および方向舵に対するフライトデッキ制御の位置）など、所望の情報の特定の項目を表すこのデータのサブセットを特定し、残りのデータを無視することができる。後述するように、他のデータサブセットは、定期的な動作のために選択することができる。

また、ペイロードクリエーター２０８のプログラミングによって、ＮＦＳ（図１の１０８）は、送信されそのラベル２０４を除去する各データパケット２０２を取り出す。このステップはまた、データ量を大幅に減らす。この時点で、ペイロードクリエーター２０８は、単一のデータペイロード２２２を形成するために、生データ列２０６の各々を、それらのラベルがなくても、特定の順序で（マップ２１４にしたがって）連結し、それらをマップＩＤ２２０とともに追加する。マップＩＤ２２０は、ペイロード２２２をつくる際に使用された特定のデータマップ２１４を示し、後述するように、データをデコードするためのキーとして使用される。ペイロードクリエーター２０８のこの機能は、後の圧縮に望ましい形式のデータを置く。

ペイロード２２２は、その後、圧縮機能、ルート決定機能およびセキュリティ機能をペイロードで実行する別のソフトウェアモジュールである、ユニバーサルメッセージングバス２１０に提供される。ユニバーサルメッセージングバス２１０は、２つの部分、即ち、航空機内の搭載ノード２１０、および対応する地上ノード２１０ｂを含む。これら２つのユニバーサルメッセージングバスノードは、ストリーミング送信を送受信するように設計される。

ユニバーサルメッセージングバス搭載ノード２１０ａは、ペイロード２２２を圧縮するように構成することができる。ペイロード２２２は、圧縮されたペイロード２２６を生成するために、任意の様々な圧縮アルゴリズムを通して圧縮することができる。周知のように、データ圧縮は、元の表示より少ないビットを使用して情報をエンコードすることを含む。ビットは、統計的冗長性を特定し排除することによって、データを失わずに低減することができる。この種のシステムで使用することができるデータ圧縮ソフトウェアは広く入手可能である。例えば、１つの市販のデータ圧縮ソフトウェアパッケージは、ＬＺ７７アルゴリズムおよびハフマン符号化の組み合わせを使用する無損失データ圧縮アルゴリズムである、Ｄｅｆｌａｔｅ（登録商標）である。他の圧縮アルゴリズムおよび圧縮ソフトウェア製品を使用することもできる。

ユニバーサルメッセージングバス搭載ノード２１０ａはまた、トピック２２４を作成し、トピックを圧縮されたペイロード２２６に追加し、送信される最終データユニット２２８を作成する。トピック２２４は、最終データユニット２２８の宛先を特定せず、単にバス２１０のペイロードを特定するだけである。データがいったん地上ベースの通信システム（例えば、図１のインターネット１１４）に送信されてしまうと、トピック２２４に加入している任意の受信者は、データを取得することができる。そのような受信者（例えば、許可されたユーザ）は、最終データユニット２２８をデコードするために、先ほど述べられたように、最終データユニット２２８からペイロード２２２、さらには個々の生データパケット２０２まで逆方向に機能する、データマップ２１４をおそらく有するだろう。

ユニバーサルメッセージングバス２１０、またはＮＦＳ（図１の１０８）の他の部分はまた、データのセキュリティに関連した計算タスクを処理する。無線で送信されるアビオニクスデータが、可能な傍受または他のセキュリティ問題にさらされることは明らかであろう。したがって、ＮＦＳ１０８は、送信に関する最終データユニット２２８の認証および暗号化に対するデータセキュリティ技術を使用するようにプログラムすることができる。例えば、ＴＬＳ（トランスポート層セキュリティ）、ＳＳＬ（セキュアソケットレイヤ）など、このために使用することができる様々な既知のデータセキュリティプロトコルがある。これらの暗号化技術がよく知られており、送信用データの暗号化および復号化のための対称キーの作成、およびデータ接続を認証するためのデジタル署名の使用が含まれる。他のデータ暗号化およびセキュリティシステムを使用することもでき、当業者は、最終データユニット２２８にデータ暗号化を適用するためのソフトウェアを提供することができるだろう。

図２を再び参照すると、最終データユニット２２８がいったん完成し暗号化されると、送信の準備ができる。最終データユニットの送信は、ＮＦＳ（図１の１０８）の一部とすることができるダイナミックリンクマネージャー２１２によって処理され、ユニバーサルメッセージングバス地上ノード２１０ｂへの最終データユニット２２８送信のための効率的な経路（複数可）を検索および選択するようにプログラムされる。有利には、ダイナミックリンクマネージャー２１２は、すべてに対して広く送信するのではなく、１または複数の選択された地上ノードにデータを送信するように構成される。例えば、ダイナミックリンクマネージャー２１２は、最も効率的なデータ経路にデータを送信することができる。この特性は、必要な送信電力を低減することができるので、コストが低減される。最終データユニット２２８の送信は、衛星、地上ベースの接続性および航空機から地上へのＲＦ（無線周波数）送信などの任意の適切な方法によって行うことができる。異なる送信方法が、利用可能な帯域幅、コスト、信号強度および他の要因次第で、異なる時間に使用できる。さらに、必要であれば、多数の送信方法を同時に使用することができる。例えば、渡洋飛行は、地上ベースのセルラー式送信システムの範囲外である可能性が高く、航空機から地上への無線は、そのような状況では十分な信号強度または品質を有することができない。この結果、衛星送信は、その比較的高いコストにもかかわらず、渡洋飛行中の最善の選択でありうる。しかしながら、人口密集地域上空の大陸横断飛行中には、地上ベースのセルタワーへの送信が適切でありうる。

ダイナミックリンクマネージャー２１２は、効率的な通信リンクを検索するために既知のコストに照らして利用可能な送信リンクを実質的に継続的に走査し、検索し、評価するように構成され、飛行中に必要に応じて様々なリンク間で切り替わる。ダイナミックリンクマネージャー２１２は、利用可能な通信チャネルを維持し、利用可能なメッセージングバスノードを介して契約者にメッセージを転送する最適なルート（複数可）を決定する。中間のメッセージングバスノード（図２の２２９）も同様に、契約者にメッセージを配信するためにそれらの通信チャネルを管理する。再び図１を参照すると、ＮＦＳ１０８は（図２のダイナミックリンクマネージャー２１２を介して）、最終データユニット２２８が、インターネット１１４などの公的にアクセス可能なグローバル通信ネットワークに接続されるように、衛星データユニット１１０（ＳＤＵ−即ち、通信衛星）および／または航空機から地上への接続１１２（ＡＴＧ−即ち、地上ベースのセルラー式通信システムなど）を介して、データを送信することができる。図１によって示唆されるように、多くの異なる衛星１１０接続の代替案、および多くの異なる航空機から地上への１１２接続の代替案が存在する可能性があり、これらは、同時に、連続的に、または別の方法で使用することができる。データはまた、航空機が空港で地上にあるときなど、端末無線ＬＡＮユニット（ＴＷＬＵ）を使用してストリーミングすることができる。

図１に示されるように、ストリーミングされたデータメッセージは、地上局またはドロップボックスと呼ばれる、これらのメッセージを収集および配信する、地上サーバー１１６に配信される。この地上サーバー１１６は、図２のユニバーサルメッセージングバス地上ノード２１０ｂとすることができ、消費者用のデータをフォーマットする。これには、まず、トピック２２４およびペイロード２２６を有する最終データユニット２２８を取得するために、ストリーミングされたメッセージ３００を復号し、次に、ユニバーサルメッセージングバス搭載ノード２１０ａによって本来実行される圧縮ステップを反転することを含むことが含まれうる。これによって、連結されたデータ列２０６およびマップＩＤ２２０を有する、元のペイロード２２２が作成されるだろう。

地上サーバー１１６はまた、データマップ２１４に基づいて、生データ列２０６を分離し、それら各々に対するラベル２０４を再びつくるソフトウェアである、図２のペイロード抽出装置２３０を含むことができる。ラベル２０４および生データ列２０６は、元の生データパケット２０２が出力として提供されるように、元の状態に戻される。その後、このデータは、ドロップボックスサーバー１１６に関連付けることができるメモリバッファ１１７の地上に記憶することができる。代替的にまたは追加的に、データ記憶デバイスは、システム内の他のリンクに関連付けることができる。例えば、ウェブポータル１１８は、関連するデータ記憶デバイス１１９を有することができ、エアフリート（ａｉｒ ｆｌｅｅｔ）管理システム１２０はまた、関連データ記憶デバイス１２１を有することができる。これらのデータ記憶デバイスは、特定の要素１１６、１１８および１２０の一部とすることができ、またはそれらは、適切な通信リンクによって接続される別個のデバイスとすることができる。これらのデータ記憶デバイス１１７、１１９、１２１または他の任意の１つまたは複数は、ストリームされたデータを格納するために使用することができる。これにより、搭載飛行データレコーダーの容易にアクセス可能な、地上ベースのバックアップが提供され、物理的飛行データレコーダーを取得することができない、またはタイミングよく取得することができない状況において、飛行データに迅速かつ簡単にアクセスできる。さらに、送信されたデータの一部またはすべてを使用してカスタマイズされたレポートは、送信の帯域幅およびコストを増大させるので、空中で作成され無線で送信されるのではなく、地上リソースを使用して地上で準備することができる。地上局は、所望のデータだけを抽出し、特定の地上観察者のニーズに基づきカスタマイズされたレポートをつくることができる。このように、航空機は、データを一度送りさえすればよく、多数の地上観察者に同一のデータを供給することができる。

アビオニクスデータが元の形式に再構成された状態で、データはまた、ウェブポータル１１８用にフォーマットすることができ、それにより、データを使用および分析することができる。このようなウェブポータルは、エアプレーンヘルスマネージメント（ＡＨＭ）サービスとすることができる。ウェブポータル１１８は、航空機をリアルタイムで追い、分析するために、データを航空会社などのユーザが利用できるようにする。これは、ウェブベースのエアフリート管理システム１２０を使用して行うことができる。飛行中データの自動ストリーミングに加え、エアフリート管理システム１２０を使用するオペレーターおよび専門家は、異常なイベントに直面する航空乗務員を援助することができる。例えば、明らかにエールフランス便４４７がそうであったように、フライトデッキ機器が一貫性のない測定値を与える場合に、航空機からのストリーミングデータを有する地上オペレーターは、アビオニクスデータを見て、リアルタイムで状況の独立した評価を提供することができる。

有利には、航空機搭載のＮＦＳ１０８と地上との間の通信は、データマップ２１４が、変化する条件を満たすよう動的に更新できるように、双方向である。この特性は、エアフリート管理システム１２０からＮＦＳ１０８までの、各リンクの双方向の矢印により示される、双方向通信を示す図１に示される。先ほど述べられたように、ユニバーサルメッセージングバス地上ノード２１０ｂは、ストリーミングされたメッセージをユニバーサルメッセージングバス搭載ノード２１０ａから受信する。ユニバーサルメッセージングバス地上ノード２１０ｂはまた、新たなデータマップ（図２の２１４）を含むコマンドなどのメッセージを航空機に送ることができる。例えば、航空会社などの航空機のオペレーターは、ウェブベースのエアフリート管理システム１２０を介して、航空機に関する新たなデータマップを送ることができる。この新たなデータマップは、次に続く最終データユニットのペイロード抽出を可能にするために新たなマップをメモリに記憶することができる地上サーバー１１６（即ち、図２のユニバーサルメッセージングバス地上ノード２１０ｂ）にルート決めされ、メッセージを暗号化し、そのメッセージを航空機のＮＦＳ１０８（即ち、図２のユニバーサルメッセージングバス搭載ノード２１０ａ）に送信する。どのような通信チャネルがダイナミックリンクマネージャー２１２によって現在選択されていようともそれを使用して、または別の通信リンクを介して、これを行うことができる。

受信するとすぐに、搭載プロセッサ１０８は、以前のデータマップ２１４を新たなデータマップと交換し、その後、生データパケット２０２が収集され、フィルタリングされ、圧縮され、地上に送信される新たな指示の下で動作する。この機能性を考えると、データマップ２１４は、オペレーター（例えば、ウェブベースのエアフリート管理システムを使用する航空会社の社員またはコンピュータシステム）によって動的に画定され、地上局１１６／２１０ｂで記憶され、搭載プロセッサ１０８に送信することができる。これは、例えば、オペレーター（または自動コンピュータシステム）が、リアルタイムで問題を分析し解決するのに役立てるために、見るデータの範囲を動的に調節することができる場合などの緊急事態において非常に役立つ可能性がある。多様な異なるデータマップ２１４を、広範囲の起こり得る状況に対して準備および記憶することができる。さらに、ユーザまたはオペレーターは、既存のマップに追加することを選択するアビオニクスデータ種類のメニューを有することができる。このような場合、新たなデータマップは、新たなデータタイプを以前のマップに加えることによって、つくられ航空機に送信される。

ＮＦＳ１０８のデータ記憶デバイス１０９から過去のデータをリクエストするデータマップもまた、つくられ送信される。要するに、飛行中または飛行後のいつでも、航空機イベントのより着実な分析を可能にするために、過去のアビオニクス情報を表示するデータを要求し送信することができる。例えば、イベントが検出されると、新たな組のデータを示す新たなマップの送信が促され、そのイベントにつながった状況を、以前送信されなかった過去データの中に示すことができる。新たなデータマップは、新たな組のリアルタイムのデータ、および関連しうるが以前に送信されなかったある組の過去のデータの両方をリクエストすることができる。実際、記録されたデータが所望のものであると地上が決定するときにはいつでも、新たなデータマップは、データを要求に応じて受信機に送信するようＮＦＳにリクエストすることができる。データストリーミングへのこのアプローチは、データを航空機から「プッシュする（ｐｕｓｈｉｎｇ）」のではなく、データを地上から「プルする（ｐｕｌｌｉｎｇ）」と見なすことができる。要するに、本明細書中で開示されるシステムおよび方法によって、地上リソースは、どのデータを航空機からリクエストすべきかを選ぶことができる。

データマップ２１４を変更できることに加え、搭載プロセッサ１０８および地上局１１６はまた、複数のデータセットを複数のデータマップを介して実質的に同時に処理するように構成することができる。例えば、複数のデータマップ２１４は、搭載プロセッサ１０８に送信することができ、ここでは次に、各マップにしたがって多数のストリーミングメッセージ（図３の３００）を実質的に同時に準備し、これらのメッセージを地上に送信することができる。これにより、多数のユーザまたはオペレーターが、アビオニクスデータの異なる（おそらく重なるだろうが）部分を実質的に同時に監視することができる。

データマップ２１４を動的に変更する能力によって、搭載プロセッサ１０８はまた、多数の異なるモードで動作するように構成することができる。例えば、ＮＦＳ１０８は、データマップが第１の最小データセットを特定する「監視」モード、またはデータマップ２１４が第２の伸長データセットを特定する「イベント」モードのどちらかにしたがって動作するようにプログラムすることができる。第１の最小データセットは、例えば、航空機の場所（緯度、経度、高度）ならびにフライトデッキ制御入力（例えば、操縦桿、補助翼および舵制御位置）のみを含むことができる。そのような最小データは、比較的小さな帯域幅を必要とする。他の小さなまたは部分的なデータセットはまた、データマップとして選択し確立することができる。「監視」モードに対する最小データセットは、他のデータマップがその場所を取るために選択されない限りまたは選択されるまで使用されるデフォルトデータマップとしてＮＦＳ１０８に記憶することができる。

一方で、様々な飛行中のイベントのうちの任意の１つが検出されると、ＮＦＳ１０８は、異なるデフォルトデータマップがアビオニクスデータの伸長データセットを選択し送信するために使用される「イベント」モードでの動作に自動的に切り替わるようにプログラムすることができる。１つの実施形態では、第２の伸長データセットは、実質的にすべての飛行データレコーダーパラメーターを含むことができる。米国におけるＦＡＡガイドライン下では、飛行データレコーダーは、９１個の別個のデータ入力を記録し、これらにより、制御面位置、エンジン動作およびエンジン設定、客室与圧、着陸装置の状態などについてのデータが与えられる。この大量のデータは、飛行中のイベントを解決し、事実後に事故の原因を分析するために非常に有益である可能性がある。他の伸長データセットもまた、選択することができる。例えば、様々な小さな伸長データセット（および対応するマップ）を、検出されるイベントの種類によって、つくり使用することができる。例えば、客室圧力イベント損失のためのふさわしい伸長データセットは、燃料の緊急事態にふさわしい伸長データセットとは異なってもよい。また、先ほど述べられたように、多くの航空機は、ＦＡＡによって義務付けられた設定を上回るアビオニクスデータの追加の項目を検出および記録するように装備されており、データマップは、伸長データセットがこのデータを含むようにつくることができる。

航空機から地上へのアビオニクスストリーミングシステム１００の動作の１つの実施形態が、図３の飛行順序３００に対して示される。この図は、典型的な飛行の様々な区分に対する航空機から地上へのアビオニクスストリーミングの時間的関係を示す。航空機３０２が空港でゲートを出発するまたは地上走行を開始する３０４とすぐに、飛行データレコーダー（ＦＤＲ）は記録を開始し、搭載ＮＦＳシステム（クイックアクセスレコーダー（ＱＡＲ）機能性を含む）が、３０６で示されるように起動され、データ収集を開始する。しかしながら、この時点では、航空機３０２が地上にあるので、ストリーミングは、一般的に必要と見なされない。同様に、離陸３０８中に、航空機３０２は、通常は管制塔を考慮し、地上リソースに近接しているので、ストリーミングは、必要と見なされないこともある。

航空機が上昇３１０を開始した後に、航空機から地上へのデータストリーミングシステム３１４は、航空機がいったんある閾値高度３１２、例えば１０，０００フィートより高く上昇すると、ストリーミングを開始するように構成することができる。この時点で、データストリーミングシステム３１４は、アビオニクスデータ送信を開始することができ、このデータは、衛星３１６から地上局３１８、そこから（例えば、インターネットを介して）１つ以上の地上サーバー３２０まで中継することができ、許可されたユーザによるデータの記憶およびそのデータへのアクセスが可能になる。データストリーミングはまた、飛行の巡航部分３２２を通して、ならびに降下および着陸段階３２４を通して継続する。着陸（例えば、地上走行３２６の間）、または着陸前の恐らくある程度の時間（例えば、最終アプローチが開始してすぐに）の後に、再び、航空機は、通常、管制塔を考慮し、地上リソースに比較的近接しており、ストリーミングが不要とされるので、データストリーミング３１４を停止することができる。

ゲート３２６に到着するとすぐに、または着陸後の航空機の地上走行中に、ＮＦＳ１０８およびフライトデータレコーダー（ＦＤＲ）５０６によるデータの収集も中止することができる。また同時に、ＮＦＳデータ記憶デバイス１０９に記憶される全ての飛行データの完全な転送を実現することができる。これは通常、膨大な量のデータとなるだろうが、他方で、航空機が地上および空港にある状態で、地上ベースまたは衛星ベースを含む、多くの種類の経済的および／または適切なデータ転送チャネルの１つを、過去のデータをダウンロードするために使用することができる。なお、図３に示される飛行順序ストリーミング配列３００は単なる一例であり、他のデータストリーミング順序およびアプローチもまた使用できることを理解されたい。

本発明の実施形態は、図４に示される航空機の製造および保守方法４００、ならびに図５に示される航空機４０２に照らして説明することができる。製造前の段階では、例示的な方法４００は、航空機４０２の仕様および設計４０４、ならびに材料調達４０６を含むことができる。製造段階では、航空機４０２のコンポーネントおよびサブアセンブリの製造４０８、ならびにシステムインテグレーション４１０が行われる。その後、航空機４０２は、認可および納品４１２を経て、運航４１４に供される。顧客により運航される間に、航空機４０２は、定期的な整備および保守４１６（改造、再構成、改修なども含みうる）を受ける。

方法４００の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、および／またはオペレーター（例えば顧客）によって実施または実行することができる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、および主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、および供給業者を含むことができ、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。図５に示されるように、例示的な方法４００によって製造された航空機４０２は、複数のシステム４２０および内装４２２を有する機体４１８を含むことができる。高レベルのシステム４２０の例には、推進システム４２４、電気システム４２６、油圧システム４２８、および環境システム４３０のうちの１つ以上が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれることもある。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用することができる。

本明細書に具現化された装置および方法は、製造および保守方法４００の任意の１つ以上の段階で採用することができる。例えば、製造プロセス４０８に対応するコンポーネントまたはサブアセンブリは、航空機４０２の運航中に製造されるコンポーネントまたはサブアセンブリに類似の方法で製作または製造される。また、１または複数の装置の実施形態、方法の実施形態、もしくはそれらの組み合わせは、例えば、航空機４０２の組立てを実質的に効率化する、または航空機４０２のコストを削減することにより、製造段階４０８および４１０で利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、もしくはそれらの組み合わせのうちの１または複数を、航空機４０２の運航中に、例えば限定しないが、整備および保守４１６に利用することができる。

先ほど参照された配列は、本発明の原理の適用を例示するものと理解されるべきである。特許請求の範囲に記載される本発明の原理および概念から逸脱することなく、多数の修正が可能であることが、当業者には明らかであろう。

Claims (10)

1. 監視モード及びイベントモードにおいて動作するように構成されている、航空機（３０２）内の搭載プロセッサ（１０８）によって、
   前記航空機（３０２）内のＬＲＵ（１０２）において収集された、データラベル（２０４）及びデータ（２０６）を含む生データパケット（２０２）を受信すること、
   前記監視モードにおける第１の最小データセットを特定する監視モード用のデータマップ、及び、前記イベントモードにおける第２の伸長データセットを特定するイベントモード用のデータマップを地上局（２１０ｂ）から受信して、当該データマップに従って前記生データパケット（２０２）をエンコードすることであって、前記第１の最小データセットは、少なくとも航空機の場所およびフライトデッキ制御入力を含み、前記第２の伸長データセットは、イベントに応じた飛行データレコーダーパラメーターを含む、エンコードすること、および
   送信リンクとして少なくとも１つのデータ経路を選択するように構成される、ダイナミックリンクマネージャー（２１２）によって選択された前記送信リンクを介して、前記エンコードされたデータをリアルタイムで前記地上局（２１０ｂ）に送信すること
   を含む、航空機から地上へのデータストリーミングのための方法。
2. 検出されたイベントに応じて、前記監視モード用のデータマップと前記イベントモード用のデータマップとを自動的に切り替え、切り替えられた前記データマップに従って、前記生データパケット（２０２）をエンコードすること、をさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記生データパケット（２０２）をエンコードすることは、ユニバーサルメッセージングバスを介しての送信用に、前記データラベル（２０４）を除去してペイロードデータ（２２２）を形成すること、前記ペイロードデータ（２２２）を圧縮すること、前記ペイロードデータ（２２２）を暗号化することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 少なくとも１つのデータ経路を選択することは、利用可能な帯域幅およびコストのうちの少なくとも１つに基づきデータ経路を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記送信リンクは、複数のデータ経路を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記搭載プロセッサ（１０８）は、各データマップに従って複数のストリーミングメッセージを同時に準備する、請求項１に記載の方法。
7. 前記航空機（３０２）内の複数のＬＲＵ（１０２）から前記生データパケット（２０２）を受信すること、および前記搭載プロセッサ（１０８）と関連付けられたデータ記憶デバイス（１０９）で生データパケット（２０２）を記憶することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記ペイロードデータ（２２２）は、複数の連結されたデータ（２０６）列および前記データマップを特定するマップＩＤ（２２０）を備え、前記データ（２０６）列は、前記搭載プロセッサ（１０８）によって除去されるデータラベル（２０４）を有する複数の生データパケット（２０２）から取得され、前記生データパケット（２０２）は複数のＬＲＵ（１０２）から生じる、請求項３に記載の方法。
9. 搭載プロセッサ（１０８）およびダイナミックリンクマネージャー（２１２）を備え、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、航空機（３０２）。
10. 航空機（３０２）内に配置される搭載プロセッサ（１０８）、
    プロセッサを備え、送信リンクを介して前記搭載プロセッサ（１０８）にデータマップを伝達し、前記データマップ毎に前記搭載プロセッサ（１０８）からのエンコードされたデータを受信しデコードするように構成される地上局（２１０ｂ）、および
    ダイナミックリンクマネージャー（２１２）
    を備え、
    請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、航空機から地上へのデータストリーミングシステム。

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