專利名稱：飛行器與地面站間的數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)和從故障中恢復(fù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在飛行器與至少一個地面基站之間的數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)和從飛行器所載的應(yīng)用計(jì)算機(jī)的故障中恢復(fù)以便保持工作鏈路的方法。
負(fù)責(zé)控制空中交通流量的權(quán)力機(jī)構(gòu)已經(jīng)確定以數(shù)字通信裝置來提供標(biāo)準(zhǔn)的話音通信系統(tǒng)，以便保持在目前空中交通流量增加的情況下的一個良好的安全水平。
國際民航組織(ICAO)正在發(fā)展和實(shí)施為了實(shí)現(xiàn)此目的并符合OSI標(biāo)準(zhǔn)的稱之為ATN的全球通信網(wǎng)。
在高的交通流量方面對于這種數(shù)據(jù)鏈路的性能要求的增加和正常工作時(shí)限上的性能成為一個主要的目標(biāo)。
航空公司目前使用著在飛機(jī)和其操作中心之間的數(shù)字通信系統(tǒng)。這種稱之為ACARS(飛機(jī)通信和報(bào)告系統(tǒng))在本說明書結(jié)尾的附錄中所列的參考文件[1]和[2]中有所描述。該系統(tǒng)被用于交換涉及空中操作和管理的信息。
新近生產(chǎn)的飛機(jī)的多數(shù)都帶有這種ACARS系統(tǒng)，這種系統(tǒng)已經(jīng)使用了大約15年。對于航空公司對于其飛機(jī)實(shí)施的實(shí)時(shí)管理、進(jìn)行維護(hù)、操作控制和性能優(yōu)化操作來說，這種系統(tǒng)特別有用。當(dāng)今的多數(shù)空中交通控制(ATC)通信使用的是VHF和HF鏈路。
這種ACARS系統(tǒng)在過去的十年中已經(jīng)使得航空當(dāng)局將其擴(kuò)展到控制交通流量的控制。用于這種資源的使用實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)話音通信鏈路將保持當(dāng)今在空中交通流量增加方面所強(qiáng)調(diào)的安全的高標(biāo)準(zhǔn)。
美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)已經(jīng)開始在空中交通不甚稠密的南太平洋地區(qū)引入這種數(shù)字鏈路系統(tǒng)。這是對于這種結(jié)合了新的通信、導(dǎo)航和監(jiān)視(CNS)資源的“未來的航空導(dǎo)航系統(tǒng)”(FANS)的進(jìn)行廣泛使用的序幕。
根據(jù)所考慮的飛行區(qū)域，性能要求隨之改變；這些區(qū)域被劃分成海洋的、國內(nèi)的、終點(diǎn)的和機(jī)場區(qū)。要求最為嚴(yán)格的是在終點(diǎn)區(qū)，由于飛機(jī)行將著陸而使得交通特別稠密。性能的確定是以完備性、工作時(shí)限和系統(tǒng)發(fā)送時(shí)間來衡量。
與分布應(yīng)用的彼此協(xié)調(diào)性目標(biāo)相關(guān)的性能目標(biāo)已經(jīng)導(dǎo)致該ICAO來確定一個全球航空交通網(wǎng)(ATN)，它與ACARS系統(tǒng)更為兼容。這種ATN在說明書結(jié)尾所列的參考文件[3]中有所描述。其改進(jìn)涉及到通過以比特為目標(biāo)的幀替代以字符為目標(biāo)的幀來更新涉及到地面-空中網(wǎng)絡(luò)的ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程。這種系統(tǒng)適用于開路系統(tǒng)互聯(lián)時(shí)間交換(OSI)。
數(shù)據(jù)鏈路使得地面基站和屬于各種獨(dú)立實(shí)體，例如導(dǎo)航權(quán)力機(jī)構(gòu)和航空公司所機(jī)載的計(jì)算機(jī)的對話。這些計(jì)算機(jī)是由不同的生產(chǎn)廠商所提供并屬于不同的年代。面對這種形式，確定了一套標(biāo)準(zhǔn)化的通信規(guī)程并在每一個要在數(shù)據(jù)通信中使用的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行安裝生效并測試，以便使得在不同類屬的計(jì)算機(jī)之間的對話成為可能。
通信裝置的選擇對于應(yīng)用來說必須簡潔。在實(shí)踐中，S模式，即衛(wèi)星，VHF、HF和門控鏈路連接不是在所有可以使用飛機(jī)的地區(qū)都能夠采用。因此，為了保證服務(wù)的連續(xù)性，這種機(jī)載的ATC應(yīng)用需要作出一個簡潔的改變，成為在飛行期間使用的數(shù)據(jù)鏈路的類型。
如果這些條件都符合，則有可能將機(jī)載的或基站的計(jì)算機(jī)互聯(lián)，使得它們相互地通信而與所使用的通信系統(tǒng)的類型無關(guān)(VHE、HF、衛(wèi)星、電纜等)，并且無需寫專用的適配程序。這種航空交通網(wǎng)絡(luò)(ATN)概念是根據(jù)不同類型的子網(wǎng)絡(luò)之間的相互協(xié)調(diào)性。這種ATN的結(jié)構(gòu)和規(guī)程滿足由ISO組織公布的開路系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)基準(zhǔn)模式。這種模式被用于定義在ATN中的服務(wù)和規(guī)程所使用的一個工作框架。
該ATN被定義為能夠提供共同通信業(yè)務(wù)以滿足航空流量空中(ATSC)的需要和航空公司(AISC)的需要的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。只要可能，這種互聯(lián)可以包括和使用現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)和基本結(jié)構(gòu)。這種提出的服務(wù)必須滿足操作的安全性和由航空流量控制和航空公司在應(yīng)用上所要求的存取的保密性，并提供不同等級的服務(wù)。
OSI組織把制定路由的任務(wù)交給稱之為路由選擇程序的計(jì)算機(jī)，從而免除末端的計(jì)算機(jī)執(zhí)行這種功能。這就使得末端系統(tǒng)保持為十分簡單。其范圍可以是從所有的ATC系統(tǒng)到一個簡單的個人計(jì)算機(jī)的一個ATN用戶系統(tǒng)是經(jīng)過一個存取點(diǎn)來接通該網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的。用戶首先通過例如象Etherent網(wǎng)絡(luò)或象Transpac的X25公共網(wǎng)絡(luò)來接通該ATN，這就接通了子網(wǎng)絡(luò)的訂戶的一個ATN路由選擇程序。該用戶系統(tǒng)經(jīng)過一個實(shí)際的連接和該接通的子網(wǎng)絡(luò)直接相連接，并且通過使用該子網(wǎng)絡(luò)與該ATN路由選擇程序通信。它經(jīng)過該ATN路由選擇程序接通ATN業(yè)務(wù)。該用戶系統(tǒng)因此必須包括為用來接通該子網(wǎng)絡(luò)的所需的硬件和軟件。而且它還必須提供無連接的網(wǎng)絡(luò)規(guī)程(CLNP)以及在末端系統(tǒng)(ES)和路由選擇程序(IS)之間的ES-IS路由數(shù)據(jù)傳送規(guī)程，該CLNP是支持在發(fā)送實(shí)體和接收實(shí)體之間的稱之為數(shù)據(jù)報(bào)的信息交換的簡單的規(guī)程；該ES-IS規(guī)程使得用戶和接通路由選擇程序彼此能夠區(qū)分。
象所有的網(wǎng)絡(luò)一樣，該ATN絕對不可能達(dá)到100％的傳遞的可能性；但是能夠通過消除低的可靠性的子網(wǎng)絡(luò)的使用通過增加該路由選擇程序的通信容量和子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送并且由于這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中所包括的冗余的作用，使得該ATN性能接近100％的傳遞。開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)通信模式OSI模式將數(shù)據(jù)通信過程分成7個服務(wù)等級。每一個服務(wù)等級(或?qū)?直接地使用它直接的下面的等級，以便提供更為簡要的服務(wù)等級。這種結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點(diǎn)是隱藏底層的通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使得有可能對于非常不同的發(fā)送系統(tǒng)使用同一個接口來實(shí)現(xiàn)電信服務(wù)。應(yīng)該ATC系統(tǒng)能夠發(fā)展和操作使用的通信系統(tǒng)的分別不同類型。支持這種分配使用的兩個相似的ES(末端系統(tǒng))計(jì)算機(jī)(一個是機(jī)載的一個是地面的)被安裝在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的每一個的末端。確定數(shù)目的中間隱藏的計(jì)算機(jī)放置在這兩個計(jì)算機(jī)之間；它們的任務(wù)是對于通過該網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)作路由選擇和中繼。每一個服務(wù)等級的代表(或?qū)嶓w)出現(xiàn)在這些計(jì)算機(jī)的每一個中。這種ES計(jì)算機(jī)至少包括下面描述的前四個服務(wù)等級，而中間計(jì)算機(jī)只包括前三個等級。一個給定等級的規(guī)程使得兩個相距遙遠(yuǎn)的實(shí)體交換涉及到該等級提供的服務(wù)的數(shù)據(jù)。
每一個發(fā)送系統(tǒng)包括把二進(jìn)制數(shù)據(jù)從一個計(jì)算機(jī)發(fā)送到另一個計(jì)算機(jī)的實(shí)際的發(fā)送媒體。這種實(shí)際的媒體可以是多種媒體的之一用于429總線的電纜，用于HF、VHF和衛(wèi)星通信的無線鏈路，用于FFDI機(jī)載通信(OLAN)的光纖和用于門控鏈路的紅外線。
七個等級的劃分如下面向通信的較低的等級(1-3)-物理層1(比特等級)被用于將二進(jìn)制數(shù)據(jù)或比特傳送到在記錄介質(zhì)上的目的地。它包括IT設(shè)備(結(jié)合點(diǎn))和調(diào)制解調(diào)器的連接接口。將二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳送到物理介質(zhì)可能會由于外界的干擾引起服務(wù)的連續(xù)性的問題；該物理層的特征在于一個二進(jìn)制誤差率(BER)指示每一個被發(fā)送的錯誤比特的平均數(shù)目。
-鏈路層(層2)(幀等級)利用發(fā)送校正已經(jīng)在等級1中產(chǎn)生的誤差，以便改善冗余誤差速率。不是操作在比特等級，這一層在比特幀等級利用周期的冗余檢測(CRC)實(shí)現(xiàn)其功能。該層使用例如象編址的規(guī)則和介質(zhì)存取的策略，用于將物理介質(zhì)劃分，使之由幾個幅載波共用。
-網(wǎng)絡(luò)級(等級3)(數(shù)據(jù)報(bào)級)工作在其中存在有例如象Transpac或SITAMTN的打包數(shù)據(jù)切換數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(PSDN)中的更為復(fù)雜的通信結(jié)構(gòu)。這些物理包括由鏈路等于服務(wù)連接的形成一個覆蓋一個地域區(qū)域的通信結(jié)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)具有的主要的優(yōu)點(diǎn)是將若干不同的路徑到給定的用戶。用戶到網(wǎng)絡(luò)的交換構(gòu)成一個數(shù)據(jù)報(bào)。該網(wǎng)絡(luò)層必須保證該數(shù)據(jù)包是正確地選擇路由而經(jīng)過中間結(jié)點(diǎn)到達(dá)最終的用戶。該層具有三個主要的功能編址、路由選擇和流程控制。就是在這一等級，有兩個對數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由選擇的方案連接的模式或不連接(數(shù)據(jù)報(bào))的模式。
在連接模式中，發(fā)送用戶必須首先接觸收報(bào)人，以便同意將要控制交換的協(xié)議。信息發(fā)射機(jī)的地址和收報(bào)人被關(guān)聯(lián)，以便網(wǎng)絡(luò)等級標(biāo)識什么被認(rèn)為是真實(shí)的電路。在給定級次序中的數(shù)據(jù)包流安裝它們發(fā)送的相同的次序到達(dá)。真實(shí)的電路和由所呼叫的數(shù)據(jù)包通行的貫穿網(wǎng)絡(luò)的一條路徑(即一個結(jié)點(diǎn)表)相關(guān)。包括在實(shí)際電路中的每一個結(jié)點(diǎn)調(diào)用資源(存儲器等)，以便執(zhí)行數(shù)據(jù)包的運(yùn)行。在電路中還包括下一個結(jié)點(diǎn)的信息，這意味著數(shù)據(jù)包只要求很少量的涉及到它的起源和目的地的數(shù)據(jù)。該電路被描述為真實(shí)的電路是因?yàn)樗牟僮飨笠粋€電路，盡管它不具有實(shí)際的介質(zhì)。
在不連接模式中的用戶發(fā)送不將收報(bào)人的需求考慮在內(nèi)的一個數(shù)據(jù)包，它使用數(shù)據(jù)報(bào)方法，其中的每一個數(shù)據(jù)包被認(rèn)為是與其他的數(shù)據(jù)包不相干。在此情況中，數(shù)據(jù)包可以采用不同的路徑并以任意的次序到達(dá)或者根本就不到達(dá)收報(bào)人。在數(shù)據(jù)報(bào)中與連接模式的基本的差異在于，該收報(bào)人的完整的網(wǎng)絡(luò)地址必須給出，因?yàn)闆]有關(guān)于結(jié)點(diǎn)的信息被給出來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)的路由選擇。
這兩種模式出現(xiàn)在OSI模塊的每一個等級中。但是選擇ICAO，以便包括在ATN的網(wǎng)絡(luò)等級中的未被連接的服務(wù)。
地面-空中子網(wǎng)絡(luò)是地面數(shù)據(jù)包切換網(wǎng)絡(luò)(X25)的擴(kuò)展，用于去除空中的副載波。它們提供一個在連接模式中的子網(wǎng)絡(luò)。所以，在由包括SITA、法國電信、OTC有限公司(澳大利亞)和加拿大環(huán)球電信構(gòu)成的AIRCOM衛(wèi)星子網(wǎng)絡(luò)中，有可能設(shè)立在飛躍大西洋的飛機(jī)和陸地Transpac用戶之間的實(shí)際的電路。
中間層傳輸層(層4)是涉及路由中的最后的一層。它結(jié)束由先前層已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。它給用戶提供滿意質(zhì)量的服務(wù)。在這一層發(fā)現(xiàn)的服務(wù)類型是從對于傳輸服務(wù)的編址用戶的簡單數(shù)據(jù)格式化/解格式化到包括誤差校正和監(jiān)視連接模式中在傳輸服務(wù)的兩個用戶端之間的通信的監(jiān)視的復(fù)雜的功能。
面向較高層5-7的服務(wù)盡管不是直接地包括在通信的本身中，但是對話(5)、表征(6)和應(yīng)用(7)都是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的部分。和它們的名稱所包括的含義一樣，對話層用于在用戶之間的開始和關(guān)閉的對話中。表征層是負(fù)責(zé)在服務(wù)用戶之間傳送數(shù)據(jù)的句法。它把一個共同的句法語言提供到所有連接的用戶。應(yīng)用層給出為了接通該OSI環(huán)境的用戶程序到該裝置。這三個提供非常大量的服務(wù)，這些服務(wù)中的很小部分被用于滿足航空通信的基本要求。另一方面，這些服務(wù)層對于通常的機(jī)載結(jié)構(gòu)或通信安全沒有影響。
一個層自身能夠被分成幾個子層。但是，不是所有的層和子層都需要包括在一個系統(tǒng)中。
在一個象航空通信網(wǎng)絡(luò)這樣的復(fù)雜的通信結(jié)構(gòu)中，終端的系統(tǒng)通過由路由器互聯(lián)的幾個子網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。在這種結(jié)構(gòu)的通信類型中，存取接口和子網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部操作都不受到提供服務(wù)的類型和質(zhì)量之外的其他因素所控制。
根據(jù)被分解成層的ISO-OSI系統(tǒng)，所有和通過互聯(lián)的子網(wǎng)絡(luò)作路由選擇的數(shù)據(jù)相關(guān)的功能都是該網(wǎng)絡(luò)層(層3)的領(lǐng)域。
該層被分為三個子層-較低子層，實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)絡(luò)接通規(guī)程(SNACP)功能；該層構(gòu)成在數(shù)據(jù)包等級到具體的子網(wǎng)絡(luò)的所完全依賴的接通的接口。它因此提供該子網(wǎng)絡(luò)的具體的服務(wù)，-中間層，實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)絡(luò)相關(guān)轉(zhuǎn)換規(guī)程(SNDCP)功能；通過把SNACP提供的服務(wù)提高到SNICP所要求的水平，把SNACP和SNICP相互適用。
-較高子層，實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立匯聚規(guī)程(SNICP)功能；它為用戶提高ISO-OSI服務(wù)并同時(shí)掩蓋使用的子網(wǎng)絡(luò)的多樣性。
這三個子層相互協(xié)助提高該ISO-OSI網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
機(jī)載數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)一個機(jī)載數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)包括對應(yīng)于安裝在交通工具(例如飛機(jī)等)上的系統(tǒng)的一個集合、一個地面-空中的集合以及一個地面基站的集合。這些集合包括有路由器互聯(lián)的子網(wǎng)絡(luò)并用作對于這些應(yīng)用的媒介。
在ATN通信網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)內(nèi)容中，這些應(yīng)用是呼叫通信服務(wù)的任務(wù)。
機(jī)載的數(shù)據(jù)鏈路模式是在考慮到操作環(huán)境而逐級安裝的。
通信相關(guān)內(nèi)容機(jī)載有數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)的交通工具相對于陸地網(wǎng)絡(luò)而移動。結(jié)果是，涉及到通信環(huán)境的數(shù)據(jù)在不總是能夠預(yù)測的旅行中改變。這些數(shù)據(jù)因此不能夠事先得到而是在動態(tài)交換期間必須得到并根據(jù)在任何時(shí)刻的連接狀況而被刷新。
在由OSI模式中使用的堆棧層能夠得到通信服務(wù)。每一層對應(yīng)于具有自己自身規(guī)程的通信層。
為了保證相關(guān)內(nèi)容的管理，在沒有等級的實(shí)體必須連續(xù)地識別在范圍內(nèi)的無線電臺、相鄰的路由器和它們在子網(wǎng)絡(luò)中的編址、包括分布應(yīng)用的末端系統(tǒng)的ATN地址、通過各種路由選擇場合的優(yōu)化的路由，以及在末端系統(tǒng)中的應(yīng)用的名稱和地址。
狀態(tài)機(jī)器遠(yuǎn)端實(shí)體之間的行為和相互作用受到規(guī)程的限定。規(guī)程是對于開放的、交互的和網(wǎng)絡(luò)分布的系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換規(guī)則。
規(guī)程是使用能夠采用有限狀態(tài)數(shù)目的一個狀態(tài)機(jī)器或可編程控制器的給定的實(shí)際形式。其行為完全確定一個實(shí)體的功能其連接狀態(tài)，事件和導(dǎo)致的狀態(tài)。
正常運(yùn)行性能一個機(jī)載數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)的正常運(yùn)行時(shí)間被定義為功能的概率，該功能是指期望在使用中停止可得到的狀態(tài)的服務(wù)。
當(dāng)機(jī)載鏈路服務(wù)在安全角度考慮被用于交換關(guān)鍵信息的情況下，正常運(yùn)行時(shí)間的目標(biāo)是基本的要求。
本發(fā)明的目的是使用一個數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)來保證在當(dāng)機(jī)載應(yīng)用的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)在飛機(jī)和地面之間的數(shù)據(jù)通信的安全。這種安全的保障是通過確保沒有延遲或操作影響地應(yīng)用存留一個故障而實(shí)現(xiàn)的。
在本說明書的結(jié)尾給出的參考文獻(xiàn)[4]是從新近ARINC文件提取的，示出在當(dāng)時(shí)還沒有被國際之間們解決的在故障出現(xiàn)之時(shí)的傳輸?shù)膯栴}。該文件給出根據(jù)在應(yīng)用計(jì)算機(jī)之間的交換的一種方案，這種應(yīng)用計(jì)算機(jī)根本上不同于本發(fā)明的存活機(jī)制。
本發(fā)明涉及在一架飛機(jī)和至少一個地面基站之間的一個數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)，包括一個機(jī)載的成套裝置(assembly)；一個地-空成套裝置和一個地面基站成套裝置；其中后兩個成套裝置由路由選擇器互聯(lián)并用作分布的應(yīng)用的子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，所說的應(yīng)用是使用通信業(yè)務(wù)的任務(wù)，該機(jī)載成套裝置包括一個應(yīng)用計(jì)算機(jī)，其特征在于下列的事實(shí)，即該機(jī)載成套裝置包括一個第二應(yīng)用計(jì)算機(jī)；這兩個計(jì)算機(jī)屬于不同種類的計(jì)算機(jī)并可以相互交換并服務(wù)于由人和/或終端用戶接口提供的相同的數(shù)據(jù)，以及服務(wù)于由一個接口利用地-空子網(wǎng)絡(luò)存取處理器或地面用戶方的處理器提供的相同的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還涉及從故障中恢復(fù)的方法，包括在飛機(jī)機(jī)載的應(yīng)用計(jì)算機(jī)的故障期間使用第二應(yīng)用計(jì)算機(jī)，以便保持一個地-空操作鏈路，其特征在于包括下列步驟-利用第二計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)俘獲數(shù)據(jù)，以便保持?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路和用于操作對話的應(yīng)用聯(lián)系；-對于應(yīng)用成套裝置和通信分層器成套裝置的可編程控制器的實(shí)時(shí)定位；-當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，從第一計(jì)算機(jī)切換到第二計(jì)算機(jī)，同時(shí)保持在故障出現(xiàn)之前由第一計(jì)算機(jī)建立的實(shí)際通信電路。
利用本發(fā)明的系統(tǒng)，有可能通過采用沒有延遲和沒有任何操作沖突的故障恢復(fù)機(jī)制來保持在飛機(jī)和地面之間的通信的連續(xù)性。
環(huán)路形成的機(jī)制使得這兩個計(jì)算機(jī)獲得它們所需的所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲得，以便建立并保持與地面的操作鏈路，即使是在故障出現(xiàn)之后。
本發(fā)明的固有的特點(diǎn)是使得兩個應(yīng)用計(jì)算機(jī)的編程控制器以實(shí)時(shí)的方式構(gòu)型。
因此本發(fā)明具有下列的優(yōu)點(diǎn)-故障的恢復(fù)不終端地-空鏈路沒有延遲或操作沖突；
-消除與重新建立數(shù)字地-空鏈路相關(guān)的延遲；-由末端系統(tǒng)的獨(dú)立操作改進(jìn)系統(tǒng)的整體性；-對于標(biāo)準(zhǔn)化的OSI通信軟件不需要修改。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)直接和在飛機(jī)中的數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)的正常運(yùn)行率相關(guān)。其實(shí)例可以通過系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)間的操作環(huán)境的例子得出時(shí)間的節(jié)省在高度集中有話音傳送的區(qū)域中頻率是相當(dāng)緊張的。例如當(dāng)把數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)用于出港時(shí)，很容易節(jié)省20分鐘。系統(tǒng)的丟失將使得故障將完全終端程序并加長延遲而不是減小延遲。
改進(jìn)安全-該數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)在通信和監(jiān)視中的應(yīng)用將有助于在空中航道中的飛機(jī)的安全此情況中的數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)間是促進(jìn)操作的效率和安全的因素。由數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)對于故障的恢復(fù)保持對于被采用的分離所定義的水平的沖突的風(fēng)險(xiǎn)；但是，數(shù)據(jù)鏈路對于故障的丟失將影響交通的管理。
-飛行員/ATC處理如果故障出現(xiàn)在一個處理期間(例如出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路的丟失同時(shí)該ATC正在給飛行員一個指令，例如“爬高到FL XXX”)，對于故障來說，數(shù)據(jù)鏈路的丟失將影響安全的水平。
總體的集成性這是一個目的，從系統(tǒng)的一個終端將信息發(fā)送到另一個終端存在有集成性。通過數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)對于故障進(jìn)行的恢復(fù)增強(qiáng)了對于這種集成性的要求的滿足。在象終點(diǎn)區(qū)域中的數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)的使用，要求改進(jìn)正常運(yùn)行時(shí)間的性能，實(shí)現(xiàn)假設(shè)具有恢復(fù)故障的能力。


圖1,2,3示出本發(fā)明的系統(tǒng)。
圖4和5示出系統(tǒng)的操作。
為了恢復(fù)機(jī)載端系統(tǒng)的功能故障，在飛行器，例如飛機(jī)和地面之間的本發(fā)明的數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)包括一個第二機(jī)載端系統(tǒng)，用于保障在飛機(jī)和地面之間的通信的連續(xù)性。
在兩個末端之間的數(shù)據(jù)交換或“交擾”技術(shù)表現(xiàn)有下列的問題。
-第一末端系統(tǒng)要求操作的數(shù)據(jù)在通信實(shí)施之前必須發(fā)送到第二末端系統(tǒng)；-所有第一末端系統(tǒng)的可編程的控制器都與另一個控制器接觸并根據(jù)在末端用戶之間的地-空交換采用實(shí)時(shí)的位置。定位在第二末端系統(tǒng)中的分別的可編程控制器的輸入/輸出必須被下載，以便在通信發(fā)生之時(shí)被事先定位。但是，這種下載的容量要求發(fā)展專門的軟件。
如圖1所示，本發(fā)明包括的結(jié)果是基于分別的可交換的兩個計(jì)算機(jī)末端系統(tǒng)10和11，都利用在地面用戶一方(E′)的一臺或多臺地-空子網(wǎng)絡(luò)存取計(jì)算機(jī)14從機(jī)載用戶接口12(人-機(jī)接口)(E)和接口13接收相同的數(shù)據(jù)。圖1中還示出機(jī)載發(fā)射-接收機(jī)15和兩個遠(yuǎn)端陸地電臺17和18。虛線16表示飛機(jī)而箭頭19表示飛機(jī)16的方向。
計(jì)算機(jī)10和11實(shí)施提供由OSI模式所要求的通信服務(wù)的應(yīng)用和通信處理。
通過一個或多個地-空子網(wǎng)絡(luò)存取處理器(衛(wèi)星、HF、VHF、S模式、門控鏈路)，計(jì)算機(jī)10和11可以與一個或多個相似的地面基站通信。
由人和/或終端用戶接口12提供的數(shù)據(jù)被送到計(jì)算機(jī)10和11。通過地-空子網(wǎng)絡(luò)存取處理器或處理器從地面接收的數(shù)據(jù)單元被送到計(jì)算機(jī)10和11。
第一計(jì)算機(jī)10將它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面。因此該計(jì)算機(jī)初始地產(chǎn)生實(shí)際與地面接通的電路。
這種類型的結(jié)構(gòu)提供了能夠使得計(jì)算機(jī)10和11在用戶接口和子網(wǎng)絡(luò)獲得數(shù)據(jù)的機(jī)制。第二計(jì)算機(jī)11的可編程控制器因此具有根據(jù)定位在數(shù)據(jù)鏈路末端定位的用戶之間的交換的實(shí)時(shí)的輸入/輸出。
當(dāng)在第一計(jì)算機(jī)10中檢測到故障時(shí)，該計(jì)算機(jī)停止對于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送并且該第二計(jì)算機(jī)11取代其位置進(jìn)行發(fā)送。由第一計(jì)算機(jī)建立的實(shí)際的鏈路由第二計(jì)算機(jī)所保持。
對于地面的數(shù)據(jù)發(fā)送是以子網(wǎng)絡(luò)等級進(jìn)行排序的。
地-空子網(wǎng)絡(luò)存取處理器14能夠通過第一和第二計(jì)算機(jī)分別的地址和通過對于提供其狀態(tài)的每一個數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼來鑒別第一和第二計(jì)算機(jī)。
圖2示出兩個計(jì)算機(jī)10和11用戶接口12和地-空子網(wǎng)絡(luò)存取處理器14。被示出的每一個發(fā)送和接收部分用于說明數(shù)據(jù)的流動。
圖3也示出本發(fā)明的系統(tǒng)，但是其中包括示出的不同的OSI通信等級22和機(jī)載應(yīng)用等級21。
三個最低的等級(陰影)取決于使用的地-空網(wǎng)絡(luò)的類型。應(yīng)用的成套裝置是用戶使用的部分。
橋梁的使用是用于根據(jù)所安裝的終端接納信息。
由于不存在計(jì)算機(jī)10和11之間的可編程控制器的同步機(jī)制，該可編程控制器可以直接地以實(shí)時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，從第一計(jì)算機(jī)10到第二計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)接被實(shí)現(xiàn)，同時(shí)保持在故障出現(xiàn)之前由第一計(jì)算機(jī)10建立的實(shí)際的通信線路。
圖4示出鏈路和第一或第二計(jì)算機(jī)10和11的SNACP層，以及這些地-空子網(wǎng)絡(luò)存取處理器14。
可以在一定的程度上相象，由兩個終端處理器10和11產(chǎn)生的信號可能由于不同的計(jì)算時(shí)間而不同。
SNACP層交換一個數(shù)據(jù)包和鏈路層的三個幀。如圖5所示，在第三個幀中(陰影)的比特?cái)?shù)目可以是不同的。
當(dāng)從第一計(jì)算機(jī)到第二計(jì)算機(jī)的切換出現(xiàn)時(shí)，其差異(在示出的情況中是缺少了幾個比特)被檢測到并請求幀的發(fā)送，直到實(shí)現(xiàn)聯(lián)貫(20)。因此其中具有誤差的校正的過程。本發(fā)明的從第一計(jì)算機(jī)10切換到第二計(jì)算機(jī)11的方法包括下列步驟-通過第二計(jì)算機(jī)11實(shí)時(shí)地獲得保持?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路和操作對話的應(yīng)用聯(lián)系所需要的數(shù)據(jù)，-實(shí)時(shí)地定位應(yīng)用成套裝置和通信層成套裝置可編程的控制器，-當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，從第一計(jì)算機(jī)切換到第二計(jì)算機(jī)11，同時(shí)保持第一計(jì)算機(jī)10在故障出現(xiàn)之前建立的實(shí)際通信線路。
本發(fā)明是以安裝在飛行器上安裝第二計(jì)算機(jī)而實(shí)現(xiàn)的。被交換的數(shù)據(jù)的性質(zhì)描述如下由應(yīng)用實(shí)體使用的應(yīng)用和操作數(shù)據(jù)和由通信實(shí)體使用的通信數(shù)據(jù)。沒有描述其中能夠?qū)崟r(shí)所有的數(shù)據(jù)傳送的操作方案，因?yàn)檫@些傳送不出現(xiàn)在說明書中，對于終端系統(tǒng)的用戶來說是清楚的。參考文件[1]ACARS,Aricraft Communication Addressing Report System(SDN；A340/A330；ATA23-24；April 8,1994)。Aircom SITA Digital Ground-air Service System Specification(“SocietéIntemationale de Télécommunications Aeronautiques”-International Society forAviation Telecommunications；EG/400；revision 2,April 1992)。Part One/Internet Working(Radio Technical Commission for Aeronautics,SC-162；D0-205；March 21,1990)。ARINC Characteristic 758(Draft 4；page 25,June 25,1996)。
權(quán)利要求
1.在一個飛行器和至少一個地面基站之間的一個數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)，包括一個機(jī)載的成套裝置(assembly)；一個地-空成套裝置和一個地面基站成套裝置；其中后兩個成套裝置由路由選擇器互聯(lián)并用作分布應(yīng)用介質(zhì)的子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，機(jī)載成套裝置包括使用一個機(jī)載發(fā)射機(jī)-接收機(jī)的至少一個訪問計(jì)算機(jī)的地-空子網(wǎng)絡(luò)的第一接口；一個應(yīng)用計(jì)算機(jī)和一個第二用戶接口，其中所說的機(jī)載成套裝置包括一個第二應(yīng)用計(jì)算機(jī)，它接收由第一計(jì)算機(jī)通過第一接口和第二接口發(fā)送的相同的數(shù)據(jù)。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的系統(tǒng)的方法，包括以下步驟-由第一計(jì)算機(jī)建立與地面的真實(shí)通信線路；-第一計(jì)算機(jī)和第二計(jì)算機(jī)從與至少一個訪問計(jì)算機(jī)的地-空子網(wǎng)絡(luò)相連的第一接口和與用戶相連的第二接口獲取相同的數(shù)據(jù)；-這兩個計(jì)算機(jī)隨后實(shí)施提供符合OSI模式的通信業(yè)務(wù)的應(yīng)用和通信過程，這兩個計(jì)算機(jī)的可編程控制器由于它們之間沒有同步機(jī)制而能直接配置，從而確保沒有延遲和操作的沖突；-當(dāng)在第一計(jì)算機(jī)中檢測到故障時(shí)，停止在地-空網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)送并且該系統(tǒng)從第一計(jì)算機(jī)切換到第二計(jì)算機(jī)；-由第二計(jì)算機(jī)代替第一計(jì)算機(jī)在地-空網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，由第二計(jì)算機(jī)保持故障出現(xiàn)之前由第一計(jì)算機(jī)建立的實(shí)際線路，且在從第一計(jì)算機(jī)切換到第二計(jì)算機(jī)時(shí)盡可能重發(fā)數(shù)據(jù)幀直到實(shí)現(xiàn)連貫為止。
全文摘要
飛行器與至少一個地面站之間的數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng),包括一個機(jī)載成套裝置、一個地—空成套裝置一個地面基站成套裝置;后兩個成套裝置由路由選擇器互聯(lián)并用作分布應(yīng)用介質(zhì)的子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。機(jī)載成套裝置包括第一(10)和第二(11)應(yīng)用計(jì)算機(jī)。兩個計(jì)算機(jī)(10,11)不同并能相互交換,且通過機(jī)載用戶接口(12)接收相同的數(shù)據(jù),以及通過在地面用戶方的與訪問一個或幾個處理器(14)的地—空子網(wǎng)絡(luò)相連的接口(13)接收所提供的相同數(shù)據(jù)。
文檔編號G06F11/20GK1212374SQ98109468
公開日1999年3月31日 申請日期1998年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月10日
發(fā)明者P·卡木斯, J·拉斯科 申請人:國家航空工業(yè)公司