CN101796771B - 经ip传输acars消息的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在发射器和接收器之间经IP传输ACARS消息的方法，第一应用程序的ACARS消息(M)被分成多个块(B1，B2，…Bn)。对于所述消息的除末尾块之外的每个块，在所述发射器将所述块的接收的虚拟确认
Figure DPA00001038757700011
本地发送回到所述应用程序，当发射器从接收器接收到指示正确接收到所述多个传输块的消息(D(ackC)，S(ackC)，S(ackC，ack1 tcp)，U(e，B′1，..，B′n′ackC))时，其生成末尾块的接收确认(ackn)，然后将其发送回到所述应用程序。

Description

经IP传输ACARS消息的方法
技术领域
本发明主要涉及航空电信领域，更具体地，涉及传输ACARS(Aircraft Communication and Reporting System，飞行器通信和报告***)消息的航空电信领域。
背景技术
在航空领域，使用ACARS***，特别是使用AOC(AeronauticalOperational Control，航空运行控制)类型的信息与航空公司之间或ATC(Air Traffic Control，空中交通管制)类型信息与空中管制员之间的交换，数据可以在飞行器和地面基站之间传输。机载和地面之间的数据链路通常由通用术语“数据链路”表示。
ACARS***可使用几种传输媒介(现有技术中也称为媒介)，或更准确地，用于传输数据的几种子网络类型，即HF、VHF或SATCOM子网络。电信VHF子网络允许现场直线与地面上发射器/接收器的点对点链路，但范围相对减小。另一方面，卫星电信子网络提供除了极地区域的全球覆盖，但通信成本高。至于HF子网络，则提供了极地区域的覆盖。
通常，数据传输到地面是通过机载电信模块或CMU(Communication Management Unit，通信管理单元)实现的，其根据一定数量的参数选择最合适的传输介质(VHF、HF、SATCOM)。
然而，尽管与地面通信需要日益增加的高吞吐量，但前述通信介质开始在接入可用性(access availability)方面达到极限。此外，日益增加的大量要传输的数据导致的通信成本成为航空公司预算的负担。
为了找到该情况的补救措施，航空领域中某些参与者已提出使用用于传输ACARS消息的通用公共传输介质。因此，当飞行器停靠在登机门，处于地面上或接近状态时，飞行器可与空中控制中心或航空公司的运营中心经GPRS网络、Wi-Fi终端或Wi-Max站建立联系。ACARS消息的传输是通过将其封装在IP数据报中实现的，如例如在国际申请WO2006/026632中所述。然后该消息由ACARS经IP或AoIP指定。
在飞行器和航空公司的运营中心之间的ACARS消息交换应符合ARINC 618标准，无论这些消息是否封装在IP数据报中。ARINC618协议要求将ACARS消息分段为220个有用字符的基本块(elementary block)，且直到其接收了先前块的确认才传输新块。该“停止与等待”确认机制具有高健壮性的优点，但在参与IP传输方面差，这可从下面看出。
图1示意地示出ACARS消息经IP在发射器(例如飞行器)和接收器(例如航空公司基地)之间传输。
在该图中，在发射器侧和接收器侧示出Arinc 618应用程序层、表示适用于IP层的AoIP的适应层、IP层。还示出了在飞行器和地面站之间的将消息转播至航空公司中心的空中接口。
ACARS消息M最多被分为n个块B1，B2，...，Bn(n≤16)，每个块含有最多220个有用字符。该分段是通过发射器的Arinc 618层执行的。第一个块B1在经空中接口传输前首先被AoIP层封装在表示为I(B1)的IP数据报中。数据报被地面站接收并经互联网路由至收件人的IP地址。由AoIP层从数据报I(B1)中解封装得到块B1，并将块B1传输到Arinc 618层。在检查其完整性后，Arinc 618层传输确认消息ack1(或接收确认，两种表达用法相同)，确认消息自身被AoIP层封装在IP数据报中。确认消息由飞行器接收，由AoIP层解封装，然后传输至Arinc 618层。然后Arinc 618层可以传输第二块B2。为每个消息块重复该过程。
应理解，Arinc 618层引起的确认机制对ACARS消息的传输速率是非常不利的。
因此，本发明的目的是提出经IP传输ACARS消息的协议，该协议不受吞吐量限制，也不会放弃传输的安全性。
发明内容
本发明提出在发射器和接收器之间经IP传输ACARS消息的方法，由应用程序传输的ACARS消息被分成多个块，其中，对于所述消息的除末尾块以外的每个块，在发射器处将所述块的虚拟接收确认(dummy acknowledgment of receipt)本地发送回至所述应用程序，以及当发射器从接收器接收到指示所述多个发射块的正确接收的消息时，其生成末尾块的接收确认，然后将其发送回至所述应用程序。
通常，所述应用程序包括Arinc 618协议层，所述ACARS消息符合该标准，并且接收确认被传输到该层。
根据第一实施例，发射器包括在Arinc 618协议层和IP层之间的协议适应层，被称为第一适应层，所述第一适应层为ACARS消息的除末尾块以外的每个块发送回虚拟确认到Arinc 618协议层，当其已经从该层接收到所述消息的全部块时，其将这些块连接并将由此连接的块封装在第一IP数据报中。
以对称的方式，接收器包括在第二应用程序的Arinc 618协议层和IP层之间的协议适应层，被称为第二适应层，所述第二适应层适于解封装和分段所述IP数据报的有用负载，以便还原所述块，然后将所述块逐个提供给所述第二应用程序的Arinc 618协议层，仅在其已确认接收前一块时向其提供块。
优选地，当第二适应层已经接收到所述块的全部接收确认时，其在第二IP数据报中将多个所述块的接收确认发送回至发射器。
根据第二实施例，发射器包括在Arinc 618协议层和IP上TCP层之间的协议适应层，被称为第三适应层，所述第三适应层为ACARS消息的除末尾块之外的每个块发送回虚拟确认到Arinc 618协议层，且当其从该层接收到所述消息的全部块时，其连接全部块并将由此连接的块封装在第一TCP段中。
有利地，接收器包括在第二应用程序的Arinc 618协议层和在IP上的TCP层之间的协议适应层，被称为第四适应层，所述第四适应层适于解封装和分段所述第一TCP段的有用负载，以便还原所述块，然后将这些块逐个提供给第二应用程序的Arinc 618协议层，仅在其已经确认前一块的接收时向其提供块。
优选地，当第四适应层已接收到所述块的全部接收确认时，其向发射器发送回第二TCP段，该第二TCP段包含多个所述块的接收确认和第一TCP段的确认。
根据第三实施例，发射器包括在Arinc 618协议层和IP上UDP层之间的协议适应层，被称为第五适应层，所述第五适应层为ACARS消息的除末尾块之外的每个块发送回虚拟确认到Arinc 618协议层，并当其从该层接收到所述消息的全部块时，其将这些块连接并将由此连接的块封装在第一UDP数据报中。
有利地，接收器包括在第二应用程序的Arinc 618协议层和UDP层之间的协议适应层，被称为第六适应层，所述第六适应层适于解封装和分段所述第一UDP数据报的有用负载，以便还原所述块，然后将块逐个提供给第二应用程序的Arinc 618协议层，仅在其已经确认前一块的接收时向其提供块，其中，当第六适应层已经接收到所述块的全部接收确认时，其等待第二ACARS消息发送给发射器，然后所述多个块的接收确认在被放置到第二UDP数据报中之前，被连接至第二消息的块。
附图说明
本发明的其他特征和优点将在参照附图阅读了本发明的优选实施例后变得显而易见，其中：
图1示意性地示出了现有技术中已知的经IP传输ACARS消息的协议；
图2示出了经能够执行根据本发明的传输方法的IP传输ACARS消息的***；
图3示意性地示出根据本发明的实施例的经IP传输ACARS消息的方法；
图4A和图4B分别示出了根据本发明的第一和第二可替换实施例的经IP传输ACARS消息的方法；
图5示出了根据本发明的第三可替换实施例的经IP传输ACARS消息的方法。
具体实施方式
我们将再次考虑经IP传输/接收ACARS消息的***。为了允许更好地理解本发明，在图2中已经示出这个***的示例性实施例。然而，本领域技术人员将理解该示例性实施例仅是指示而非限制，本发明可应用于任何架构的AoIP消息传输***。
经IP的ACARS***被分成三个段：机载段210、地面网络段220、航空公司中心专用段230。
机载段包括CMU(通信管理单元)航空电子模块211，根据协议层示意地示出其结构。
CMU模块包括分别用于与航空公司中心和空中控制中心交换数据的AOC和ATC应用程序。AOC类型的数据是通过ACARS消息经由Arinc 618协议层传输的。这些消息可以发送到传统传输介质212，例如VHF、HF或SATCOM发射器，或者发送到包括在CMU中或不包括在CMU中的第一转换模块213。如下面详细描述的，该转换模块使用在应用程序的Arinc 618协议层和IP层之间的表示为AoIP的协议适应层。
当选择传统传输介质时，消息被传输到ACARS网络的地面站。该站221装配有网关223，执行Arinc 618协议到Arinc 620协议的转换。回顾Arinc 620标准与将ACARS消息传输到地面的协议相关，例如在服务提供商(DSP)和运营航空公司中心之间。
如果选择经IP传输，ACARS消息被发送到网关213，包含ACARS消息的IP数据报经由互联网路由到收件人的IP地址。飞行器和地面之间的链路是经由通用公共电信基础设施来实现的，例如GPRS网络、Wi-Fi终端、WiMax站。
航空公司段包括终端231，终端一方面包括适于接收通过转换网关(即，经由传统传输介质)传输的ACARS消息的Arinc 620协议层，另一方面包括适于接收已经经IP网络传输的ACARS消息的协议层。更特别地，终端231包括属于适应层AoIP的第二转换模块233，负责解封块并将其传输到被表示为234的ACARS层618和ACARS 618/620协议适应层。复用器235根据Arinc 620标准将ACARS消息导引到终端231包括的控制应用程序AOC1，...，AOCN的端口。
本发明涉及AoIP层的第一和第二转换模块。主要原理是将消息的所有块加载到单个IP数据报中，以在本地人工模拟ACARS消息块的确认，除了随后用作消息的全部块的确认以外的末尾块。
更特别地，图3示出了根据本发明第一实施例的经IP传输ACARS消息的方法。
再次示出Arinc 618应用程序层、AoIP适应层、机载段310和地面段320的IP层。机载段和地面段之间的链路是通过空中接口实现的，且有利地基于通用公共电信设施。
当ACARS消息M将通过发射器包含的应用程序(例如，CMU)传输时，该消息由Arinc 618层分段为n个块，B1，...，Bn。应注意，本发明不限于给定数目的块，但在当前的标准状态下n≤16。
第一块B1被传输到AoIP层，然后AoIP层发送回虚拟确认
Figure GPA00001038758000081
其允许Arinc层传输第二块B2。重复该过程直到传输倒数第二块Bn-1。当Arinc 618层接收虚拟确认
Figure GPA00001038758000082
时，其传输末尾块Bn。然而，对于末尾块，不发送回虚拟确认。然后连接消息的n个块以形成封装在单个IP数据报中的表示为D(B1，...，Bn)的复合块。然后该数据报被路由到其IP目的地址。可以理解，段320的IP层相应于互联网上的标准路由。
在IP目的地址，即，实际上在航空公司中心，在对复合块分段之前，AoIP解封装IP数据报的复合块，以还原块B1，...，Bn。然后第一块B1传输到检查其完整性的Arinc 618应用程序层，且在正确接收的情况下，发送回确认ack1到AoIP层。为每个块连续重复该过程。ACARS消息M由收件人应用程序(例如，AOC类型的应用程序)的Arinc 618层从块B1，...，Bn重构。
当AoIP层接收到最后一个确认ackn时，假定其之前已经接收到先前块的n-1个确认，其传输一个复合确认消息ackC，意味着正确地接收了n个块。ackC消息可以仅由基本确认消息ack1，ackn的连接产生。然后在向飞行器CMU模块的IP地址路由之前，该消息加载在IP数据报D(ackC)中。
CMU的AoIP层还原确认消息ackC，并在将其传输到Arinc 618层之前将其转换为末尾块的确认消息ackn。ackC到ackn的转换可仅由复合消息的截断产生。当Arinc 618层接收到最后确认ackn时，其认为消息M实际已经被收件人接收。
如果块B1，...，Bn中的一个被破坏或没有被收件人接收，则不发送确认消息ackC，随后，消息ackn不被传输到Arinc 618层。然后该层可以决定在预定的等待时间后发送回消息M，即，全部块B1，....，Bn
前面预想了ACARS消息的发射器是飞行器的CMU，接收器是航空公司的中心，即，通信是下行通信(下行链路)。然而，显然该方法同样适用于上行通信(上行链路)而不偏离本发明的范围。
应理解，根据该实施例的ACARS消息传输方法是有利的，因为在发送下一个块之前，可以不等待块的实际确认。此外，应注意为了传输消息，仅传输一个IP数据报而不是n个数据报，这更加减少空中接口的流量，并可能地减少传输成本。
前面描述的本发明实施例忽略了所用的基本的传输协议，主要是因为其是面向连接的(如TCP)或非面向连接的(如UDP)。
以下我们将依次考虑这两种情况。
图4A示出第一替换实施例，其中，ACARS消息传输方法使用标准TCP传输协议。在发射器侧和接收器侧都详细示出了TCP/IP协议栈(TCP/IP protocol stack)。已知TCP层建立并维护发射器和收件人之间的连接，以及TCP层使用其自身的用于保证正确接收TCP数据报的确认机制。
该可替换实施例不需要对TCP传输层的任何修改，因此被表示为AoIP的层实际实现Arinc 618应用程序层对TCP传输层的适应。更特别地，根据已经描述的虚拟确认机制，由Arinc 618层发送的块B1，...，Bn被连接并封装在TCP段中。一旦TCP连接建立，表示为S(B1，...，Bn)的TCP段被传输到收件人的TCP套接字。当然，TCP段的传输涉及以本领域技术人员已知的方式合并到IP数据报中。
当TCP段被收件人的TCP套接字接收时，接收确认ack1 tcp如TCP协议规定的那样发送回到发射器。从AoIP层到Arinc 618层的传递已经结合图2进行了描述，在这里将不再重复。
当AoIP层已经从Arinc 618层接收到接收确认ack1到ackn时，其将接收的复合确认ackC传输到TCP层，其自身将其作为表示为S(ackC)的TCP段传输到发射器的TCP套接字。一旦CMU的TCP层接收到段S(ackC)后，根据TCP协议，表示为ack2 tcp的接收确认就被发送回到地面。然后接收确认被转换为用于确认末尾块的消息ackn，如已经描述的。
该替换实施例允许直接在现有TCP/IP协议栈上执行图3的实施例。
然而，应注意其要求在空中接口上的四个其他TCP段的传输，即，S(B1，...，Bn)，ack1 tcp，S(ackC)和ack2 tcp。
图4B示出前面描述的第二替换实施例。该第二替换实施例允许减少在空中接口中传输的TCP段的数目。
更特别地，第二可替换实施例不同于第一实施例，因为确认ack1 tcp不是独立传输的。该第二可替换实施例可通过延迟S(B1，...，Bn)的接收确认的传输直到TCP层自身从AoIP层接收到复合确认ackC来实现，否则，通过确定Arinc 618层处理块B1，...，Bn的时间Δτ来实现，在n＝16的最糟糕的情况下，该处理时间短于生成接收确认所需要的时间。处理时间Δτ可以通过适当选择处理器、更有效的压缩算法(因此减少块的数目和大小)，或更快的错误检查算法而减小。
在任何情况下，复合确认ackC是与单个TCP段中表示为S(ackC，ack1 tcp)的S(B1，...，Bn)的接收确认一起传输的。在CMU的相应TCP端口接收该段后，确认ack2 tcp被发送回到地面。剩余确认过程与第一实施例中的相同。最后，仅三个TCP段在传输ACARS消息的接口上传输，即，S(B1，...，Bn)，S(ackC，ack1 tcp)和ack2 tcp。
图5示出第三实施例，其中，ACARS消息传输方法使用没有任何特定确认机制的传输协议，例如UDP协议。已知UDP协议不是保证正确转发数据报的面向连接的协议。
基于该替换实施例的构思是等待经上行路由的ACARS消息的传输，以便发送回经下行路由刚接收的消息的接收确认。以对称方式，将等待经下行路由的消息的传输，以便发送回经上行路由刚接收的消息的接收确认。在下行路由上ACARS消息M的传输情况已在图5中示出。
消息M的传输如图4中已描述的那样执行，这里已简单描述了传输层。即，块B1，...，Bn被传输到将其连接并封装在UDP数据报中的AoIP层。然后表示为U(B1，..，Bn)的UDP数据报以标准方式合并到IP数据报中。在收件人接收后，从IP数据报中提取数据报U(B1，..，Bn)，并且块B1，...，Bn由UDP层连续地发送至Arinc 618层。AoIP层接收的接收确认ack1，..，ackn被该层转换为保持未决的接收的复合确认ackC。
当地球上航空公司中心经上行路由传输ACARS消息M′时，例如作为对消息M的应答，接收确认ackC与消息M′的块一起加载到UDP数据报中。更具体地，消息M′被Arinc 618层分成块B′1..，B′n(n′≤16)。块B′1被传输到AoIP层，AoIP层发送回虚拟确认
Figure GPA00001038758000111
为后面的除末尾块之外的块重复该过程，因为不为末尾块传输虚拟确认，这已从下行链路中看出。当AoIP层拥有块B′1，..，B′n时，其检查接收确认是否未决。如果未决，则接收确认与块B′1，..，B′n一起加载到同一UDP数据报中，接收确认的加载可能由字符报头在数据报中发出信号。
有利地，当n个块B1，...，Bn已经被AoIP层接收时，时间标记(timer)与超时时间段τmax一起加载。如果消息M′在超时时间段τmax中要由AoIP层传输，则接收确认ackC与消息M′的块一起加载，如前面所述。另一方面，如果在超时时间段结束时，还没有消息M′要经上行路由传输，则接收确认通过单独的UDP数据报被发送。超时时间段可以是适应性的并明显依赖于下行路由上ACARS消息传输缓存的填充速率。因此，对于高填充速率，将选择相对短的持续时间段τmax以便不延迟发送Arinc 618层的新消息。
在图5所示的情况下，单个复合接收确认ackC与块B′1，...，B′n连接以作为表示为U(e，B′1，..，B′n′ackC)的数据报传输，其中，e是前述报头。然后UDP数据报自然包括在被路由至飞行器的CMU的IP数据报中。在目的地，从IP数据报中提取数据报U(e，B′1，..，B′n′ackC)。然后AoIP层通过报头e的存在认识到接收确认的存在。在将它们交付给Arinc 618层之前，其提取并分段成块B′1，..，B′n和确认ackC。报头e也可指示上行路由上ACARS消息缓存的填充速率。在相对于下行路由对称的方式中，时间标记在块B′1，...，B′n一被接收时就与超时时间段τ′max一起加载。该时间段将取决于报头指示的填充速率。与前面一样，其定义消息M′的接收确认的最大等待时间，接收确认ack′C可以在超时时间段结束时，通过拾取下行路由上新消息的UDP数据报U(e′，B1，...，Bn，ack′C)传输，或缺省传输，或由单独UDP数据报传输。数据报U(e′，B′1，...，B′n，ack′C)有利地包括指示下行路由上传输缓存状态的报头。
最终，对于传输的ACARS消息，作为一般规则，单个数据报(即，下行路由上消息的U(e′，B1，...，Bn，ack′C)和上行路由上消息的U(e，B′1，..，B′n′，ackC))经空中接口传输。

Claims (10)

1.一种在发射器和接收器之间经IP传输ACARS消息的方法，
由应用程序传输的ACARS消息(M)被分成多个块(B1，B2，…Bn)，其特征在于，对于所述消息的除末尾块之外的每个块，在所述发射器将所述块的虚拟接收确认
Figure FSB00000815370700011
本地发送回到所述应用程序，当所述发射器从所述接收器接收到指示正确接收到所述多个传输块的消息(D(ackC)，S(ackC)，
Figure FSB00000815370700012
U(e，B′1，..，B′n′ackC))时，其生成末尾块的接收确认(ackn)，然后将其发送回到所述应用程序。
2.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于，所述应用程序包括Arinc 618协议层，所述ACARS消息符合该标准，且所述接收确认被传输给该层。
3.根据权利要求2所述的传输方法，其特征在于，所述发射器包括在所述Arinc 618协议层和IP层之间的协议适应层，被称为第一适应层，所述第一适应层为ACARS消息的除末尾块之外的每个块发送回虚拟接收确认至所述Arinc 618协议层，以及当其已经从该层接收到所述消息的全部块时，其连接全部块并将由此连接的块封装在第一IP数据报中。
4.根据权利要求3所述的传输方法，其特征在于，所述接收器包括在第二应用程序的Arinc 618协议层和所述IP层之间的协议适应层，被称为第二适应层，所述第二适应层适于解封装和分段所述IP数据报的有用负载，以便还原所述块，然后将所述块逐个提供给所述第二应用程序的Arinc 618协议层，仅在其已经确认前一块的接收时向其提供块。
5.根据权利要求4所述的传输方法，其特征在于，当所述第二适应层已经接收到所述块的全部接收确认(ack1，ack2，...，ackn)时，其在第二IP数据报(D(ackC))中将所述多个块的接收确认发送回到所述发射器。
6.根据权利要求2所述的传输方法，其特征在于，所述发射器包括在所述Arinc 618协议层和IP上的TCP层之间的协议适应层，被称为第三适应层，所述第三适应层为ACARS消息的除末尾块之外的每个块发送回虚拟接收确认到所述Arinc 618协议层，且当其从该层接收到所述消息的全部块时，其连接全部块并将由此连接的块封装在第一TCP段中。
7.根据权利要求6所述的传输方法，其特征在于，所述接收器包括在第二应用程序的Arinc 618协议层和IP上的TCP层之间的协议适应层，被称为第四适应层，所述第四适应层适于解封装和分段所述第一TCP段的有用负载，以便还原所述块，然后将所述块逐个提供给所述第二应用程序的Arinc 618协议层，仅在其已经确认前一块的接收时向其提供块。
8.根据权利要求7所述的传输方法，其特征在于，当所述第四适应层已经接收到所述块的全部接收确认(ack1，ack2，...，ackn)时，其将第二TCP段
Figure FSB00000815370700021
发送回到所述发射器，所述第二TCP段包含多个所述块的接收确认(ackC)和所述第一TCP段的确认
Figure FSB00000815370700022
9.根据权利要求2所述的传输方法，其特征在于，所述发射器包括在所述Arinc 618协议层和IP上UDP层之间的协议适应层，被称为第五适应层，所述第五适应层为ACARS消息的除末尾块之外的每个块发送回虚拟接收确认到所述Arinc 618协议层，并在从该层接收到所述消息的全部块时，其连接这些块并将由此连接的块封装在第一UDP数据报中。
10.根据权利要求9所述的传输方法，其特征在于，所述接收器包括在第二应用程序的Arinc 618协议层和UDP层之间的协议适应层，被称为第六适应层，所述第六适应层适于解封装和分段所述第一UDP数据报的有效负载，以便还原所述块，然后将所述块逐个提供给所述第二应用程序的Arinc 618协议层，仅在其已经确认前一块的接收时向其提供块，其中，当所述第六适应层已经接收到所述块的全部接收确认(ack1，ack2，...，ackn)时，其等待将第二ACARS消息(M′)发送给发射器，然后所述多个块的接收确认(ackC)在被放置到第二UDP数据报中之前，被连接到第二消息的所述块中。
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