支持多协议栈和跨域通信的机载数据链通信系统及方法与流程

1.本发明涉及航空通信技术领域，具体涉及一种支持多协议栈和跨域通信的机载数据链通信系统及方法。


背景技术：

2.数据链是空地数据通信系统的通称，用于飞机机载设备和空地数据通信网络之间建立飞机与地面计算机系统之间的连接，实现地面系统与飞机之间的双向数据通信。随着民机空地大容量数据传输、四维航迹运行、空域灵活组织与管理、机场高效运行等需求越来越迫切，空地数据链路以及基于不同空地链路的应用越来越多样化，目前的空地通信协议栈已经不能满足未来空地数据通信的需求。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题为目前的空地通信协议栈无法满足未来多样化的空地数据通信的需求，因此，本发明提供了一种支持多协议栈和跨域通信的机载数据链通信系统及方法，通过在机载数据链通信系统中引入基于ip协议的航空电信网(atn/ips)，对上支持四维航迹运行的fans3应用，同时兼容现有的航空公司运营通信(aoc)应用、空中交通服务(ats)应用和fans1a 应用；对下支持高带宽的数据通信链路，包括航空机场场面移动通信系统(aeromacs)和l波段数字航空系统(ldacs)通信链路，同时兼容现有vdl mode 2和l波段卫通；基于ip协议的航空电信网(atn/ips)协议栈还提供了与飞机信息服务域(aisd)域内应用通信的接口，使得飞机信息服务域(aisd)的域内航空公司运营通信(aoc)应用能够利用基于ip协议的航空电信网(atn/ips)的通信链路传输空地数据。同时，飞机可以根据地面网络的部署情况，实现在地面传统的飞机通信寻址和报告系统(acars)网络、基于开放系统互联的航空电信网(atn/osi)网络和基于ip协议的航空电信网(atn/ips)网络间的自动切换。该发明充分利用atn/ips协议栈支持多种数据链应用以及多种通信链路以及通信安全性高的优势，满足未来多样化的空地数据通信的需求。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一种支持多协议栈和跨域通信的机载数据链通信系统，包括飞机通信寻址和报告系统以及基于开放系统互联的航空电信网；
6.所述飞机通信寻址和报告系统，对上支持的机载数据链应用包括飞机控制域中的航空公司运营通信应用、空中交通服务应用和fans1/a 应用；对下支持的链路包括短波hf、vdl mode a、vdl mode 2、l波段卫星通信链路和航空机场场面移动通信系统的通信链路；
7.所述基于ip协议的航空电信网，对上支持的机载数据链应用包括飞行控制域中的航空公司运营通信应用、空中交通服务应用、fans1/a 应用和fans3应用，以及飞机信息服务域中的航空公司运营通信应用；对下支持的链路波段包括vdl mode 2、l波段卫星通信链路、航空机场场面移动通信系统和l波段数字航空通信系统的通信链路。
8.进一步地，所述飞机通信寻址和报告系统，用于自动选择子网传输链路将机载系
统产生的或飞行员发生的报告传输到地面系统，同时支持地面消息到机载终端系统的路由。
9.进一步地，所述基于ip协议的航空电信网，用于基于开放的tcp/ip协议，对上提供与机载数据链应用间的对话服务接口，实现消息的路由和队列管理；对下提供机载端通信设备的接口，并结合其他链路接口实现对多链网络通信子网的综合管理。
10.进一步地，所述航空公司运营通信应用，用于为航空公司的运营提供信息服务，同时还支持航空公司自定义服务。
11.进一步地，所述空中交通服务应用，用于实现空中交通管制部门与飞机之间的通信。
12.进一步地，所述fans1/a 应用，包括空中交通服务设施通告应用以及现有的管制员和飞行员的数据链通信应用和合约式自动相关监视应用；
13.其中，所述空中交通服务设施通告应用，用于提供飞机及地面终端系统之间的地址信息自动交换机制，建立飞机和地面系统之间的空地通信；
14.所述现有的管制员和飞行员的数据链通信应用，用于在管制员和飞行员之间，通过数据链交换消息方式，提供空中交通控制的通信手段；
15.所述现有的合约式自动相关监视应用，用于通过数据链自动传输方式从飞机获取各种飞行数据，对飞机进行自动监视。
16.进一步地，所述fans3应用，包括关联管理应用以及支持四维航迹运行的管制员和驾驶员的数据链通信应用和合约式自动相关监视应用；
17.其中，所述关联管理应用，用于连接和登录，由空中飞机发起连接和登录请求，地面进行应答后建立空地连接。
18.所述支持四维航迹运行的管制员和驾驶员的数据链通信应用，用于在管制员和飞行员之间，通过升级的消息格式以数据链交换消息方式，提供空中交通控制的通信手段；
19.所述支持四维航迹运行的合约式自动相关监视应用，用于通过升级的空地协议机制，以数据链自动传输方式从飞机获取各种飞行数据，对飞机进行自动监视。
20.进一步地，所述驻留在飞机信息服务域中的航空公司运营通信应用，用于基于通用ip协议，进行地面系统与飞机机载设备之间的双向宽带数据通信；
21.所述通用ip协议支持的宽带链路包括：ka波段卫星通信链路、wifi和4g/5g。
22.进一步地，所述驻留在飞机信息服务域中的航空公司运营通信应用，还用于基于ip协议的航空电信网，进行地面系统与飞机机载设备之间的双向数据通信；
23.所述基于ip协议的航空电信网支持的链路包括：vdl mode 2、l波段卫星通信链路、航空机场场面移动通信系统和l波段数字航空通信系统的通信链路。
24.一种基于上述支持多协议栈和跨域通信的机载数据链通信系统的方法，包括：
25.根据地面网络的部署情况，选择所述飞机通信寻址和报告系统和所述基于ip协议的航空电信网，完成机载数据链通信；将获取到的飞机机载设备发送的通信数据发送给地面系统，并将接收到的地面系统反馈的通信数据发送给飞机机载设备。
26.本发明提供了一种支持多协议栈和跨域通信的机载数据链通信系统及方法，通过在机载数据链通信系统中引入基于ip协议的航空电信网(atn/ips)，对上支持四维航迹运行的fans3应用(包括管制员和驾驶员的数据链通信(cpdlc)应用、关联管理(cm)应用和协
议式自动相关监视(ads-c)应用)，同时兼容现有的航空公司运营通信(aoc)、空中交通服务(ats)、fans1a 应用(包括空中交通服务设施通告(afn)应用、管制员和飞行员的数据链通信(cpdlc)应用和协议式自动相关监视(ads-c)应用)；对下支持高带宽的数据通信链路航空机场场面移动通信系统(aeromacs)和l波段数字航空系统(ldacs)通信链路，同时兼容现有vdl mode 2和l波段卫通；基于ip协议的航空电信网(atn/ips)还提供了与飞机信息服务域(aisd)域内应用通信的接口，使得飞机信息服务域(aisd)的域内航空公司运营通信(aoc)应用能够利用基于ip协议的航空电信网(atn/ips)的通信链路传输空地数据，该发明充分利用基于ip协议的航空电信网(atn/ips)协议栈支持多种数据链应用以及多种通信链路以及通信安全性高的优势，满足未来多样化的空地数据通信的需求。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
28.图1为现有机载数据链通信系统的架构图。
29.图2为本发明一种支持多协议栈和跨域通信的机载数据链通信系统架构图。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
31.图1为现有机载数据链通信系统的架构图，该机载数据链系统部署于飞机控制域(acd)上，主要由机载数据链应用和机载数据链协议栈组成。其中，机载数据链应用包括航空公司运营通信(aoc)应用、空中交通服务(ats)应用、fans1/a 应用(包括空中交通服务设施通告应用(afn)、管制员和飞行员的数据链通信应用(cpdlc)和合约式自动相关监视(ads-c)应用和欧洲link2000 应用(包括管制员和飞行员的数据链通信(cpdlc)应用和关联管理(cm)应用)；机载数据链协议栈包括支持航空公司运营通信(aoc)应用、空中交通服务(ats)应用和fans 1/a 应用的飞机通信寻址和报告系统(acars)协议栈以及支持欧洲link 2000 应用的基于开放系统互联的航空电信网(atn/osi)协议栈。
32.图1中飞机控制域(acd)与飞机信息服务域(aisd)无通信连接，飞机信息服务域(aisd)中的航空公司运营通信应用(aoc)基于通用ip协议的宽带空地通信链路(包括ka波段卫星通信链路、wifi和4g/5g)实现地面系统与飞机机载设备之间的数据通信。
33.实施例1
34.如图2所示，本发明提供一种支持多协议栈和跨域通信的机载数据链通信系统，包括飞机通信寻址和报告系统(acars)以及基于开放系统互联的航空电信网；
35.其中，飞机通信寻址和报告系统(acars)，对上支持的机载数据链应用包括飞机控制域中的航空公司运营通信(aoc)应用、空中交通服务(ats)应用和fans1/a 应用；对下支持的链路包括短波hf、vdl mode a、vdl mode 2、l波段卫星通信链路和航空机场场面移动通信系统(aeromacs)的通信链路。
36.具体地，飞机通信寻址和报告系统(acars)，用于自动选择子网传输链路将机载系
统产生的或飞行员发生的报告传输到地面系统，同时支持地面消息到机载终端系统的路由。
37.基于ip协议的航空电信网(atn/ips)，对上支持的机载数据链应用包括飞行控制域中的航空公司运营通信(aoc)应用、空中交通服务(ats)应用、fans1/a 应用和fans3应用，以及飞机信息服务域中的航空公司运营通信(aoc)应用；对下支持的链路波段包括vdl mode 2、l波段卫星通信链路、航空机场场面移动通信系统(aeromacs)和l波段数字航空通信系统(ldacs)的通信链路。
38.具体地，基于ip协议的航空电信网(atn/ips)，用于基于开放的tcp/ip协议，对上提供与机载数据链应用间的对话服务接口，实现消息的路由和队列管理；对下提供机载端通信设备的接口，并结合其他链路接口实现对多链网络通信子网的综合管理。
39.通过采用基于ip协议的航空电信网(atn/ips)及新的宽带空地通信链路，实现传统基于飞机通信寻址和报告系统(acars)的数据链消息的多途径空地传输。
40.进一步地，航空公司运营通信(aoc)应用，用于为航空公司的运营提供信息服务，同时还支持航空公司自定义服务，以满足航空公司运行控制、空中交通服务、机场运行保障等所需要的地空数据通信，包括但不限于飞机起降状态报告、飞机自动报告、机组手工报告、机务维修、地面服务、航空器气象资料下传、空中交通服务、地面上行电报和自组织电报。
41.进一步地，交通服务(ats)应用，用于实现空中交通管制部门与飞机之间的通信，包括但不限于自动终端信息服务、海洋许可、离场许可、飞行系统消息、飞行员终端气象信息、航路点位置报告和滑行许可。
42.进一步地，fans1/a 应用，包括空中交通服务设施通告(afn)应用以及现有的管制员和飞行员的数据链通信(cpdlc)应用和协议式自动相关监视(ads-c)应用。
43.其中，空中交通服务设施通告(afn)应用，用于提供飞机及地面终端系统之间的地址信息自动交换机制，为飞机和地面系统之间提供需要的地址信息建立空地通信；现有的管制员和飞行员的数据链通信(cpdlc)应用，用于在管制员和飞行员之间，通过数据链交换消息方式，提供一种空中交通控制的通信手段；现有的协议式自动相关监视(ads-c)应用，用于通过数据链自动传输方式从飞机获取的各种飞行数据，包括但不限于飞机三维的位置、位置对应的时间和位置数据的质量因数，实现对飞机的自动监视。
44.具体地，传统的基于飞机通信寻址和报告系统(acars)的数据链应用：航空公司运营通信(aoc)应用、空中交通服务(ats)应用和fans1/a 应用在飞机通信寻址和报告系统(acars)数据链协议栈进行数据处理后，通过短波hf、vdl mode a、vdl mode 2、l波段卫星通信链路和航空机场场面移动通信系统(aeromacs)的通信链路进行空地数据传输。
45.同时，传统的基于飞机通信寻址和报告系统(acars)的数据链应用：航空公司运营通信(aoc)应用、空中交通服务(ats)应用和fans1/a 应用也可以通过接口适配，接入基于ip协议的航空电信网(atn/ips)数据链协议栈进行数据处理后，通过vdl mode 2、l波段卫星通信链路、航空机场场面移动通信系统(aeromacs)和l波段数字航空通信系统(ldacs)的通信链路进行空地数据传输。
46.为支持未来面向四维航迹运行新的数据链应用的空地数据传输，本实施例的机载数据链通信系统上设置了支持四维航迹运行的fans3数据链应用，该应用通过基于ip协议
的航空电信网(atn/ips)进行通信数据传输。
47.四维航迹运行对数据链技术提出了新的要求：一方面，现有的管制员-飞行员数据链通信(cpdlc)、合约式自动相关监视(ads-c)等数据链应用需升级以适应四维航迹运行所需的空地航迹协调的信息传输；另一方面，数据链协议栈将采用基于ip协议的航空电信网(atn/ips)协议栈，实现机载数据链应用间的对话、消息的路由和队列管理以及和各种宽带通信链路间的接口；另外，通信链路在沿用现有vdl mode 2链路的基础上，将采用宽带卫星通信链路、l波段数字航空通信系统(ldacs)来支持四维航迹运行。
48.进一步地，四维航迹运行要求机载端升级现有的管制员-飞行员数据链通信(cpdlc)应用，以实现飞行员与地面之间的航迹协商，放行许可协商等服务。管制员-飞行员数据链通信(cpdlc)消息元素包括但不限于高度分配、穿越限制、横向偏移、航路更改和许可、速度分配、无线电通信频率指派管制指令、通信管理及各种信息请求/应答。支持四维航迹运行的管制员-飞行员数据链通信(cpdlc)增加了新的服务：增加了支持四维航迹运行的消息集，并对现有的消息元素进行了相应的修改，如四维航迹放行许可指令增加了航路点的距离，时间约束协商时增加了所需到达时间(rta)的允许误差(秒级)，支持更丰富的消息内容。
49.进一步地，合约式自动相关监视(ads-c)应用通过与地面管制中心建立合同的方式，将飞机的位置、高度、速度、气象信息等数据通过数据链以报告的形式发送到地面管制中心。支持四维航迹运行的合约式自动相关监视(ads-c)应用提供四维航迹协商、时间约束协商、航迹一致性监控及修订等服务，在原有消息集的基础上，支持四维航迹运行的合约式自动相关监视(ads-c)应用增加了新的服务，包含但不限于航路点的轨迹意图状态、水平约束、所需到达时间(rta)值、速度约束及飞机当前总质量、穿越高度、预测位置、高度和时间。
50.进一步地，基于ip协议的航空电信网(atn/ips)，对上支持的机载数据链应用包括支持四维航迹的fans3应用，包括支持四维航迹运行的管制员和驾驶员的数据链通信(cpdlc)应用、关联管理(cm)应用和支持四维航迹运行的协议式自动相关监视(ads-c)应用；对下支持的链路波段包括vdl mode 2、l波段卫星通信链路、航空机场场面移动通信系统(aeromacs)和l波段数字航空通信系统(ldacs)的通信链路。
51.具体地，通过关联管理(cm)应用由空中飞机发起连接和登录请求，地面进行应答后建立空地连接，实现数据链连接和登录，支持四维航迹的管制员-飞行员数据链通信(cpdlc)应用和合约式自动相关监视(ads-c)应用在基于ip协议的航空电信网(atn/ips)协议栈进行数据处理，基于开放的tcp/ip协议，对上提供与机载数据链应用间的对话服务接口，实现消息的路由和队列管理，对下提供机载端通信设备的接口，通过vdl mode 2、l波段卫星通信链路、航空机场场面移动通信系统(aeromacs)和l波段数字航空通信系统(ldacs)的通信链路实现支持四维航迹运行的数据链数据空地传输。
52.进一步地，驻留在飞机信息服务域(aisd)中的航空公司运营通信(aoc)应用，采用基于ip协议的航空电信网，进行地面系统与飞机机载设备之间的双向数据通信。
53.具体地，支持飞机信息服务域(aisd)中的航空公司运营通信(aoc)应用采用基于ip协议的航空电信网(atn/ips)及新的宽带空地通信链路，实现空地数据传输。
54.中国民用航空局发布《航空运营人使用地空数据通信系统的标准与指南》，用于规范航空公司地空数据通信系统在飞行运行中的应用，提高运行效率和安全管理水平。《航空
运营人使用地空数据通信系统的标准与指南》中对空地传输的报文进行了规定，包括但不限于飞机起降状态报告、飞机自动报告、机组手工报告、机务维修、地面服务、航空器气象资料下传、空中交通服务、地面上行电报和自组织电报。
55.现有飞机航空公司运营通信(aoc)数据链应用驻留在飞机控制域(acd),采用传统基于通信寻址和报告系统(acars)数据链协议栈，通过短波hf、vdl mode a、vdl mode 2、l波段卫星通信链路实现航空公司运营通信(aoc)应用空地数据传输。
56.进一步地，驻留在飞机信息服务域(aisd)中的航空公司运营通信(aoc)应用，采用基于通用ip协议，实现地面系统与飞机机载设备之间的双向宽带数据通信。飞机信息服务域中(aisd)的通用ip协议支持的宽带链路包括：ka波段卫星通信链路、wifi和4g/5g。
57.进一步地，未来驻留在飞机信息服务域(aisd)中的航空公司运营通信(aoc)应用，也可以采用基于ip协议的航空电信网(atn/ips)，实现地面系统与飞机机载设备之间的双向数据通信。
58.具体地，驻留在飞机信息服务域(aisd)中的航空公司运营通信(aoc)应用，通过跨域连接接入基于ip协议的航空电信网(atn/ips),基于开放的tcp/ip协议，对上提供与机载数据链应用间的对话服务接口，实现消息的路由和队列管理；对下提供机载端通信设备的接口，vdl mode 2、l波段卫星通信链路、航空机场场面移动通信系统(aeromacs)和l波段数字航空通信系统(ldacs)的通信链路，实现航空公司运营通信(aoc)数据链应用的空地数据传输。
59.本实施例中所使用的英文缩略词以及每个英文缩略词对应的英文全拼和中文，详见表1。
[0060][0061]
表1
[0062]
实施例2
[0063]
本实施例提供一种基于实施例1的支持多协议栈和跨域通信的机载数据链通信系统的方法，包括：
[0064]
根据地面网络的部署情况，选择飞机通信寻址和报告系统和基于ip协议的航空电信网，完成机载数据链通信；将获取到的飞机机载设备发送的通信数据发送给地面系统，并将接收到的地面系统反馈的通信数据发送给飞机机载设备。
[0065]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。