СИСТЕМА МАРШРУТИЗАЦИИ ACARS ПО ПРОФИЛЮ МАРШРУТИЗАЦИИ
ROUTING-PROFILE-BASED ACARS ROUTING SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к области телекоммуникаций в авиации и конкретно к области маршрутизации сообщений ACARS (Aircraft Communication and Reporting System) (Адресно-отчетная система авиационной связи).
Предшествующий уровень техники
В области авиации система ACARS позволяет передавать данные между летательным аппаратом и наземной станцией, в частности, обмениваться сообщениями типа АОС (Aeronautical Operational Control) (Оперативное управление полетами) с операторами авиационных компаний или сообщениями типа АТС (Air Traffic Control) (Управление воздушным движением) с авиадиспетчерами.
Система ACARS может использовать несколько сред передачи (называемых также media в данной области техники) или, точнее, несколько типов подсетей, а именно: подсетей ВЧ, СВЧ или SATCOM. Телекоммуникационная подсеть СВЧ обеспечивает связь типа «точка-точка» на линии прямого визирования с передатчиками/приемниками на земле, но эта связь характеризуется малой дальностью. Спутниковая телекоммуникационная подсеть SATCOM покрывает практически весь мир, за исключением полярных областей, но такая связь является дорогой. Подсеть ВЧ позволяет покрывать полярные области. Линию передачи данных между бортом самолета и землей в данной области техники обычно называют термином "datalink".
Как правило, передачу данных на землю осуществляют при помощи маршрутизатора ACARS. Этот маршрутизатор представляет собой блок управления связью, или CMU (Communications Management Unit), который автоматически выбирает наиболее подходящую среду передачи (СВЧ, ВЧ, SATCOM) в зависимости от определенного числа параметров.
На практике, когда какое-либо бортовое приложение должно передать сообщение на землю, оно отправляет это сообщение на маршрутизатор ACARS вместе с вспомогательной информацией, указывающей для каждой передающей среды, может ли эта среда быть использована для передачи и в каком порядке приоритетности. Например, бортовое приложение может указать: среда ВЧ не разрешена; приоритет 1: среда СВЧ; приоритет 2: среда SATCOM. Блок CMU получает сообщение, анализирует вспомогательную информацию и выбирает соответствующую передающую среду. В случае вышеуказанного примера, если среда СВЧ не занята, сообщение передают через нее. В противном случае для передачи выбирают передающую среду SATCOM.
Такая система маршрутизации имеет определенные недостатки.
Прежде всего, если хотят, чтобы маршрутизатор ACARS использовал новые передающие среды, например, линии связи WiMax, WiFi, GSM или UMTS, бортовые приложения необходимо изменить, чтобы интегрировать выбор этих передающих сред во вспомогательную информацию. Эти изменения потребуют новой процедуры сертификации рассматриваемых приложений, что займет много времени и потребует больших затрат.
Во-вторых, производимая маршрутизация не учитывает стоимости и характеристик различных передающих сред. Например, в случае относительного колебания стоимости использования этих сред порядок приоритетности, указанный во вспомогательной информации, может оказаться неадекватным.
Наконец, варианты маршрутизации являются относительно ограниченными и не могут быть подстроены под требования авиационных компаний.
Настоящее изобретение призвано устранить вышеупомянутые недостатки и, в частности, предложить изменяемую, гибкую и легко внедряемую систему маршрутизации, не требующую новой сертификации бортовых приложений.
Сущность изобретения
Объектом настоящего изобретения является система маршрутизации сообщений ACARS в направлении множества передающих сред, предназначенная для установки на борту летательного аппарата, при этом указанная система содержит:
- базу данных, содержащую множество профилей маршрутизации, при этом каждый профиль представляет собой список, указывающий уровень приоритета для каждой передающей среды;
- средства выбора для извлечения из запроса на отправку сообщения ACARS идентификатора профиля маршрутизации и для выбора в профиле маршрутизации, хранящемся в базе данных и соответствующем указанному идентификатору, передающей среды в зависимости от уровня приоритета, после чего выбранную таким образом указанную передающую среду используют для передачи указанного сообщения.
Согласно первому варианту выполнения, база данных содержит для каждого идентификатора множество профилей маршрутизации, соответствующих географическим зонам и/или отдельным фазам полета.
Согласно второму варианту выполнения, средства выбора выполнены с возможностью приема информации о положении указанного летательного аппарата и с возможностью определения для данного идентификатора профиля маршрутизации, соответствующего географической зоне и/или фазе полета, в которой находится летательный аппарат, и последующего выбора, внутри определенного таким образом профиля, передающей среды в зависимости от уровня приоритета.
Согласно первой версии первого и второго вариантов выполнения, для каждого профиля маршрутизации база данных дополнительно содержит список параметров, предназначенных для управления буферами передачи, связанными с различными передающими средами.
Согласно второй версии первого и второго вариантов выполнения, указанные средства выбора дополнительно выполнены с возможностью извлечения из запроса на отправку сообщения ACARS списка параметров, предназначенных для управления буферами передачи, связанными с различными передающими средами.
Согласно третьей версии первого и второго вариантов выполнения, система дополнительно содержит вторую базу данных, содержащую множество профилей параметризации, при этом каждый профиль параметризации представляет собой список параметров, предназначенных для управления буферами передачи, связанными с различными передающими средами, при этом указанные средства выбора выполнены с возможностью извлечения из запроса на отправку сообщений ACARS второго идентификатора и определения профиля параметризации, записанного в этом идентификаторе.
Указанный список параметров может также содержать следующие параметры: параметр, показывающий максимальное число попыток передачи в выбранной среде, параметр, показывающий, следует ли аннулировать сообщение в случае неудачной передачи в выбранной среде, параметр, показывающий, аннулировано ли сообщение, если в списке нет свободных сред, параметр, показывающий, следует ли отправить сообщение в следующей передающей среде из списка в случае, если выбранная среда оказалась занятой.
Вышеуказанные передающие среды принадлежат, например, к группе, в которую входят линии связи SATCOM, ВЧ, СВЧ, GSM, UMTS, WiMax и Wi-Fi.
Объектом изобретения является также описанная выше система маршрутизации ACARS.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания предпочтительного варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схематический вид системы маршрутизации согласно первому варианту выполнения изобретения.
фиг.2 - схематический вид системы маршрутизации согласно второму варианту выполнения изобретения.
Подробное описание частных вариантов выполнения
В основе настоящего изобретения лежит идея системы маршрутизации ACARS, осуществляющей выбор передающей среды в зависимости от различных критериев, например, критерия стоимости, критерия надежности, критерия пропускной способности, критерия соотношения стоимость/эффективность. На практике критерий выражается в профиле маршрутизации, указывающем на среды, которые можно использовать для передачи, и на порядок их приоритетности.
На фиг.1 схематично показана система маршрутизации ACARS согласно варианту выполнения изобретения.
Система 110 маршрутизации принимает сообщения ACARS от бортовых приложений 120, например, от приложения управления воздушным движением, называемого АТС (Air Traffic Control) (Управление воздушным движением), или от приложения управления полетом, называемого FMS (Flight Management System) (Система управления полетом). Бортовые приложения 120 сообщаются с системами на земле при помощи сообщений ACARS. Так, приложение типа АТС может направлять сообщения ACARS, определенные стандартом Arinc 623, на наземную станцию контроля, и принимать от нее сообщения. Точно так же, приложение типа АОС может передавать и принимать сообщения ACARS, определенные стандартом Arinc 633, от оперативного центра авиационной компании.
Сообщения передают через множество передающих сред 150, например, через подсети, классически используемые в авиации, такие как SATCOM, СВЧ, ВЧ, а также через подсети общего пользования, такие как GSM, UMTS, WiFi или WiMax.
Система 110 маршрутизации содержит средства 130 выбора, соединенные с базой 140 данных. Средства 130 выбора принимают запросы на отправку сообщений ACARS от различных бортовых приложений и извлекают из каждого запроса идентификатор профиля маршрутизации. Этот идентификатор представляет собой вспомогательную информацию, логически связанную с данными, передаваемыми приложением. Таким образом, запрос на отправку может в целом иметь следующий вид: ACARS_downlink-request(data,P), где P является идентификатором профиля маршрутизации для передачи данных data.
P
P
P
P
P
База данных содержит вход для каждого идентификатора, при этом предпочтительно для каждого профиля в базе данных хранится список уровней приоритета различных передающих сред. Профиль маршрутизации идентификатора Р определяется вектором σ=(σ(media_1),σ(media_2),…,σ(media_N)), где N является числом передающих сред, media_1, media_2, …, media_N являются рассматриваемыми средами и где σ является приложением, присваивающим каждой передающей среде уровень приоритета для рассматриваемого профиля. Специальный уровень, например уровень нулевого значения, может быть присвоен запрещенной передающей среде. В случае необходимости, этот вектор может включать несколько уровней одного значения, и в этом случае для передачи сообщения можно в равной степени выбирать любые соответствующие среды.
На основании идентификатора профиля Р средства 130 выбора получают из базы 140 данных соответствующий список уровней приоритета. В первую очередь выбирают передающую среду с наиболее высоким уровнем приоритета. Если рассматриваемая среда занята или если передача в этой среде не состоялась, средства выбора могут выбрать среду такого же уровня или, за неимением, среду следующего уровня. Порядок, в котором выбирают среды одного уровня, не имеет значения.
Процесс выбора повторяют, пока сообщение не будет отправлено или пока не будет отмечена неудавшаяся передача для среды самого низкого приоритета, при этом среды нулевого уровня не принимаются в расчет, поскольку они являются запрещенными.
Профили маршрутизации могут быть заданы разработчиком или определены авиационной компанией. Например, разработчик может предложить по умолчанию профиль маршрутизации, отвечающий критерию наименьшей стоимости, профиль маршрутизации, отвечающий критерию максимальной надежности (наименьшая степень ошибок), профиль маршрутизации, отвечающий критерию наилучшего соотношения стоимость/эффективность. Авиационная компания может добавить дополнительные профили маршрутизации, которые она определяет, указывая для каждого из них соответствующие уровни приоритета, которые она хочет присвоить различным передающим средам.
1
2
3
В таблице 1 представлены три примера профилей маршрутизации, хранящихся в базе 140 данных. Профиль P соответствует критерию наименьшей стоимости, профиль P соответствует критерию максимальной надежности и критерий Р определен авиационной компанией.
Таблица 1
Среда/профиль маршрутизации
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
Р<sub>3</sub>
Satcom Data 2
6
5
1
Satcom Data 3 via GACS and the ATN stack
5
5
2
HF DLS
3
8
3
HF RLS via GACS and the ATN stack
-
-
4
VHF Mode A with the VHF DSP 1
3
7
5
VDL AOA with the VHF DSP 1
2
4
6
VDL Mode 2 via GACS and the ATN stack with the VHF DSP 1
1
2
0
VHF Mode A with the VHF DSP 2
7
6
0
VDL AOA with the VHF DSP 2
4
3
0
VDL Mode 2 via GACS and the ATN stack with the VHF DSP 2
4
1
0
1
2
3
Таблица дает для каждого из профилей P, Р, Р соответствующие уровни приоритета различных передающих сред. В этой таблице более высокий приоритет выражается уровнем меньшего порядка. Разумеется, можно принять и обратный порядок отсчета.
1
Например, для профиля Р приоритет будет отдан среде, называемой «VDL Mode 2 via GACS and the ATN stack with the VHF DSP 1», иначе говоря, связи СВЧ, эмулируемой в сети ATN при помощи сервиса GACS (Generic ATN Communication Service) (Общая служба связи по сети ATN). И, наоборот, наименьшим приоритетом обладает среда, называемая «SATCOM Data 2», как наиболее дорогая.
2
Аналогично, для профиля Р приоритет будет отдан среде, называемой «VDL Mode 2 via GACS and the ATN stack with the VHF DSP 2» (ATN: Aeronautical Telecommunication Network) (Авиационная сеть передачи данных). И, наоборот, наименее предпочтительной является среда, называемая «HF DLS» (DLS: Direct Link Service) (Служба прямой связи), то есть связь ВЧ.
Согласно второму варианту выполнения, средства 130 выбора выполнены с возможностью приема информации о положении летательного аппарата и/или указания о фазе полета через шину AFDX (Avionics Full Duplex) (Полнодуплексная система авиационной связи) или обычную шину Arinc 429 (см. пунктирные стрелки на фиг.1). Например, информацию о положении можно получать от навигационной системы в виде координат GPS летательного аппарата. Указание о фазе полета может поступать от датчика сближения с землей или от датчика давления на посадочном шасси.
В этом варианте база данных разделена на географические зоны и/или фазы полета. Средства выбора производят выбор профиля маршрутизации в зависимости от идентификатора профиля, извлекаемого из запроса на отправку, от географической зоны, в которой находится летательный аппарат, и/или от фазы полета.
В нижеследующей таблице 2 представлен пример организации базы данных для системы маршрутизации согласно второму варианту выполнения изобретения, в котором предусмотрено только разделение по географической зоне. Следует заметить, что для данного идентификатора Р база данных содержит первый профиль, относящийся к зоне Европы, и второй профиль, относящийся к остальной части мира.
На фиг.2 показана процедура выбора передающей среды согласно второму варианту выполнения изобретения.
На этапе 210 бортовое приложение передает в систему маршрутизации запрос на отправку сообщения ACARS по линии нисходящей связи в виде ACARS_downlink-request(data,P).
На этапе 220 средства выбора извлекают из запроса идентификатор профиля Р.
На этапе 230 средства выбора получают информацию о положении и/или указание о фазе полета летательного аппарата. Из информации о положении средства выбора определяют географическую зону Z, в которой находится летательный аппарат.
P,Z,Ф
На этапе 240 на основании идентификатора Р, зоны Z и фазы полета Ф средства выбора определяют соответствующий профиль σ в базе данных и выбирают в этом профиле передающую среду более высокого уровня, то есть
. Например, если Р идентифицирует профиль наименьшей стоимости, Z является Европой, и Ф является фазой, когда летательный аппарат находится на стоянке у посадочного терминала, выбранной передающей средой будет связь WiFi.
S
На этапе 250 сообщение передается через выбранную среду media_n.
Этот вариант позволяет каждой авиационной компании выбрать свою политику связи с землей. Если в географической зоне появляются новые передающие среды или если относительная стоимость этих сред меняется, то можно просто обновить базу данных, не производя новую сертификацию бортовых приложений.
Согласно первой версии первого или второго вариантов выполнения, база данных 140 дополнительно содержит параметры управления буферами передачи для каждого из профилей маршрутизации. С каждой передающей средой связан буфер, в котором сохраняются сообщения, предназначенные для передачи через эту среду. Действительно, как правило, сообщения, предназначенные для передачи через передающую среду, не отправляют сразу, а ставят в очередь ожидания. Вышеуказанные параметры позволяют управлять степенью заполнения различных буферов. Например, можно использовать:
- параметр ("message retry counter"), показывающий максимальное число попыток передачи через передающую среду. Буфер разгружают, если последняя попытка не удалась;
- параметр ("purge on com"), показывающий, что в случае неудачной передачи через выбранную среду, сообщение необходимо удалить. В этом случае буфер, связанный с этой средой очищают;
- параметр ("purge on fail"), показывающий, что сообщение аннулируется в случае, когда нет ни одной свободной передающей среды;
- параметр ("next on busy"), показывающий, что сообщение следует передать через следующую среду (в порядке приоритетности) профиля маршрутизации, если выбранная среда оказывается занятой.
Таблица 3 иллюстрирует организацию базы данных в случае вышеуказанной версии для первого варианта выполнения изобретения. Для каждого профиля база данных содержит параметры управления буфером передачи, связанным с этим профилем.
Таблица 3
Среда/профиль маршрутизации
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
Р<sub>3</sub>
Satcom Data 2
6
5
1
Satcom Data 3 via GACS and the ATN stack
5
5
2
HF DLS
3
8
3
HF PvLS via GACS and the ATN stack
-
-
4
VHF Mode A with the VHF DSP 1
3
7
5
VDL AOA with the VHF DSP 1
2
4
6
VDL Mode 2 via GACS and the ATN stack with the VHF DSP1
1
2
0
Среда/профиль маршрутизации
P<sub>1</sub>
P<sub>2</sub>
P<sub>3</sub>
VHF Mode A with the VHF DSP 2
7
6
0
VDL AOA with the VHF DSP 2
4
3
0
VDL Mode 2 via GACS and the ATN stack with the VHF DSP 2
4
1
0
Message Retry Counter
3
2
0
Purge on no com
NO
YES
NO
Purge on Fail
YES
YES
NO
Next on busy
NO
YES
NO
1
L
1
L
Согласно второй версии выполнения, параметры не хранят в базе данных, а получают из вспомогательной информации, включенной в запрос на отправку. В частности, для сообщения, предназначенного для передачи по линии нисходящей связи, запрос на отправку будет иметь вид ACARS_downlink-request(data,P,µ,…,µ), где µ,…,µ является списком параметров управления буфером передачи. Средства выбора выполнены с возможностью извлечения этих параметров наравне с идентификатором и с возможностью соответствующего управления буфером.
Согласно третьей версии выполнения изобретения, кроме первой базы данных, содержащей профили маршрутизации, средства маршрутизации содержат вторую базу данных, содержащую профили параметризации передачи. Профиль параметризации представляет собой список значений заранее определенных параметров, например, параметров управления буфером передачи.
1
2
3
4
Таблица 4 иллюстрирует пример организации второй базы данных с вышеуказанными параметрами "message retry counter", "purge on com", "purge on fail", "next on busy". Профили параметризации M, M, M, M задаются разработчиком или определяются авиационной компанией. Для сообщения, передаваемого через линии нисходящей связи, запрос на отправку будет иметь вид ACARS_downlink-request(data,P,M), где Р и М соответственно являются идентификаторами профилей маршрутизации и параметризации. Идентификатор Р позволяет произвести выбор приоритетной передающей среды из первой базы данных, тогда как идентификатор М позволяет задать параметры использования буферов передачи.
Таблица 4
Параметры/Профили параметризации
M<sub>1</sub>
M<sub>2</sub>
М<sub>3</sub>
М<sub>4</sub>
Message Retry Counter
3
4
2
3
Purge on no com
Yes
Yes
No
No
Purge on Fail
Yes
Yes
Yes
No
Next on busy
Yes
No
No
No
Для специалиста понятно, что, не выходя за рамки настоящего изобретения, можно предусматривать и другие профили параметров.