Радиосистема летательного аппарата
Группа изобретений относится к радиосистеме летательного аппарата. Радиосистема летательного аппарата содержит множество радиосредств, сервер для предоставления общего цифрового интерфейса между базовой системой летательного аппарата и радиосредствами, цифровую сеть, контроллеры, сопряженные с сетью определенным образом, множество антенных систем, соединенных с соответствующим радиосредством посредством радиочастотной кабельной линии. Каждое радиосредство содержит приемопередатчик и выделенную процессорную платформу. Выделенные платформы сгруппированы в отдельном модуле и с помощью цифровой сети образуют виртуальную среду обработки для обработки колебательных сигналов. Авиационная электронная система содержит интерфейсы человек-машина для кабины экипажа и салона, интерфейсы для авиационной электроники, по меньшей мере одну радиосистему, взаимно соединенные через цифровую сеть связи. Обеспечивается интеграция радиосистем для совместной работы через виртуальное оборудование обработки. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к радиосистеме летательного аппарата. Более конкретно, настоящее изобретение относится к интеграции оборудования летательного аппарата, которое принимает и/или передает радиосигналы. Настоящее изобретение не ограничено какой-либо конкретной областью, и включает в себя, например, системы связи, навигации и наблюдения. Кроме того, оно не ограничено оборудованием, которое принимает и/или передает радиосигналы, которые являются внешними по отношению к летательному аппарату: оно также включает в себя оборудование, связанное с радиосигналами, которые являются внутренними по отношению к летательному аппарату. Такое оборудование может включать в себя, например, УКВ радиосредства (внешние), ВЧ радиосредства (внешние), радиосредства спутниковой связи Satcom (внешние), дальномерные радиосредства (внешние), радиосредства приемника GPS (внешние) и радиосредства пикосотовой GSM связи (внутренние).
В настоящем описании используются следующие термины:
базовая система летательного аппарата - системы, которые находятся вне радиосистем, такие как авиационные электронные системы, кабина экипажа и салон;
антенная система - антенны, радиочастотные кабели и другие элементы, такие как любые усилители и фильтры, которые являются внешними по отношению к радиосредствам;
радиосредство - оборудование, которое позволяет принимать и/или передавать радиосигналы при подключении к подходящей антенной системе;
радиосистемы - набор радиосредств, включающий в себя любые функции управления;
авиационные электронные системы - набор авиационного электронного оборудования;
приемопередатчик - РЧ и ПЧ части радиосредств; он обычно состоит из передатчика и приемника, но может быть также только передатчиком или только приемником;
блоки радиосредств - содержат функции обработки и приема-передачи, но не представляют собой, например, антенну;
колебательный сигнал - характер изменения физического уровня и уровня протокола, удовлетворяющий конкретному стандарту радиоинтерфейса;
Satcom - спутниковая связь.
В настоящем описании используется следующая аббревиатура:
ADC (Analogue to Digital Converter) - аналого-цифровой преобразователь;
AFDX (Avionics Full Duplex Ethernet) - авиационный полнодуплексный Ethernet;
AMU (Antenna Matching Unit) - блок согласования антенны;
ARINC (Aeronautical Radio, Inc) - компания "Аэронотикэл Радио, Инкорпорейтед";
CORBA (Common Object Request Broker Architecture) - общая архитектура брокера объектных запросов;
DAC (Digital to Analogue Converter) - цифроаналоговый преобразователь;
DLNA (Diplexer LNA) - блок частотной развязки LNA;
DME (Distance Measuring Equipment) - дальномерное оборудование;
DVB (Digital Video Broadcasting) - широковещание цифрового видео;
FPGA (Field Programmable Gate Array) - программируемая пользователем вентильная матрица;
GPS (Global Positioning System) - глобальная система позиционирования;
GSM (Global System for Mobile Communications) - глобальная система мобильной связи;
HF (High Frequency) - высокая частота;
HPA (High Power Amplifier) - усилитель высокой мощности;
HMI (Human Machine Interface) - интерфейс "человек-машина";
IF (Intermediate Frequency) - промежуточная частота;
IMA (Integrated Modular Avionics) - интегрированное модульное авиационное электронное оборудование;
IMR (Integrated Modular Radio) - интегрированное модульное радиосредство;
IP (Internet Protocol) - Интернет-протокол;
IPCP (Internet Protocol Control Protocol) - управляющий протокол Интернет-протокола;
LCP (Link Control Protocol) - протокол управления каналом связи;
LNA (Low Noise Amplifier) - малошумящий усилитель;
NCP (Network-layer Control Protocol) - протокол управления сетевого уровня;
OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) - термостатированный кварцевый генератор;
PADI (PPPoE Active Discovery Initiation) - инициация активного обнаружения PPPoE;
PADO (PPPoE Active Discovery Offer) - предложение активного обнаружения PPPoE;
PADR (PPPoE Active Discovery Request) - запрос на активное обнаружение PPPoE;
PADS (PPPoE Active Discovery Session-confirmation) - подтверждение сеанса активного обнаружения PPPoE;
PADT (PPPoE Active Discovery Termination) - завершение активного обнаружения PPPoE;
PCI (Express Peripheral Component Interconnect Express) - быстродействующее взаимное соединение периферийных компонентов, шина PCI;
PDP (Packet Data Protocol) - протокол пакетной передачи данных;
PPPoE (Point to Point Protocol over Ethernet) - протокол точка-точка через сеть Ethernet;
PROC (Processor) - процессор;
PTT (Push to Talk) - выход в мобильный эфир (нажми, чтобы говорить);
SDU (Satellite Data Unit) -блок спутниковых данных;
SIM (Subscriber Identity Module) - модуль идентификации абонента;
SRIO (Serial RapidIO) - последовательный интерфейс RapidIO (быстрого ввода-вывода);
TCVR (Transceiver) - приемопередатчик;
TE (Terminal Equipment) - оконечное оборудование;
RF (Radio Frequency) - радиочастота;
VHF (Very High Frequency) - очень высокая частота, УКВ (ультракороткие волны);
VOIP (Voice over IP) - передача голоса по IP.
В существующих авиационных радиоэлектронных системах для каждой функции используются отдельные радиосредства. Они часто дублируют друг друга для того, чтобы обеспечить непрерывность обслуживания в каждом требуемом диапазоне частот. Это приводит к увеличению размера, веса и стоимости таких систем. Кроме того, каждое радиосредство выполняет только функции, которые заданы для выполнения, и поэтому эксплуатационная гибкость является невысокой.
Эта ситуация была также верна для других авиационных электронных систем. Однако были признаны преимущества интеграции различных авиационных электронных систем для выполнения на одном компьютере, и был изобретен подход, получивший название - Интегрированное модульное авиационное электронное оборудование (IMA). Это позволяет снизить количество компьютерных аппаратных средств, а также обеспечить большую гибкость при взаимодействии различных функций друг с другом. Однако в этом случае, возникают проблемы сертификации, так как функции обладают большим потенциалом взаимодействия нежелательными способами с возможными катастрофическими последствиями. Это было преодолено за счет использования операционных систем реального времени с высокой степенью интеграции, которые разделяют различные функции.
Система, подобная IMA, будет полезной для авиационных радиоэлектронных систем. Однако существуют различия между требованиями, которые делают подход IMA менее практичным для таких систем. Настоящее изобретение описывает альтернативный распределенный подход к архитектуре IMA, который предлагает множество желательных особенностей без каких-либо недостатков.
Кроме этого, в настоящее время используются различные схемы интерфейсов для получения доступа к различным услугам радиосвязи, которые могут быть услугами цифровой или аналоговой радиосвязи. Так как инфраструктура внутренней связи летательного аппарата базируется все более и более на IP, желательно иметь единый способ доступа ко всем услугам радиосвязи, который охватывает как современные услуги на основе IP, так и традиционные услуги аналоговой радиосвязи.
Соответственно, в настоящее время каждый тип радиосредства реализуется различным образом с небольшой степенью интеграции или унификации между ними. В настоящее время каждый тип радиосредства приводит к использованию своих собственных способов сопряжения. Например, интерфейс для УКВ радиосредства, передающего аналоговый голос, очень отличается от интерфейса радиосредства для спутниковой связи, передающего IP-пакеты. Это затрудняет достижение решения бесшовной организации сети, где информацию можно легко направить через систему в различные радиосредства. Кроме того, в настоящее время отсутствует возможность создания виртуального оборудования обработки, использующего различные радиосредства.
Приведенные выше соображения означают, что существующие радиосистемы не достаточно интегрированы и поэтому не обеспечивают преимуществ от общих конструкций, общих интерфейсов и возможностей совместной работы через виртуальное оборудование обработки.
Настоящее изобретение представляет собой радиосистему летательного аппарата, содержащую множество радиосредств, взаимно соединенных с помощью цифровой сети связи, причем каждое радиосредство имеет приемопередатчик и выделенную процессорную платформу, при этом радиосистема летательного аппарата выполнена с возможностью предписания выделенным процессорным платформам образовывать виртуальную среду обработки для радиосистемы летательного аппарата.
Изобретение также предоставляет радиосистему летательного аппарата, содержащую множество радиосредств, взаимно соединенных с помощью цифровой сети связи, причем каждое радиосредство имеет приемопередатчик, выделенную процессорную платформу и сервер, выполненный с возможностью поддержания связи по сети с использованием протокола точка-точка через сеть Ethernet (PPPoE) для предоставления общего цифрового интерфейса между базовой системой летательного аппарата и радиосредствами для множества видов связи.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения состоит из набора модульных блоков радиосредств с высокой степенью унификации и взаимосвязи, который образует основу для распределенной архитектуры. Блоки радиосредств состоят из приемопередающих модулей и общей платформы обработки. Блоки радиосредств образуют только часть всего радиооборудования, поскольку они не включают в себя, например, антенны.
Общая платформа обработки снижает стоимость разработки, изготовления и технического обслуживания за счет поддержания, например, общей среды разработки программного обеспечения, общей среды исполнения программного обеспечения, более высокой степени общих модулей программного обеспечения и общего интерфейса.
Взаимосвязь между блоками радиосредств позволяет создавать виртуальное оборудование обработки.
Общий интерфейс для блоков радиосредств поддерживает бесшовную организацию сети, что облегчает интеграцию радиосистемы в системы летательного аппарата. Способ выбора контроллера для бесшовной организации сети и управления радиосредствами также описан ниже.
Использование распределенной архитектуры обработки дает преимущество для масштабирования, сертификации, динамической реконфигурации, бесшовной организации сети, дублированного управления, размера, стоимости и веса. Использование бесшовной организации сети обеспечивает оптимальную маршрутизацию информации через множество услуг радиосвязи.
Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приводится описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения посредством только примера со ссылкой на сопроводительные схематичные чертежи, на которых:
фиг.1 - структурная схема виртуальной распределенной архитектуры обработки для радиосистемы летательного аппарата, согласно варианту осуществления изобретения;
фиг.2 - структурная схема, иллюстрирующая разбиение по функциональному назначению радиосредства на блок и связанную с ним антенну и другие компоненты для использования в варианте осуществления изобретения;
фиг.3 - структурная схема, иллюстрирующая виртуальную среду обработки со ссылкой на размещение компонентов, которые относятся к управлению радиосредством и бесшовной организации сети для использования в варианте осуществления изобретения;
фиг.4 - схема последовательности сообщений, иллюстрирующая поток информации для управления радиосредством и бесшовной организации сети в виртуальной среде обработки для использования в варианте осуществления изобретения;
фиг.5 - структурная схема, иллюстрирующая виртуальную среду обработки со ссылкой на размещение компонентов колебательного сигнала для использования в варианте осуществления изобретения;
фиг.6 - схема последовательности сообщений, иллюстрирующая поток информации для распределенных компонентов колебательного сигнала в виртуальной среде обработки для использования в варианте осуществления изобретения;
фиг.7 - структурная схема, иллюстрирующая общий цифровой интерфейс, установленный с помощью предпочтительного варианта осуществления изобретения, для передачи аналоговых голосовых сообщений по PPPoE и AFDX, согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
фиг.8 - схема последовательности сообщений, иллюстрирующая использование общего цифрового интерфейса для доступа к УКВ аналоговым голосовым услугам.
Ниже приводится описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, содержащего пять аспектов:
виртуальная распределенная архитектура обработки;
виртуальная среда обработки;
общая платформа обработки;
общий цифровой интерфейс;
способ выбора объекта управления.
Виртуальная распределенная архитектура обработки
Виртуальная распределенная архитектура обработки изображена на фиг.1. На ней показан набор блоков радиосредств и связанные с ними элементы, такие как антенны, AMU, DLNA и HPA. Блоки радиосредств соединены вместе через цифровую сеть, такую как сеть AFDX.
Справочная информация
Авиационный полнодуплексный переключаемый Ethernet (AFDX) представляет собой технологию организации детерминированной сети, разработанную для авиационных приложений. Она базируется на Ethernet, но избегает конкуренции каналов для того, чтобы обеспечить гарантированные полосы пропускания и качество обслуживания. Сеть AFDX состоит из оконечных систем, коммутаторов и каналов связи. Архитектура поддерживает отдельные каналы между оконечными системами для того, чтобы предоставить избыточность.
Каждый блок радиосредства содержит приемопередатчик и платформу обработки и использует технологии программно определяемого радио. Платформа обработки выполняет обработку для своего локального приемопередатчика, а также предоставляет виртуальную среду обработки для более общей обработки, такой как бесшовная организация сети и управление радиосредством. Если требуется, можно также управлять более высокими уровнями протокола колебательного сигнала в виртуальной среде обработки. Эта виртуальная среда обработки становится возможной вследствие возможности соединения, предоставляемой цифровой сетью.
Примерная иллюстрация разбиения по функциональному назначению в радиосредстве приведена на фиг.2. На ней также показан пример разбиения на части между приемопередатчиком и выполняемыми функциями обработки в блоке радиосредства.
Помимо возможности соединения между блоками радиосредств, цифровая сеть также предоставляет возможность соединения с другими базовыми системами летательного аппарата, такими как авиационные электронные системы, кабина экипажа и салон. Блок SIM также подключается к цифровой сети для поддержки SIM-карт, которые требуются для некоторых услуг.
Несмотря на то, что на иллюстрации показана одна система с возможностью соединения как с кабиной экипажа, так и с салоном, альтернативная конфигурация позволяет достичь физического разделения при наличии одной системы, поддерживающей услуги для кабины экипажа, и отдельной системы, поддерживающей услуги для салона.
Виртуальная среда обработки
Уровень техники
Существующие авиационные системы связи используют федеративный подход, где каждое радиосредство содержит свою собственную цифровую обработку сигналов и другие ресурсы программного обеспечения. Преимуществом таких систем является более легкая сертификация, но они не являются очень гибкими в удовлетворении новым требованиям.
Другие авиационные электронные системы (например, управление полетом) переходят на архитектуру интегральной модульной авионики (IMA), где общие вычислительные ресурсы (соответственно избыточные) используются для многих различных функций. Взаимодействием между функциями управляют с использованием сертифицированной RTOS, которая гарантирует разделение во времени и объеме памяти. Это обеспечивает значительно улучшенную гибкость и лучшую связь между приложениями по сравнению с федеративным подходом. Это позволяет также снизить стоимость.
Существует необходимость для перехода к подобной архитектуре для IMR. Хотя это возможно, но не оптимально с точки зрения стоимости, размера и веса, так как потребуется больше оборудования для выполнения необходимых функций и потребуется больше взаимных соединений. Масштабируемость является проблемой.
Эта идея заключается в том, чтобы усилить преимущества интеграции ресурсов обработки с каждым блоком радиосредств, и все же предложить гибкость IMA.
Виртуальная среда обработки реализована через возможность соединения между блоками радиосредств и использование технологий, которые поддерживают распределенную обработку. Примером технологии является CORBA или соответствующий поднабор CORBA, который удовлетворяет требуемой сертификации безопасности и надежности.
Уровень техники
Общая архитектура брокера объектных запросов (CORBA) представляет собой открытый стандарт для распределенной обработки и определяется группой управления объектами OMG (Object Management Group, Inc). CORBA позволяет компьютерным программам, написанным на различных компьютерных языках программирования и выполняемым на различных компьютерах, соединенных с помощью сети, соединяться друг с другом бесшовным образом. Обычно, клиентская программа на одном компьютере будет использовать услуги, предоставляемые серверной программой на другом компьютере. Возможной альтернативой является CORBA реального времени, которая также определяется OMG.
Виртуальная среда обработки позволяет распределить обработку по системе, таким образом, повышая гибкость, избыточность и масштабируемость. Это в основном представляет интерес для конкретной обработки не колебательного сигнала, которая характерна для всей системы, и позволяет более легко и эффективно использовать такую обработку. Примерами такой обработки являются бесшовная организация сети и управление радиосредствами, включающее в себя управление работоспособностью.
Виртуальную среду обработки можно сконфигурировать во время проектирования/построения, или при вводе в эксплуатацию или во время работы.
Примерная иллюстрация расположения компонентов программного обеспечения/аппаратных средств для управления радиосредствами и бесшовной организации сети в виртуальной среде обработки приведена на фиг.3. На этой иллюстрации показаны компоненты контроллера, расположенные в блоках радиосредств. Однако их можно расположить в отдельных устройствах, таких как компьютер IMA. Последнее привлекательно в случае, если контроллер должен быть разработан на более высоком уровне обеспечения надежности конструкции по сравнению с компонентами блоков радиосредств.
Примерная иллюстрация обмена информацией между компонентами для управления радиосредствами и бесшовной организации сети в виртуальной среде обработки приведена на фиг.4. На ней показана сущность взаимодействий, а также показано, где могут быть отображены различные части при реализации, основанной на PPPoE, описанной в разделе общего цифрового интерфейса.
Хотя обработка колебательного сигнала обычно выполняется на платформе обработки, локальной для соответствующего приемопередатчика, по мере необходимости виртуальная среда обработки также позволяет распределить ее. Помимо предоставления доступа к дополнительным ресурсам обработки, это также дает гибкость поставщикам оборудования в отношении величины конкретного функционального назначения колебательных сигналов, которую предоставляют блоки радиосредств. Например, блок радиосредств может обеспечивать только функциональное назначение физического уровня (модуляцию, демодуляцию и канальное кодирование), предоставляя реализацию функционального назначения стека протоколов в другом месте.
Примерная иллюстрация размещения компонентов программного обеспечения/аппаратных средств для обработки колебательного сигнала в виртуальной среде обработки приведена на фиг.5, на которой показано, как можно распределить обработку для заданного колебательного сигнала в блоках радиосредств.
Примерная иллюстрация обмена информации между компонентами при обработке колебательного сигнала в виртуальной среде обработки представлена на фиг.6. На иллюстрации показано, как физический уровень и стек протокола могут быть расположены в отдельных блоках радиосредств.
Сертифицируемый RTOS с разделением по времени и памяти используется для отдельного хранения различных приложений обработки. Это, совместно с точно определенными интерфейсами, облегчает сертификацию.
В итоге, виртуальная среда обработки предоставляет оптимизированную архитектуру для следующего поколения связного авиационного электронного оборудования. Это предполагает высокую степень гибкости, масштабируемости, пониженную стоимость разработки и пониженную стоимость оборудования.
Общая платформа обработки
Уровень техники
а) В результате развития технологий постоянно уменьшаются размер, вес и энергопотребление аппаратных средств цифровой обработки. С помощью современных технологий эти элементы составляют лишь небольшую долю того, что требуется для некоторых РЧ аспектов радиосистемы, такой как НРА.
b) В общей стоимости разработки оборудования беспроводной связи преобладает стоимость разработки программного обеспечения и аппаратных средств. Однако значительная часть этой стоимости (обычно > 50%) не является характерной для конкретного колебательного сигнала, а касается общих элементов, таких как загрузка, связь между процессами, регистрация услуг, службы времени, драйверы, встроенные средства диагностики и т.д.
с) По мере развития технологии стоимость аппаратных средств цифровой обработки постоянно уменьшается подобно размеру, весу и потребляемой мощности. Высокая общая стоимость разработки и относительно небольшое количество продукции для приложений авиационного электронного оборудования означает, что стоимость аппаратных средств представляет собой часть полной стоимости разработки на единицу продукции.
Хотя виртуально распределенную архитектуру можно реализовать с помощью различных платформ обработки, существуют значительные преимущества при использовании общей платформы процессора во всей системе. Это уменьшает стоимость разработки и технического обслуживания за счет использования унификации, которая существует в требованиях обработки различных блоков радиосредств.
Поэтому привлекательным является развертывание общей платформы обработки с каждым блоком радиосредств. Такая обработка, как правило, реализуется на процессоре и/или FPGA, что требует разработки аппаратных средств и программного обеспечения. Общая платформа обработки включает в себя, например, общую платформу аппаратных средств, общие интерфейсы, общую среду разработки и общую среду исполнения программного обеспечения.
Одним из общих интерфейсов предполагается Ethernet для возможности соединения AFDX. Желателен также общий интерфейс для приемопередающих модулей, например, PCI Express или SRIO, последовательный интерфейс RapidlO.
Уровень техники
PCI Express представляет собой технологию высокоскоростного взаимного соединения, использующую последовательные линии связи. Она базируется на линиях связи точка-точка, но архитектура включает в себя переключатели, которые позволяют направлять линии связи в три структуры и также развертываться на выходе на многочисленные приемники от одного передатчика. PCI Express обычно используется для соединений между микросхемами и между платами. Спецификация кабеля для внешнего применения также позволяет использовать его в соединениях между корпусами.
Последовательные интерфейсы RapidIO, SRIO представляют собой другую технологию высокоскоростного взаимного соединения, также использующую последовательные линии связи. Она базируется на линиях связи точка-точка, но архитектура включает в себя переключатели, которые позволяют направлять линии связи гибким способом. Последовательный интерфейс RapidIO обычно применяется для соединений между микросхемами и между платами.
Использование общей платформы не исключает развитие этой платформы с течением времени. Например, Версия 1.0 может быть развернута для УКВ радиосредств, а Версия 1.1 для радиосредств диапазона сверхвысоких частот (L-диапазона), а также для РЧ радиосредств. В общую платформу могут входить многочисленные особенности, поддерживающие увеличение возможностей обработки. Например, одна платформа может использовать только процессор, тогда как другая платформа может использовать процессор и FPGA.
Общий цифровой интерфейс
Уровень техники
Внешняя беспроводная связь летательного аппарата использует множество средств связи, включая ВЧ, УКВ и Satcom. Различные схемы интерфейсов применяются для доступа к различным услугам, которые могут основываться на цифровых или аналоговых способах. Между тем, так как инфраструктура внутренней связи летательного аппарата становится все более и более основанной на IP, желательно иметь один способ для доступа ко всем беспроводным услугам, охватывающим как современные услуги на основе IP, так и действующие аналоговые услуги.
Требования к услугам связи можно, в общем, разделить на два типа:
Тип 1: гарантированное время ожидания и полоса пропускания - это требуется для приложений, таких как аудио и видео. Этот тип услуги традиционно предоставляется посредством услуг с коммутацией каналов, а в последнее время также предоставляется с помощью услуг потоковых пакетов.
Тип 2: переменное время ожидания и полоса пропускания - это подходит для предложений, таких как просмотр Интернет или общая передача данных, где время ожидания не является критическим, и отсутствует постоянный поток информации, которая должна быть доставлена в место назначения с фиксированной скоростью передачи. Этот тип предоставляется традиционными услугами с коммутацией пакетов.
Архитектура виртуальной распределенной обработки использует цифровую сеть, такую как AFDX, для взаимного соединения блоков радиосредств и сопряжения с клиентскими системами. AFDX является примером детерминированной цифровой сети. Такая сеть предоставляет услугу Типа 1 с гарантированным временем ожидания и полосой пропускания. Поддерживая полосу пропускания цифровой сети выше, чем та, которая предлагается услугами радиосредств, цифровая сеть может поддерживать услуги радиосвязи Типа 1 и Типа 2.
Уровень техники
В настоящее время сети AFDX используют сети Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с и 100 Мбит/с и поэтому поддерживает скорости передачи гораздо выше, чем у большинства услуг радиосредств, за исключением услуг радиосредств с очень высокой полосой пропускания, таких как WiMAX и DVB, которые сегодня возможно могут использовать значительную часть максимальной полосы пропускания AFDX. Однако скорости AFDX, возможно, увеличатся в будущем вслед за развитием скоростей Ethernet.
Установив, что цифровая сеть может поддерживать оба типа услуг, необходимо предоставить способ установления и разъединения сеансов.
Такой способ предоставлен для спутниковой связи с использованием интерфейса Ethernet, который определен в Приложении 5 ARINC 781. Он использует PPPoE для установления и разъединения первичных контекстных соединений в спутниковой линии связи. После установления первичного контекста, вторичные контексты можно установить с использованием сеансов Telnet.
Каждый контекст может быть одним из следующих двух типов:
Класс фонового режима - соответствует услуге Типа 2, описанной выше, с переменным временем ожидания и полосой пропускания.
Класс потокового режима - соответствует услуге Типа 1, описанной выше, с гарантированным временем ожидания и полосой пропускания.
Идея заключается в том, чтобы взять интерфейс Ethernet ARINC 781 (или его производные) и объединить его с сетью, такой как AFDX для поддержания всех услуг радиосредств IMR.
Далее приводится ряд примеров:
а) IP-пакеты в услуге IP класса фонового режима Satcom (использует PPPoE)
Клиентская система использует PPPoE по AFDX для установления сеанса с блоком радиосредств Satcom, запрашивающим класс фонового режима. Блок радиосредств Satcom устанавливает первичный контекст с классом фонового режима на спутниковой линии связи. IP-пакеты от клиента отправляются по линии Satcom.
b) Голос в услуге IP класса потокового режима Satcom (использует PPPoE)
Клиентская система использует PPPoE по AFDX для установления сеанса с блоком радиосредств Satcom, который запрашивает класс потокового режима. Блок радиосредств Satcom устанавливает первичный контекст с классом потокового режима на спутниковой линии связи. Клиентская система регулярно отправляет несжатый оцифрованный голос в блок радиосредств Satcom. Последний сжимает голос и отправляет его по линии связи Satcom с использованием класса потокового режима.
c) Голос в аналоговом УКВ_диапазоне (использует PPPoE)
Клиентская система использует PPPoE по AFDX для установления сеанса с блоком УКВ радиосредств, запрашивающим класс потокового режима. Он подготавливает блок радиосредств для передачи. Клиентская система регулярно отправляет несжатый оцифрованный голос в блок УКВ радиосредств, который передают по УКВ линии связи. Блок радиосредств использует голосовую информацию для модуляции аналогового УКВ сигнала. Этот сценарий изображен на фиг.7.
d) Голос в услуге IP класса потокового режима Satcom (использует PPPoE и Telnet)
Клиентская система использует PPPoE по AFDX для установления сеанса с блоком радиосредств Satcom, запрашивающим класс фонового режима. Блок радиосредств Satcom устанавливает первичный контекст с классом фонового режима на спутниковой линии связи. Клиентская система использует Telnet для установления вторичного контекста с классом потокового режима. Клиентская система регулярно отправляет несжатый оцифрованный голос в блок радиосредств Satcom. Последний сжимает голос и отправляет его по линии связи Satcom с использованием класса потокового режима.
e) Голос в аналоговом УКВ-диапазоне (использует PPPoE и Telnet)
Клиентская система использует PPPoE по AFDX для установления сеанса с блоком УКВ радиосредств, запрашивающим класс фонового режима. Клиентская система использует Telnet для 'установления' вторичного контекста с классом потокового режима. Она подготавливает радиосредство для передачи. Клиентская система регулярно отправляет несжатый оцифрованный голос в блок УКВ радиосредств, который передается по УКВ линии связи. Блок радиосредств использует голосовую информацию для модуляции аналогового УКВ сигнала. Этот сценарий изображен на фиг.7.
В приведенных выше примерах, можно обнаружить, что клиентская система ведет себя одинаковым образом в примере b) и примере с), в которых используется PPPoE. Это показывает то, как голос можно отправить по очень разным линиям связи, использующим одинаковый интерфейс, что упрощает систему. То же самое наблюдение можно сделать в примерах d) и е), в которых используются PPPoE и Telnet.
На фиг.8 приведена иллюстрация обмена информацией для доступа к аналоговым услугам УКВ с использованием PPPoE. На этой иллюстрации клиент может находиться в базовой системе летательного аппарата или может быть Контроллером для бесшовной организации сети в блоке радиосредств.
Преимуществом в этом случае является использование одного цифрового интерфейса для обеспечения доступа ко всем услугам, предоставленным разнообразным коммуникационным оборудованием. Например, оборудование HMI в кабине экипажа позволяет устанавливать голосовые вызовы тем же самым образом, независимо от того, будет ли переноситься голос по аналоговой УКВ системе или системе VOIP Satcom.
Подводя итог, общий цифровой интерфейс достигается путем объединения использования услуг PPPoE и Telnet сетью, такой как AFDX. Это дает возможность интерфейсу поддерживать
• фоновый режим и услуги с коммутацией потоковых пакетов (цифровые по определению)
• услуги с коммутацией каналов (аналоговые или цифровые).
Способ выбора объекта управления
Требуется иметь объект управления, который выполняет функции управления радиосредством, и объект управления, который поддерживает бесшовную организацию сети. Если требуется, один объект управления может выполнять обе функции.
Уровень техники
Бесшовная организация сети представляет собой концепцию передачи информации по различным линиям связи без источника информации и места назначения, которые необходимы для выбора линии связи, которая должна использоваться. Например, короткое сообщение можно послать по УКВ каналу данных, когда летательный аппарат находится в УКВ диапазоне или можно послать по линии Satcom, когда летательный аппарат находится вне УКВ диапазона- требуемая линия связи выбирается автоматически.
Для цели этого описания, один объект, который называется Контроллером, поддерживает обе функции управления радиосредством и бесшовной организации сети.
Часто бывает необходимо для предоставления избыточности, в этом случае должны существовать, по меньшей мере, два Контроллера. В результате архитектурных соображений и соображений масштабируемости, можно использовать более двух Контроллеров. Далее, существует потребность в клиентских системах (например, HMI в кабине экипажа) для выбора Контроллера, с которым он должен сопрягаться. Это допустимо для всех Контроллеров, которые будут одновременно активными, что обеспечивает избыточность и устойчивость к внешним возмущениям.
Ниже представлено решение проблемы выбора Контроллера:
при вводе в эксплуатацию, каждый Контроллер назначает число, которое показывает его уровень приоритета для выбора. Примерный сценарий показан ниже с указанием того, к каким услугам каждый контроллер имеет доступ.
| Контроллер ---------- |
Приоритет --------- |
Услуги ------ |
| 1 | 3 | ВЧ, УКВ |
| 2 | 2 | ВЧ, УКВ |
| 3 | 7 | ВЧ, УКВ, Satcom |
| 4 | 1 | ВЧ, УКВ, Satcom |
Все Контроллеры соединены друг с другом через сеть (например, AFDX на базе Ethernet).
Каждый Контроллер периодически передает информацию относительно статуса услуг, которые он может предоставлять, и своего номера приоритета. Такие передачи могут представлять собой пакеты Ethernet или пакеты IP. Контроллер также передает ту же самую информацию для каждого из других Контроллеров, которые он слышит, таким образом, предоставляя информацию относительно своей полной возможности соединения.
Каждый Контроллер вычисляет метрику, которая показывает уровень полной возможности соединения каждого Контроллера, использующего подходящий алгоритм. Такой алгоритм может оценивать каждую услугу соответствующим образом (например, услуги УКВ будут в текущий момент более важными, чем услуги ВЧ или Satcom). Контроллеры передают эту информацию в клиентские системы на регулярной основе.
Клиентские системы ранжируют Контроллеры в порядке наивысшей метрики. Если более чем один Контроллер совместно использует одну и ту же метрику, то уровень приоритета при вводе в эксплуатацию используется для дифференциации ранжирования.
Клиентские системы могут затем выбрать Контроллер для использования на основании ранжирования. Например, система HMI пилота может выбрать Контроллер с высоким рангом, тогда как система HMI второго пилота может выбрать Контроллер второго ранга. Эта схема предоставляет полную избыточность.
Существуют дополнительные меры обеспечения безотказной работы, которые могут быть предоставлены:
пользователи могут вручную переключаться между Контроллерами
пользователи могут переключать из режима бесшовной организации связи в ручной режим, где, например, явно выбраны УКВ, ВЧ или Satcom.
Настоящее изобретение можно реализовать посредством аппаратных средств, программно-аппаратных средств и программного обеспечения. Оно, предпочтительно, использует технологии программно определяемого радио.
В примере на фигуре 1, каждое радиосредство имеет дискретный модуль, состоящий из приемопередатчика и платформы процессора, и, предпочтительно, платформы процессоров имеют общую архитектуру, которая может представлять собой их архитектуру аппаратных средств, и/или их интерфейсы, и/или среду разработки, и/или их среду исполнения программного обеспечения. Однако платформы процессоров можно альтернативно совместно использовать с двумя или более приемопередатчиками радиосредств, то есть, их можно быть выделить многочисленным приемопередатчикам. К тому же, аппаратные средства могут быть организованы по-разному таким образом, чтобы, например, выделенные процессорные платформы были сгруппированы в модуле, например, в наборе процессорных карт, отдельно от приемопередатчиков.
1. Радиосистема летательного аппарата, содержащая множество радиосредств, причем каждое радиосредство имеет приемопередатчик и выделенную процессорную платформу для осуществления обработки колебательного сигнала для этого приемопередатчика, причем выделенные процессорные платформы взаимно соединены с помощью цифровой сети связи так, что выделенные процессорные платформы образуют виртуальную среду обработки.
2. Система по п. 1, в которой, по меньшей мере, одна из выделенных процессорных платформ выделена для двух или более приемопередатчиков.
3. Система по п. 1, в которой две или более выделенных процессорных платформ сгруппированы в модуле отдельно от приемопередатчиков.
4. Система по п. 1, в которой сеть представляет собой детерминированную AFDX (авиационную полнодуплексную сеть Ethernet) или другую детерминированную сеть.
5. Система по п. 1, в которой сеть представляет собой сеть Ethernet.
6. Система по п. 1, в которой виртуальная среда обработки соответствует общей архитектуре брокера объектных запросов (CORBA) или CORBA реального времени.
7. Система по п. 1, в которой, по меньшей мере, одно из радиосредств использует технологии программно определяемого радио.
8. Система по п. 1, при этом система выполнена с возможностью предписания двум или более выделенным процессорным платформам образовывать виртуальную среду обработки для бесшовной организации сети поверх многочисленных возможных радиоканалов.
9. Система по п. 1, при этом система выполнена с возможностью предписания двум или более выделенным процессорным платформам образовывать виртуальную среду обработки для управления радиосредствами.
10. Система по п. 1, при этом система выполнена с возможностью предписания двум или более выделенным процессорным платформам образовывать виртуальную среду обработки для обработки колебательных сигналов.
11. Система по п. 1, в которой выделенные процессорные платформы имеют общую архитектуру, включающую в себя одно или более из общей архитектуры аппаратных средств; общих интерфейсов; общей среды разработки; и общей среды исполнения программного обеспечения.
12. Система по п. 1, в которой каждое радиосредство содержит приемопередающий модуль, сопряженный с выделенной процессорной платформой через интерфейс, общий для радиосредств.
13. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая сервер, выполненный с возможностью поддержания связи по сети с использованием РРРоЕ (протокол соединения "точка-точка" по Ethernet) для предоставления общего цифрового интерфейса между базовой системой летательного аппарата и радиосредствами для многочисленных типов связи.
14. Система по п. 1, содержащая, по меньшей мере, один контроллер, сопряженный с сетью, причем каждый контроллер выполнен с возможностью определения своей собственной полной возможности соединения и широковещания ее по сети для обеспечения клиентским системам возможности выбора контроллера для использования, основываясь на ранжировании возможностей соединения.
15. Система по п. 14, в которой каждый контроллер выполнен с возможностью определения своей возможности соединения на основании типа предлагаемой услуги радиосредства и уровня приоритета, установленного или сохраненного в случае, когда радиосистема летательного аппарата вводится в эксплуатацию или конфигурируется.
16. Система по п. 1, содержащая множество антенных систем, каждая из которых подсоединена к соответствующему радиосредству с помощью радиочастотной кабельной линии.
17. Авиационная электронная система, содержащая интерфейсы человек-машина для кабины экипажа и салона, интерфейсы для авиационной электроники и, по меньшей мере, одну радиосистему летательного аппарата по любому из предыдущих пунктов, которые взаимно соединены через цифровую сеть связи.
