一种通用飞行数据存储方法
【专利摘要】本发明提出一种飞机数字化飞行数据存储的结构和方法，该存储方法采用满足ARINC717标准的数据帧，并在标准的基础上扩展定义特殊的字或位以及填写方式，具体包括以下步骤：1)随机生成用于加密数据的对称加密密钥；2)使用与地面系统私钥对应的证书加密对称加密密钥，并将加密后的密钥写入记录文件的最前端；3)将从总线上获得的数字化飞行参数写入并按照设定的格式生成数据帧；4)当数据帧数量到达指定值时，将这些数据帧经过压缩、加密处理作为数据部分，然后在首尾分别加上数据块头和数据块尾，组成一个数据块，置于步骤2)写入的密钥之后；5)重复进行步骤2)到步骤4)依次存放数据块，从而完成数字化飞行参数的存储。
【专利说明】一种通用飞行数据存储方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机载嵌入式设备数据处理技术，具体涉及飞机数字化飞行数据存储的结构和方法。
【背景技术】
[0002]现代民用航空的信息化进程正在不断发展、加强，机载飞行数据记录设备正在不断普及化，FDR、ACM和WQAR等设备已在许多民航飞机中得到广泛使用，其记录数据有效提高了飞机的安全性并降低了维修成本。目前业内普遍遵照ARINC717标准规定的数据帧格式来存储飞行数据，在拥有操作系统的新型信息设备中，ARINC717标准规定的数据流需要以文件的形式存储在固态存储器上，而目前没有标准对飞行数据记录文件的结构、格式做出适于实用的规定。所以，设计一种低成本、便于实现、便于解析、具有通用性、高效性和保密性的飞行数据存储方法是非常有价值的。
【发明内容】
[0003]本发明提出一种低成本、便于实现、便于解析、具有通用性、高效性和保密性的飞行数据存储方法，非常适用于机载数字化信息系统。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]一种通用飞行数据存储方法，包括以下步骤:
[0006]I)随机生成用于加密数据的对称加密密钥；
[0007]2)使用与地面系统私钥对应的证书加密步骤I)提供的对称加密密钥，并将加密后的密钥写入记录文件的最前端；
[0008]3)将从总线上获得的数字化飞行参数写入并按照设定的格式生成数据帧；
[0009]所述数据帧采用满足ARINC717的存储格式，每个数据帧由四个子帧构成，每个子帧的第一个字是同步字，第二个字为“有效性字”;每个数据帧的第一个子帧的第三个字为“帧计数字”(Frame Counter);其他字存储数字化飞行参数；
[0010]4)当数据帧数量到达指定值时，将这些数据帧经过压缩、加密处理作为数据部分，然后在首尾分别加上数据块头和数据块尾，组成一个数据块，置于步骤2)写入的密钥之后；
[0011]5)重复进行步骤2)到步骤4)直至记录停止条件触发(接收存储指令也可视为一种“记录停止条件触发”)，这个过程中各个数据块按照生成时间顺序首尾相接写入记录文件中，从而完成数字化飞行参数的存储。
[0012]基于上述方案，本发明进一步作如下优化限定:
[0013]每一个数据块中，数据块头包括CRC校验和数据长度信息，其中CRC校验的范围为所属数据块的数据，用于验证数据的完整性，可以发现传输或写数据时是否发生错误；数据块尾作为块间隔出现，用于防止某数据块发生错误或丢失时对解析上下文的影响。
[0014]数据帧的每个子帧中，“有效性字”的第一位取值代表所在子帧的有效性；第二到九位标识错误数据位置；第十到十二位为错误代码，对应不同的错误原因，由用户根据具体应用定义。
[0015]步骤I)中的对称加密采用AES算法或DES算法。
[0016]本发明具有以下优点:
[0017]本发明提供满足ARINC717标准的飞行数据存储方法，具有便于实现、便于解析、通用性强的特点，同时还能增强飞行数据的保密性、提高飞行数据处理的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明设定的数据帧存储格式。
[0019]图2为本发明的数据文件(记录文件)的结构。
【具体实施方式】
[0020]数据帧是本发明存储方法的基础单元，为了使应用此存储方法的设备更具通用性，本方法采用满足ARINC717标准的数据帧，并在标准的基础上扩展定义特殊的字或位以及填写方式。数据帧格式如图1所示。
[0021]图1所示数据帧格式满足ARINC717的要求，即每个数据帧由四个子帧构成，子帧每秒产生一个，每个子帧包含64、128、256或512个字(可根据需要扩展到1024或更多)，字大小为12位，每个子帧的第一个字是同步字，其他字为用户定义字。在此基础上，本实施例对数据帧做出了扩展定义，包括:
[0022]1、每个子帧的第二个字为“有效性字”。其中每个“有效性字”的第一位取值代表所在子帧的有效性；第二到九位(共八位)标识错误数据位置，如在64个字的子帧中，“有效性字”第二位取值为I代表该子帧的前八个字中存在无效数据，“有效性字”第三位取值为I代表该子帧的第九到十六字中存在无效数据，以此类推；每个“有效性字”的第十到十二位为错误代码，对应不同的错误原因，由用户根据具体应用定义。
[0023]2、每个数据帧的第一个子帧的第三个字为“帧计数字”，即“Frame Counter”。该字由十进制O到4095循环计数，每产生一个新数据帧该字加一，如此可以标记出短时间内(4.5小时)的丢帧情况。
[0024]3、特殊采样周期的参数记录。由于ARINC717规定的数据帧以四秒为周期循环产生，数据子帧每秒产生一个，所以本实施例建议用户不将参数的采样周期设置为奇数秒，但仍提供这类参数以及采样周期大于四秒的参数的记录能力。本实施例规定记录这些参数的字的最低位为“参数的有效性位”，并且这些参数的有效性不影响所在子帧的“有效性位”取值，当生成某一子帧包含这类参数但并不是该参数采样时间的时，只需将“参数的有效性位”置为无效即可。如:参数“P”的采样周期为8秒，被分配在每个数据帧的第四子帧记录，那么在第4秒、12秒等时刻的第四子帧需要将这个参数的“参数的有效性位”置为无效，在第8秒、16秒等时刻的第四子帧需要将这个参数的“参数的有效性位”置为有效，并填充参数值。
[0025]4、占多个字的参数。当出现某参数需占位大于12个时，本实施例规定将参数值与所占位低位对齐写入，高位剩余则用“O”填充。如二进制数“10101010101010”占14位，则写入两个字，结果为 “000000000010101010101010”。
[0026]5、离散量。由于离散量占用位数少，本实施例规定一个字可以包含多个离散量参数。
[0027]本实施例不仅基于ARINC717标准对数据帧格式以及填充方式作出规定，也定义了数据的存储形式。数据存储采用文件形式，记录文件的结构如图2所示，分为密钥部分和数据部分:
[0028]—、密钥部分，包含用于加密数据的对称加密密钥DataKey，但是DataKey本身是被加密的，加密DataKey采用航空公司的数字证书中的公钥PubKey，所以只有航空公司才可以使用对应的私钥PriKey解密密文看到数据加密密钥DataKey。这样的设计在使DataKey方便传输的同时也保证传输的安全性。
[0029]二、数据部分，由若干数据块组成，每个数据块又分为数据块头、数据和数据块尾三部分:
[0030]a)数据块头，数据块头包括CRC校验和以及数据长度信息。其中CRC校验占4字节(CRC校验使用满足ARINC665-3的CRC32算法)，校验的范围为所属数据块的数据，用于验证数据的完整性，可以发现传输或写数据时是否发生错误；数据长度信息占4字节，记录所属数据块中数据的长度，由于固定长度的数据帧经过压缩后会变得非定长，所以为了解析数据需要在头信息中指明之后紧随的数据的大小。
[0031]b)数据，由固定数量的经过压缩、加密的数据帧组成。用于加密数据帧的密钥即记录文件密钥部分被加密的内容(DataKey)。数据加密采用对称加密技术以保证加密效率，所以解密数据时也使用该密钥。
[0032]c)数据块尾，作为块间隔出现，用于防止某块数据发生错误或丢失时对解析上下文的影响。块间隔大小为12字节，值为16进制的“55AAAA5555AAAA5555AAAA55”。
[0033]基于以上设定的数据帧以及记录文件的存储格式，可按照以下步骤实现通用飞行数据的存储:
[0034]步骤1:随机生成用于加密数据的对称加密密钥，对称加密可以采用AES、DES等算法，随机算法亦不做限制，只要生成的密钥长度与对称加密算法的要求一致即可；
[0035]步骤2:使用与地面系统私钥对应的证书加密之前对称加密算法的密钥，并将加密后的密钥写入记录文件的最前端；
[0036]步骤3:将从总线上获得的数字化的飞行参数写入本发明规定的数据帧(数据帧如图1)中，按规定生成数据帧，参数在数据帧的位置需要提前配置好，可以通过配置文件的方式使生成帧的软件每次运行都读取参数配置信息，也可以直接将参数配置写死在软件内；
[0037]步骤4:当数据帧数量到达指定值时，将这些数据帧经过压缩、加密的处理，再在首尾分别加上数据块头和数据块尾，组成一个数据块；
[0038]步骤5:重复进行步骤2到步骤4直至记录停止条件触发，其过程中各个数据块按照生成时间顺序首尾相接写入记录文件中，如图2中所示的结构。
【权利要求】
1.一种通用飞行数据存储方法，包括以下步骤: 1)随机生成用于加密数据的对称加密密钥； 2)使用与地面系统私钥对应的证书加密步骤I)提供的对称加密密钥，并将加密后的密钥写入记录文件的最前端； 3)将从总线上获得的数字化飞行参数写入并按照设定的格式生成数据帧； 所述数据帧采用满足ARINC717的存储格式，每个数据帧由四个子帧构成，每个子帧的第一个字是同步字，第二个字为“有效性字”;每个数据帧的第一个子帧的第三个字为“帧计数字”(Frame Counter);其他字存储数字化飞行参数； 4)当数据帧数量到达指定值时，将这些数据帧经过压缩、加密处理作为数据部分，然后在首尾分别加上数据块头和数据块尾，组成一个数据块，置于步骤2)写入的密钥之后； 5)重复进行步骤2)到步骤4)直至记录停止条件触发，这个过程中各个数据块按照生成时间顺序首尾相接写入记录文件中，从而完成数字化飞行参数的存储。
2.根据权利要求1所述的通用飞行数据存储方法，其特征在于:每一个数据块中，数据块头包括CRC校验和数据长度信息，其中CRC校验的范围为所属数据块的数据，用于验证数据的完整性，可以发现传输或写数据时是否发生错误；数据块尾作为块间隔出现，用于防止某数据块发生错误或丢失时对解析上下文的影响。
3.根据权利要求2所述的通用飞行数据存储方法，其特征在于:数据帧的每个子帧中，“有效性字”的第一位取值代表所在子帧的有效性；第二到九位标识错误数据位置；第十到十二位为错误代码，对应不同的错误原因，由用户根据具体应用定义。
4.根据权利要求2所述的通用飞行数据存储方法，其特征在于:步骤I)中的对称加密采用AES算法或DES算法。
【文档编号】G06F21/64GK104484618SQ201410742072
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】张杨阳, 孔德岐, 张军才, 周斌, 赵腊才, 万欣宇 申请人:中国航空工业集团公司第六三一研究所