用于通过基于字符的协议进行传输的压缩和数据编码的制作方法

专利名称：用于通过基于字符的协议进行传输的压缩和数据编码的制作方法
用于通过基于字符的协议进行 传输的压缩和数据编码
背景技术：
ACARS (航空器通信寻址和报告系统)是经由无线电传输的数字数 据链路系统，该数字数据链路系统允许航空飞行操作部门与其机队中 的各种航空器进行通信。
ACARS是许多军用和民用航空器使用的VHF数字传输系统。其类似 于"用于飞机的电子邮件"，如每个航空器的注册是其在ARINC (美国 航空无线电公司(Aeronautical Radio, Inc.))开发的系统中的唯 一地址。业务通过诸如ARINC和SITA计算机的服务被路由到适当的公 司或飞机，从而减轻了与公司的例行语音通信的某些必要性。利用 ACARS，公司能够以自动的间隔向航空器请求并且从航空器检索诸如出 发报告、到达报告、载客量、燃料数据、引擎性能数据以及更多数据 的例行项目。在ACARS出现之前，机组人员必须使用语音传输将这种 数据中继到他们在地面上的操作。
ACARS系统包括以下单元
1. 在航空器上的机栽子系统，该机载子系统由以下构成
a) 经由VHF无线电收发信机接收地面到空中消息并且控制应答的 管理单元。
b) 控制单元是由显示屏幕和打印机构成的与ACARS系统的全体机 组人员接口 。
2. ARINC地面系统，该ARINC地面系统由全部的ARINC ACARS远 程发送/接收站以及ARINC计算机和交换系统构成。
3. 与ACARS系统链接的航空公司C、命令和控制)和管理子系统， 其基本上是所有基于地面的诸如操作控制、维护、乘务人员调度等等 的航空操作。
消息分成通过其相对航空器的方向所表征的两种类型"下行链 路，，是源自航空器中的那些ACARS传输，而"上行链路"是从地面站 发送到航空器的那些消息。
航空公司根据所发送的和接收到的位数目为通过ACARS系统传输数据而付费。基于字符的协议限制能够被发送的字符集。8位词典中的 某些字符被基于字符的协议保留，以用作定界符。当如此分配时，保 留的字符不能够在字符流中存在。那么，可以在数据流中存在的字符 的允许数目少于在8-位流中可表示的128个字符。
在本领域中所缺少的是用于减小传输位的方法和系统，以便更经 济地、损耗更少地编码和传输数据。

发明内容
用于编译消息的ACARS系统和方法包括处理装置，该处理装置祐L 配置用于将八位字符流中的八位字符映射到六位映射中，以产生通常 的六位字符流。该处理装置还被配置用于将通常六位字符流编码到八 位字符流。可选地，该处理装置包括查询表，该查询表被配置用于响 应于在处理器接收到的八位字符的存在而检索所代替的六位字符。
八位字符的映射可以可选地包括根据查询表用第一六位字符代替 第一八位字符；将第二八位字符和包含在查询表中的字符进行比较， 以产生所选择的字符；和利用所选择的字符来级联(concatenate)第 一六位字符，以产生六位字符流。在一个实施例中，所选择的字符包 括在查询表中对应于第二八位字符的大写字母(upper-case)表示的 六位字符。在第二实施例中，至少一个所选择的字符包括指定的八位 字符或包括指示随后的字符是在被选择的初始64个字符之外的字符的 标志位。在该实施例中，字符流的状态根据标志位的存在来回切换， 以便指示八位到六位映射正在被使用。
在用于编译ACARS消息的ACARS控制单元中，处理装置^:配置用 于将八位字符映射到六位映射中，以产生通常六位字符流。该处理器 还被配置用于将通常六位字符流编码到八位字符流。这样做时，发生 表示字符所必需的位数目的减小。
所述处理装置还被配置用于加密通常六位字符流，以产生加密的 六位字符流以及用于编码该加密的通常六位字符流。通过这种编码， 该处理装置还被配置用于压缩通常六位字符流，以产生压缩过的六位 字符流并且加密该压缩过的六位字符流。
被配置用于映射八位字符的所述处理装置能够可选地还被配置用 于根据查询表用第一六位字符代替八位字符。该处理装置通过将第二 八位字符和包含在查询表中的字符进行比较以及检索所选择的八位字符来替换第二八位字符从而完成所述代替。 一旦被选择，所选择的八 位字符利用所选择的字符被级联到第一六位字符，以产生通常六位字 符流。
在某些实施例中，所选择的字符是在查询表中对应于第二八位字 符的大写字母表示的六位字符。所选择的字符包括指定的八位字符以 及标志位。
正如在回顾前述发明内容中将容易理解的那样，ACARS系统和方法 可以通过利用ACARS接受用于传输的有限数目的字符而将字符重新分 组到新的八位表示中来损耗更少地压缩数据。


以下参考附图详细地描述本发明的优选的和可替换的实施例。
图1是示例性的ACARS系统的框图2是用于执行8到6位字符映射的映射表；
图3是用于编译用于发送的ACARS消息的流程图；和
图4是用于反编译接收到的ACARS消息的流程图。
具体实施例方式
用于编译消息的ACARS系统和方法包括处理装置，该处理装置祐: 配置用于将八位字符流中的八位字符映射到六位映射中，以产生通常 的六位字符流。该处理装置还被配置用于将通常六位字符流编码到八 位字符流。可选地，该处理装置包括查询表，该查询表被配置用于响 应于在处理器接收到的八位字符的存在而检索所代替的六位字符。
参考图1，框示在航空器20上的示例性系统l8。非限制性示 例性系统18包括耦合到ACARS管理单元26和处理装置30的ACARS控 制单元28。处理装置30包括至少一个处理器36。处理器36还可以包 括查询表38，该查询表38是被配置用于响应于输入数据而输出数据的 存储器。管理单元26接收从VHF无线电收发信机40接收到的地面到 空中消息，并控制应答。尽管示出航空器中的示例性系统，但是该示 例性系统基本上在地面站被复制，以促进地面到空中和空中到地面通 信。
控制单元28是与ACARS系统的全体乘务人员接口，其通常包括显 示屏幕、用户接口和打印机。ACARS控制单元控制所有外设并且提供必 需的将数据封装成ACARS协议和格式。控制单元28还产生特殊条件和事件消息，以将字符流发送到基于地面的系统或多个控制&显示单元，
以及能够在航空器20上的袖珍PC和PDA装置上进行显示。控制单元 28还通过确定ACARS控制单元将用于通信(每个覆盖范围)的适当方 式来管理通信连接。
在操作中，管理单元26从VHF无线电收发信机40接收字符流。 管理单元26将接收到的字符流传到控制单元28。在控制单元28在引 入的字符流中检测到适当的定界字符的地方，控制单元28将在定界字 符后的数据发送到处理器36，用于进行翻译。处理器36又根据包含在 字符流中的位从查询表38检索字符。实质上，处理器36将接收到的 字符流的位映射到在查询表38中存储的相对应字符中。先行緩冲器 (look-ahead buffer ) 32净皮配置用于保持提供到处理器36的数据流 的8位样本。由于所述映射，处理器36输出字符流作为在控制单元28 用于发送到用户的字符、如文本或字符。当管理单元26检测到第二适 当的定界字符时，管理单元26严格地根据ACARS协议回复到将信息以 模板方式传输到控制单元28。
在传输中，用户通过诸如键盘的用户接口将信息输入到控制单元 28中。控制单元28将该信息汇编成用于传输的字符流并且确定字符流 中的诸如能够有利地使用处理器装置30进行翻译的部分。根据ACARS 协议，每个消息帧由至少50并且直至最大272个字符或字节构成。通 过定义在该帧内的内容开始和结束的定界字符来适当地分类 (bracket)这些消息帧。每个字符在所述帧内的表示是借助带有附加 的第八奇偶校验位的7位ACSII码。使用所产生的8位方案导致在实 践中在0.17秒到0,91秒之间变化的总的消息传输持续时间。因此， 选择消息中落入所述帧内的部分用于翻译为消息段，由50到272之间 的字符构成，并且没有通常促进字符流的大压缩的重复串的数目。
控制单元28检测到消息中的定界字符并将所分类的字符传到处理 器装置30。在ACARS协议中，所述消息帧格式被严格地限定来除了实 际的消息文本之外还包括同步、地址、确认、模式和误差检验字符。 但是，在每个帧内，对于帧内的内容没有进一步约束。因此，ACARS 控制单元28容易地将帧内的字符选通(gate)到处理装置30。由于严 格的ACARS协议，处理装置30仅仅当字符流在帧内出现时才动作来改 变该字符流。也参考图2，阐述示例性的8位到6位映射表40。处理装置30(图 1 )接收到基于字符的数据，通过将每个8位字符数据装到6位表示中 来将基于字符的数据编码成位流。处理器36将6位表示级联成单位数 据流。这种"包装，，将以位表示的数据大小压缩25%。
一个示例性实施例中的"包装"通过简单地根据映射表40将8位 字符映射到6位表示中来实现。因此，例如，"P"的8位字符42具 有值"0x50" 45。从该表中得出相对应的6位值为"0x31" 48。结 果，严格的6位数据流产生。
为了实现"l到l"映射，大量的允许字符被去除，以降低需要到 26或64的表示的总字符。减小必需的字符表示的一种简单方式是废除 从总体去除26个字符的字母的小写字母表示。在示例性实施例中，小 写字母和大写字母都被映射到相同的6位表示中。
在第二实施例中，总体为96个可发送字符的前64个字符被映射 到6位表示中。剩余的32个字符利用附加的标志位被映射为7位字符。 在(到字符流中的)级联中，结果是被表示为数据流的通常6位字符 流。将数据流斩波(chop)成8位字节而不管任何字符的真正位长度 产生较短的字符流。数据流的斩波被称为基本64斩波(Base 64 chopping )。
当执行基本64斩波时，将二进制数据转换成可发送的字符，在查 询表38将通过映射(64个唯一值)产生的6位字符转换成64个唯一 字符。因为可通过ACARS发送96个字符，所以6位表示不能够表示剩 余的32个字符。在产生通常6位字符流中，处理器36以向前看2个 位的方式从先行緩冲器32检索值，从而确定完整的8位值是否是不能 够被解析为6位字符的32个字符之一。在另一示例性实施例中，这八
个位不需要扩展并且因此保留其原来的形式。
某种压缩通过基本64斩波发生。出于示范的目的，假设遭受8到 6位映射的字符流是随机的，并且由于对于字节存在256种可能的位模 式，所以遇到32个不可解析字符之一的机会是12. 5%。每当遇到这些 字符之一时，长度的两个位被节省。在这种随机的数据流上，通过基 本64斩波实现的字符流的总体平均减少是3. 125% 。基于明文使用的 适当分配能够进一步增强压缩效果。
参考图3，在传输ACARS数据的方法100中，在框102对内容测试ACARS数据流。在数据包含将内容描述为字符的适当标题的地方，在框 105发生如这里所描述的8到6位转换。如果帧的内容是非字符数据， 则在框105的8到6位转换被排除，并且所述方法进行到框108的可 选的数据压缩。
在框108，标准压缩算法被用于所述数据。任何标准压缩技术可以 用于级联的数据流。这些压缩的实例是公知的DEFLATE或v. 42bis算 法，当数据流大小是小的时，这些算法产生相对优良的结果。应用这 些标准压缩技术之一能够根据数据的大小将位流减小百分之25到33。
通常，根据所利用的压缩技术将会缩短数据流。在ATN规范开发 期间进行的研究证明DEFLATE算法能够压缩任意的数据流和将其大小 减小二到五个因子。因此，在数据流上使用DEFLATE算法通常将产生 与原来相同或有更佳大小的有效载荷。为了保证用户最优配置数据， 有效载荷大小被测试。
在框111，将未经压缩的数据流的大小和压缩过的数据有效载荷的 大小相比较。如果压缩过的数据流较小，则在框114选择使用压缩过 的数据流。在原始数据流较小的地方，在框117选择使用原始数据流。
在某些情况下，在框123，所产生的数据流能够被立即发送用于重 新表征，但是在需要可选的数据加密的地方，这种数据加密可以在框 120有利地发生。加密过程不给压缩过的位流的大小增加长度。如同压 缩一样，通过公知的过程，诸如利用公知的包括PGP加密的若干公钥 加密装置，加密被容易地执行。
在框123，通过基本64斩波，数据流被重新转换成字符流，因此 将每个6位用户数据转换成个别产生的8位ACARS字符。这种编码方 案保证输出字符是被批准用于通过ACARS网络传输的类型。通过将通 常6位用户数据级联到然后被截成8位字节的流中，而不管特定字符 的实际结束如何，利用两个额外的位来缩短总的数据流大小。尽管产 生的8位字符对于数据流具有完美的保真度，但是在原来的字符和数 据流产生的字符之间不存在一对一的对应关系；这种差别产生传输的 经济性。
所述编码方案将数据流逐位对应(bit for bit)扩展33和1/3 百分数(三十三和三分之一百分数)。但是，面向位的用户数据大小 不大于原来的面向字符的用户数据，以及可以根据用于位流的压缩算
9法的效率小于原来的用户数据大小。但是，标准ACARS位到字符编码 方案使得面向位的用户数据的大小加倍，并且通过8到6位映射以及 伴随的基本64斩波被旁路。
在接收而不是发送中，如参考图4中所示的那样，方法200倒转 发送方法100(图3)。在框201,根据构成字符流的原来的字符，扩 展8位字符流和再次分配位。检查8位字符流，以查看在纯6位映射 中不可解析的字符的存在。处理器36 (图1)以向前看2个位的方式 从先行緩沖器32 (图1 )检索值，从而确定完整的8位值是否是不能 够被解析为6位字符的32个字符之一。根据检索到的值，8位字符流 被解析成通常6位字符流。
在框204，如果伴随字符流的标题或字符流本身指示加密在根据发 送方法100 (图3)汇编消息期间发生，则发生解密。如果该消息要求 解密，则其在框207发生。
在框210，检查产生的解密数据流，以确定是否在根据发送方法 100 (图3)汇编消息期间使用压缩算法来改变该数据流。如果这样的 话，在框213发生根据所选算法的解压缩。
在框，方法200通过测试产生的测试是否是8到6位映射的结果 来继续。如果8到6位映射已经发生，则在框220，逆映射发生，以产 生明文消息。
尽管已经如上所述地图示和描述了本发明的优选实施例，但是在 不背离本发明的精神和范围的情况下能够进行许多改变。例如，在发
送方法100 (图3 )或接收方法200 (图4 )之外，明文的进一步加密 或解密可能在前发生。相应地，本发明的范围并不局限于优选实施例 的公开内容。相反，应该通过参考随后的权利要求书完全地确定本发 明。
权利要求
1. 一种用于在编码和传输字符流中的数据中损耗更少地减小传输位的方法100，该方法包括将八位字符映射到六位映射中，105，以产生通常六位字符流；以及将通常六位字符流编码到八位字符流，123。
2. 根据权利要求1所述的方法，还包括加密所述通常六位字符流，以产生被加密的通常六位字符流，120, 其中编码包括编码被加密的通常六位字符流，123。
3. 根据权利要求1所述的方法，还包括压缩所述通常六位字符流，以产生压缩过的六位字符流，108，以及其中编码包括编码压缩过的六位字符流，123。
4. 用于编译ACARS消息的ACARS控制单元20，该单元包括 用于存储八位到六位映射的存储器38;和耦合到存储器38的处理装置36，并且所述处理装置36被配置用 于将八位字符映射到六位映射中，以产生通常六位字符流，所述处理 装置还被配置用于将通常六位字符流编码到八位字符流。
5. 根据权利要求4所述的单元20，其中处理装置36还,皮配置用于加密所述通常六位字符流，以产生,皮加 密的通常六位字符流，和编码包括编码^皮加密的通常六位字符流。
6. 根据权利要求4所述的单元20，其中处理装置36还被配置用于压缩所述通常六位字符流，以产生压缩 过的六位字符流，和其中编码包括编码压缩过的六位字符流。
7. 用于编译消息的ACARS系统20，该系统包括处理装置36，所述处理装置36被配置用于将八位字符流中的八位 字符映射到六位映射中，以产生通常六位字符流；以及 还被配置用于将通常六位字符流编码到八位字符流。
8. 根据权利要求7所述的ACARS系统20，其中处理装置30包括查询表38，所述查询表38被配置用于响应于在处理器接收到的八位字符的存在而检索被代替的六位字符。
9. 才艮据权利要求7所述的ACARS系统20，其中处理装置30包括查询表38,所述查询表38被配置用于响应于在 处理器接收到的八位字符的存在而检索被代替的八位字符。
10. 根据权利要求7所述的ACARS系统20，还包括 先行緩冲器32，所述先行緩冲器32被配置用于从ACARS控制单元接收到八位字符流并且根据处理器请求来检索字符，所述被检索的字 符在处理器被提供。
全文摘要
用于编译消息的ACARS系统20和方法100包括处理装置30，该处理装置30被配置用于将八位字符流中的八位字符映射到六位映射中，以产生通常六位字符流。该处理装置30还被配置用于将通常六位字符流编码到八位字符流。可选地，处理装置30包括查询表38，该查询表38被配置用于响应于在处理器接收到的八位字符的存在而检索被代替的六位字符。
文档编号H03M7/30GK101438498SQ200780016020
公开日2009年5月20日 申请日期2007年3月1日 优先权日2006年3月3日
发明者E·N·福斯特 申请人:霍尼韦尔国际公司