专利名称：航空专用网间的通信方法
技术领域：
本发明涉及一种应用在航空领域的通信方法，尤其是一种在我国不同航空专用网之间进行通信的方法；属于航空通信领域。
背景技术：
目前我国航空专用网是处于多网并存的阶段，主要有VHF地空通信网、平面电报网(AFTN)、各航空公司内部自己的计算机网等。随着我国的国际交流明显增加，国际航班数量增加，还有相当数量的专机和包机，在这种情况，我国又先后引入ARINC、SITA国际航空电信公司接口，实现信息的全球共享。
VHF地空通信网也称地空数据网，用来及时向空管部门、航空公司、民航行政管理部门提供飞机的动态信息，保证飞行安全和有效的航空运营管理的需要。目前，中国民航建成了以总局空管局为网管和数据处理中心，以北京、广州、上海、成都、西安、沈阳为数据通信分节点，基本覆盖国际航路、国内干线航路的VHF地空数据通信网络，基本实现了全国主要航路的通信覆盖，为飞机提供地空超高频数据通信，满足航空公司及空中交通管理的各项应用需求。
AFTN平面电报网是由各有关的航空规定电路组成的全球性系统。它作为航空电信业务的一部分，为具有相同或相兼容的通信特性规定各电台之间提供电报或者数字数据的交换。我国民航目前建成的电报网符合国际民航对AFTN电路、通信中心的技术要求，并且与国际AFTN相连接，也属于全球AFTN网络的一部分。
航空公司综合信息网络涉及运行管理、计划、财务、货运、结算、客运、地面服务、机组管理等业务。其中运行管理系统是航空公司信息系统建设的核心部分，它是围绕飞行运行的计算机综合管理信息系统。综合信息管理系统由中心数据库及其管理维护系统组成。按照数据的更新频度和业务情况，中心数据库的数据可以分为运行信息数据和基本信息数据两大类。其中运行数据包括电报、航班计划、飞行动态、航行通告、乘客、机组情况以及各种动态统计数据；基本信息数据则包括飞机数据、机场数据、航线数据、导航台数据、油料、机组、飞行高度、飞机呼号数据、飞机机型、机场代码数据、发报收电地址库等。运行信息数据和基本信息数据等信息需要通过AFTN网关，VHF地空数据通信网关和SITA网关获得。
我国空域管理的现状是国土防空为主，在这种机制下，空管职能主要由军方负责，而由于体制等现状，军方空管网络和手段都落后于民航，在这基础上，需要解决军民飞机相互看得见的问题，需要做到军民航互联。
另外，ATN是国际民航组织(ICAO)提出的面向新一代航行系统应用的专用通信网络平台，已引起ICAO各成员国高度重视。中国作为国际民航组织的成员国，实施新航行系统势在必行，并已经有计划地开展了一系列的研究与建设，以实现向新航行系统过渡，逐步与国际接轨。
由于各个航空专用网的数据协议均不相同，应用层的传输协议也不相同，现有技术中各个航空专用网之间为了实现信息共享，采用单独各自通信的手段。比如某航空公司为了与地空数据网通信，必须建立一个网关，用来将地空数据网格式的报文翻译成航空公司的格式，并且建立一条专线与地空数据网的网关相连；而与AFTN网、SITA网、空军专用网和其他航空公司内部网通信，必须也采用相同的办法；各个航空网之间实现通信，每个航空专用网或航空公司也需采用同样的办法。
现有的航空网间通信方法存在以下缺点1、各个航空专用网针对不同的其他航空专用网，为了实现通信，必须建立单独的网关和专线以及备用网关及专线，造成了资金、管理、人员的极大浪费。
2、各个航空专用网自行通信，这给航空管理造成了极大的不便，并且航空总调度也没有全部的信息，是一种安全的隐患。
3、各个航空专用网自行维护网关及专线，由于不同的网关可能在国内的不同地区，因此维护非常不便。
4、我国向新航行系统的过渡势在必行，每个航空专用网都进行单独过渡，成本过高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种航空专用网间通信方法，通过为各个航空专用网建立的一个边缘网关与宿主网关，以及实现网关间的通信，达到了各个航空专用网之间的方便通信。
本发明的技术方案如下所述。
一种航空专用网间通信方法，所述的航空专用网为地空数据网、AFTN网、各航空公司内部网、ARINC网、SITA网、空军专用网和ATN网中的一个或其组合，包括如下步骤步骤一、航空网发送方直接与宿主网关通信，或航空网发送方与边缘网关通信，通过边缘网关与宿主网关通信，发送报文到宿主网关；如果航空网发送方为地空数据网，则直接与宿主网关通信，发送报文到宿主网关，如果航空网发送方为航空专用网，先发送报文到与其相连的边缘网关，再由边缘网关处理后转发给宿主网关；步骤二、宿主网关对报文实时处理，从路由表中进行地址查询，然后分发；步骤三、航空网接收方直接与宿主网关通信，或航空网接收方与边缘网关通信，通过边缘网关与宿主网关通信，接收宿主网关的报文，实现航空网间的通信；如果航空网接收方为地空数据网，则直接与宿主网关通信，接收宿主的网关报文，如果航空网接收方为航空专用网，先由与其相连的边缘网关接收报文，再由边缘网关处理后转发给航空网接收方。
本发明方法通过在各个航空网建立的一个边缘网关与宿主网关通信，实现了各个航空专用网之间，各个航空专用网通过地空数据网与飞机之间的方便通信，由于只须建立单独的网关和专线以及一套备用网关及专线，极大的节省了资金、管理、人员；各个航空专用电信网均与宿主网关通信，全部的信息集中在宿主网关，这给航空管理以极大的便利，避免了各种安全的隐患；各个航空专用电信网的边缘网关及宿主网关可以集中维护，避免了不同的网关可能在国内的不同地区，因此维护非常方便；建立面向新的航行系统ATN的边缘网关，实现了向ATN的平稳、无缝过渡，节约了成本。同时，本发明兼顾了军民互见，成为开放、发展的空地一体，地面横向和地空纵向的双向航空通信系统。
图1航空专用网与边缘网关通信的流程图；图2航空专用网与边缘网关建立线程的流程图；图3边缘网关数据报文处理流程图；图4边缘网关网管报文处理流程图；图5边缘网关与宿主网关通信流程图；图6地空数据网与宿主网关通信流程图；图7宿主网关数据报文处理流程图；图8宿主网关网管报文处理流程图；图9航空网间通信的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做详细说明。
一种航空专用网间通信方法，所述的航空专用网为地空数据网、AFTN网、各航空公司内部网、ARINC网、SITA网、空军专用网和ATN网中的一个或其组合，如图9所示，包括如下步骤步骤一、航空网发送方直接与宿主网关通信，或航空网发送方与边缘网关通信，通过边缘网关与宿主网关通信，发送报文到宿主网关；如果航空网发送方为地空数据网，则直接与宿主网关通信，发送报文到宿主网关，如果航空网发送方为航空专用网，先发送报文到与其相连的边缘网关，再由边缘网关处理后转发给宿主网关；步骤二、宿主网关对报文实时处理，从路由表中进行地址查询，然后分发；步骤三、航空网接收方直接与宿主网关通信，或航空网接收方与边缘网关通信，通过边缘网关与宿主网关通信，接收宿主网关的报文，实现航空网间的通信；如果航空网接收方为地空数据网，则直接与宿主网关通信，接收宿主的网关报文，如果航空网接收方为航空专用网，先由与其相连的边缘网关接收报文，再由边缘网关处理后转发给航空网接收方。
通过唯一的宿主网关，对报文进行处理，所有的航空专用网，只需要连接到宿主网关，就可以实现相互通信，大大降低了建设成本，也使信息的集中管理更为容易，基本解决了本发明所要解决的技术问题。
建立边缘网关是因为各个航空专用网的协议互相不同，如果将所有的路由和协议转换的功能全部加到宿主网关上，既加重了宿主网关的负担，也不利于分散可能出现的意外情况。
地空数据网其实也可以像其他航空专业网一样，包含一个边缘网关与宿主网关通信，宿主网关只负责报文实时处理，路由，分发。本发明的技术方案中，只是这个边缘网关的功能被集成到了宿主网关上。这样做的原因是飞机是航空通信的最主要的对象，也是宿主网关最重要的服务对象，这种方式更有利于宿主网关对地空数据网报文的处理，实现了宿主网关与地空数据网的无缝连接。
本发明实施例的边缘网关与航空专用网通信，如图1所示，包括如下步骤步骤10、边缘网关对航空专用网用户进行连接验证；步骤11、边缘网关建立对航空专用网用户的连接线程；步骤12、边缘网关产生链路状态报文。
本实施例的步骤10，结合图1，包括如下步骤步骤101、航空专用网与边缘网关建立握手；步骤102、握手成功，则航空专用网用户进行登陆；否则执行步骤105；步骤103、航空专用网用户是合法用户，则进行QoS(服务质量)验证；否则执行步骤105；步骤104、航空专用网用户满足用户QoS，则结束步骤10；否则执行步骤105；步骤105、连接失败，产生相应的错误信息和网管信息。
本实施例步骤11，如图2所示(只给出了一个队列)，包括如下步骤步骤111、接收航空专用网或边缘网关的数据报文；步骤112、将航空专用网数据报文加入进关缓冲队列，将边缘网关数据报文加入出关缓冲队列；步骤113、判断队列中数据报文有效，若有效，对报文进行安全性管理；否则抛弃；步骤114、将队列中的数据报文输出；
本实施例的步骤12，结合图1，包括如下步骤步骤121、对链路进行维护管理；步骤122、正常时间内收到维护报文；产生链路状态报文；否则连接失败，产生相应的错误信息和网管信息。
本实施例的步骤2，边缘网关对数据报文的处理，如图3所示，包括如下步骤步骤2a0、根据报文格式，加载解析所需协议，进行报头处理，即将报头从数据报文中取出；步骤2a1、如果是报头数据，将报头分解，取出地址信息；否则，将数据从去头的报文中取出，放入数据缓冲队列；步骤2a2、将地址信息送入地址映射处理模块；步骤2a3、地址映射处理模块查询地址表，进行地址映射，得到新地址；步骤2a4、将新地址与按所需转换的协议转换后的剩余的报头信息，生成新报头；步骤2a5、新报头与数据缓冲队列中的对应数据内容重新组报，进行CRC检验后，输出到报文输出缓冲队列。
本发明实施例边缘网关对数据报文的处理，步骤2a0之前，还包括如下步骤报文进入队列，判断报文类型，如果是数据报文，执行步骤2a0；如果是网管报文输入到网管代理模块处理；其余类型，抛弃；本发明的网关集群中，包括一个与宿主网关相连的网管服务器，它可以发出网管报文，来实现对整个网关集群系统的管理。这种报文既可以是对宿主网关管理，也可以是对远程的边缘网关或航空专用网的管理。
本发明实施例所述中，边缘网关对网管报文的处理，如图4所示，包括如下步骤步骤2b0，判断是否是本地执行的网管报文，如果是执行步骤2b1，如果不是执行步骤2b2；步骤2b1，将报文分解，判断是否协议加载报文，如果是，加载协议，如果不是，执行网关指令；步骤2b2，将报文地址进行转化，输出到缓冲队列。
本实施例中，边缘网关与宿主网关通信，结合图5，包括如下步骤步骤2c0、边缘网关登陆连接验证；步骤2c1、宿主网关创建连接线程，产生链路状态报文；步骤2c2、宿主网关对来自于边缘网关报文，先进行信息接入处理，再判断数据报文是否有效，然后，生成网管报文，传送到报文处理模块。
步骤2c3、宿主网关对发送到边缘网关报文，先判断数据报文是否有效，再生成网管报文，然后进行信息输出处理，传送到相应的边缘网关。
本实施例的步骤2c0包括如下步骤步骤2c00、宿主网关与边缘网关建立握手；步骤2c01、握手成功，边缘网关进行登陆；否则执行步骤2c04；步骤2c02、边缘网关未登陆，进行接纳条件验证；否则执行步骤2c04；步骤2c03、满足接纳条件，结束步骤2c0；否则执行步骤2c04；步骤2c04、拒绝接入。
本实施例中，宿主网关与地空数据网通信，结合图6，包括如下步骤步骤2d0、地空数据网与宿主网关建立握手；步骤2d1、握手成功，宿主网关建立连接线程，否则执行步骤2d3；步骤2d1、正常时间内收到维护报文，产生链路状态报文；否则执行步骤2d3；步骤2d3、连接失败，产生相应的错误信息和网管信息。
本实施例中，宿主网关对报文实时处理，路由，分发；结合图7，包括如下步骤步骤3a0、根据报文格式，加载解析所需协议，进行报头处理，即将报头从数据报文中取出；步骤3a1、如果是报头数据，将报头分解，取出地址信息；否则，将数据从去头的报文中取出，放入数据缓冲队列；步骤3a2、将地址信息送入路由处理模块；步骤3a3、路由处理模块查询路由表，得到接收地址；步骤3a4、报头除地址外部分，进入协议转化模块，进行协议转化；步骤3a5、将新地址与按所需转换的协议转换后的剩余的报头信息，生成新报头；步骤3a6、新报头与数据缓冲队列中的对应数据内容重新组报，输出到报文输出缓冲队列。
本实施例中，宿主网关对报文实时处理，路由，分发；步骤3a4协议转化具体为如果是发向地空数据网的数据报文，进行协议转换成地空数据网格式；如果是从地空数据网发回的数据报文，进行协议转换成网关内部格式，其他数据报文，不进行协议转换。
本发明实施例所述中，宿主网关对数据报文的处理的步骤2a0之前，还包括如下步骤报文进入队列，判断报文类型，如果是数据报文，执行步骤3a0；如果是网管报文输入到网管代理模块处理；如果是链路状态报文，输入到链路报文处理模块处理；其余类型，抛弃。
本发明实施例所述中，宿主网关对网管报文的处理，如图8所示，包括如下步骤步骤3b0，判断是否是本地执行的网管报文，如果是执行步骤2b1，如果不是执行步骤3b3；步骤3b1，将报文分解，判断是否地址加载报文，如果是，更新边缘网关状态表，如果不是，执行步骤3b2；
步骤3b2，判断是否协议加载报文，如果是，加载协议，如果不是，执行网关指令；步骤3b3将报文地址进行转化，输出到缓冲队列。
本发明实施例所述中，宿主网关对链路状态报文的处理，包括如下步骤链路报文处理模块，收到链路状态报文后，从边缘网关状态表获得当前边缘网关信息，变更路由表，得到新的路由表。通过路由表的更新，使宿主网关可以获得整个的边缘网关的状态，保证网络地址的正确。
最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种航空专用网间通信方法，所述的航空专用网为地空数据网、AFTN网、各航空公司内部网、ARINC网、SITA网、空军专用网和ATN网中的一个或其组合，其特征在于包括如下步骤步骤一、航空网发送方直接与宿主网关通信，或航空网发送方与边缘网关通信，通过边缘网关与宿主网关通信，发送报文到宿主网关；如果航空网发送方为地空数据网，则直接与宿主网关通信，发送报文到宿主网关，如果航空网发送方为航空专用网，先发送报文到与其相连的边缘网关，再由边缘网关处理后转发给宿主网关；步骤二、宿主网关对报文实时处理，从路由表中进行地址查询，然后分发；步骤三、航空网接收方直接与宿主网关通信，或航空网接收方与边缘网关通信，通过边缘网关与宿主网关通信，接收宿主网关的报文，实现航空网间的通信；如果航空网接收方为地空数据网，则直接与宿主网关通信，接收宿主的网关报文，如果航空网接收方为航空专用网，先由与其相连的边缘网关接收报文，再由边缘网关处理后转发给航空网接收方。
2.根据权利要求1所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述步骤一和步骤三中，边缘网关与航空专用网通信，包括如下步骤步骤10、边缘网关对航空专用网用户进行连接验证；步骤11、边缘网关建立对航空专用网用户的连接线程；步骤12、边缘网关产生链路状态报文。
3.根据权利要求2所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤10，包括如下步骤步骤101、航空专用网与边缘网关建立握手；步骤102、握手成功，则航空专用网用户进行登陆；否则执行步骤105；步骤103、航空专用网用户是合法用户，则进行QoS验证；否则执行步骤105；步骤104、航空专用网用户满足用户QoS，则结束步骤10；否则执行步骤105；步骤105、连接失败，产生相应的错误信息和网管信息。
4.根据权利要求2所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤11，包括如下步骤步骤111、接收航空专用网或边缘网关的数据报文；步骤112、将航空专用网数据报文加入进关缓冲队列，将边缘网关数据报文加入出关缓冲队列；步骤113、判断队列中数据报文是否有效，若有效，对报文进行安全性管理；否则抛弃；步骤114、将队列中的数据报文输出；
5.根据权利要求2所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤12，包括如下步骤步骤121、对链路进行维护管理；步骤122、正常时间内收到维护报文；产生链路状态报文；否则连接失败，产生相应的错误信息和网管信息。
6.根据权利要求1所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述步骤一和步骤三中，边缘网关对数据报文的处理，包括如下步骤步骤2a0、根据报文格式，加载解析所需协议，进行报头处理，即将报头从数据报文中取出；步骤2a1、如果是报头数据，将报头分解，取出地址信息；否则，将数据从去头的报文中取出，放入数据缓冲队列；步骤2a2、将地址信息送入地址映射处理模块；步骤2a3、地址映射处理模块查询地址表，进行地址映射，得到新地址；步骤2a4、将新地址与按所需转换的协议转换后的剩余的报头信息，生成新报头；步骤2a5、新报头与数据缓冲队列中的对应数据内容重新组报，输出到报文输出缓冲队列。
7.根据权利要求6所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤二中，边缘网关对数据报文的处理的步骤2a0之前，还包括如下步骤报文进入队列，判断报文类型，如果是数据报文，则执行步骤2a0；如果是网管报文，则输入到网管代理模块处理；如果是其余类型，则抛弃；
8.根据权利要求7所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤二中，边缘网关对网管报文的处理，包括如下步骤步骤2b0，判断是否是本地执行的网管报文，如果是执行步骤2b1，如果不是执行步骤2b2；步骤2b1，将报文分解，判断是否是协议加载报文，如果是，加载协议，如果不是，执行网关指令；步骤2b2，将报文地址进行转化，输出到缓冲队列。
9.根据权利要求1所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤一和步骤三中，边缘网关与宿主网关通信，包括如下步骤步骤2c0、边缘网关登陆连接验证；步骤2c1、宿主网关创建连接线程，产生链路状态报文；步骤2c2、宿主网关对来自于边缘网关报文，先进行信息接入处理，再判断数据报文是否有效，然后，生成网管报文，传送到报文处理模块。步骤2c3、宿主网关对发送到边缘网关报文，先判断数据报文是否有效，再生成网管报文，然后进行信息输出处理，传送到相应的边缘网关。
10.根据权利要求9所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤2c0包括如下步骤步骤2c00、宿主网关与边缘网关建立握手；步骤2c01、握手成功，边缘网关进行登陆；否则执行步骤2c04；步骤2c02、边缘网关未登陆，进行接纳条件验证；否则执行步骤2c04；步骤2c03、满足接纳条件，结束步骤2c0；否则执行步骤2c04；步骤2c04、拒绝接入。
11.根据权利要求1所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述步骤一和步骤三中，宿主网关与地空数据网通信，包括如下步骤步骤2d0、地空数据网与宿主网关建立握手；步骤2d1、握手成功，宿主网关建立连接线程，否则执行步骤2d3；步骤2d1、正常时间内收到维护报文，产生链路状态报文；否则执行步骤2d3；步骤2d3、连接失败，产生相应的错误信息和网管信息。
12.根据权利要求1所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述步骤二中，宿主网关对报文实时处理，从路由表中进行地址查询，然后分发；包括如下步骤步骤3a0、根据报文格式，加载解析所需协议，进行报头处理，即将报头从数据报文中取出；步骤3a1、如果是报头数据，将报头分解，取出地址信息；否则，将数据从去头的报文中取出，放入数据缓冲队列；步骤3a2、将地址信息送入路由处理模块；步骤3a3、路由处理模块查询路由表，得到接收地址；步骤3a4、报头除地址外部分，进入协议转化模块，进行协议转化；步骤3a5、将新地址与按所需转换的协议转换后的剩余的报头信息，生成新报头；步骤3a6、新报头与数据缓冲队列中的对应数据内容重新组报，输出到报文输出缓冲队列。
13.根据权利要求12所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤三中，宿主网关对报文实时处理，路由，分发；步骤3a4协议转化具体为如果是发向地空数据网的数据报文，进行协议转换成地空数据网格式；如果是从地空数据网发回的数据报文，进行协议转换成网关内部格式，其他数据报文，不进行协议转换。
14.根据权利要求12所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤三中，宿主网关对数据报文的处理的步骤2a0之前，还包括如下步骤报文进入队列，判断报文类型，如果是数据报文，则执行步骤3a0；如果是网管报文，则输入到网管代理模块处理；如果是链路状态报文，则输入到链路报文处理模块处理；如果是其余类型，则抛弃。
15.根据权利要求14所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤三中，宿主网关对网管报文的处理，包括如下步骤步骤3b0，判断是否是本地执行的网管报文，如果是执行步骤2b1，如果不是执行步骤3b3；步骤3b1，将报文分解，判断是否地址加载报文，如果是，则更新边缘网关状态表，如果不是，则执行步骤3b2；步骤3b2，判断是否协议加载报文，如果是，则加载协议，如果不是，则执行网关指令；步骤3b3将报文地址进行转化，输出到缓冲队列。
16.根据权利要求14所述的航空专用网间通信方法，其特征在于所述的步骤三中，宿主网关对链路状态报文的处理，包括如下步骤链路报文处理模块收到链路状态报文后，从边缘网关状态表中获得当前边缘网关信息，变更路由表，得到新的路由表，实现了宿主网关路由表的实时更新。
全文摘要
本发明公开了一种航空专用网间通信方法，首先航空网发送方发送报文到宿主网关；宿主网关对报文实时处理，地址查询和分发；航空网接收方接收宿主网关转发的报文，实现航空网间的通信。本发明通过在各个航空网建立的一个边缘网关与宿主网关通信，实现了各个航空专用网之间，各个航空专用网通过地空数据网与飞机之间的方便通信，极大的节省了资金、管理、人员，给航空管理以极大的便利，避免了各种安全的隐患，并且维护方便，实现了向ATN的平稳、无缝过渡，节约了成本；本发明兼顾了军民互见，成为空地一体，地面横向和地空纵向的双向航空通信系统。
文档编号H04L12/24GK1592268SQ0315616
公开日2005年3月9日 申请日期2003年9月2日 优先权日2003年9月2日
发明者张军, 朱衍波, 张学军, 罗喜伶, 张涛, 顾明, 苑喆, 谢华, 谭锡荆, 马玉文 申请人:北京航空航天大学