用于atn上的用户仿真的结构的制作方法

专利名称：用于atn上的用户仿真的结构的制作方法
用于ATN上的用户仿真的结构本发明涉及具有与航空电信网络 (Aeronautical Telecommunication Networks, ATN)类似结构的通讯网络领域。本发 明具体涉及如何简单地仿真通过ATN与被测设备交换信息的大量用 户，以测试设备与大量用户时通过ATN交换信息的能力。ATN被设计用于互连民用航空领域所涉及的各方所采用的子网 或局域网，包括空中交通控制服务、航空公司、飞行器、天气服务或 者甚至于机场服务。ATN的目的是以既可靠又有效的方式交换数据 (控制指令、天气消息、飞行参数、位置报告、乘客来电等)。ATN 是新兴的网络，它实现已定的消息交换协议。所交换的消息格式以及 所用的协议结构由国际民用航空组织(縮写为ICAO)进行标准化。 该标准化是通过由ICAO出版的"标准和建议措施"(SARP， Standard and Recommended Practices)的ISO 9705标准和标准体系正式确定。 该标准化基于OSI网络结构模型，OSI代表"开放系统互连"。OSI 模型由国际标准化组织(ISO)确定。因此，ATN可定义为用于在飞 行器和地面设备间或甚至于在地面设备和其它地面设备间交换数据 的网络。为了满足考虑到的各种应用，SARP标准定义了大量OSI类型的 协议栈，这些协议栈考虑了组成ATN的各种功能实体所必需的网络 功能，诸如，航空终端或甚至于路由器或地面边界中间系统(Ground Boundary Intermediate Systems ， GBIS )。根据SARP，每个用作独立的ATN实体的部件通过合理配置的 一个称为ATN栈的协议结构与ATN接口 。如果部件在网络上有自己 的地址，那么将其视作独立的ATN实体，例如航空终端、AES、 GBIS， 或甚至于地面终端或GES等。在空中交通领域，ATN尽管是新兴的，但它已被视作必须用于
新的电信基础设施以及更普遍地用于信息交换基础设施的标准，使得例如新的基于地面的空中交通控制系统必须能够使用ATN来管理包 括在它们的覆盖区域，或者称为飞行情报区(flight information region, FIR)中的所有交通。为了明显的可靠性原因，因此必须在设备被投入业务服务前，能 够对其作全面的测试。类似地，当建立ATN时，必须检查该网络的 基础设施部件确实己被正确地配置。然而，像许多通讯网络那样，业 务服务中的ATN承担着非常繁重的通讯流。如果我们特别观察管理空中交通覆盖区域的控制系统，可以看到 通过网络与控制系统通讯的各方数量非常大。这些构成网络实体的各 方具体是在系统覆盖的区域中运作的飞机，它们的数量通常可能接近 一千左右。为了测试这种控制系统的性能特性，特别是它通过ATN管理几 百个通讯的能力，必须具有仿真和真实各方的情况下一样与该系统通 讯的几百个单位或网络实体的方法，每个网络实体通过它自己的ATN 栈与网络接口，并由特别的网络地址辨识。因此，可以看到，这样的 测试带来严重的执行问题。同时，目前，ICAO的SARP建议并不包 括任何有关如何执行测试或所要采用的仿真方法的结构等的清楚建 议。目前设想的唯一用于执行可靠测试的解决办法是，实现和待仿真 的网络实体一样多的仿真模块，每个仿真模块包括用于将其与被测系 统所连接的网络接口的ATN栈，栈与用于进行仿真的计算模块相连。 这种解决方法成本高且难以执行，常会导致必须将仿真限制于比真实 情况中少的网络实体，因而缺乏全面的测试。此外，迄今该解决办法 尚未实际执行。此外，没有提出其它的用于测试和大量网络实体通过ATN安全 交换信息的系统的能力。为了克服上述问题，并执行既完全又能以合理费用进行的测试， 本申请人建议的解决方法为，研发具有特殊结构的仿真模块，使其能通过单个网络接口仿真若干单位或网络实体。为此目的，所发明的结构具体包括修改的ATN栈，该栈可以有益的在ATN上为同一个应用 开启几个不同的通讯信道，该应用由若干仿真的实体同时执行。ATN 栈的修改具体涉及ULCS以及ASE上层。根据本发明，每个应用在网络层与唯一标识符关联，每个网络标 识符对应独一的应用。根据本发明，修改的ATN栈有益地包括修改的ASE应用层，用 于接口几个相同类型j的应用，每个应用由给定的仿真实体i执行， 修改的ASE层为每个执行的应用j分配标识符AEq(i, j)，该标识符依 赖于所执行的应用j以及执行应用的仿真实体i。根据本发明，修改的ATN栈的益处在于包括修改的ULCS应用 层，用于建立应用标识符AEq(i， j)与网络标识符TsEL(i, j)间的关联， 每个标识符TSEL(i, j)基于一对一的原则对应相应的标识符AEq(i, j)。根据本发明，修改的ULCS层采用由仿真实体的标识符i以及与 相关应用的标识符j参数化的数据库。根据所进行的仿真序列的复杂 度，该数据库的大小优选地为可变的。因此，该修改的ATN栈有益地可以采用单个协议结构仿真诸如 飞行器等若干单位或网络实体，每个网络实体可以通过ATN开启大量的通讯信道。也可以使其符合ATN的协议标准，因而，不会影响网络的正常 运行。因此，可以对几乎与真实状况相同的交通状况进行测试。在没 有向网络增加或从网络移除物体的情况下，它也有利于随时间改变仿 真的网络实体的数量，并因此进行更复杂的仿真。通过以下的具体说明，本发明的其它特征和优点将是显而易见 的，附图包括

图1是ATN结构的理论示意图；图2是根据本发明设想的仿真的理论示意图；图3是标准ATN栈的结构；图4是根据本发明的修改的ATN栈的结构；
图5是标准ATN栈的处理原则的示意图；图6是根据本发明的修改的ATN栈的处理原则。以下说明的目的不是提供ATN的详尽描述，因为它们是由ICAO 所具体确定的，或者是提供在构成ATN栈的各种软件层间存在的交 换的完整描述。该信息可以从该学科已出版的各种定义和标准文档中 获得。其中，存在该文档"Comprehensive ATN manual-1st edition 2001-ICAO Doc 9739"("综合ATN手册-2001年第一版-ICAO Doc 9739")，其具体定义了 ATN的结构，并定义了 ATN交换栈的结构。 本文档将限于说明根据本发明的结构如何区别于标准结构以及这些 不同之处如何解决所提出的问题。图1是示意ATN结构的方框图。从图l可以看出，ATN围绕通 讯结构11组织，终端单元或ATN实体与该通讯结构11接口。因为 该领域是航空领域的通讯，因此具体存在各种类型的地面终端12， 诸如，交通控制中心、气象观测中心或甚至是航空公司等。也存在航 空终端13，具体是商业飞机或更普遍的飞行器。这些标识的ATN实 体中的每一个通过ATN栈14与其它的实体交换信息，该ATN栈14 对每个实体既管理其传递的信息也管理其接收的信息。图1只是示出对于实体来说在该结构中的管理信息可以有多么 复杂。具体到已为其分配给定空域区的空中交通控制中心来说，具体 与在该区运作的飞行器13所交换的信息量是非常大的，请注意，处 理这种决不能忽视的信息量需要操作人员的管理。因此当采用或测试 该系统时，很重要的是，能够确定该系统是否有足够的能力保证它需 要处理(特别是与在它控制的空域中的所有飞行器所交换)的信息的 完整性。进行该测试包括执行尽可能忠实地反映交换情况的仿真。现在， 这些仿真本身假定所仿真的ATN实体的执行，每个实体通过ATN栈 14与网络接口，对每个所仿真的实体，最显而易见的解决方案是实 现ATN栈。因此仿真例如可以这样获得每个飞行器由具有其自己 与ATN网络11接口的计算装置仿真。然而，如果目的是进行接近真
实情况的仿真，对真实情况而言，控制系统可以与几百飞行器交换信 息，考虑到要使用的接口数量，要实现该仿真测试的执行例是极困难 的。图2图示出本发明所执行的解决方法。根据该解决方法，飞行器 等各种ATN实体的仿真通过与单个网络接口 22关联的计算装置进 行，该接口包括为此目的修改的ATN栈。该单一接口可以使仿真装 置像许多独立的ATN实体一样与所测试的控制系统23交换信息。图3和图4图示出标准ATN栈和修改的ATN栈的层级结构。它 们因此被用于说明本发明的原理。图3示出根据OSI(开放系统互连)类型的传统交换结构的标准 ATN栈31的结构。除物理层外，OSI栈通常还包括数据链路层、网络层以及传输层， 传输层标志着结构的纯物理层和逻辑层间的边界。它同时包括会话 层、表示层以及应用层。图4示出存在于OSI栈和ATN栈间的等价结构。在ATN栈中，数据链路层的功能由SNDCF(子网相关收敛功能， SubNetwork Dependent Convergence Functions)层32提供。类似地， 网络层的功能由CLNP (无连接网络协议)层33提供，而传输层的 功能由TP4 (传输层级4，)层34提供。ULCS (上层通讯服务)层 35以及ACSE (关联控制服务单元)层36提供会话层和表现层的功 能以及应用层底部(OSI模型的7a层)的功能。考虑到本发明的目的，不需要对各种协议层的结构和功能进行更 具体的说明。然而，更具体的说明可以参考与OSI协议相关的出版物 以及与上述的与xATN网络相关的标准和建议。在本发明中，只涉及 ULCS和ACSE层(分别为35和36)。图4重复图3的图，显示出所发明的ATN桟结构中修改的层。 如图4所示，层35和36被修改，以向ATN栈的逻辑层引入对作为 参数包括在管理数据中的层ICAO地址的识别，管理数据从形成与各 种应用的接口的ACSE层穿过到传输层TP4，反之亦然。对该附加参 数的识别可以为同一种应用分配不同的标识，以仿真具有该相同应用
的多个实体。因此，例如如果要仿真大量飞行器，重要的是对每个所仿真的飞行器能仿真CPDLC功能。根据本发明，该仿真可通过单个ATN栈 得以简单完成，通过为每个所仿真的CPDLC应用分配标识符，既可 确定应用是CPDLC类型的，也可确定它涉及由其ICAO地址所确定 的特定飞行器。图5和图6更具体地示出所请求的发明。图5以简化的功能方式 示出ATN网络和可由例如飞行器等类型的ATN实体执行的各种应用 间的交换如何进行。图6示出如何采用所发明的修改ATN栈仿真相 同的交换。在这两副图中，题为ULCS的方框包括ULCS层和ACSE 层。类似地，未示出位于ATN和TP4层间的层。如图5所示，在传统的业务服务中，ATN和由飞行器等类型的 终端(网络实体)所执行的应用间交换的数据是基于分配给终端的 ICAO地址的唯一 性。在TP4传输层51，即，在ULCS逻辑层52下，由终端执行的应 用一方面由代表网络上ATN栈的地址的NSAP (网络业务接入点，) 标识符标识，另一方面由代表分配给相关应用的信道的标识符TSElj (传输层选择符，)识别。因此，在网络层，特定终端的特定应用由 NSAP+TsEL识别。NSAP信息在传输层被识别，传输层处理并传递与 ULCS层关联的标识符TSEIj。在ULCS层上，具有通过ACSE接口层与ULCS层52对话的应 用或ASE (应用服务单元)层。这些ASE层53可以通过它们的标识 符寻址由终端执行的各种应用。因此每个标识符对应相关终端的一个 应用的地址，而ATN栈只被用作单个终端54的接口，其通过分配给 它的ICAO地址被识别。此外，标识符AEq由具有标准值的数字表 示，例如对应飞行器的CPDLC的AEq标识符的值为2。为了使特定的应用可以与ATN接口，因此需要能将其标识符AEq 与相应传输层的标识符Tsel关联，而与标识符AEq关联的标识符Tsel 可以具有任意的非标准值。关联操作通过ULCS层执行。在运行模式，该代码转换任务相对简单。实际上，开启用于从给
定应用向如控制中心等另一终端传递信息的传输信道将被专用于与相关终端有关的应用。因此，本身被分配有ICAO地址ADJCAO的 终端的应用j (被分配有标识符AEq(j))将在网络层与NSAP标识符 和标识符TseXJ)关联。关联在ULCS层级通过数据库55实现，该数 据库55建立了给定应用j的标识符AEq (j)与对应于在ATN层级开 启用于该应用的信道的标识符TSElj间的关系。因此，例如，从地面控制中心向由飞行器执行的给定应用j的访 问将反映在地面中心通过网络发送的标识符中。TP4层51将标识符 TselXJ)传递到ULCS层52，它的作用是将表示应用j的标识符AEq (j) 与标识符TsEL(j)关联。该随同应用j和地面中心交换的信息的标识符 将使信息能由对应应用j的ASE识别，并只能由此ASE识别。图5示出对飞行器的ATN栈的特定实例的寻址。在该实例中， 三个应用j-l、 j、 j+l代表三种特定的应用ADS (自动相关监视)、 CM (环境管理，Context Management)以及CPDLC (地空数据链路 通信,Controller-Pilot Data Link Communication)应用。为了使大量所仿真的终端61能通过单个桟接口，所发明的ATN 栈具有修改的交换结构。从图6可以看出，该修改包括以这样的方式 替换ASE层的底部对应给定类型应用(例如ADS、 CM或CPDLC) 的每个ASE具有与能被仿真的飞行器数目相等数目标识符AEq。修 改也包括修改标准ULCS层以形成修改的ULCS层62,该修改的 ULCS层62能与由修改的ASE传递的每个标识符AEq(i,j)关联， AEq(i, j)对应于由飞行器i执行的应用j，标识符TSEL(i, j)对应开启用 于所仿真的终端i的应用j的信道。ULCS层62采用丰富的数据库63，它能够确定对应于给定标识 符TSEIXi, j)的标识符AEq(i, j)。该数据库63能使ULCS将由所仿真的 终端i执行的应用j映射到唯一的标识符Ts化(i, j)。继而，该应用j 将在ATN网络层级由两个标识符NSAP和TsmXi, j)识别。丰富的数据库63能使ULCS在给定终端i的给定应用j的标识符 AEq(i, j)和标识符TSEL(i， j)间建立连接关系。因此，它能使给定的ASE (专用于特定的应用j)具有和在该应用中执行的要仿真的实体一样
多的通讯通道，这些实体中的每一个将通过它的地址ADJCAO(i)被 识别。这样本发明允许通过单个ATN栈仿真大量实体。该修改的数据库根据所定义的仿真情景进行完善。因此，需要仿 真的实体越多，该数据库的尺寸越大。修改的数据库63可以特别是参数化的和可下载的单元。因此， 同一个ATN栈可被用于执行不同的测试情景。情景的改变简单地在 栈层通过读取新下载的数据库反映。实践中，例如，测试或仿真情景可以对应由计算机运行的给定软 件包。对于通过ATN与其它真实或所仿真的实体对话的需求来说， 该程序可以具体采用执行ATN栈的通用程序，该程序包括在ULCS 层的管理子程序；对具体包括将标识符TsEL(i, j)和标识符AEq(i, j)关 联的表的可下载数据库的存取。在该情况中，为此目的，测试或仿真 软件的一个任务在于，根据仿真的应用和实体的数目增加数据库63。 这样，基于从应用到ATN的每个存取请求，管理ULCS层的子程序 建立ASE应用层的标识符AEq以及传输层和较低的层的标识符TSEL 间的匹配。通讯信道因此得以建立。从以上说明可以看出，执行本发明不仅需要采用丰富的数据库 63，同时也需要修改ASE层的最低子层，对给定的应用类型，修改 可以使标识符AEq被分配给每个所仿真的实体。如果ATN栈被用于测试和仿真过程，可以为每个标识符AEq分 配纯粹的任意值，例如以升序方式排列。因此，可以为给定的ASE 层分配n个标识符AEq(i,j)(其值顺序排列)，并为下一个ASE层分 配n个标识符AEq(i，j)(其值紧随第一标识符后)。然而，根据本发 明的ATN栈的一个有益执行为，为每个ASE分配可能的标识符AEq 值域，并给每个标识符分配一个取自该域并依赖于分配给所仿真的实 体的数目i的值。域的大小可以是参数，该参数的值由所执行的测试 过程确定。因此，如果我们考虑地面系统的测试过程，例如地面控制中心， 该测试过程可以包括几百个飞行器的仿真，每个飞行器执行诸如那些 前面列举的标准应用。所发明的栈可以包括和应用类型(CM、CPDLC
等) 一样多的ASE层，每个应用通过与标识符AEq关联的给定ASE 接口，标识符AEq由下式确定AEq(i， j) = AEq(j)1 Nb_Entities + i [1]在关系[l]中，AEq(i,j)代表由所仿真的实体i执行的功能j的标 识符，AEq(j)是用于标准ATN栈的应用j的标识符。在实际运行中， 对应给定应用j的标识符AEq(j)的值如上所说明的那样是标准值，例 如CM应用具有标识符AEq(CM)=2。Nb_EntitieS表示所仿真的实体的最大数目。分配给由ADJCAO(i)识别的所仿真的实体的数字i依赖于在测 试过程进行时实体存储的时间顺序。因此，对于可包括多达1000个飞行器的测试过程来说， Nb_Entities将具有1000的值，由所仿真的实体123执行的CM应用 的标识符将具有值AEq(123， CM) = 2 1000 + 123= 2123该执行本发明的方式是，为每个标识符AEq(i，j)分配由关系[l] 确定的值，其具有将所有由标识符AEq的值存储在大小可由所仿真 的大量实体Nb一Entitie参数化表示的表中的优点。它也有利于使与给 定应用关联的标识符的值与所仿真的实体数目以及在真实运行中由 应用的标识符取得的标准值连接起来。已知AEq(i，j)和Nb—Entities 的数目，AEq(j)和i则可由以下关系简单确定AEq(j) = E( AEq(i， j) / Nb一En他es) [2I = AEq(i， j) modulo Nb—En他es3]在关系[2]中，"E"表示整数部分函数。在本发明的该执行例中，使ULCS层将TsEL(i, j)与AEq(i, j)关联 的数据库优选采用简单的描述符文件的格式，该描述符文件由执行仿 真过程的程序产生，并可由实现ATN栈的程序的ULCS函数读取。 对每个应用，该文件只包含:将标识符TsEL与对应于该应用的标识符 AEq关联所需的信息；相关应用的性质；它与给定仿真的实体的关联 可优选地由标识符AEq的值推断。 上述段落中所述的执行例虽然具有众多的优点，但它们在本文档中只是作为非限制实例说明。根据本发明的原则，可采用修改的ATN 栈的其它执行例是显而易见的。
权利要求
1、 用于仿真ATN上的实体的结构，每个所述被仿真的实体i执 行包括通过ATN交换栈的中介经ATN交换信息的应用j，同一个所 述应用j能被若干所述被仿真的实体i同时执行，其特征在于修改 所述ATN交换栈的结构，以允许所有的所述被仿真的应用通过单个 ATN栈接口，每个所述应用在网络级与唯一标识符关联，而且每个 网络标识符对应一个应用。
2、 如权利要求1所述的用于仿真ATN上的实体的结构，其特征 也在于所述修改的ATN栈包括修改的ASE应用层，用于接口若千 相同类型的所述应用j，每个所述应用由给定的被仿真的实体i执行， 修改的ASE层为每个所执行的应用j分配标识符AEq(i, j)，所述标识 符AEq(i,j)依赖于被执行的应用j以及正执行该应用的所述被仿真的 实体i。
3、 如权利要求2所述的结构，其特征也在于所述修改的ATN 栈包括修改的ULCS应用层，用于建立所述应用标识符AEq(i， j)与所 述网络标识符TsE!Xi，j)间的关联，每个所述标识符TsE"i，j)一对一地 对应相应的所述标识符AEq(i, j)。
4、 如权利要求3所述的结构，其特征也在于所述修改的ULCS 层采用由所述被仿真的实体的所述标识符i以及相关的所述应用的所 述标识j符参数化的数据库。
5、 如权利要求4所述的结构，其特征也在于所述数据库由通 过软件载入的描述符文件表示，所述软件执行相关测试或仿真情景， 并且所述数据可由管理所述ULCS层的子程序访问。
全文摘要
本发明涉及具有与航空电信网络(ATN)类似结构的通讯网络领域。具体而言，本发明涉及用于简单仿真大量用户通过ANT和测试设备交换信息，以测试设备通过ATN与大量用户交换信息的能力的方法。所发明的结构具体包括修改的ATN栈，其能在ATN上为共同应用开启几个单独的通讯信道，所述应用能由若干所仿真的实体同时执行。ATN栈的修改具体涉及由相应的ASE层将AEq标识符分配给由所仿真的实体执行的应用。该修改同时涉及网络标识符与来自修改的ASE层的AEq标识符的关联。
文档编号H04B7/185GK101124748SQ200580046977
公开日2008年2月13日 申请日期2005年12月2日 优先权日2004年12月7日
发明者C·帕勒图, C·科尔尼奥, L·罗贝尔 申请人:塔莱斯公司