用于在机载无线蜂窝网络中管理从飞机上发出的紧急服务呼叫的系统的制作方法

本申请是申请号为200980134009.9(pct/us2009/042788)，申请日为2009年5月5日，发明名称为“用于在机载无线蜂窝网络中管理从飞机上发出的紧急服务呼叫的系统”的中国专利申请的分案申请。

本发明涉及到蜂窝通信，具体地说，涉及到一种用于在机载无线蜂窝网络中处理从飞机上发出的紧急服务呼叫的系统。

背景技术：

在无线通信领域中，对由飞机网络向位于飞机上并在非陆地蜂窝通信网络的小区站点间漫游的乘客(本文也称为“用户”)提供的无线服务进行管理是个难题。飞机网络服务于多个用户，还经由同时服务于多个单独用户的宽带连接链接到基于地面的网络。在现有的无线网络中尚未解决：对这种宽带连接进行管理以实现对于基于飞机的用户的单独识别。

在陆地蜂窝通信领域中，无线用户在由归属蜂窝服务提供商的网络提供服务的整个区域内移动并维护他们期望的用户特征集是较为普遍的。特征集在整个归属网络内的可用性是由归属蜂窝服务提供商的常被称为归属位置寄存器(hlr)的数据库(其具有与一个或多个交换机(分组或电路)的数据连接)、以及诸如语音邮件和短消息服务器之类的各种辅助装备来管理的，以实现这种无缝的特征集管理。每个用户与一对一的通信连接(其包括提供服务的小区站点的信道)相关联，以接入期望的通信服务。

紧急服务接入是现有电信网络的一个重要特征，其中该网络不仅能够识别用户而且能够识别其当前的位置以便派遣紧急服务人员。诸如北美的911和欧洲的112之类的通用代码用于接入在被称为“公共安全接入点(psap)”的预定站点处的紧急派遣人员。增强式911(e911)是这种基本服务的一个扩展，并被定义为回拨号码和地理位置信息向紧急派遣人员的传输。术语“地理位置信息”用来指同与通信网络地址相对的用户在物理环境中的物理位置有关信息。例如，其包括市民地址、邮政地址、街道地址、经纬度信息、或大地测量位置信息。e911可实现用于固定电话和/或无线设备。互联网协议电话(voip)是一种仿效电话呼叫的技术，但不使用诸如电话网之类的基于电路的系统，其利用在因特网上最显著实施的分组数据传输技术。因此，在现有的电信网络中，存在多种在其中无法识别用户的地理位置的情况。

为了迅速地派遣紧急服务车辆或其他援助到正确的目的地，与用户的地理位置有关的精确信息是必需的。在常规的有线交换电话网中，可能能够相对容易地提供用户位置信息，这是因为电话听筒被固定在特定的位置。然后可以在公共安全接入点处的紧急服务人员可接入的数据库中构建静态数据库条目，以将用户的归属地址和电话号码相关联。然而，对于移动通信系统，使用这样的静态数据库条目是不可能的，这是因为无线通信设备的地理位置随时间而改变。

另一个问题涉及到将紧急呼叫路由到正确的目的地。对于常规的呼叫而言不存在这种问题，这是因为用户会输入针对所需的呼叫目的地的具体细节。然而，对于紧急呼叫，紧急服务应答点的管辖区域通常是非常小的，例如，处于美国的县城级别。需要与用户的地理位置相关的信息来确定呼叫到恰当的公共安全接入点(psap)的路由。呼叫至错误的应答点的错打导致中转呼叫的费用，影响可靠性，以及导致在危及生命的情况下派遣紧急服务人员时的明显延迟。

当无线用户进入非陆地蜂窝通信网络(即，他们作为乘客在飞机上飞行)时，他们会面临传统上已与地面蜂窝网络断开的独特环境，其中，飞机上的无线网络使用户(本文中也被称为“乘客”)连接到各项服务和内容。因此，飞机无线网络可以作为内容过滤器来工作，或可以创建面向飞机上的单独乘客的独特类型的内容。然而，虽然飞机网络服务于多个乘客，但是其经由具有基于地面的接入网中的单个ip地址的宽带射频连接链接到基于地面的接入网。虽然宽带射频连接同时承载多个单独乘客的通信，但是这些通信不能由基于地面的接入网单独地识别。在现有的无线网络中尚未得到解决：对这种宽带连接进行管理以使能够经由向每个乘客无线设备分配单独的唯一ip地址来实现对乘客的单独识别。

此外，对当用户位于飞机上时的紧急服务呼叫的处理引发的问题迄今仍未解决，尤其是因为用户的位置因飞机的持续飞行而不断地改变。飞机飞行机组和客舱乘务组是现场能被依赖以提供部分紧急服务响应的仅有人员，并且他们必须密切地参与到紧急服务呼叫中。另外，虽然紧急服务人员无法被派遣到飞机上，但是可以给予飞机适当的授权以飞往变更的目的地，从而使得紧急情况能够在变更的地点得以处理。然而，用于实施这种决定的过程以及用于支持这种过程的通信体系目前尚未开发。

技术实现要素：

在本领域中，本发明的用于在机载无线蜂窝网络中管理从飞机上发出的紧急服务呼叫的系统(本文中称为“飞机紧急服务呼叫管理系统”)解决了上面描述的问题并取得了技术上的进展，其中，该系统使得能够实现对在飞机上使用的每个乘客无线设备的唯一识别以及对与该乘客无线设备相关联的乘客的相应识别。这些乘客无线设备注册数据被存储为基于地面的自动位置识别(ali)数据库中的数据库条目，其中该数据库将每架飞机关联到其已注册的乘客无线设备。

来自任何已注册的乘客无线设备的紧急服务呼叫的发起使得该呼叫被路由到提供服务的公共安全接入点(psap)，以使乘客连接到紧急服务操作员。提供服务的公共安全接入点(psap)可以根据飞机的当前地理位置来选择，或可以是预定的国家公共安全接入点(psap)。另外，由于飞机飞行机组和客舱乘务组是现场能被依赖以提供部分紧急服务响应的仅有人员，因而他们必须参与到紧急服务呼叫中。因此，飞机飞行机组和客舱乘务组中的至少一个被告警并且通常能够介入(bridgedonto)紧急服务呼叫的连接。另外，飞机紧急服务呼叫管理系统具有支持与其它组织及其人员通信的能力。由于紧急服务人员无法被派遣到飞机上，因此这些其它组织可以包括：空中交通管制员，其将飞机重路由到变更的目的地，以使得紧急情况能够在该变更的地点得以处理。此外，可以联络在变更的目的地处的紧急服务人员来担任第一反应员，以便他们在飞机到达变更的目的地时能够做好准备。

飞机紧急服务呼叫管理系统能够处理紧急服务呼叫(不论是语音呼叫、voip呼叫、还是数据消息)，从而提供所有模式下的紧急通信。

附图说明

图1以方框图的形式示出了将空中子系统和基于地面的接入网互连的复合式空对地网络的总体架构；

图2以方框图的形式示出了针对位于多乘客商用飞机中的无线设备的典型的基于飞机的网络的典型实施例的架构；

图3以方框图的形式示出了针对ip数据和语音服务的典型的蜂窝网络的架构；

图4以方框图的形式示出了本发明的飞机紧急服务呼叫管理系统的实现方案；

图5以流程图的形式示出了本发明的飞机紧急服务呼叫管理系统的操作；

图6以方框图的形式示出了针对有线应用的典型的现有e911网络；以及

图7以方框图的形式示出了针对无线应用的典型的现有e911网络。

具体实施方式

现有的有线类、无线类和voip类紧急服务系统

现有的紧急服务网络由选择性路由器(sr)、自动位置识别(ali)数据库(包括地方性的和国家性的)、以及公共安全应答点(psap)所组成，其中，公共安全应答点(psap)具有各种集中式自动通话记账(cama)的、长途接续、以及用于查询自动位置识别(ali)数据库的各种数据连接。除了这些网络元件之外是公共安全组织本身(警局、消防和急救)以及支持他们的通信网络。

图6以方框图的形式示出了针对有线应用的典型的现有e911网络。正在呼叫紧急服务网络的用户的位置用于两个主要用途。第一个用途是：将紧急服务呼叫路由到正确的公共安全应答点(psap)604；第二个用途是：发送用户的地理位置信息以显示给公共安全应答点(psap)操作员607，使得能派遣紧急响应单位到正确的位置。在有线的语音网络中，呼叫线路地址信息存储在称为自动位置识别(ali)数据库605的数据库中。自动位置识别(ali)数据库605中的这种信息通过将自动位置识别(ali)数据库605与主要街道地址指南(msag)数据库606进行同步来更新和验证，其中主要街道地址指南(msag)数据库606是由本地交换运营商用以将用户的电话号码关联到紧急服务区(esz)的系统。

在有线的语音网络600中，用户的电话号码(呼叫线路标识符(clid))和该用户的地理位置之间是有关联的，其中，用户的电话号码标识服务于用户的电话机601的电话线路611。地理位置通常是用户的归属地址，该信息是由其本地交换运营商(lec)在自动位置识别(ali)数据库605中维护的。在此情况下，呼叫线路标识符(clid)成为现成的参考，并且去往本地交换机602的呼入线路和本地交换机602提供对于911呼叫的恰当的路由的明确指示。这允许本地交换机602在选择在其上发出呼叫以使其指向正确的选择性路由器603的呼出干线613时根据静态配置来工作。接下来，选择性路由器603可以使用在自动位置识别(ali)605中存储的同样的静态关联及呼叫线路标识符(clid)信息，以确保呼叫能被路由到针对用户地址正确的提供服务的公共安全应答点(psap)604。

在从用户接收到含有用户的呼叫线路标识符(clid)的紧急呼叫时，公共安全应答点(psap)604能够通过链路612查询数据库并接收返回的与呼叫线路标识符(clid)相关联的街道地址(也被认为是市民地址)信息。公共安全应答点(psap)604进行这种查询的物理接口是可变的。其可以是拨号(dial-up)或宽带形式的基于ip的接口，或者其可以被转换为x.25分组接口。类似地，自动位置识别(ali)数据库605可以与本地交换运营商602及选择性路由器603物理上地共置一处，或其可以是用于直接或协作地处理来自地方自动位置识别(ali)605的请求的远程国家自动位置识别(ali)(未示出)。公共安全应答点(psap)604处的操作员从主叫方收集信息，并使用该信息连同自动递送的信息以向恰当的紧急服务组织递送紧急服务请求。

图7以方框图的形式示出了针对无线应用的典型的现有e911网络。在蜂窝系统中，失去了用户的当前地理位置与其呼叫线路标识符(clid)间的关联。当处于移动时，严格意义上讲，蜂窝用户可能在无线网络覆盖区域内的任何地方。类似地，也没有了与作为呼叫源的无线设备701相对应的物理有线线路，其中从该物理有线线路将路由关联到正确的目的地。然而，在蜂窝网络中，具有从其发起呼叫的物理服务小区702。这些小区位置的地理粒度(granularity)通常非常精细以便供移动交换中心703经由psdn709确定通向对应的选择性路由器704的正确干线。在许多情况下，这还提供了足够的精确度以供选择性路由器704确定用户应该连接的公共安全应答点(psap)705。

对于移动交换中心703而言，将呼出干线和服务小区702相关联是一个内部过程。然而，对于移动交换中心(msc)703而言，需要一些信令以将同样的信息传送给选择性路由器704，从而使其能够确定正确的公共安全应答点(psap)705。在isup(isdn用户部分)呼叫建立信令中以被称为紧急服务路由位(esrd)或紧急服务路由密钥(esrk)的一个或另一个新定义的参数将路由信息传送给选择性路由器704。选择性路由器704检查呼叫建立信令中的esrd/esrk参数的值，并基于该值将呼叫路由给正确的公共安全应答点(psap)705。

应当注意，存在小区边界可能跨越到公共安全应答点(psap)服务区域的边界的情况。在此情况下，来自服务小区702的紧急服务路由位或紧急服务路由密钥可能无法对去往正确的公共安全应答点(psap)705的路由提供可靠的指示。ansi-41(通常为tdma和cdma)和3gpp(通常为gsm、edge以及umts)蜂窝网络都已确定了用以处理这种情况的功能。在ansi-41网络中，定义了一个称为坐标路由数据库(crdb)708的功能元件。蜂窝网络可以参考坐标路由数据库(crdb)708，并且基于用户的地理位置(由不同的诸如前向链路三边测量之类的定位技术、导频强度测量、到达时间测量等所确定)，其返回路由参数的恰当值。只要地理位置比小区定位在精度上有改进，这就能减轻错误路由呼叫的问题。类似地，3gpp网络允许移动交换中心(msc)703基于用户的地理位置从网关移动位置中心(gmlc)请求经精化的路由密钥值。这些位置数据可用于作为智能网络电话系统中的标准组件以用于控制服务的服务控制点707。

正当蜂窝网络相比于传统的有线语音网络而言而具有引发对e911新的考虑的特定特性时，基于ip的语音(voip)网络与蜂窝网络具有许多共同点，因为没有用于指示其标识的特定的物理连接点。正如无线设备(蜂窝电话)可以连接到有覆盖点的网络的任何地方，所以基于ip的电话客户端也可以在许多且变化的点处连接到ip网络并享受语音服务。从这个角度来说，有必要将voip客户端视为本质上游动的或甚至完全移动的，以确保覆盖所有的使用场景。可以肯定地讲，多数voip客户端可能在位置上(例如，具有集成的voip客户端软件的传统物理规格桌面电话趋向于像任何传统有线桌面电话一样是固定的)是相对静止的；然而，由于这种情况无法被网络明确地预测，因此用于应对移动性的架构确保覆盖所有的使用场景。

机载无线蜂窝网络架构

图1以方框图的形式示出了机载无线蜂窝网络的总体架构，其包括将外部网络中的两个元件互联在一起的空对地网络2(内部网络)，其中外部网络中的两个元件包括空中子系统3和地面子系统1(本文中也称为“接入网”)。该图示出了机载无线蜂窝网络的基本概念，并且出于简化说明的目的，其不包括典型的机载无线蜂窝网络中出现的所有元件。图1所示的基本元件提供用于实现机载无线蜂窝网络以向位于飞机上的乘客无线设备提供内容的各个元件的相互关系的教导。

图1所示的总体概念是提供“内部网络”以连接“外部网络”中的两个部分，其中这两部分包括空中子系统3和地面子系统1。这是通过空对地网络2在空中子系统3和地面子系统1之间发送乘客通信业务(包括语音和/或其它数据)和控制信息以及特征集数据来完成的，从而使位于飞机上的乘客无线设备能够在飞机上接收通信服务。

空中子系统

“空中子系统”是在飞机上实现的通信环境；并且这些通信可以基于各种技术，包括但不限于：有线类的、无线类的、光学类的、声学类的(超声波类的)等等。此类网络的一个示例被公开于题为“aircraft-basednetworkforwirelesssubscriberstations(针对无线用户站的基于飞机的网络)”的美国专利no.6,788,935中。

针对空中子系统3的优选实施例是无线技术的使用并且针对由机上乘客和机组(crew)携带的无线设备使用的无线技术。因此，膝上型计算机可以经由wifi或wimax无线模式(或经由诸如lan之类的有线连接)来通信，或者pda可以经由voip(ip电话)来传送电话语音业务。同样地，使用gsm协议的手持型蜂窝电话在飞机内部时经由gsm与空中子系统通信。在飞机内部时，cdma蜂窝电话将使用cdma而模拟amps电话使用模拟amps与空中子系统进行通信。连接状态可以是分组交换式的或电路交换式的或者这两种。总的来说，空中子系统3的目的是能够使乘客和机组携带的乘客无线设备无缝地并随处地接入到空中子系统3，而不论这些无线设备所使用的技术。

空中子系统3还提供用以管理向在飞机机舱中运行的乘客无线设备提供服务的机制。这种管理不仅包括提供乘客业务的连通性，而且包括每个乘客被授权接收的特定于飞机的特征集的可用性。这些特征包括诸如多媒体演示之类的飞行中的娱乐服务，以及基于目的地的服务(其将乘客现有的旅行计划与针对对于乘客在其指定的目的地处且按其计划好的旅行时间表可行的额外服务的建议相结合)。从而向乘客在其飞行期间提供了机会以增强其在飞行中和在其目的地处的旅行体验。

在飞机上使用的乘客无线设备101可以与在蜂窝式/pcs式基于地面的通信网络中使用的无线设备相同；然而，这些乘客无线设备101向服务于飞机的运营商预先注册和/或用户具有用于认证的pin号码。另外，天线将乘客无线设备101与舱内基站收发台(bts)111-114相互连接，其中，bts典型地是集成bsc/msc功能的微微小区。添加的bts/bsc/msc模块用于支持的每种空中接口技术。由于交换机/路由器122使用调制解调器123经由空对地网络2对基于地面的接入网1发出呼叫，所以交换机/路由器122担当空中子系统3与基于地面的接入网1之间的桥接功能体(在有限程度上用于媒体/内容和信令)。交换机/路由器122将来自基站的单独的业务和信令通道转换成聚合的数据流/根据聚合的数据流转换来自基站的单独的业务和信令通道，并通过空对地网络2发送/接收聚合的数据流，其中空对地网络2在飞机行进时保持不间断的服务。调制解调器123包括无线电传输装置和天线系统以同空对地网络2中的基于地面的部分中的基于地面的收发机通信。在空对地网络2上分配的单独的业务信道是根据飞机支持的业务要求来激活的。

空对地网络

图1所示的空对地网络2明显是基于地面子系统1和位于飞机上的乘客无线设备之间的无线通信(射频类或光学类)的网络，其中优选方式具有射频连接。这种射频连接采用蜂窝拓扑的形式，在蜂窝拓扑中典型地一个以上的蜂窝描述复合的空对地网络2的覆盖区域或地理范围。空对地连接承载乘客通信业务和本地网络信令业务。在优选实施例中，空对地网络2在单个且聚合的通信信道中传送去往/来自飞机的所有业务。这种“单个管道”在对当飞机在一个基于地面的小区与下一个基于地面的小区之间移动时的硬切换和软切换进行管理上具有明显的优点。这种方式还采用更加新式的、更高速的无线蜂窝技术。

作为另一种选择，空对地网络2可以通过无线卫星连接来实现，其中在飞机和卫星之间以及在卫星和地面子系统1之间建立了射频链路。这些卫星可以是地球同步的(从一个地球参考点看上去是静止的)或移动的，正如中地球轨道(meo)卫星和低地球轨道(leo)卫星。卫星的实例包括但不限于：地球同步ku波段卫星、dbs卫星(直播卫星)、铱系统、全球星系统以及国际海事卫星系统。在专用卫星(诸如用于直播卫星的那些卫星)的情况下，链路通常是单向的，即，从卫星到接收平台(这里为飞机)。在这样的系统中，需要用于从飞机进行单向地发射的链路来完成双向的通信。这种链路在本质上可以是如前面所描述的卫星类的或基于地面的无线类的。最后，用于与飞机进行通信的其它手段包括广域链路(诸如hf(高频)无线电)以及更加独特的系统(诸如对流层散射架构)。

空对地网络2可以视作在地面子系统1和空中子系统3之间传输乘客通信业务以及控制数据和网络特征集数据的通道。空对地网络2可以实现成单个射频链路或多个射频链路，其中一部分信号通过诸如空对地链路和卫星链路之类的不同类型的链路来路由。因此，使用以各种组合在本文中公开的各种组件和架构概念，在实现这个系统时具有极大的灵活性。

地面子系统

地面子系统1包括：边缘路由器140，其将空对地网络2的语音业务与传统蜂窝通信网络元件连接，其中传统蜂窝通信网络元件包括基站控制器141及其相关联的移动交换中心142，其中移动交换中心142具有拜访位置寄存器、归属位置寄存器以将语音业务互连到公共交换电话网144以及执行其它此种功能。另外，基站控制器141经由公共交换电话网143连接到因特网147以便完成呼叫。边缘路由器124还提供数据业务到因特网147的互连，经由ip语音服务器146提供数据业务到公共交换电话网144的相互连接，以及执行其它此种功能。这些包括认证服务器、操作子系统、calea以及bss服务器145。

因而，位于飞机上的乘客无线设备101和基于地面的通信网络的地面子系统1之间的通信是经由空中子系统3和空对地网络2传送到机载无线蜂窝网络的基于地面的基站控制器141的。下面描述的由空中子系统3、空对地网络2以及基于地面的基站控制器141提供的增强式功能性使得向位于飞机上的乘客无线设备101提供服务对于乘客是透明的。无线接入网(ran)支持来自多架飞机的通信并且可以使用单个全向信号，或者可以使用可根据方位角和/或倾斜角来定义的多个空间扇区。飞机网络对不同位置(不同的地面子系统1)中的无线接入网(ran)之间的点对点式通信链路进行切换，以便保持对空对地网络2的不间断服务。切换可以是硬切换或软切换，或者可以是空-地链路和地-空链路上的硬切换和软切换的组合。

移动交换中心(msc)为所有机载系统提供移动性管理并在机载系统在邻接的地面子系统1的服务区之间移动时提供地面站间的切换管理。基站控制器(bsc)通过接口连接去往/来自基站收发子系统(bts)的所有业务。分组数据服务节点(pdsn)控制机载系统中的每个基站收发子系统在其各自的服务区内的容量的分配。

典型的基于飞机的网络

图2示出了针对位于多乘客商用飞机200中的乘客无线设备的典型的基于飞机的网络的架构。这种系统包括多个用于实现用于使多个不同类型的无线通信设备能够无线通信的通信主干网的元件。针对乘客无线设备的基于飞机的网络包括局域网206，其中局域网206包括使用扩频模式并具有近程操作的射频通信系统201。该网络206支持来自乘客无线设备221-224的电路交换连接和分组交换连接，并经由网关收发机或收发机210将这些乘客无线设备221-224的通信互连到公共交换电话网(pstn)126以及诸如因特网127或公共数据交换网(pdsn)之类的其它目的地。无线乘客从而保留其单个号码标识，就如同他们直接连接到公共交换电话网126一样。乘客无线设备221-224包括诸如膝上型计算机221、蜂窝电话222、mp3音乐播放器(未示出)、个人数字助理(pda)(未示出)、基于wifi的设备223、基于wimax的设备224等之类的多种无线设备，并且为了描述简单在本文中都被统称为“乘客无线设备”，而不管其具体实施的细节。

针对乘客无线设备的基于飞机的网络中的基本元件包括至少一个天线205或用于耦合去往/来自用于同位于飞机200内的多个乘客无线设备221-224进行通信的位于飞机200内的空中子系统3的电磁能量的单元。至少一个天线205连接到无线控制器201，其中无线控制器201包括多个用于管理与多个乘客无线设备221-224进行的无线通信的元件。无线控制器201包括至少一个用于使用诸如pcs、cdma、或gsm之类的无线通信模式提供电路交换通信空间的低功率射频收发机202。另外，无线控制器201包括用于使用诸如wifi(其也可以传送分组交换的互联网协议电话(voip))提供基于数据的分组交换通信空间的低功率射频收发机203。

最后，无线控制器201包括：功率控制部分204，其用于管理多个乘客无线设备的功率输出。其还通过rf噪声或干扰装置，用来防止舱内的乘客无线设备在非陆地模式时直接且错误地接入地面网络。超低的机载发射功率水平特征表现出由基于飞机的网络的无线控制器201的功率控制元件204对乘客无线设备的控制，以管理由乘客无线设备221-224产生的输出信号功率，以使接收到基于地面的小区站点或基于地面的乘客无线设备的蜂窝信号的可能性最小化。

显而易见的是，无线控制器201中的上述部分可以不同方式组合或分离以产生不同于本文所公开的实现方案的实现方案。所描述的特定实现方案被选择以用于示出本发明的概念，并且不旨在限制该概念对其它实现方案的适用性。

无线控制器201经由主干网络206连接到用于向乘客无线设备221-224提供服务的多个其它元件。这些其它元件可以包括用于对乘客无线设备的通信传输提供管理、交换、路由以及汇聚功能的飞机接口209。数据捕获元件207用于通过接口连接到多个飞行系统传感器211-214和全球定位系统元件216，以便如下所述地从多个源收集数据。此外，诸如显示器217和头戴式耳机218之类的飞行员通信设备经由有线的连接或无线的连接与主干网络206相连。

最后，网关收发机210用于将飞机接口209与天线215互连以使信号能够从针对乘客无线设备的基于飞机的网络发送给位于地面的收发机。通信路由器功能体包含在这些组件中，以便向适当的目的地转发通信信号。因此，发往飞机上的乘客的信号被路由到其个人，而路由给位于例如地面上的乘客的信号被路由到地面子系统。通常使最低(指向地球的)有效辐射功率(erp)最小化的飞机天线模式可以用于实现飞机上的天线215，以服务于针对乘客无线设备的基于飞机的网络。

针对系统接入的乘客登陆

在每架飞机上，乘客接入到电子通信通常是经由乘客无线设备注册过程来管理的，其中每个电子设备必须被识别、认证以及授权以接收服务。由于飞机是针对乘客无线设备与飞机上现存的机载无线网络之间的无线通信的独立环境，所以所有的通信都由网络控制器来管理。从而，当乘客激活其乘客无线设备时，在乘客无线设备和网络控制器之间启动通信会话，以识别乘客所用设备的类型及其无线协议。“启动画面”被递送给乘客以显示到乘客无线设备上以告知进入无线网络入口。一旦这被建立，网络控制器就向乘客无线设备传送一组登陆显示，以使乘客能够识别自身并验证其标识信息(当乘客无线设备没有被装配为经由用于自动地将乘客登陆到网络上的智能客户端来自动地执行这些任务时)。作为这个过程的结果，乘客无线设备具有唯一的电子标识(ip地址)，并且网络可以在不需要其它管理开销的情况下响应乘客无线设备。认证过程可以包括：安全过程的使用，诸如密码、对于乘客不变特征的扫描(指纹、视网膜扫描等)等。

一旦乘客无线设备登陆后，乘客就可以接入来自网络的可用的免费的标准电子服务或针对特定乘客定制的电子服务。向乘客展示的屏幕可以被定制为演示乘客正搭乘的航空公司的商标。

移动无线网络架构

为了使描述简明，下列的示例基于对cdma2000evdo蜂窝网络模式的使用。然而，本文所示出的概念不限于这种实现方案，并且应当预期，其它的实现方案可以基于其它网络结构和实现方案来创建。因此，图3以方框图的形式示出了分别针对ip数据和语音服务的典型的evdo蜂窝网络的架构，并且该架构用于示出了本发明的飞机紧急服务呼叫管理系统的架构和操作。cdma2000是使用cdma(码分多址)来在无线设备和小区站点之间发送数字无线电信息、语音、数据以及信令数据的混合式2.5g/3g移动电信技术。cdma2000蜂窝网络的架构和操作是由第三代合作伙伴计划2来标准化的。在cdma2000蜂窝网络中，支持两种无线接入网技术：1xrtt和ev-do(演进数据优化)，其中当使用ev-do接入网时，将cdma2000视作第三代(3g)技术。

cdma2000蜂窝网络(本文也称为“接入网”)由三个重要部分组成：核心网(cn)、无线接入网(ran)以及无线设备(ms)。核心网(cn)进一步分解为两个部分，其中一部分连接到诸如公共交换电话网(pstn)之类的外部网络，另一部分连接到诸如因特网311和/或专用数据网络312之类的基于ip的网络。无线设备ms使蜂窝网络用户端的无线路径终止，并使用户能够通过被实现以将无线设备(ms)与接入网300互联的um接口来接入网络服务。

图3所示的针对ip数据和语音的接入网300的几个主要组件是：

基站收发机系统(bts)：用于提供通过um参考点的传输能力的实体。基站收发机系统(bts)由无线设备、天线以及装置组成。

基站控制器(bsc)：用于提供对一个或多个基站收发机系统(bts)的控制和管理的实体。

分组控制功能体(pcf)：用于向分组交换网络(因特网311和/或专用数据网络312)提供接口功能的实体。

无线设备(ms)用作移动ip客户端。无线设备(ms)与接入网300相结合以获得适当的无线资源以用于进行分组交换，以及获知无线资源的状态(例如，激活状态、待机状态、睡眠状态)。当无线资源不可用或不足以支持去往接入网300的流时，无线设备接收来自基站收发机系统(bts)的缓冲器分组。无线设备(ms)开机之后，便自动地注册到移动交换中心(msc)的归属位置寄存器(hlr)以便：

在所接入的网络的环境下认证无线设备(ms)；

向归属位置寄存器(hlr)提供无线设备当前的位置；以及

向提供服务的移动交换中心(msc)提供无线设备许可的特征集。

在成功地注册到归属位置寄存器(hlr)后，无线设备(ms)准备发出语音和数据呼叫。这些可以采取以下两种形式之一：电路交换数据(csd)或分组交换数据(psd)，取决于无线设备自身遵从(或其缺乏)is-2000标准。

无线设备必须遵从is-2000标准来使用接入网300发起分组数据会话。只具备is-95能力的无线设备限于经由公共交换电话网络(pstn)传送电路交换数据，而is-2000型终端可以选择分组交换数据或电路交换数据。由无线设备(ms)通过空中链路(al)转发给接入网300的参数确定了所请求服务的类型。对于每个数据会话，在无线设备(ms)与分组数据业务节点(pdsn)之间创建点对点协议(ppp)会话。对每个无线设备的ip地址分配可以由分组数据业务节点(pdsn)或动态主机配置协议(dhcp)服务器经由归属代理(ha)来提供。

无线接入网(ran)

无线接入网(ran)是无线设备的入口点，其用于传送语音或数据内容。其包括：

空中链路(al)；

小区站点塔/天线以及到基站收发机子系统(bts)的电缆连接；

基站收发机子系统(bts)；

从基站收发机子系统到基站控制器(bsc)的通信路径；

基站控制器(bsc)；以及

分组控制功能体(pcf)。

无线接入网(ran)具有多种职责，其尤其影响网络的分组服务递送。无线接入网(ran)必须将移动客户端标识符参考映射到用以与分组数据服务节点(pdsn)进行通信的唯一的链路层标识符，为接入服务验证无线设备，以及维护已建立的传输链路。

基站收发机子系统(bts)控制空中链路的活动并担当接入网300和无线设备(ms)之间的接口。诸如射频分配、扇区划分、发射功率控制之类的射频资源是在基站收发机子系统(bts)处进行管理的。此外，基站收发机子系统(bts)管理从小区站点到基站控制器(bsc)的回程，以最小化这两个元件间的任何延迟。

基站控制器(bsc)路由小区站点和移动交换中心(msc)之间的语音且电路交换数据消息。其还负责移动性管理：其根据需要来控制和指示从一个小区站点到另一个小区站点的切换。

分组控制功能体(pcf)路由小区站点内的移动台(ms)与分组数据服务节点(pdsn)之间的ip分组数据。在分组数据会话期间，分组控制功能体(pcf)根据需要来分配可用的辅助信道以遵从由无线设备(ms)所请求且由用户支付的服务。

分组数据服务节点(pdsn)

分组数据服务节点(pdsn)是从无线接入网(ran)到公共和/或专用分组网络的网关。在简单ip网络中，分组数据服务节点(pdsn)担当独立的网络接入服务器(nas)，而在移动ip网络中，其可以被配置为归属代理(ha)或外地代理(fa)。分组数据服务节点(pdsn)实现以下的活动：

通过建立、维护以及终止到移动客户端的链路层来管理基站子系统(bts)、基站控制器(bsc)以及ip网络之间的无线-分组接口；

终止由用户发起的点对点协议(ppp)会话；

(从内部池中或者通过动态主机配置协议(dhcp)服务器或者通过认证、授权、计帐(aaa)服务器)提供ip地址给用户；

执行到外部分组数据网络的分组路由或到归属代理(ha)的分组路由，其中分组路由可以选择性地经由安全隧道；

收集并转发分组账单数据；

基于从认证、授权、计帐(aaa)服务器的scs服务器接收到的简档信息，主动地管理用户服务；

在本地对用户进行认证，或将认证请求转发到认证、授权、计帐(aaa)服务器。

认证、授权、计帐(aaa)服务器

认证、授权、计帐(aaa)服务器用于认证并授权用户的网络接入，以及用于存储用户使用统计信息以供计帐和计费。

归属代理

归属代理(ha)支持到其它支持1xrtt的网络的无缝数据漫游。归属代理(ha)提供锚定ip地址给无线设备，并转发任何与移动关联的业务到恰当的网络以递送到头戴式耳机。归属代理还维护用户注册信息，重定向分组到分组数据服务节点(pdsn)，以及(可选择地)经隧道安全地传输到分组数据服务节点(pdsn)。最后，归属代理(ha)支持从认证、授权、计帐(aaa)服务器对用户的动态分配，以及(可选择地)分配动态归属地址。

cdma2000接入网中传统的单个呼叫建立

下面描述对于单个无线设备在cdma2000接入网中建立通信连接的成功的呼叫建立场景。要注意到的是，这里的说明忽略了基站收发机子系统(bts)的无线接收/发送活动，而是专注在以无线设备(ms)和基站控制器(bsc)之间的始发对话开始的协议功能：

1.为了注册分组数据服务，无线设备(ms)在接入信道上向基站子系统(bss)发送始发消息。

2.基站子系统(bss)确认对始发消息的接收，并向无线设备(ms)返回基站确认命令。

3.基站子系统(bss)创建cm服务请求消息并发送该消息到移动交换中心(msc)。

4.移动交换中心发送分配请求消息到基站子系统(bss)来请求对无线资源的分配。移动交换中心(msc)和基站子系统(bss)之间的非陆地电路被分配给分组数据呼叫。

5.基站子系统(bss)和无线设备(ms)执行无线资源建立过程。分组控制功能体(pcf)识别出没有与无线设备(ms)相关联的a10连接是可用的，并为这个数据呼叫选择分组数据服务节点(pdsn)。a10连接是由标准团体定义的术语，并且其涉及基站控制器(bsc)和分组数据服务节点(pdsn)之间的接口，其中a10涉及在基站控制器(bsc)和分组数据服务节点(pdsn)之间交换的ip数据。

6.分组控制功能体(pcf)发送a11-注册请求消息到所选择的分组数据服务节点(pdsn)。

7.a11-注册请求被验证，并且分组数据服务节点(pdsn)通过返回a11-注册应答消息而接受连接。分组数据服务节点(pdsn)和分组控制功能体(pcf)都创建对于a10连接的绑定记录。术语“a11”涉及在基站控制器(bsc)和分组数据服务节点(pdsn)之间交换的信令。

8.在无线链路和a10连接都建立好之后，基站子系统(bss)发送分配完成消息到移动交换中心(msc)。

9.移动设备和分组数据服务节点(pdsn)建立链路层(ppp)连接并且随后通过链路层(ppp)连接来执行mip注册过程。

10.在完成mip注册后，移动设备可以通过a10连接经由gre帧来发送/接收数据。

11.分组控制功能体(pcf)周期性地发送a11-注册请求消息以更新对于a10连接的注册信息。

12.对于已验证的a11-注册请求，分组数据服务节点(pdsn)返回a11注册应答消息。分组数据服务节点(pdsn)和分组控制功能体(pcf)都更新a10连接的绑定记录。

对于电路交换语音呼叫，还需要图3中所示的其它元件。具体而言，将从无线设备(ms)接收的分组交换语音呼叫从分组数据服务节点(psdn)转发到媒体网关(mgw)，其中，将分组交换语音呼叫转换为电路交换语音并转发到公共交换电话网(pstn)。此外，与会话发起协议代理服务器(sip)交换呼叫建立数据以提供用于基于ip的通信的信令和呼叫建立协议，以便能够支持在公共交换电话网(pstn)存在的呼叫处理功能和特征的扩展集。媒体网关控制功能体(mgcf)和信令网关(sgw)实现在信令系统7(ss7)中存在的呼叫处理特征。

从上面的描述可以看出，接入网300是面向无线设备的，这是由于每个无线设备与归属基站收发机子系统(bts)都建立单独的空中链路(al)射频连接。在这种架构中没有明确解决如下情况：多个无线设备由来自某些位置(飞机、轮船、火车等)的宽带通信链路来服务，其中宽带链路在接入网300的边缘处终止。使用宽带链路的难点是：作为点到点协议(ppp)的一部分，分组数据服务节点(psdn)分配单个ip地址给宽带链路，并且，位于宽带链路末端处的无线设备不能被分组数据服务节点(psdn)识别并且从而无法接收单独的服务。

来自机载无线设备的紧急服务呼叫

图4以方框图的形式示出了飞机紧急服务呼叫管理系统的架构，同时图5以流程图的形式示出了飞机紧急服务呼叫管理系统的典型操作。虽然这给出了该系统的一个可能的实现方案，但是在本文所阐述的概念的范围内众多替代方案也是可行的。飞机紧急服务呼叫管理系统可以被认为有三个主要组成部分：基于飞机的紧急呼叫处理(无线控制器201的部分)、基于地面的紧急呼叫处理(地面子系统1的部分)以及公共安全应答点(psap)401。

鉴于上述的飞机网络，紧急服务呼叫可以经由基于语音的无线设备、voip呼叫、甚或来自无线设备的数据消息来发起。虽然在这些情况中的每种情况下处理紧急服务呼叫要求不同的初始通信管理，但是这些呼叫当中的功能性操作是一致的。因此，虽然下面的描述提供了基本的功能性服务，但是随着连接到发起紧急服务呼叫的乘客的通信线路会有所不同。

出于举例说明的目的，假定飞机420上的乘客一(430)使用其无线设备向飞机紧急服务呼叫管理系统发起紧急服务呼叫，其中，飞机紧急服务呼叫管理系统包括；位于下面描述的各种系统中的、用以将各个部分互连到飞机紧急服务呼叫的软件和硬件。如果无线设备是基于语音的无线设备，则该乘客在步骤501可以拨打诸如北美的911和欧洲的112之类的通用紧急服务接入码，以接入到位于为飞机提供服务的预定公共安全接入点(psap)401-402处的紧急派遣人员411-412。可能有单个为飞机提供服务的国家范围的公共安全接入点(psap)401，或者可能有多个站点401-402；然而，出于描述的目的，将使用单个为飞机提供服务的公共安全接入点(psap)401作为示例。紧急服务呼叫的拨号数字可以由飞机网络(空中子系统3)中的无线控制器201内的飞机紧急服务呼叫软件组件在步骤502来检测，并在步骤503最先路由到该飞机的机组，其中，初始的联络优选是向客舱乘务组成员。几乎与此同时，在步骤504，通信链路如上描述地经由空对地网络2来建立以达地面子系统1，其中，在步骤505识别主叫方(乘客430)。乘客430的标识信息是已知的，这是因为其登陆了飞机网络，并且该乘客的标识信息可以存储在用于存储数据的自动位置识别(ali)数据库403中，以识别每架飞机、当前提供服务的地面子系统1和空对地链路2、以及登陆到飞机网络的所有乘客的标识信息。在步骤506，紧急服务呼叫由位于地面子系统1的飞机紧急服务呼叫软件组件经由公共交换电话网络444路由到服务于飞机的公共安全接入点(psap)401。这些通信连接可以在步骤507被链接成多方会议(multi-partyconference)，以便客舱乘务组成员(可选择地包括驾驶舱机组成员(amemberoftheflightdeckcrew))以及位于公共安全接入点(psap)401处的操作员411都可以与发起紧急服务呼叫的乘客430来通信。

客舱乘务组成员和位于公共安全接入点(psap)401处的操作员411在步骤508确定紧急情况的性质并确认需要何种步骤来处理该紧急情况。如果必要，位于公共安全接入点(psap)401处的操作员411在步骤509生成发送给目的地机场(451)处的紧急服务人员(未示出)和/或运营这架飞机的航空公司453的警报。作为另一种选择，位于公共安全接入点(psap)401处的操作员411可以在步骤510向政府安全机构(452)和/或航空公司(453)提交这个紧急服务呼叫以确定行动方案，其中该行动方案可以包括改变飞机420的航向到一个变更的目的地机场。此外，如本领域已知的，可以经由多方会议连接来实现通信。紧急服务呼叫保持在激活状态直到紧急情况得到解决，其中，紧急服务呼叫终止于步骤511。

如果在步骤512紧急服务呼叫是由客舱乘务组成员发起的，那么呼叫处理前进至如上描述的步骤504并且该处理在没有乘客参与通信连接的情况下继续进行。

作为另一种选择，在步骤521乘客可以发起voip呼叫并拨打诸如北美的911和欧洲的112之类的通用紧急服务接入码，以接入到位于为飞机提供服务的预定公共安全接入点(psap)401处的紧急派遣人员。因为初始的voip呼叫是指向voip服务提供商或专用网络，所以拨出的紧急服务呼叫码无法被飞机420上的无线控制器201检测或处理，这是由于所拨的数字在步骤522处输入在初始的呼叫建立之后。因此在步骤523，voip服务提供商必须检测出拨出的紧急服务接入码并在步骤524将该紧急服务呼叫路由至服务于飞机420的预定公共安全接入点(psap)401。为了将紧急服务呼叫恰当地路由至服务于飞机420的恰当的预定公共安全接入点(psap)401，来自地面子系统1的呼入通信连接必须包括用于将该呼叫的发起点指示为基于飞机类型的呼叫建立数据，并且还必须识别从发起紧急服务呼叫的飞机420。此外，如上所述，乘客无线设备被明确地识别，这是因为其已利用上述的乘客无线设备注册过程登录到针对空中子系统3中的乘客无线设备部分的基于飞机的网络。

操作员411在步骤525建立到飞机的机组411的通信连接。这些通信连接可以在步骤507链接成多方会议，以便客舱乘务组成员(可选择地包括驾驶舱机组成员)以及位于公共安全接入点(psap)401处的操作员411都可以跟发起紧急服务呼叫的乘客来通信。对紧急服务呼叫的处理将如上所述地进行。

用于发起紧急服务呼叫的另一方法是经由在531处生成的数据消息，以及经由由无线控制器201向乘客无线设备(如膝上型计算机)提供的web接口。此外，如上所述，乘客无线设备被明确无误地识别，这是因为其已利用上述的乘客无线设备注册过程登录到针对空中子系统3中的乘客无线设备部分的基于飞机的网络。

在上面提到的所有示例中，对紧急服务呼叫的处理使多方能够参与到交换信息并响应紧急情况，而不管紧急服务呼叫是以何种方式发起。虽然可以存在在功能性上与上述通信场景相似的其它通信场景，但是这些其它通信场景旨在涵盖到上面已概述的过程中。

概述

飞机紧急服务呼叫管理系统使得能够向在飞机上运行的且由机载无线蜂窝网络提供服务的每个乘客无线设备分配单独的因特网协议(ip)地址，从而使得能够将无线服务递送到各个已标识的无线设备。