在航空器的計算機網絡和地面計算機網絡之間的通信系統的制作方法

專利名稱：在航空器的計算機網絡和地面計算機網絡之間的通信系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在航空器上的計算機網絡和地面計算機網絡之 間的通信系統、航空器計算機網絡和地面計算機網絡。
背景技術：
當今的航空電子系統包括一套機載工具和數據庫，主要為了將維 護工具(尤其是診斷工具)和文件(例如故障診斷手冊或飛機操作手冊) 信息化。因此，如今的工具是由軟件或數據庫實現的。
主要可以考慮兩類維護。
首先，考慮在飛機主維護基地內或基地外進行的維護，這些維護 包括無延遲或有限延遲調度飛機所需要的調整及安全措施。
其次，考慮在飛機主維護基地內的維護，在這些維護中，實施了 額外的措施，例如定期的維護保養。
圖1說明了根據已為人熟知的方案在飛機上以及地面上實施的 維護操作。
所述維護依賴一個系統，尤其是中央維護計算機100 (英文 "Central Maintenance Computer"),所述系統收集、整理并才艮告飛機 可更換實體LRU 105(英文"Line Replacable Unit",航線可更換單元 體)的故障，以便在維護程序中幫助飛行人員和維護人員。
飛機可更換實體105的故障是計算機110警報管理的對象。 中央維護計算機100向飛機所屬公司，尤其是向維護控制中心 MCC(英文"Maintenance Control Center"的首字母縮寫)發送一個維 護消息115。
屏幕120與警報管理計算機110連接，以便顯示飛機可更換實體105的故障。
飛機的一個航班中發生的故障或事件全部被記錄在英文稱為 "logbook，，的航空日志125中。涉及飛機的航空日志由飛行員填寫(技 術日志，英文"technicallogbook")或機艙乘務員填寫(機艙日志，英文 "Cabin Logbook，，)。
為此，機組人員往航空日志125上手工填寫出現的故障，以及這 些故障發生時的飛行狀況。
當飛機在地面時，從飛機中取出航空日志130，以便維護控制中 心MCC135在地面閱讀。然后，維護技術員進入飛機，以便分析所記 錄的故障，并進行診斷140。
然后，技術員回到地面維護基地，以便獲得故障隔離程序145。
技術員帶著該程序(procedure)(也稱為TSM ，為英文 "Troubleshooting manuel (故障排除手冊)"的首字母縮寫)，再次進入 飛機，以便實施該故障隔離程序150。
故障隔離完成后，技術員回到地面基地，以便獲得維修程序155， 必要時從備件庫中訂一個更換件。
然后，維護技術員再次進入飛機，以便實施維修程序160。
然后，實施測試165，以l更檢驗維修后的運行情況，并實施認可 程序170以宣布飛4幾適于飛行。
最后，將該認可記錄到航空日志中175。
讀完前述內容可以輕易看出，該維護操作成本高昂，且需要飛機 長時間著地。
另一個已為人熟知的解決方案在于在機載存儲載體(數據庫)中 保存全套故障隔離程序和全套維修程序，以避免維護技術員在飛機和 地面維護基地之間往返。
然而，全套故障隔離程序和全套維修程序意味著大量數據，可能 達到數G的數據八位字節。
此外，全套工具、數據、文件需要定期更新，以便機組人員，具 體地說駕駛員和維護技術員，能夠利用所述工具和文件的最新版本。為此，工具和文件由負責更新工具和文件的技術員裝載到飛機的 一個或多個計算機中(或將包含這些文件的機載數據庫與地面數據庫 同步)。例如，該技術員配備有一個便攜式計算機，該便攜式計算機存 儲器中裝有工具和數據的最新版本，該技術員進入飛機，以便裝載并 更新工具和數據。
不過，這些工具和文件數據量很大，達到數個G的八位字節， 因此更新很耗時，并且可能需要較長時間地飛機停駛。
如果技術員使用帶Wifi無線連接的裝有數據的便攜式計算機， 根據便攜式計算機上裝載的數據來更新飛機網絡中存儲的工具和數 據，也是同樣的情況。
此外，通常航空公司擁有大批飛機，從而意味著高昂的飛機工具 和文件維護成本，以及地面上將被裝載到飛機上的數據的大量配置管 理。
因此，如此大量的最新維護變得很困難。其結果就是，依賴飛機 上存儲的程序的維護技術員得到的關于需要參考的隔離和維修程序 的信息不再最新，甚至是錯誤的。此外，在解決問題的數據在飛機上 的情況下，維修技術員仍然需要與備件庫打交道。

發明內容
本發明的目的是解決當前技術和工序中的至少一個弊病。為此， 本發明提出一種在航空器的計算機網絡和地面計算機網絡之間的通 信系統，所述系統尤其可以降低維護成本、實現飛機的快速返回運行、 安全地更新航空器的數據和工具而不需要技術人員的參與。
本發明的另一個目的是提出一種在航空器的計算機網絡與地面 計算機網絡之間的通信系統，其特征在于包括一些能夠根據同步通信 模式通過至少一種通信載體在地面計算機網絡與航空器的計算機網 絡之間建立網絡連接的裝置。
根據本發明，至少一個航空電子系統持續、實時地與地面設施相 連。至少一個信息工具在地面設施與機載航空電子系統之間共享。該工具允許訪問地面、飛機和網絡，并允許在地面與飛4幾之間進4亍遠程 操作。該工具由一個固定地點的唯——個操作者使用。
通過使用所述共享信息工具，可以維護，并一次性地、同步、協 調地、同時地更新地面和飛機上的數據庫。維護操作可以包括測試和 查詢飛機文件。
所述系統只要求地面和航空器之間的單——次實時、協調的維護
操作。只要求地面和飛機之間單--套實時、協調的操作，并可以識
別、維修，以及在數據庫中跟蹤已采取的措施。
通信可以通過例如安全IP協議來實現。數據庫的協調和同步實 時實現。
飛機可以是在飛行中，而地面操作者可以在此飛行過程中進行系 統測試。
另一方面，飛機也可以在在地面上，操作者可以在飛機上或者在 維護中心。
本發明提供一種在航空器的計算機網絡和地面計算機網絡之間 通過根據同步通信模式建立網絡連接通信的系統，以便在航空器網絡 與地面計算機網絡之間建立 一種連續性。
此外，該系統允許用航空器上計算機網絡中存儲的數據來更新地 面計算機網絡，反之亦然。
此外，根據本發明，可以在地面設施存儲的數據以及在包含例如
飛機文件(TSM或其它)的文件站點中進行交互式航行(navigation )。 不需要檢驗或操作地面與飛機之間的數據庫的同步。借助于同步
通信，系統允許從飛機上執行地面操作(地面/飛機共享工具)，或從地
面執行飛機上的操作。
通信載體例如是移動電話網、無線通信網絡、衛星網和/或有線鏈路。
根據一個特征，所述系統包括基于地面計算機網絡中存儲的數據 更新航空器計算機網絡中存儲的數據的裝置。
根據另 一特征，所述系統包括將航空器計算機網絡中存儲的數據傳送到地面計算機網絡的裝置。
根據一種實施方式，航空器的計算機網絡和地面計算機網絡通過 虛擬專用網相連接。
本發明的另一個目的是提供一種航空器的計算機網絡，其特征在 于包括根據同步通信模式通過至少一種通信載體與地面計算機網絡 建立網絡連接的裝置。
所述設備具有與上文簡述的通信系統相同的優點。
本發明的另 一個目的是提供一種地面計算機網絡，其特征在于包 括根據同步通信模式通過至少一種通信載體與航空器的計算機網絡 建立網絡連接的裝置。
所述設備具有與上文簡述的通信系統相同的優點。


本發明的其它優點、目的、特征可以從下文參照如下附圖僅作為
非限制性的實例的詳細描述中看出
-圖l說明了根據現有技術，在飛機上和在地面維護基地內實施 的維護操作；
-圖2是實施本發明的系統的全局-圖3說明了根據本發明在與地面設施連接的機載設施中的可能
實施；
-圖4說明了根據本發明的在飛機上和在地面維護基地中實施的 維護操作；
-圖5表示根據本發明在飛機上實現的連接服務器； -圖6說明了根據本發明建立虛擬專用網的實施方式； 圖7說明了根據本發明的飛機服務器和地面服務器之間的各種 虛擬專用網。
具體實施例方式
根據本發明，在飛機上安裝了一個電子維護系統，該電子維護系
7統可以實施維護操作，尤其是為了用電子程序替代紙質程序。
該維護系統基于(l)飛機上的機載設施，即尤其是包含應用程 序(供機組人員和維護人員用)的航空電子系統，該航空電子系統尤其 包括飛機的功能實體組件，例如飛機的可更換實體；(2)地面設施，用 于準備、個性化、管理應在飛機上使用的數據，例如為了實施維護操 作，或為了從飛機上得到要在地面上使用的數據；(3)連接設施，用于 在地面設施與機載設施之間交換數據，并用于更新機載設施中存儲的 工具和數據。
例如，地面設施存在于飛機所屬航空公司的維護基地。 圖2是本發明采用的系統的全局圖。
圖中表示了航空公司的一組飛機200(機載設施)，以及該/>司的 地面設施205。該地面設施主要包括一組通過電信網絡互連的處理單 元。該網絡還包括一個連接210,例如因特網連接，以便連接到飛機 制造商的服務器或任何第三方215。
地面i殳施還通過通信網絡220(連接i殳施)連接到飛機的航空電子 網。通信網絡220例如是基于無線通信載體例如WIFI或Wimax、移 動電話通信載體例如GSM/GPRS或UMTS、或衛星通信載體。此外， 在排除故障時，如果沒有無線電通信，則飛機可以通過有線通信與地 面連接。
因此，地面設施的網絡尤其包括服務器225，能通過衛星向飛 機發送數據和從飛機接收數據；服務器230，能利用無線通信或移動 電話載體向飛機發送數據和從飛機接收數據。
此外，可以使用便攜式載體235 ，例如便攜式計算機、USB key(英 文"Universal Serial Bus(通用串行總線)，，)、CD/DVD，以便與飛機交 換數據。
因此，根據本發明，飛機的設施是一個能與其所屬公司的地面設 施通信的移動網絡，以便在機栽設施與地面設施之間建立連續性。
根據一種具體實施方式
，機載設施根據同步通信模式與地面設施 通信，該類通信允許交互式航行裝有例如飛機文件的文件站點。
8同步通信在于在航空電子系統與地面設施之間建立二者之間通 信專用的連接或信道，也就是說，例如當想要從航空器上查詢地面設 施中的數據或想要獲得地面設施中存儲的信息時，所述連接或信道處 于可用狀態。
因此，不必在每次希望進行通信時建立連接或信道。 一旦不依賴于信道是否可用，航空器與地面設施之間的通信就自 然得到了保證。
飛機的設施與地面設施成為連續一體，所以可以在地面與飛機之 間同步實施更新和維護操作。
此外，通信可以由機載設施或由地面^殳施啟動。
才艮據本發明，連接飛機機栽設施與地面設施的通信網絡220允許 不再將所有工具和軟件數據裝到飛機上，而只裝核心工具，其它數據 可以在需要時通過鏈接查詢。因此，維護技術員可以在飛機上訪問地 面設施中存儲的、用于實施維護操作的數據，而不需在飛機和維護基
地之間往返o
此外，維護技術員在飛機上還可以更新飛機設施中存儲的工具和數據。
此外，維護技術員可以從地面更新飛機上的工具和數據，這種操
作也稱為遠程更新(英文"remote update，，)。例如，維護凈支術員可以在 維護結束后更新飛機航空日志的狀態。
同樣，飛行員或維護操作員可以實時查詢地面服務器，以便訪問 飛機所屬公司的全部服務器，并同時更新飛機上的數據和工具，這種 操作也稱為遠程操作(英文"remote operations"),
最后，地面技術員可以在實施維護操作之前，通過通信網絡220 發送命令，從而控制對航空電子系統的測試。因此，維護技術員例如 可以在飛機著陸之前進行測試，以^使識別故障飛機的可更換實體。
根據一種具體實施方式
，在機載設施和地面設施之間的通信載體
上，尤其是在無線網絡或移動電話網絡上，建立封裝(也稱為隧道，英 文"tunneling")協議。該協議能封裝要加密傳輸的數據。所建立的這種網絡稱為虛擬專用網(記作RPV，或VPN，為"Virtual Private Network，，的首字母縮寫)。該網絡稱為虛擬的是因為通過不一定可靠 的通信載體連接了兩個物理網絡，稱為專用是因為只有虛擬專用網的 兩個網絡的計算機可以訪問數據。此外，可以使得不一定可靠的通信 載體上的交換安全。
這樣就建立了一個更低成本的安全通信連接。
圖3說明了根據本發明，這種系統的一種可能實施方式。
根據該實施方式，航空公司的不在飛機上的服務器，此處也就是 地面服務器300通過虛擬網絡305與飛機機載設施的連接服務器320 相連。飛機的服務器310包括一個網絡服務器ANSU(英文"Aircraft Network Server Unit",即飛機網絡服務器單元)315,該網絡服務器 ANSU 315還與連接服務器320相連。
與服務器ANSU315連接的尤其有服務器接口單元325、各種 機栽終端330、 335、 340，通過電子網絡路由單元ESU(英文"Ethernet Switch Unit",以太網交換單元)345。
根據本發明的一種具體實施方式
，電子存儲單元與Satcom類型 的衛星網絡連接，該衛星網絡自己能與航空公司的服務器連接。
連接服務器320能利用各種通信載體通過網絡連接(例如虛擬專 用網)連接到航空公司服務器300。所述各種通信載體尤其指移動電話 網，例如GSM (全球移動通信系統)/ EDGE / UMTS (通用移動通信系 統)/ HSDPA ("高速下行分組接入)網，或無線網絡，例如WIFI 802.11 a/b/g網或衛星網絡，例如HSD (英文"high speed data Satcom"，即"高速數據衛星通信")網。
這樣，飛機的計算機網絡就連接到了飛機所屬航空公司的地面計 算機網絡。
在建立飛機的計算機網絡和地面計算機網絡時，從多個可用的通 信載體中選擇一個載體，選擇的依據尤其是通信載體的可用性或傳輸速率。
服務器300和330通過編碼和加密機制對數據封裝和解封裝。這些通信載體能提供高傳輸速率，以便允許在合理時間內，在地 面設施與機載設施之間傳輸大量數據，并且尤其允許從航空公司地面 設施向飛機的計算機裝載最新版本的工具、數據、文件。裝栽操作可 以由飛機上技術員控制或由地面技術員從地面設施控制。
飛機上的維護技術員也可以訪問地面設施中存儲的維護數據和
航空公司的信息管理中心工具(英文"maintenance information server"即"維護信息月良務器"，或"Flight Ops Information server"即 "飛行運行信息服務器")。
此外，該類連接允許借助于因特網連接從飛機來訪問與航空公司 地面設施相連的服務器，例如飛機、飛機主要組成設備或機艙的制造 商的服務器。
此外，根據這個架構，飛機上的維護技術員可以訪問供應商，例 如為了查詢飛行數據或維護文件，或者可以連接到地面服務企業，這 些服務企業支持飛機維護操作。
通過這種架構，飛機的維護(包括排除故障、維護飛機于良好飛 行狀態、修理飛機)在盡可能最短時間內以最佳方式實施，因為飛機的 所有地面維護工具都在授權調度飛機時更新了。
此外，根據本發明，電子維護允許在任何時刻排除故障并維護飛 機于良好狀態，而且與飛機所在位置無關。
為此，在飛機上裝載最小信息數據，例如診斷工具、電子航空日 志、最小設備清單MEL (英文"Minimum Equipment List"),甚至是 這些數據的一個子集。
然后，通過通信網絡220，飛機上的維護技術員通過稱為遠程連 接(英文"remote access")的連接(尤其是例如采取安全措施)訪問公司 的地面設施中的數據，例如修理手冊TSM，維護手冊AMM (英文 "Aircraft Maintenance Manual (飛機維護手冊)"的首字母縮寫)，或 IPC (英文"Identification Part Catalogue (零件辨識目錄)"的首字母縮 寫)，該IPC允許找出要更換的零件的參考資料和向備件庫訂貨。
這樣，技術員能通過通信網絡220，尤其是通過利用VPN類型的安全信道，訪問存儲于地面設施中的手冊，這些手冊是最新版本的，
如附圖4所示，從而減少了維護技術員在飛機與地面維護設施之間往 返的次數。
因此，如附圖4所示(圖4中再次標注了圖1中的編號)，通過通 信網絡220，飛機上的技術員通過遠程命令(尤其是查詢命令)訪問隔 離所診斷出的故障(也稱為運行不良)的隔離程序145，以及修理所 隔離的故障的程序155，必要時訪問備件庫。
根據一種具體實施方式
，所述網絡連接是同步連接。
根據另一種實施方式，地面技術員可以在飛機著陸之前通過通信 網絡220向機載設施發送命令，以便實施一定數量的測試，從而最快 速地診斷、隔離、修理故障。
根據一種實施方式，通過通信網絡220，工具(尤其是診斷工具) 和數據可以裝載在飛機的設施中，所述通信網絡220能釆取高速通信 方式在才幾載^殳施與地面設施之間進行交換。
為此，可以建立這樣一個通信網絡220:該通信網絡220能才艮據 移動電話網絡和/或無線通信網絡，尤其是利用VPN類型的安全信道， 在連接服務器320與公司服務器300之間通信。
根據一種情景實例，通過航空日志中的故障記錄，得知一個設備 故障。地面操作員從地面維護中心(mcc)連接到飛機。
例如，測試結果表明，設備故障是"偽消息"(干擾消息)，操作者 可以繼續從其辦公室確定該設備在運行，并賦予飛機上一個"OK"狀
態(更新飛機上的數據庫)，同時更新地面數據庫。
只存在單--種用來維護飛機的地面/機載工具，就是從飛機或
從維護中心使用的工具。
現在，圖5說明了一種在飛機中建立連接服務器320的架構，該 連接服務器320能根據移動電話網絡以及根據無線通信網絡通信。
連接服務器320包括一個無線通信模塊TWLU 510(英文 "Terminal Wireless LAN Unit",即"終端無線局域網單元，，)，該無線 通信模塊510例如能根據WIFI a/b/g或Wlmax標準和移動電話模塊515例如GSM/GPRS或UMTS才莫塊通信，所述兩個才莫塊與三工才莫塊 520連接，該三工器才莫塊520與天線525連接。
移動電話模塊515上安裝了操作系統530，該操作系統530上有 路由器535，該路由器535可以對通信進行路由控制，該通信朝向無 線通信模塊TWLU 510，或直接朝向三工器模塊520,以便使用移動 電話協議。
飛機的服務器與航空公司服務器的通信由VPN模塊540管理。
此外，在模塊VPN 540的前端，即在來自于網絡服務器ANSU 315 的數據與模塊VPN 540之間安裝了一個防火墻(英文"firewall")模塊 545，以便保護服務器315不受入侵。
圖6說明了一種根據本發明，在計算機網絡(至少部分地構成飛 機機載設施)與計算機網絡(至少部分地構成航空7>司的地面i殳施)之 間建立通信的方式，該通信方式基于圖5表示的架構，包括無線通信 和移動電話通信。
如上文所述，飛機上有一個ANSU服務器315和一個連接服務 器320，該連接服務器包括一個無線通信模塊TWLU 510和一個移動 電話模塊515。
關于與飛機服務器310通信的航空公司網絡，該航空公司網絡包 括一個RADIUS(英文"Remote Authentication Dial-In User Service", 即"遠程認證撥號用戶服務，，)類型的代理服務器605(英文"proxy server"),該代理服務器605能通過天線610接收和發射請求和數據。
代理服務器是具有如下功能的機器在航空公司的局域網計算機 與另一網絡即飛機的計算機網絡之間起中間(interm6diaire )作用。
代理服務器605通過局域網615連接到另外的RADIUS服務器 620、 625。事實上，要注意的是，RADIUS服務器可以起代理作用， 也就是說從客戶端向另外的RADIUS服務器傳輸請求。
RADIUS服務器可以以標準化的方式保證認證數據的傳輸，從而 允許在識別需求與用戶庫之間建立通信聯系。
為了在飛機服務器與航空公司的局域網之間實現數據交換，服務
13器ANSU315生成一個飛機證書，并如上文所述，通過移動電話;f莫塊 515將此飛機證書傳輸至無線通信模塊510。
無線通信才莫塊510根據EAP - TLS (英文"Extensible Authentication Protocol - Transport Layer Security",即"可擴展認證 協議—傳輸層安全")向航空公司的局域網發送一個請求，以便交換證 書并在飛機網絡與航空公司局域網之間建立一個安全隧道。這樣建立 的網絡就是虛擬專用網。
為此，協議EAP - TLS使用兩個證書來建立一個安全隧道，然 后該安全隧道為識別提供了可能性 一側是服務器， 一側是客戶端。
所述協議采用公鑰架構(英文"Public Key Infrastructure")來保 證客戶端(即航空公司飛機服務器與航空公司的RADIUS服務器)之間 識別通信的安全。
然后進行識別，尤其是通過發送一個DHCP (英文"Dynamic Host Configuration Protocol",即"動態主機配置協議，，)類型的請求至航空 公司的局域網代理服務器305，以便告知其身份。
圖7說明了可以在飛機計算機網絡與地面計算機網絡(尤其是航 空公司的網絡)之間建立的各種虛擬專用網絡。
該圖說明了建立一個基于移動電話通信載體，即GSM / GPRS 或UMTS網的虛擬專用網。不過，任何移動電話網都可以用作才艮據 本發明的虛擬專用網的通信載體。
允許飛機計算機網絡與地面網絡通信的這類虛擬專用網尤其是 通過分組才莫式無線電通信網絡供應商710和因特網或專用局域網715 實現的。
此外，還描述了建立一個基于無線通信載體720，例如基于WIFI 或Wimax網的虛擬專用網，所述無線通信載體尤其是機場的網絡。 所述虛擬專用網還通過因特網或專用局域網715實現。
此外，當飛機飛行時，可以利用衛星通信725在飛機計算機網絡 與地面網絡之間建立虛擬專用網。
一旦該虛擬專用網建立，維護及裝載操作就可以由飛機上技術員或地面技術員實施，并可受益于地面設施中存儲的程序手冊的最新版 本。
此外，可以安全地更新飛機計算機中存儲的工具和數據。
權利要求
1.一種在航空器的計算機網絡和地面計算機網絡之間的通信系統，其特征在于包括能夠根據同步通信模式通過至少一種通信載體在地面計算機網絡和航空器的計算機網絡之間建立網絡連接的裝置。
2. 根據權利要求1的通信系統，其特征在于包括基于地面計算 機網絡中存儲的數據更新航空器的計算機網絡中存儲的數據的裝置。
3. 根據權利要求1或2的通信系統，其特征在于包括用于將航 空器的計算機網絡中存儲的數據傳送到地面計算機網絡的裝置。
4. 根據前述任一項權利要求的通信系統，其特征在于至少一 種通信載體是移動電話網。
5. 根據權利要求1至3中任一項的通信系統，其特征在于至 少 一種通信載體是無線通信網絡。
6. 根據前述任一項權利要求的通信系統，其特征在于至少一 種通信載體是有線鏈路。
7. 根據前述任一項權利要求的通信系統，其特征在于航空器 的計算機網絡和地面計算機網絡通過虛擬專用網相連接。
8. —種航空器的計算機網絡，其特征在于包括能夠根據同步通 信模式通過至少一種通信載體與地面計算4^網絡建立網絡連接的裝 置。
9. 根據權利要求8的航空器的計算機網絡，其特征在于包括基 于地面計算機網絡中存儲的數據進行數據更新的裝置。
10. —種地面計算機網絡，其特征在于包括能夠根據同步通信模 式通過至少一種通信載體與航空器的計算機網絡建立網絡連接的裝 置。
全文摘要
本發明涉及一種在航空器的計算機網絡與地面計算機網絡之間的通信系統，其特征在于包括根據同步通信模式通過至少一種通信載體在地面計算機網絡與航空器的計算機網絡之間建立網絡連接的裝置。本發明使得可以簡化與維護控制中心(MCC)相關的飛機場維護程序，尤其是方便更新航空日志(例如機艙日志或技術日志)并使其安全。
文檔編號H04L29/06GK101675646SQ200880014899
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月4日 優先權日2007年4月6日
發明者F·索格納克 申請人:空中客車公司