专利名称：机场场面通信方法
技术领域：
本发明涉及一种机场场面通信方法，尤其涉及一种对机场场面的移动目标进行引导控制的机场场面通信方法，属于航空通信、监视技术领域。
背景技术：
随着世界航空业务量的高速增长，传统的通信、导航、监视(CNS)及空中交通管理(ATM)手段已经越来越不能满足航空发展要求。现有机场场面通信方法主要通过移动目标引导和控制系统(SMGCS)实现，就其技术状态而言主要包括简单视觉SMGCS和复杂视觉SMGCS。其中，简单视觉SMGCS应用于早期或小机场管理，它立4足于“看得见和被看得见”，因而只能通过减小速度、遵从特殊运行规则来实现机场管理；复杂视觉SMGCS是相对先进和复杂的引导系统，它使用现代技术交换滑行道中心线和禁止行使线信息，以提示飞机避免与地面车辆相撞，目前在中、高密度机场广泛应用。
现有技术的缺陷在于现有机场场面通信方法要求在机场建设有场面监视雷达，主要用于跑道、滑行道和机场场面移动目标的活动引导及监视。由于目前的场面监视雷达为一次雷达，主要依靠雷达对移动目标雷达回波的分析计算来探测目标的具体位置，因此对地形、障碍物、天气等外界因素有较高的要求。同时，为尽可能覆盖大的范围，减小覆盖盲区，需要适当位置建造一定高度的天线塔，通常一次场面监视雷达安装于机场管制塔台的顶部。但是，也不可避免地存在盲区，例如被候机楼、廊桥等遮挡的区域，另外需要知道二次雷达和飞行计划的数据，才能获得飞机的标识，而对于场面车辆则无法获得标识。
另外，在现有SMGCS系统中，车辆驾驶员和飞行员不能直接监视机场场面的运行情况。随着机场交通流量的增长、布局的日益复杂化以及越来越多的在低能见度条件下进行的运行，仅靠管制员在监控中心来监视整个机场场面的方式逐渐显示出其落后性。机场场面雷达由于其受地杂波、气候影响严重及不能识别目标等局限性，不能完全满足未来机场场面监视的需要。车辆驾驶员希望能够在自己的车辆上看到其所处的位置及整个场面的运动情况，并希望及时得到报警信息。
在民航方面，由于现有SMGCS系统的落后导致在低能见度或高复杂度情况下停航、延误以及事故现象不断发生。在军航方面，军用飞机的全天候作战要求以及军航新航行系统的验证推广应用，对具有更强大功能的SMGCS系统的需求日益迫切。
发明内容
本发明的目的是提供一种机场场面通信方法，克服现有监视雷达受地杂波及气候影响严重、覆盖范围有限、存在盲区等局限性，使得在低能见度条件下能够提供机场场面上移动目标以及地面站之间的通信，可以实现对机场场面移动目标的引导与控制，为高密度、大容量机场提供通信服务。
为实现上述目的，本发明提供了一种机场场面通信方法，包括发送站根据应用数据包的长度判断该应用数据包的类型，如果该应用数据包为短包则执行短包发送方法；如果该应用数据包为长包则执行长包发送方法；如果该应用数据包为超长包则将应用数据包分解为短包和/或长包，将短包执行短包发送方法，将长包执行长包发送方法；所述短包发送方法包括，发送站向接收站随机发送应用数据包；所述长包发送方法包括，步骤一、发送站向接收站随机发送RTS数据包，并同时为接收站即将回复的CTS数据包预约CTS时隙；步骤二、接收站在RTS时隙内收到RTS数据包后，在CTS时隙内向发送站回复CTS数据包，并为发送站即将发送的应用数据包预约数据时隙；步骤三、如果发送站在CTS时隙内没有收到由接收站发送的CTS数据包，则返回步骤一重新执行；否则，在数据时隙内向接收站发送应用数据包。
通过上述方法，能够实现机场场面范围内的移动目标之间及移动目标与地面站之间及时通信，即使在能见度很低的情况下也可以清楚了解机场场面内的移动目标的状况，实现对移动目标的引导与控制，克服了监视雷达受气候影响大、存在盲区等的缺陷；通过采用RTS/CTS(Request To Send/ClearTo Send，请求发送/清除发送)机制，一定程度上解决了隐藏终端和暴露终端的问题；另外，在本发明的具体传输过程中还采用了数据包绑定机制，节省时隙资源，以满足高级场面监视应用的需求。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例1的流程图。
图2为本发明实施例2的流程图。
图3为本发明实施例3的流程图。
图4为本发明实施例4的流程图。
具体实施例方式
在机场场面范围内，将每一个移动物体(包括飞机、车辆等)及机场控制台都设置为站点，各站点共同组成自组织网络。发送应用数据包的站点称为发送站，接收应用数据包的站点称为接收站。根据经验和机场应用数据的特点，本发明将数据包分为短包、长包和超长包。短包为占用长度小于等于3个时隙的应用数据包，长包为占用长度大于3个且小于等于5个时隙的应用数据包，超长包为占用长度大于五个时隙的应用数据包。
实施例1如图1所示，本实施例通过广播通信方式完成机场场面的广播通信，即发送站向接收站发送应用数据包，而接收站不需要确认。
步骤100，发送站按照应用数据包优先级将所有需要发送的应用数据包排成队列；步骤110，发送站根据要发送的应用数据包的长度判断该应用数据包的类型，若该应用数据包为长包则开始执行步骤141，若该应用数据包为短包则开始执行步骤151，若该应用数据包为超长包则开始执行步骤120；步骤141，当发送站判断出要发送的应用数据包为长包时，发送站从众多接收站中随机选择一个站点作为RTS的接收站，然后发送RTS数据包并同时为其即将回复的CTS数据包预约CTS时隙；步骤142，接收站收到发送站发送的RTS数据包后，在由发送站预约的CTS时隙内发送CTS数据包，并为发送站即将发送的长包预约数据时隙；步骤160，发送站在数据时隙内广播发送长包，接收站收到该长包后即完成一次长包传输过程；步骤151，当发送站判断出要发送的应用数据包为短包时，发送站通过随机选择方式为该短包选择数据时隙；步骤160，发送站在数据时隙内发送短包，接收站收到该短包后即完成一次短包传输过程；步骤120，当发送站判断出要发送的应用数据包为超长包时，则发送站对要传输的超长包进行分解，分解方法是每次按照支持长包传输的最大数据包长度从超长包中分解出一个长包，直至剩下的数据块长度小于能支持长包传输的最大数据包长度，则结束分解过程，并将剩下的数据包分解为短包。步骤130，对分解后的数据包类型进行判断，判断出长包时对长包从步骤141开始执行，判断出短包时对短包从步骤151开始执行。完成一次短包或长包传输过程后，发送站继续对下一个要传输的应用数据包进行判断，并执行相应传输过程。
为了解决在长包的发送过程中的丢包问题，发送站执行步骤141之后，等待接收来自接收站在指定的CTS时隙内回复CTS数据包。如果在步骤141中预约的CTS时隙内没有收到该CTS数据包，发送站重新执行步骤141，从接收站中随机选择一个站点发送RTS数据包至此站。
本实施例通过组建自组织网络实现了机场场面通信网络中的发送站向接收站进行广播通信的目的。在一个无线自组织网络中，节点之间通过多跳无线链路相互通信。在这里没有基站等基础设施，每个节点既是接收和发送信息的终端，又充当其他节点间通信的路由器，因此特别适用于网络拓扑结构需要动态变化的场合。并且由于自组织网络中的站点既是发送站又是接收站，因此克服了雷达存在盲区的缺陷，使车辆驾驶员和飞行员能够直接监视机场场面的运行情况。
并且由于本实施例采用了RTS/CTS机制，因此一定程度上解决了自组织网络中存在隐藏终端和暴露终端的问题。隐藏终端是指存在于能够对接收站造成干扰的范围内，却不能被发送站探测到的站点；暴露终端是指存在于发送站的探测范围内，却在接收站干扰范围之外的站点。通过RTS/CTS机制，发送站在发送RTS数据包的同时还预约了CTS时隙，RTS数据包和CTS数据包中都包含有发送站和接收站的标识，使得其它站点探测出该标识后，能够判断出该时隙已经被哪些站点预约，因此会主动避免在该时隙内发送数据包，从而最大程度地避免了干扰，也就在一定程度上解决了隐藏终端和暴露终端的问题。
实施例2如图2所示，本实施例完成机场场面上站点之间的点对点通信。
步骤200，发送站按照应用数据包优先级将所有需要发送的应用数据包排成队列；步骤210，发送站根据要发送的应用数据包的长度判断该应用数据包的类型，若该应用数据包为长包则开始执行步骤231，若该应用数据包为短包则开始执行步骤235，若该应用数据包为超长包则开始执行步骤220；步骤231，当发送站判断出要发送的应用数据包为长包时，发送RTS数据包并同时为接收站即将回复的CTS数据包预约CTS时隙；步骤232，接收站收到发送站发送的RTS数据包后，在由发送站预约的CTS时隙内发送CTS数据包，并为发送站即将发送的长包预约数据时隙及为本接收站即将回复的ACK数据包预约ACK时隙；步骤233，发送站在数据时隙内发送长包，接收站收到该长包后在ACK时隙内回复ACK数据包，发送站收到该ACK数据包后即完成一次长包传输过程。
步骤235，当发送站判断出要发送的应用数据包为短包时，发送站通过随机选择方式为该短包选择数据时隙；步骤236，发送站在数据时隙内发送短包，并为接收站即将回复的ACK数据包预约ACK时隙；步骤237，接收站收到该短包后在ACK时隙内回复ACK数据包，接收站收到该短包后即完成一次短包传输过程。
步骤230，当发送站判断出要发送的应用数据包为超长包时，则发送站对要传输的超长包进行分解，分解方法与实施例1所述方法相同，然后将分解后得到的长包或短包按照本实施例所述方法执行相应的短包或长包传输过程。完成一次短包或长包传输过程后，发送站继续对下一个要传输的应用数据包进行判断，并执行相应传输过程。
实施例3为了节省时隙资源和减少随机的信道访问，提高传输效率，本实施例在实施例2的基础上提出了一种数据包绑定方法。如图3所示，步骤300、310与实施例2中的步骤200、210相同。
步骤320，发送站对超长包进行分解，分解后的应用数据包可能全为长包，也可能既包括长包也包括短包。对于后一种情况，除了按照实施例1、2所述方法，对长包执行长包传输过程，对短包执行短包传输过程以外，还可以按照本实施图3所示，将分解出来的长包及短包都按照长包传输过程处理。由于本实施采用了数据包绑定方法，下一个应用数据包的RTS数据包是和上一个应用数据包绑定一起发送，CTS数据包又和ACK数据包绑定一起发送，不另外单独占用时隙，因此，从超长包中分解出来的短包也可以按长包传输过程处理。
在点对点的长包传输过程中，步骤341，发送站随机发送RTS数据包并预约CTS时隙。
步骤342，接收站收到RTS数据包后，在步骤341中预约的CTS时隙内发送CTS数据包，并预约数据时隙及ACK时隙。
步骤343，发送站收到接收站发送的CTS数据包后判断要发往相同接收站的下个应用数据包的类型，若为长包则执行步骤371，若为短包或无应用数据包发送，则执行步骤344。
步骤344，发送站在步骤342中预约的数据时隙内发送该长包。步骤371，发送站在数据时隙内将长包和针对下一个长包的RTS数据包绑定发送；步骤372，接收站收到长包和RTS数据包后，在步骤342中预约的ACK时隙内将ACK数据包和针对下一个长包的CTS数据包绑定发送。
短包传输过程中的步骤351、352与实施例2中所述的步骤235、236相同。
步骤353，接收站接收到发送站在步骤352中发送的短包或在步骤344中发送的长包后，判断该接收站要发往发送站的应用数据包的类型，若为长包则执行步骤361；若为单时隙短包，即该短包仅占用一个时隙，则执行步骤362；若为其它长度的短包或无应用数据包要发往发送站，则执行步骤363。
步骤361，接收站在步骤352或者342中预约的ACK时隙内将ACK数据包和针对即将发往发送站的下一个长包的RTS数据包绑定发送。
步骤362，接收站在步骤352或者342中预约的ACK时隙内将ACK数据包和下一个要发往发送站的短包绑定发送。
步骤363，接收站在步骤352或者342中预约的ACK时隙内发送ACK数据包。之后按照类似的方法，继续后面的流程，完成发送站与接收站之间的点对点通信。
由于本实施例采用了数据包绑定方法，使得在当前长包传输过程尚未结束时，已经开始了针对下一个应用数据包的长包传输过程，因此节省了时隙资源，减少了随机发送而产生的碰撞，提高了传输效率。
实施例4本实施例提供了点对点的传输过程中丢包问题的技术解决方案。如图4所示，在实施例2中所述的点对点方式的基础上增加了处理丢包的步骤。
在短包传输过程中，步骤453，接收站收到短包后在发送站预约的ACK时隙内回复ACK数据包。该发送站发送的短包和接收站回复的ACK数据包都有可能在传输过程中丢失，这都需要在步骤454中由发送站判断此短包是否发送成功。
步骤454，发送站在ACK时隙内等待接收由接收站发出的ACK数据包，但如果发送站在步骤452中预约的ACK时隙内没有收到该ACK数据包，则说明步骤453中的接收站没有收到步骤452中的发送站发送的短包，或者该ACK数据包在传输过程中丢失。无论哪种情况，接收站都要返回步骤451，重新为本次要发送的短包随机选择数据时隙，并继续执行后续步骤。当发送站在ACK时隙内接收到ACK数据包时，说明短包发送成功，则继续执行步骤455，发送站从步骤400开始执行，进行下一个应用数据包的发送。
在长包发传输过程中，步骤442中的接收站判断收到的RTS数据包是否为因ACK数据包丢失而由发送站重新发送的接收站已经收到过的长包的RTS数据包，如果是则执行步骤491，否则执行步骤443。
步骤443，接收站在发送站预约的CTS时隙内发送CTS数据包，并预约数据时隙及ACK时隙。
步骤444，发送站在CTS时隙内等待接收由接收站发出的CTS数据包，但如果发送站在步骤441中预约的CTS时隙内没有收到该CTS数据包，则说明步骤443中的接收站没有收到步骤441中的发送站发送的RTS数据包，或者该CTS数据包在传输过程中丢失。无论哪种情况，接收站都要返回步骤441，重新发送RTS数据包并预约CTS时隙。当步骤444中的发送站在CTS时隙内接收到CTS数据包时，则说明RTS数据包已经发送成功，继续执行步骤445。
步骤445，由发送站在数据时隙内发送长包。
步骤461，接收站在数据时隙内判断是否收正确到发送站在步骤445中发送的长包，是则执行步骤472，否则执行步骤471。
步骤471，接收站没有收到长包或者收到的长包解码出错，在步骤443中预约的ACK时隙内回复与ACK数据包格式相同的NACK数据包，以表明没有成功接收长包。
步骤472，接收站收到长包后在步骤443中预约的ACK时隙内回复ACK数据包。
步骤481，发送站等待接收由接收站发出的ACK数据包，如果发送站在步骤443中预约的ACK时隙内收到该ACK数据包或在步骤491中所述的CTS时隙内收到该ACK数据包，则此ACK数据包表明长包已成功接收，并执行步骤482。否则没有收到ACK数据包或者收到NACK数据包，则说明步骤472中的接收站没有成功收到步骤445中的发送站发送的长包，或者472中发送的ACK数据包在传输过程中丢失。无论哪种情况，执行步骤483。
步骤482，进行下一个新的应用数据包的发送执行步骤400。
步骤483，返回步骤441，发送站重新发送当前长包的RTS。
步骤491，接收站收到RTS数据后，在步骤441中预约的CTS时隙发送ACK数据包。并执行步骤481。
另外，在实施例3中采用了数据包绑定方案后，仍然可以使用本实施例中所述的丢包处理方法。如图3所示具体为在长包绑定传输过程中，步骤341中的发送站如果在步骤341中预约的CTS时隙内没有接收到步骤342中的接收站发送的CTS数据包，则该发送站重新执行步骤341。
步骤371中的发送站如果在步骤342中预约的ACK时隙内没有接收到步骤361、362、363或372中的接收站发送的数据包，则该发送站重新执行步骤341。
在短包绑定传输过程中，步骤351中的发送站如果在步骤352中预约的ACK时隙内没有接收到步骤361、362或363中的接收站发送的数据包，则该发送站重新执行步骤351。当接收站收到发送站在步骤341或者351中重发已经被接收站成功接收的长包的RTS数据包或者短包，则知道发送站没有收到上次和ACK数据包绑定发送的步骤361中的RTS数据包或者步骤362中的短包，则接收站将这部分数据重新发送。
由于本实施中的发送站增加了判断、重传的步骤，使得发送站能够知道发送的数据包是否已经成功接收，从而保证了传输的可靠性。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种机场场面通信方法，其特征在于，包括发送站根据应用数据包的长度判断该应用数据包的类型，如果该应用数据包为短包则执行短包发送方法；如果该应用数据包为长包则执行长包发送方法；如果该应用数据包为超长包则将应用数据包分解为短包和/或长包，将短包执行短包发送方法，将长包执行长包发送方法；所述短包发送方法包括，发送站向接收站随机发送应用数据包；所述长包发送方法包括，步骤一、发送站向接收站随机发送RTS数据包，并同时为接收站即将回复的CTS数据包预约CTS时隙；步骤二、接收站在RTS时隙内收到RTS数据包后，在CTS时隙内向发送站回复CTS数据包，并为发送站即将发送的应用数据包预约数据时隙；步骤三、如果发送站在CTS时隙内没有收到由接收站发送的CTS数据包，则返回步骤一重新执行；否则，在数据时隙内向接收站发送应用数据包。
2.根据权利要求1所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述短包发送方法还包括接收站接收到应用数据包后还向发送站回复ACK数据包；如果发送站在ACK时隙内没有收到该ACK数据包，则重发应用数据包。
3.根据权利要求2所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述短包发送方法中的发送应用数据包的同时还包括为接收站即将回复的ACK数据包预约ACK时隙；接收站接收到应用数据包后，在该ACK时隙内回复ACK数据包。
4.根据权利要求3所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述短包发送方法中的接收站在ACK时隙内回复ACK数据包的同时还包括将发往发送站的单时隙短包绑定发送。
5.根据权利要求3所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述短包发送方法中的接收站在ACK时隙内回复ACK数据包的同时还包括将针对发往发送站的长包的RTS数据包绑定发送。
6.根据权利要求1所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述长包发送方法还包括接收站判断是否接收到应用数据包，是则回复ACK数据包，否则回复NACK数据包；如果发送站没有收到ACK数据包或收到NACK数据包，则在数据时隙内重新发送应用数据包。
7.根据权利要求6所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述步骤二中预约数据时隙的同时还包括为本接收站即将回复的ACK数据包预约ACK时隙；所述步骤三中的接收站在ACK时隙内判断是否接收到应用数据包，是则在ACK时隙内回复ACK数据包，否则在ACK时隙内回复NACK数据包；如果发送站在ACK时隙内没有收到ACK数据包或收到NACK数据包，则在数据时隙内重新发送应用数据包。
8.根据权利要求7所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述步骤三中在数据时隙内向接收站发送应用数据包的同时还包括将应用数据包和针对下一个发往相同接收站的长包的RTS数据包绑定发送；接收站在ACK时隙内回复ACK数据包时，将针对下一个发往接收站的长包的CTS数据包绑定发送。
9.根据权利要求7所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述步骤三中接收站在ACK时隙内回复ACK数据包的同时还包括将发往发送站的单时隙短包绑定发送。
10.根据权利要求7所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述步骤三中接收站在ACK时隙内回复数据包的同进还包括将针对发往发送站的长包的RTS数据包绑定发送。
11.根据权利要求4、5、8、9、10中任意一项所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述发送站将超长包分解为短包和/或长包后还包括将分解产生的短包和/或长包均执行长包发送方法。
12.根据权利要求1所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述判断应用数据包类型包括按照应用数据包的优先级顺序判断应用数据包类型。
13.根据权利要求6所述的机场场面通信方法，其特征在于，所述步骤二中接收站在RTS时隙内收到RTS数据包后还还包括判断该RTS数据包是否为针对已经收到过的长包的RTS数据包，是则在CTS时隙内回复ACK数据包，否则在CTS时隙内回复CTS数据包；所述步骤三还包括如果所述发送站在ACK时隙内或CTS时隙内没有收到ACK数据包，则在数据时隙内重新发磅应用数据包。
全文摘要
本发明涉及一种机场场面通信方法，主要包括发送站根据应用数据包的长度将应用数据包分为短包、长包和超长包。针对短包，发送站随机选择时隙将短包发送给接收站；针对长包，采用RTS/CTS机制及时隙预约方法进行长包传输；针对超长包，发送站将其分解分解为短包或长包，并执行相应步骤。由此实现机场场面范围内的移动目标之间及移动目标与地面站之间的及时通信，实现在低能见度下对移动目标的引导与控制，克服了监视雷达受气候影响大、存在盲区等的缺陷，在一定程度上解决了隐藏终端和暴露终端的问题。另外，在本发明还采用了数据包绑定机制，节省了时隙资源和减少了因随机发送而产生的碰撞，提高了传输效率。
文档编号H04L29/06GK101035066SQ200610145110
公开日2007年9月12日 申请日期2006年11月10日 优先权日2006年11月10日
发明者罗喜伶, 张军, 袁永琼 申请人:北京航空航天大学