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向新技術(shù)過渡的民航通信網(wǎng)
[ 通信界 / 通信世界 / m.k-94.cn / 2004/6/2 ]
 

  從80年代開始,全球的民用航空總流量就以每年5%的平均速度在增長,我國的民用航空事業(yè)同樣呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的大好局面。目前,我國民用航空運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量已越入世界前列,從主要機(jī)場的飛機(jī)起降架次看,飛行流量也大幅度增加。飛行流量的增加對各種飛行保障系統(tǒng)提出了越來越高的要求,特別是面對IT技術(shù)及其應(yīng)用的飛速發(fā)展,對航空通信和信息的快速、準(zhǔn)確、可靠交換方面,各種飛行、航空信息自動(dòng)化處理方面要求越來越高。但是通過對全球范圍現(xiàn)有空中交通管制(ATC)信息交換和處理的基礎(chǔ)設(shè)施的分析來看,它們不能適應(yīng)和滿足空中交通預(yù)期發(fā)展的需求。

 。保梗梗澳暝趪H民航組織第10次航行大會(huì)上,通過了由未來航行系統(tǒng)特別委員會(huì)制定的方案。該方案主要是應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)和其他的新技術(shù)來改善和提高現(xiàn)用的航空通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理能力,在全球建立一個(gè)新的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理系統(tǒng)(NEW CNS/ATM)。而作為支持這個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施是,建立一個(gè)與國際民航現(xiàn)用的分散、隔離、技術(shù)較落后的網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用設(shè)施不相同的,將成為全球一體化、地空一體化的新型網(wǎng)絡(luò)-航空電信網(wǎng)(ATN)。

  新的航空電信網(wǎng)改變了過去航空專用、封閉式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在地面和地空的網(wǎng)絡(luò)中均采用了開放式系統(tǒng)互連結(jié)構(gòu),這樣就可以很方便的將空中交通管理、航空公司運(yùn)營管理、飛機(jī)、航空行政管理和其他通信網(wǎng)絡(luò)相互連接在一起,建成一個(gè)適應(yīng)民用航空界面向下一個(gè)世紀(jì)發(fā)展需求的一體化解決方案。航空電信網(wǎng)(ATN)是基于開放式系統(tǒng)互連數(shù)據(jù)通信模式的網(wǎng)絡(luò),但是,由于其中的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相對于相關(guān)的固定中介網(wǎng)絡(luò)而言,所呈現(xiàn)的終端系統(tǒng)的移動(dòng)性超出了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)施的范疇。航空電信網(wǎng)與其他數(shù)據(jù)網(wǎng)的區(qū)別主要有以下幾點(diǎn)首先,它是專門為民用航空界提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)的電信網(wǎng);其次,它為相互連接的地面系統(tǒng)與機(jī)載系統(tǒng)間,以及相互連接的多個(gè)地面系統(tǒng)之間的用戶提供透明的傳輸信道;再次,它提供滿足民用航空界保證飛行安全和系統(tǒng)安全的通信服務(wù);第四,它需要適應(yīng)民用航空各種應(yīng)用對于各種服務(wù)等級和電報(bào)優(yōu)先級的要求;最后,它使用各種航空、商用、公用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)并將它們集成為一個(gè)全球一體化的航空電信網(wǎng)。

一、航空電信網(wǎng)的構(gòu)成

  從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看航空電信網(wǎng)主要由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(NS)、中介系統(tǒng)(IS和BIS)和終端系統(tǒng)(ES)三部分構(gòu)成。

  網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由采用新的傳輸技術(shù)的各種子網(wǎng)絡(luò)組成,它是航空電信網(wǎng)中各系統(tǒng)間傳輸信息的物理媒體。新的航空電信網(wǎng)中的各子網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)行的各種子網(wǎng)絡(luò)有明顯的不同,它們分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。局域網(wǎng)用于在一個(gè)空管中心內(nèi)部或一架飛機(jī)內(nèi)部與各ES和IS的連接;而廣域網(wǎng)則用于航空地面系統(tǒng)之間、地空系統(tǒng)之間(IS或BIS間)的連接。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,局域網(wǎng)通常采用以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI等方式;廣域網(wǎng)中采用分組交換、幀中繼、異步傳輸模式、ISDN等傳輸方式;地空網(wǎng)絡(luò)則采用由ICAO制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的航空衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈、VHF數(shù)據(jù)鏈、S模式二次雷達(dá)數(shù)據(jù)鏈、短波數(shù)據(jù)鏈等組網(wǎng)。

  中介系統(tǒng)由航空電信網(wǎng)中域內(nèi)路由器和域間路由器組成,它們負(fù)責(zé)將各種不同的子網(wǎng)絡(luò)連接在一起,同時(shí)按照業(yè)務(wù)級別,可利用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來確定通過這些子網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包傳抵目的地系統(tǒng)的路由。作為中介系統(tǒng)的路由器軟件,包括OSI參考模型的低三層以及適用于不同形式系統(tǒng)的路由規(guī)程,路由器要考慮網(wǎng)絡(luò)的互連性、服務(wù)的質(zhì)量和安全以及應(yīng)用業(yè)務(wù)的影響來進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)。ATN中各路由器還負(fù)責(zé)與相臨的路由器交換有關(guān)可利用的路由,它們的特性,傳至終端系統(tǒng)的可靠性等信息。ATN的路由器根據(jù)其支持的規(guī)程情況又分為靜態(tài)或動(dòng)態(tài)域內(nèi)路由器IS和域間路由器BIS,域內(nèi)路由器在本域內(nèi)使用,域間路由器則在與相臨域通信時(shí)具有應(yīng)用路由政策的能力。ATN的BIS與OSI標(biāo)準(zhǔn)路由器的主要區(qū)別是,它有一套支持地空通信的特別的路由政策,它支持飛機(jī)進(jìn)入和離開相關(guān)地面路由域時(shí)路由起始/終止程序的動(dòng)態(tài)處理,以及當(dāng)使用帶寬有限的地空鏈路時(shí)地空路由器采用壓縮技術(shù)來提高效率等功能。

  終端系統(tǒng)是航空電信網(wǎng)中負(fù)責(zé)各種應(yīng)用業(yè)務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于ATN各終端系統(tǒng)需要與其他ATN的終端系統(tǒng)進(jìn)行端對端通信,因此,ATN終端系統(tǒng)中必須包括OSI全部七層規(guī)程堆棧來處理用于支持一種或ATN多種應(yīng)用的適當(dāng)?shù)耐ㄐ,ATN終端系統(tǒng)還必須具有與空管自動(dòng)化系統(tǒng)、飛機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)及與管制員、飛行員人機(jī)界面的接口。

  特別需要指出的是,信息技術(shù)和通信技術(shù)的進(jìn)步,已經(jīng)引起了全球化的進(jìn)步和發(fā)展。民用航空領(lǐng)域和空中交通管理領(lǐng)域也被深深地卷入其中。 ATN采用在開放式系統(tǒng)互連結(jié)構(gòu)(OSI)的基礎(chǔ)上提供一個(gè)使航空通信和數(shù)據(jù)交換現(xiàn)代化的解決方案,解決和促進(jìn)了全球民用航空不同系統(tǒng)之間的交互作用和集成,并可在不同的航空信息網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)完全的兼容。這個(gè)開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對ATN來講,是采用ICAO。梗罚埃堤栁募(guī)定的、國際電聯(lián)電報(bào)電話咨詢委員會(huì)及國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國際電子技術(shù)委員會(huì)制定的使用X.400來進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)。

二、ATN的實(shí)施與過渡

 。粒裕蔚哪繕(biāo)是建設(shè)一個(gè)全球一體化的新型航空通信網(wǎng)絡(luò),但是,涉及到在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上如何過渡的問題,ATN的實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及到開發(fā)、研制、實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)、安裝、改裝、應(yīng)用等一系列問題,而且各個(gè)國家的情況又很不相同,因此ATN的實(shí)施是分階段、分步驟逐步實(shí)施的。

  從目前來看,ATN的實(shí)施總體上分為兩大部分。一部分是地面網(wǎng)絡(luò)從現(xiàn)用的航空固定業(yè)務(wù)電報(bào)網(wǎng)(AFTN)向ATN地網(wǎng)絡(luò)過渡,主要是改進(jìn)和提高現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),將現(xiàn)用的低速民航專用電報(bào)網(wǎng),改建為符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的分組交換網(wǎng),并使用國際通用標(biāo)準(zhǔn)的各種協(xié)議,同時(shí)為實(shí)現(xiàn)各個(gè)不同地面網(wǎng)絡(luò)間的互連建設(shè),ATN路由器,AFTN/ATN網(wǎng)關(guān),以及開發(fā)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。另一部分是空地網(wǎng)絡(luò)部分,即從現(xiàn)用以模擬話音通信為主的空地通信網(wǎng)向全數(shù)字化的空地?cái)?shù)據(jù)、話音通信網(wǎng)絡(luò)過渡,并完成ATN整體網(wǎng)絡(luò)的互連。其中,空地之間的數(shù)據(jù)鏈路將根據(jù)情況采用航空移動(dòng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈,各種甚高頻數(shù)據(jù)鏈VDL MODE 1-4 S模式二次雷達(dá)數(shù)據(jù)鏈 高頻數(shù)據(jù)鏈。為此,各種機(jī)載計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信電臺(tái)、地面通信電臺(tái)、計(jì)算機(jī)等符合國際民航組織技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備都在研制、試驗(yàn)及組織生產(chǎn)之中。民用航空數(shù)字化數(shù)據(jù)通信,尤其是航空衛(wèi)星通信在一些國家空管部門已經(jīng)開始使用。

  地面部分的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)是基于ISO規(guī)定的面向電文的交換標(biāo)準(zhǔn)(MOTIS),并與TCP/IP中的簡單的郵件交換規(guī)程(SMTP)相類似。實(shí)際上MOTIS是一個(gè)完整的電文交換(郵件交換)系統(tǒng),而不是一個(gè)單獨(dú)的規(guī)程,它是一個(gè)電文處理系統(tǒng)(MHS)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),由于它的安全性和通過一個(gè)電報(bào)交換代理(MTA)指示電報(bào)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)各個(gè)不同的路由器傳送路由的可連接性,現(xiàn)已經(jīng)被航空界采用。使用這個(gè)系統(tǒng)不僅可以與本地AFTN/ATN/AMHS或地區(qū)網(wǎng)絡(luò)相連接,而且可以使用互連網(wǎng)服務(wù)器與全球連接。郵件服務(wù)器包括一個(gè)電報(bào)存儲(chǔ)設(shè)備,它由一個(gè)微軟交換服務(wù)器管理,使其象郵局那樣運(yùn)行,執(zhí)行各個(gè)郵箱、用戶的管理和系統(tǒng)各數(shù)據(jù)庫之間電報(bào)的分發(fā)與存儲(chǔ)。

 。粒疲裕危粒裕尉W(wǎng)關(guān)的作用是,在現(xiàn)用的航空電報(bào)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)的AFTN和將來通過ATN互連網(wǎng)進(jìn)行的電報(bào)存儲(chǔ)來轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù),還為稱為空中交通服務(wù)(ATS)電報(bào)業(yè)務(wù)的航空電報(bào)處理系統(tǒng)(AMHS)之間提供互操作性。由于AFTN使用面向字符的異步傳輸技術(shù),而AMHS使用ISO的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定在ISO/IEC10021和CCITT/ITU-T X.400的標(biāo)準(zhǔn),原則上兩套文件不相符合。

  隨著ATN的開發(fā)和實(shí)施,ATN提供了更快、更可靠的通信,AMHS將逐步取代AFTN。但目前,兩個(gè)系統(tǒng)將會(huì)在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)共存。為了在不需要辨別是哪一種用戶的前提下,實(shí)現(xiàn)航空電報(bào)業(yè)務(wù)適當(dāng)?shù)亩藢Χ瞬僮鳎苊庠冢粒停龋咏ㄔO(shè)初期AMHS用戶數(shù)量有限尚不足以證明向AMHS過渡的緊迫性的情況下,網(wǎng)關(guān)作為提供兩個(gè)系統(tǒng)基本的相互工作能力開始設(shè)施。只有在一個(gè)ATS當(dāng)局負(fù)責(zé)的區(qū)域中不再有AFTN的終端臺(tái)和AFTN中心,并且不再與相鄰的航空當(dāng)局使用AFTN互連以及在全球范圍所有AFTN退出運(yùn)行后,網(wǎng)關(guān)才不再需要。

  ATN通過業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)提供點(diǎn)對點(diǎn)和一點(diǎn)對多點(diǎn)的能力,它本身并不具備電報(bào)交換的功能,因此需要與AFTN的電報(bào)交換能力相配合來使用,而不是由ATN簡單的代替AFTN。ATN的主要任務(wù)是傳輸,目的是在有大量的數(shù)據(jù)時(shí),有效地利用ATN互連網(wǎng)這一高速傳輸?shù)膬?yōu)勢這一基礎(chǔ)設(shè)施。同時(shí),可作為向ATSMHS國際標(biāo)準(zhǔn)過渡的臨時(shí)解決方法。AFTN/ATN網(wǎng)關(guān)的第二個(gè)任務(wù)是,給那些目前僅僅采用AFTN的當(dāng)局與相鄰的已經(jīng)開始實(shí)施ATN的中心一個(gè)互通的機(jī)會(huì)。這樣AFTN的用戶可以開始以一種有限的方式學(xué)習(xí)ATN終端系統(tǒng)、ATN各路由器的實(shí)施和運(yùn)作。在這種情況下,ATN的實(shí)施可以在兩個(gè)ATS當(dāng)局的邊界處進(jìn)行,即用網(wǎng)關(guān)將AFTN島和ATN島連接起來。

  每種AFTN/ATN網(wǎng)關(guān)都作為AFTN的構(gòu)成部分處理AFTN電報(bào)。作為ATN的構(gòu)成部分,根據(jù)網(wǎng)關(guān)的類型將ATS電報(bào)規(guī)程堆棧并入網(wǎng)關(guān);另外,一個(gè)電報(bào)傳輸和控制單元執(zhí)行一套AFTN單元和ATN單元間互通的通用和映射程序。

 。粒疲裕危粒裕尉W(wǎng)關(guān)可以使用各種硬件平臺(tái),可以從最小配置到最復(fù)雜的配置。

 。保畟(gè)人計(jì)算機(jī)型平臺(tái);趩为(dú)的微處理器和運(yùn)行一個(gè)多任務(wù)/多線程操作系統(tǒng)(如,UNIX),雖然這樣的平臺(tái)對于系統(tǒng)的冗余和故障的反應(yīng)能力是有限的,但它有可能引入一些有限的冗余,特別是在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),采用鏡向磁盤技術(shù)可以對數(shù)據(jù)的不遺失提供保證。運(yùn)用在一個(gè)局域網(wǎng)上。同一個(gè)地點(diǎn)設(shè)置冗余的相同系統(tǒng)加上相關(guān)的交換設(shè)備,可以建成雙機(jī)熱備用方式。

  2.工作站或者服務(wù)器;诙辔⑻幚砥骰颍遥桑樱锰幚砥,運(yùn)行UNIX操作系統(tǒng),都可以用不同的硬件生產(chǎn)廠家做這類硬件平臺(tái)。這類系統(tǒng)可以引入各種不同等級的冗余來保證系統(tǒng)的可靠性,如,多處理器、雙鏡向磁盤等。

 。常蒎e(cuò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。運(yùn)行UNIX操作系統(tǒng)或者其他專用的操作系統(tǒng),這類系統(tǒng)具有固有的抗御硬件故障的能力,而不影響系統(tǒng)各種應(yīng)用功能。例如,用來支持AFTN中心運(yùn)行的設(shè)備就屬于這類硬件平臺(tái)。它的存儲(chǔ)能力可以根據(jù)網(wǎng)關(guān)所承擔(dān)的業(yè)務(wù)量或根據(jù)所期望達(dá)到的運(yùn)行水平來確定。

 。粒疲裕危粒裕尉W(wǎng)關(guān)軟件包括提供網(wǎng)關(guān)特性規(guī)定功能的通信應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)軟件,還需要集成一個(gè)MTA包或者MTCU(電報(bào)移交和控制單元),它的軟件是專門由實(shí)施者自行開發(fā)的。另外的軟件部分,如電報(bào)排隊(duì)的尺寸、與相鄰AFTN中心的鏈路的報(bào)告,鏈路、子網(wǎng)絡(luò)的使用、地址轉(zhuǎn)換表等也要由實(shí)施者自行開發(fā)。

  網(wǎng)關(guān)作為一個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器運(yùn)行,負(fù)責(zé)與其他各種通信系統(tǒng)的連接與電報(bào)交換。這些通信系統(tǒng)包括有線、無線、X.25和多接口電路板,網(wǎng)關(guān)的多方面適用性使其可以連接至LAN/WAN、以太網(wǎng)。并使用窗口電文應(yīng)用程序接口(MAPI)在不同的接口之間對話。

  網(wǎng)關(guān)與AFTN中心連接采用下列方法:(1)一條異步的、使用ITA-2碼的、符合ICAO 附件10程序的電路。在此情況下網(wǎng)關(guān)需要承擔(dān)ITA-2和IA-5代碼的轉(zhuǎn)化;(2)一條異步的、使用IA-5碼的、符合ICAO 附件10程序的電路;(3)一條符合ICAO附件10程序的、編碼和比特獨(dú)立的電路或網(wǎng)絡(luò);(4)如果AFTN/ATN網(wǎng)關(guān)與AFTN中心同址建設(shè),則可以使用任何物理的或邏輯的接口相連接。

  與 ATN連接可以通過與ATN子網(wǎng)絡(luò)的各種接口實(shí)現(xiàn)。如對長途的交換可以通過X.25、幀中繼或使用ISO/IEC 8802-2連接本地網(wǎng)。為了適應(yīng)AFTN向ATN的過渡,需要應(yīng)用新型的AFTN終端。這種終端的軟件通過E-mail來管理、處理、存儲(chǔ)、傳送和接收電文。它能夠在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行支持新的航空電報(bào)處理系統(tǒng)(AMHS),并且支持空中交通管制(ATC)的地面通信,以準(zhǔn)備將來過渡成為新ATN和ATS業(yè)務(wù)的一個(gè)組成部分。

  地空部分則主要是采用衛(wèi)星通信技術(shù)和新的甚高頻通信技術(shù),在非雷達(dá)覆蓋區(qū)內(nèi)提供以GPS位置和計(jì)算機(jī)測算生成的仿真雷達(dá)位置、速度、高度、時(shí)間的4維顯示,為地面管制中心提供監(jiān)視能力和實(shí)施飛行員與管制員之間的直接數(shù)據(jù)通信。

三、中國民航的過渡計(jì)劃

  改革開放二十多年以來中國民航通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)得到了快速的發(fā)展為了保證飛行安全和航空運(yùn)輸生產(chǎn)的順利進(jìn)行中國民航建成了專用的地面幀中繼、分組交換網(wǎng),專用VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng),民航電報(bào)自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng),地空ACARS數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。為各種航空數(shù)據(jù)交換提供了較好的傳輸平臺(tái)。

  在世紀(jì)之交,我們面臨著信息化的挑戰(zhàn),面臨向新通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和自動(dòng)化空中交通管理系統(tǒng)過渡,中國民航已經(jīng)決定進(jìn)一步加強(qiáng)我國民用航空通信系統(tǒng)的建設(shè),將要進(jìn)一步加大地面數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設(shè)。在已有的幀中繼、分組交換網(wǎng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模建成包括一個(gè)主網(wǎng)控中心、八個(gè)主節(jié)點(diǎn)、三十個(gè)二級節(jié)點(diǎn)、一百個(gè)遠(yuǎn)程集中器在內(nèi)的覆蓋國內(nèi)各機(jī)場、主干線速率達(dá)2Mbit/s、其他干線速率為64Kbit/s——356Kbit/s的民航地面數(shù)據(jù)通訊網(wǎng),為民用航空各計(jì)算機(jī)連網(wǎng)提供可靠、快速的傳輸保證。在下一個(gè)世紀(jì)的前5年,還將建成以局域網(wǎng)和計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的、相互連網(wǎng)的、具有國際現(xiàn)代化水平的北京、上海、廣州三大區(qū)域管制中心。同時(shí)開發(fā)、研制AFTN/ATN網(wǎng)關(guān),通過實(shí)驗(yàn)與國際AMHS系統(tǒng)或ATN網(wǎng)關(guān)連網(wǎng),為向ATN系統(tǒng)過渡進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備。在地空通信方面,除開放已經(jīng)成功的進(jìn)行ADS航路和CPDLC通信飛行實(shí)驗(yàn)的我國西部航路外,繼續(xù)采用新技術(shù),開放其他ADS/CPDLC航路。

 

作者:通信世界 合作媒體:《通信世界》 編輯:顧北

 

 

 
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