電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

2．擬似衛星サブネットワークを用いたATN実験
航空施設部※板野賢 塩見 格一＊ 藤田 光紘＊＊
＊電子航法評価部 ＊＊衛星航法部

1．はじめに表示端末が、管制官用のGUIを提供する操作表ATN（航空通信ネットワーク）は従来個別に行われてきた航空におけるデータ通信機能を、ISO（国際標準化機構）のOSI（開放型システム間相互接続）を用いたビット指向の通信に統一するもので、ICAO（国際民間航空機関）により提唱された次世代の航空通信用のインターネットである。

示端末であるが、ATNに関する通信の処理はCPDLC／ADSサーバが行う。ADS及びCPDLCメッ

本年度は、昨年に引き続きCPDLC（管制官・ADS操作表示端末とCPDLC／ADSサーバ間ではプロパイロット間データリンク通信）とADS（自動従属監視）の国際接続実験（1）を行うとともに、新たに衛星航法部の擬似衛星サブネットワークを用いてCPDLCとADSの通信実験を行った。本講演では擬似衛星サブネットワークを用いた実験の概要と結果について述べる。

トコルにTCP／IPを用い、CPDLC／ADSサーバと航空機シミュレータ間はOSIを用いる。また、BISセージのやり取りは航空機シミュレータとCPDLC及びADS操作表示端末間で行われ、メッセージは航空機BIS（境界型中間システム）、衛星データリンク実験システム、地上BIS、CPDLC／ADSサーバを経由する。また、CPDLC及びは一種のデータの中継機で、各空地データリン
クの両端では必須のものである。
航空機側及び地上側のネットワークはハブを用いたLANで構成される。航空機BISとAES（航空機地球局）間、及び地上BISとGES（地上地球局）間の接続はⅩ．25を用いたWAN（回線速度2．実験構成
図1に擬似衛星サブネットワーク（図中の衛星データリンク実験システム）を用いた通信実
験の構成図を示す。衛星データリンク実験シス
テムを挟んで性能測定装置を省く左側が航空機側で、右側が地上側である。CPDLC／ADS航空機
シミュレータが機上のパイロット用のCPDLCとADSの操作表示端末である。CPDLC及びADS操作9600bps）を用いる。従ってBISから見ると衛星
データリンク実験システムは一種のパケット網に見える。また、性能測定装置は一種のプロトコルアナライザで、航空機側及び地上側のLAN上のパケットを監視し、各パケットのデータリンクヘッダ部分に付加される絶対時間から、各パケットの差分をとって通信時間を計算する。
衛星データリンク実験システムは、AMSS（航図1通信実験の構成図

ー5−電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

空移動衛星業務）サブネットワークを模擬し、BISとの接続にはx.25を用いるが、AESとGESN比の値はBER（ビット誤り率）10を満足する最小の値とした。

間の通信にはICAOのAMSS‑SARPs（標準化及び勧告方式）に準拠したプロトコルが用いられる。

4．1データフォーマット

また、フェージング・シミュレータにより電波伝播におけるレベル変動やノイズなどの影響が図1にコネクション確立要求を含まないADS
及びCPDLCのデータフォーマットの一例を示す。

模擬できる。また、AMSSのデータ伝送速度はATNでは図1のTP層ヘッダ以降のTPDU（トラン600bpsと10500bpsを用いた。

スポート層プロトコル・データ・ユニット）の最大サイズが1024バイトなので、ATNに接続さ3.ADSとCPDLCについてれる各データリンクの取り扱える最大ユーザ

ADSは地上からのコントラクトにより、航空データサイズも同程度以上が望ましい。
しかし、AMSSではⅩ．25のユーザデータサイ機側から位置情報などを含むADSレポートを地上に送信したり、レポートの送信を止めたりするアプリケーションである。ADSはコントラクズが最大で128バイトであり、CLNP（コネク

トの種類により、またダイアログの有り無しにダだけでもこれより大きいため各BISはLANかより（ATNのアプリケーションはダイアログサービスを用いているが、ダイアログが確立さら送られてくるパケットを必ず2個以上に分割して衛星データリンク実験システムに送信するれている場合とそうでない場合がある。）データ必要がある。これはAMSSの取り扱えるユーザ伝送手順が異なり、通信時間も異なる。また、データが最大144バイト程度であることによる。
このため、データの伝送に時間がかかる。

ADSレポートには各種のオプションがあり、オプションの種類によりデータ長も異なるが、今ションレス・ネットワーク・プロトコル）ヘッ

回用いたものは最も基本的なもの（航空機アド

また、CLNPヘッダ長は通常60〜70バイト程度であるが、ATNではセキュリティ上の理由なレス、緯度経度、高度、FOM［航法精度の指標］、どで、CLNPのオプション機能を用いるため長く時刻）である。
CPDLCは管制官とパイロット用のデータ通信なる。例えば、セキュリティが必要とされるリ用のアプリケーションである。CPDLCはADSとンクではセキュリティタグの無いパケットは破棄され、パケットがどの経路を経由したかも記異なり最初にアプリケーション間の接続を行う。
このため、メッセージ送信の際は常にダイアロ録される等である。

グが確立された状態になるので、その通信内容から20バイト程度（ADSレポートは18バイト）で、CPDLCデータの大きさは十数バイトからフにかかわらず基本的に同じ伝送手順になり、通信時間もメッセージ長に依存する。ただし、CPDLCのスタート処理やエンド処理などではまた、ADSデータの大きさは今回は数バイトリーテキストで200バイト程度であった。

データ転送手順が異なる。

AMSS X．25最大ユーザ
データサイズ128バイト

また、ADSやCPDLCなどの空地アプリケーションでは、ASN．1（抽象構文記法1）を用いてメッセージの短縮を図っている（1）。

TPDU最大サイズ1024バイト

4．実験結果実験結果はCPDLCに関しては現在も解析中なので、ここではADSの実験結果について述べる。
AMSSの回線速度600bpsのノイズの無い場合とC/N比31．9db（搬送波電力対雑音電力密度比）を、回線速度10500bpsの場合はノイズの無い場
合とC/N比42．9dbの場合について測定した。C/X．25HDLCヘッダ
5

CLNPヘッダ

TP層
ヘッダ

上位層
ヘッダ

CPDLC/ADS
データ

145

53

可変（単位：バイト）
図2

CPDLC／ADSの空地データリンクに送られるデータフォーマット

−6−

電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

表1各コントラクトのデータサイズ

4．2 ADSのアップリンク通信所要時間
図3にアップリンクでの通信所要時間を示す。
ADSサーバから航空機シミュレータまでのコントラクト別の送信に要した通信所要時間を示したものである。また、表1に各コントラクトごとの衛星データリンク実験システムに送られるデータサイズを示す。回線速度にかかわらず、各コントラクトの所要時間はダイアログがない
場合の方がダイアログある場合より時間がかかる。これは、ダイアログのない場合はADSサー
バは確立要求を含んだメッセージを送信し、データサイズが56バイト程大きくなるためである。また、ノイズの影響については有意な差はほとんど見られない。また、10500bpsの方が600bpsに比べて4倍から4．5倍ほど速いが、回線速度ほどの差は見られない。これは、回線速度が影響するのはデータ伝送にかかわる部分でデー タサ イズ （バイト）コントラクトD em an d‑con tract
221（ダイアログなし）
D em an d‑con tract165（ダイアログあり）
P eriod ic‑con tract
2 23（ダイアログなし）
P eriod ic‑con tract
7（ダイアログあ り） 16
C an cel164
A bort169

あり、メッセージの分解・組み立て等のプロトコルに係わるAMSS内部の処理には影響せず、この部分でかなりの時間が取られるためと考えられる。
表2にアップリンクの実行回線速度を示す。
表2及び図3にはBISの処理時間も含まれるが、数十ms程度なのでBISの影響はほとんど無視で

表2 アップリンクの実行回線速度［bps］
コ ン トラ ク ト
D em and （ダ イア ログ な し）
D em and （ダ イア ログ あ り）
P e rio d ic （ダ イア ロ グ な し）P e rio d ic （ダ イア ログ あ り）
C a n ce lA b ort

6 00 b p s
10 50 0 b p s
ノイズ な し C/ N 比 3 1．
9 ノイズ な し C/ N 比 3 1．
913 411913 3125124
13 1−7−12 3
1 1912 312 612 512 8543553545
54 1560566

5 19527557544500539

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コントラクト

図4

ダウンリンク通信所要時間
表3 ダウンリンクのデータサイズ

きる。

コントラクト

4．3 ADSダウンリンク通信所要時間

データサイズ（バイト）

Report対
ntDemaract nd‑ co 219

図4は各コントラクトに対して航空機シミュ
レータからADSサーバへADSレポート等の応答

ダイアログなし
Repor
contt対Dema
ract nd‑を送信するときの所要時間をグラフにしたもの

18
ダイアログありRepor
イア
t対
ntロPerrグ
actダiなodi
しc‑ co 219である（Abortは機上からコントラクトを発行した場合）。また、表3にそのときのデータサイズを示す。

2

Report対
ntr
Peractiodic‑ co 182

ダウンリンクでは、ダイアログがある場合の方がダイアログがない場合より所要時間が大きダイアログありN egative A ck
202
対D emand‑contract
ダイアログなし
N egative A ck
対
Demand‑contr actダイアロ
16
グあり
5くなる。これは、データサイズ自体はコネクションの確立確認が含まれる分ダイアログのない場合の方が大きくなるが、ダイアログがある
場合には航空機シミュレータがADSレポートまたはNegative Ack（否定応答）を送信する前にAck（肯定応答）を返すためである。図5にこのN egative A ck
対Per
iodic‑contract
ダイアロ
グなし

時のシーケンスを示す。ダイアログのない場合
は、シーケンスで2倍、トラフィック量も約2N egative A ck
対Per
iodic‑contract
ダイアログありCancelA bort倍（Ackは172バイト）になるが、送信所要時間は回線速度600bpsで約1．5倍、回線速度−8−222165165169電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

10500bpsでは1．1〜1．2倍程度である。これは、航空機シミュレータはAckとレポートを連航空機

A DS サ ー バ続して送信するため、衛星データリンク実験システムがこれらのスロット予約処理を並列に行シ ミュ レー タ

コ ン トラ ク ト送信（コ ネ ク シ ョ ン確 立 要 求 を含 む ）＼′A D S レポ ー ト送信ノ（コ ネ ク シ ョン確 立 確 認 を含 む ）うためである。また、ダイアログのある場合のコントラクトでは、航空機シミュレータがAckを返すのは1回だけなので、Periodic−COntraCt

Ack

でも最初の一回を除いてADSレポートの送信所′

要時間は回線速度600bpsでも約23秒になる。

（a）ダイアログのない場合洋上における管制間隔と航法性能及び最大
ADS−Periodic Reportの関係は、管制間隔30NM（海里）では、航法性能がRⅣ（要求航法性能）

航 空 機
ADS サ ー バ

4で、最大ADS−Peridic Report間隔が14分なので、瓜ISSのチャネル数が在空機に対して十分

シ ミュ レー タ
コ ン トラ ク ト送 信
（デ ー タ の み ）あれば洋上の運用では問題は無いと考えられる。

＼ノ′

表4にダウンリンクの実行回線速度を示す。
アップリンクに比べ実行回線速度は遅い。これAck

は、アップリンクの場合、衛星データリンク実
験システムは地上BISからデータ伝送要求を受

一′、

A D S レ ポ ー ト送 信ノ、（デ ー タ の み ）Ack

けた後、スロットに順次挿入して送信するのに対して、ダウンリンクの場合は、各スロット予ヽヽL′約毎に待ち時間を設けているためである。また、（b）ダイアログのある場合ノイズの影響に関しては、アップリンクの場合

図5

ADSのシーケンスと同様に有意な差は見られなかった。
ンスでのトラフィックの総量である。

表5から、往復通信時間は、回線速度が4．4 ADS操作端末一航空機シミュレータ間往
復通信時間
表5は、皿S操作端末からコントラクトを送信してから、航空機シミュレータからの応答が返るまでの時間を示す（いわゆるレスポンスタ

10500bpsではコントラクトの種別にかかわらず約10秒である。回線速度が600bpsでは、ダイ
アログのない場合は37〜46秒で、ダイアログがある場合は42〜59秒である。ダイアログのイム）。また、表5の通信トラフィック量は衛星ある場合とない場合の通信時間の差については、

データリンク実験システムに送られる各シーケ

既述したようにシーケンスの違いによるものと

表4 ダウンリンクの実行回線速度［bps］
コ ン トラクト
R e po rt対D em an d−C O ntraCt（ダイア ログなし）
R e po rt対D e m a nd−C O ntraC t（ダ イア ログあ り）
R epo rt対 P e riod ic−C O ntraCt（ダイア ログなし）
R e port対 P e riod ic−C O ntraC t（ダ イア ログあ り）
N e gative A c k対 D e m an d−C On traCt（ダイアログな し）N e gativ e A ck 対D em an d−C On traCt（ダイア ログあり）
N egative A c k対 P e rio dic −C On traCt（ダイアログな し）N e gative A c k対 P e rio dic −C On traCt（ダイア ログあり）
C an c e l
A bo rt600 b p s
ノイズ なし C ／N 比 3 1 ．
97372
3639727447
39696935377475
3635353660−9−60

1050 0 b p s
ノイズな し C ／N 比 3 1．
923 31 72
2 3817 2239
15 827215 214 82 2024 817 1263
17 224815 7
27 015 9
1 572 27電子航法研究所研究発表会（第1回 平成13年6月）

表5 ADS操作端末一航空機シミュレータ間往復通信時間（レスポンスタイム）
測 定 結 果 （秒 ）コ ン トラ ク ト

600 b p s

空 地 間 トラ

10 5 0 0 b p s

フ ィ ツク 量

C ／N 比 3 1 ．
9（バ イ ト）

10．
967

9．
8 191574

10．
86 1

10．
893

693

43 ．
0 98

10 ．
772

10．
000

60？

4 7．
966

4 1．
6 90

10．
9 10

10．
9 17

69 1

N e gative A c k対 D e m a nd−C O ntra Ct（ダ イア ログ な し）

36．
070

36 ．
548

10 ．
24 8

9．
686

1557

N e gative A c k対 D e m an d−C O ntraCt（ダ イア ログ あ り）

46．
936

4 7，
563

10 ．
750

11．
073

655

N eg ative A c k対 P e riod ic −C O ntraC t（ダ イア ログ な し）

37．
002

42 ．
909

9．
76 7

9．
732

1559

N e gative A c k 対 P erio dic−C O ntraC t（ダ イア ログ あ り）

47．
824

4 7．
239

11．
177

11．
069

6 55

C a nc e l

47．
3 154 7．
5 16

11．
236

11．
0 37

162 8

ノイズ な しC ／N 比 3 1．
9ノイズ な し

R epo rt対 D em an d−CO n traCt（ダ イア ロ グ な し）

3 7．
2 1242 ．
4 58

R ep ort対 D em an d−C On traCt（ダ イア ログ あ り）

4 7．
920

59 ．
724

R e po rt対 P e rio dic −CO n traCt（ダ イア ログ な し）

36．
62 1

R e po rt対 P e rio dic −CO n traCt（ダ イア ログ あ り）

考えられる。また、測定値のゆらぎには、既述した瓜ISSのスロット予約のタイミングが含まれ5．まとめ
衛星データリンク実験システムを用いてATNの通信実験を行った。ADSの実験結果を見ると、AMSSの回線速度にかかわらず洋上空域での運用
ではAMSSのチャネル数が在空機に対して十分あれば問題は無い。回線速度10500bpsの場合は、回線速度600bpsに比べて4〜4．5倍ほど高速であるが、回線速度の違いほどの差はなかった。

ると考えられる。
また、ダイアログがない場合のDemand−contractと、Periodic−COntraCtに航空機シミュレータがNegativeqAckを返した場合は、トラフィック量が大幅に増える。これは、ADSサーバと航空機シミュレータ間のメッセージの送受信が終了した後に、ダイアログの切断処理

しかし、回線速度10500bpsの場合は最大ユーザデータサイズが回線速度600bpsに比べて大きいので、BISとのインターフェースの改善（Ⅹ．25の最大ユーザデータサイズを128バイトから256バイトに変えるなど）しだいでは高速化が可能と考えられる。
また、CPDLCの実験結果については別の機会に発表する。

が行われるためである。同様にCancel要求でも、メッセージの送受信後にコネクションの切断処理が行われるためトラフィックが増える。
また、比較のため、BIS間をV24ケーブルを用いて直接結び（図1から衛星データリンク実験システムを除いた構成になる）同様の実験を行った。実験結果はコントラクトの種別にかかわらず、往復通信時間は約500msになった。通信時間の内訳はBIS間のWANの部分が約350ms、BISの処理時間が約50ms、残りの100msがADSサーバと航空機シミュレータの処理時間である。

参考文献（1）板野賢，塩見格一： ATNの国際接続実験について（その2） ，第32回電子航法研究所発表
会概要，平成12年6月．

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