航空用VHFデータリンクの伝送遅延解析と予測
Electronic Navigation Research Institute

監視通信領域
住谷 泰人、北折 潤、石出 明

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2014/6/5

航空機の運航
No.2

測位衛星

通信衛星
通信(Communication)

航法(Navigation)
位置情報等

音声/データ
監視情報等

航法施設

監視(Surveillance)
管制機関(ATM)

監視レーダ

飛行情報等

空港

航空地球局

航空用ネットワーク網©ENRI

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はじめに
No.3

 背景と目的 VHF帯データリンクの性能調査
 シミュレータを用いた性能解析 解析結果と予測 まとめElectronic Navigation Research Institute第14回電子航法研究所発表会
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背景と目的
No.4

 円滑な航空交通流のための運用改善

CARATS（国土交通省航空局）
Collaborative Actions for Renovation of Air Traffic Systems
将来の航空交通システムのロードマップ
 CARATS航空通信アドホック会合

航空局、データリンクサービスプロバイダ、航空会社、ENRIなど
データリンク調査、将来的なデータリンク利用/情報共有
VHFデータリンクを用いたATC通信：音声/データの併用へElectronic Navigation Research Institute第14回電子航法研究所発表会
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航空通信システム関連のCARATSの取組
No.5

EN: Enabler
OI: Operational Improvement

CARATS通信アドホック関連のEN・OI（2013年度）
施策ID

施策名

EN14

VHF データリンク

EN15

将来の通信装置

OI13

継続的な上昇/降下の実現

データリンクによるCDO(陸域)CCO

高度化(ATNB2等)

OI19

合流地点における時刻ベースの順序付け、間隔設定（メタリング）

メタリングフィックスでの運用高度化(ATNB2等)

OI29-2

定型通信の自動化による処理能力の向上/管制承認（航空路）陸域CPDLC

陸域CPDLC(FANS1/A + (POA/M2)

高度化(ATNB2等)

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

FANS1/A+ POA/VDLM2(AOA)

2021

2022

2023

2024

2025

ATN Baseline2
AeroMACS,LDACS

意思決定年次時刻指定を行うCDO

意思決定の目安（状況次第で変更の可能性）※ 航空交通量(2025年)：現在の約1.4倍～国土交通省交通政策審議会航空分科会資料より

性能要件を満足 ?

* POA: Plain Old ACARSACARS: Aircraft Communications Addressing and Reporting System
VDLM2: VHF Digital Link Mode 2
AOA: ACARS over Aviation VHF Link Control
AeroMACS: Aeronautical Mobile Airport Communication SystemLDACS: L-band Datalink Aeronautical Communication System CCO: Continuous Climb Operations
CDO: Continuous Descent Operations
CPDLC: Controller Pilot Data Link Communication

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データリンク性能・シミュレーション
No.6

データリンク：上限を超えると輻輳、利用不可

上限の確認/事前予測

シミュレータ利用：航空機数を運用限界以上に増加
航空機を用いた限界算出は困難 （運用 / 航空機数上限）

シミュレーションパラメータ: 航空機数、メッセージ長、メッセージ間隔など

VHFデータリンク性能
 伝送遅延トラフィックデータの統計分析

 スループット 相互運用性 接続確率など

シミュレーションパラメータ シミュレーションパラメータ
VDLM2
POA
プロトコルモデル
プロトコルモデル
ソフトウェア: OPNET
OS: Windows
伝送性能解析シミュレータ

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シミュレーションモデル例 ～航空機60機
No.7

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日本のVHFデータリンクの特徴
No.8

VDLM2

POA

周波数(MHz)136.975 131.450, 131.250, 131.950

帯域(kHz)25変調方式D8PSK

AM-MSK

伝送速度(bps)

31500

2400

伝送単位

ビット

キャラクタ

誤り訂正機能ありなし

日本の地上局配置
VDLM2の覆域*アビコムジャパン社 webサイトより.
上図: http://www.avicom.co.jp/services/data_link/data_01.html
左図: http://www.avicom.co.jp/services/data_link/data_03.html

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トラフィックデータの解析例
No.9

通信量と航空機数の24時間推移

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調査分析対象とシミュレーションパラメータ
No.10

調査対象
• 最大トラフィックの地上局・時間帯• 新しいATC施策の該当範囲（200NM覆域内、FL150以上）

VGSの200NM覆域

分析対象データ
新しいATC施策に伴うATCデータ/AOCデータ
・メッセージ長・航空機数・メッセージ数
・メッセージ間隔
シミュレーションパラメータ項目
メッセージ長[byte]航空機数
1時間あたりのメッセージ数
メッセージ間隔[秒]

VDLM2
POA
ATCAOC+ATCAOC
AOC
周波数変更 他の施策 同時 混在環境
47440
20 31.5
322 550
5321322374452332 784
2285 234
9.68
10.8 4.6
1.6 15.4

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シミュレーションパラメータの算出例 ～AOC
No.11

• 覆域内のVDLM2航空機数：53機• 807 [ブロック/時]より• 374 [メッセージ/時]
2.158 [ブロック/メッセージ]
1ブロック = 220[byte] より
平均メッセージ長 = 474 [byte]• メッセージ間隔 = 3600[秒]/374= 9.6 [秒/メッセージ]※ATC
各施策に基づくメッセージ数、該当航空機数：トラフィックデータより抽出、メッセージ長：施策毎に想定※AOCとATC混在環境：ATCとAOCの航空機数に基づく比例関係を仮定

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シミュレーション解析例：AOC
No.12

10試行のうちの1試行
POA: 航空機数20機
VDLM2：航空機数60機
各航空機の伝送遅延時間

再送による伝送遅延

非定常

定常* RTCA,EUROCAEに基づく伝送遅延時間 95%の許容値

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伝送遅延時間95%値と航空機数の関係(POA)
No.13

95%値(10 試行分)

22機 > 10秒

* RTCA,EUROCAEに基づく
伝送遅延時間95%の許容値

POA：新しいATC施策の導入は厳しい

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伝送遅延時間95%値と航空機数の関係(VDLM2)
No.14

ATC通信：優先機能有（95%値≒AOC遅延）

95%値(10試行分)
53機

110機

150機

RTCA,EUROCAEに基づく伝送遅延時間95%の許容値
 現在の航空機数：53機
 VDLM2装備機数（装備率100%)：110機
 2025年（約1.4倍)：150機

VDLM2は性能要件を満足

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まとめNo.15

 CARATS:将来の航空交通システムのロードマップ

円滑な航空交通流のための運用改善
VHF帯データリンクの性能検討 ～新しいATC施策の対応可能性
 シミュレータを用いた性能解析と予測～ENRIの役割

トラフィックデータに基づく統計分析
シミュレーションパラメータ
航空機数、メッセージ長、メッセージ間隔
性能基準(RTCA/EUROCAE)：伝送遅延時間95%値 10秒を利用
 シミュレーション解析結果

POA：新しいATC施策の適用は厳しい
VDLM2：新しいATC施策の適用可：現在の航空機数での遅延：3秒程度
2025年頃を想定した予測結果：基準を満足

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今後の予定
No.16

 複数のアプリケーションへの対応

現在のシミュレーション：単一アプリケーション
ATC通信とAOCのトラフィックをまとめた平均パラメータ
将来のシミュレーション：複数のアプリケーション
ATC施策毎、AOCアプリケーション毎のパラメータATC通信優先機能 etc.

データ収集及び貴重なご意見等にご協力いただました
CARATS ATM WG及び通信Adhoc 並びに国土交通省
航空局をはじめとする航空関係者の皆様に感謝の意を表します