飛機通訊定址與報告系統

飛機通訊定址與報告系統的數字資料鏈系統。該協議於20世紀70年代提出，當時稱之為Telex。歷史.在資料鏈系統出現之前，地面人員和飛行人員之間的所有交流只能透過語音進行。這種通訊以甚高頻或高頻語音無線電通訊方式實現。1990年代早期衛星通訊技術的引入，使這種通訊模式得到了進一步加強。簡介.航空公司為了減少機組人員的工作負荷，提高資料的完整性，在1980年代末引入飛機通訊定址與報告系統。有少數飛機通訊定址與報告系統在此之前就已經出現，但未在大型航空公司得到廣泛的應用。雖然飛機通訊定址與報告系統通常出現在關於資料鏈裝置資料鏈訊息，並將其分發到網路上的不同航空公司。起初，飛機通訊定址與報告系統根據ARINC597標準設計。該系統在1980年代末期升級以滿足ARINC724標準。ARINC724定義了航空電子裝置數字資料匯流排介面。該標準後來又修訂為ARINC724B。1990年代所有的數字化飛機都採用了ARINC724B標準。這樣，用於飛機通訊定址與報告系統管理單元的ARINC724B規範，用於飛行管理系統的ARINC739規範，以及用於印表機的ARINC740規範就構成了一個協同工作的工業標準協議族。現在，工業領域又出現了新的ARINC規範，稱為ARINC758,它是為下一代飛機通訊定址與報告系統管理單元—CMU系統設計的。OOOI狀態.飛機通訊定址與報告系統的第一個應用是去自動檢測和報告飛機在主要飛行階段的輸出訊號來確認的。在每一飛行階段的開始時刻，ACARS將一個數字報文傳送到地面，其中包括飛行階段名稱、發生時刻，以及其他諸如燃油量或始發地和目的地。起初這些資訊被用在航空公司的自動薪酬計算系統中，因為在這些公司裡飛行人員的薪酬是與實際飛行掛鉤的。飛行管理系統介面.除了上述功能外，飛機通訊定址與報告系統還增加了支援其他機載航電裝置的新介面。於1980年代末期至1990年代初期，在飛機通訊定址與報告系統和飛行管理系統之間的資料鏈接口出現了。這個介面可以將地面傳送到機載ACARS管理單元上的飛行計劃和氣象資訊，轉發到FMS。這樣，在飛行過程中航空公司就可以更新FMS中的資料，使得機組人員可以評估新的氣象條件，或者變更飛行計劃。下載維護資料.1990年代早期，飛機通訊定址與報告系統同飛行資料採集與管理上的效能資料。這樣，維護人員就不用非得等到飛機回到地面後才上到飛機上去獲取這些資料了。這些系統能夠識別出不正常的飛行，並自動向航空公司傳送實時報文。詳細的引擎狀態報告也能經ACARS傳送到地面。航空公司據此來監控引擎效能並規劃維修活動。除了與FMS和FDAMS的介面，從1990年代開始，工業領域又開始升級機載維護計算機，使它可以透過ACARS實時傳送飛機的維護資訊。航空公司維修人員透過這些資訊和FDAMS資料，甚至在飛行過程中就可以規劃有關航空器的維修活動。人機介面.上述處理過程都是由飛機通訊定址與報告系統及相關係統自動執行的。隨著飛機通訊定址與報告系統的發展，飛機通訊定址與報告系統控制單元現在同駕駛艙內的控制顯示單元(CDU)之間有了直接連線。CDU，通常也稱MCDU或MIDU，讓機組可以像今天收發電子郵件一樣收發訊息。這項功能使飛行人員能夠處理更多型別的資訊，包括從地面獲取各種型別資訊以及向地面傳送各種型別報告。舉個例子，飛行員想獲得某一地點的氣象資訊。透過在MCDU螢幕上輸入地點及氣象資訊型別，飛行員透過ACARS系統將此請求傳送到地面站，之後地面計算機處理該請求，並將應答資訊發回飛機上的ACARS管理單元顯示或打印出來。為了支援更多的應用，如氣象、風、放行、中轉航班等，ACARS的訊息型別愈來愈多。航空公司為了某些特定的應用和特定的地面計算機開始定製ACARS系統。這導致了每家航空公司都在自己的班機上安裝了自己的飛機通訊定址與報告系統應用。有些航空公司為機組安裝了多達75個MCDU，而少的則只有十來個。除此之外，每家航空公司的地面站以及機載飛機通訊定址與報告系統管理單元傳送和接受的訊息內容及格式也各不相同。運作.由人員或機載裝置建立報文並透過飛機通訊定址與報告系統將其送達地面的人員或系統，反之亦如此。飛機通訊定址與報告系統報文可以以手工或自動方式傳送。甚高頻子網.甚高頻子網是由多個甚高頻無線電地面站組成的一個網路，其目的是確保航空器在世界上任何一個地方都能同地面終端系統進行實時通訊。甚高頻子網是在視距範圍內進行通訊的，並與地面收發機保持聯絡。甚高頻訊號的傳輸範圍受高度影響較大，在高高度上，甚高頻訊號傳輸範圍一般也就200英里。因此甚高頻通訊僅在設有地面甚高頻子網的陸地區域適用。通訊衛星及高頻子網.衛星通訊(SATCOM)可以覆蓋除地球高緯地區。ARINC是高頻資料鏈的唯一通訊提供商。資料鏈報文型別.三種報文型別：ATC報文是由ARINC 623規範定義的。主要用於機組請求放行，由地面人員進行放行。AOC及AAC報文用於飛機和基站之間通訊。這些報文或者由使用者定義，或者由ARINC 618/633規範定義。不同的報文型別可能包含諸如油耗、引擎效能資料和飛機位置等自由文字資訊。下傳鏈路例子：離場延遲.飛行員有時會通知自己的飛行執行管理部門，當地空管部門推遲了本航空器的離場時間。在這種情形下，飛行員首先在通訊管理單元(CMU)或多功能控制顯示器(MCDU)上輸入延遲原因和他期望的離場時間。輸入之後，飛行員按下MCDU上的傳送鍵。一旦CMU檢測到該按鍵事件，它就生成一個包含延遲資訊的數字報文。該報文可能包括如下內容：航空器註冊號，始發地和目的地程式碼，未延遲時的估計到達時間(ETA)，及當前期望抵達時間。然後CMU將此報文傳送到現有的一種無線電裝置上，如VHF,通訊衛星或HF。如該報文透過VHF網路傳送，則包含該報文的VHF訊號將被髮送到VHF遠端地面站。應當注意的是，飛機通訊定址與報告系統報文的主體部分通常只有100到200個字元的長度。這種長度的報文可以在一次傳輸中完成。一個飛機通訊定址與報告系統報文的主體最多隻能包含220個字元。長於220個字元的下傳ACARS報文只能分塊多次傳送。即便如此，任何報文也不能多於16塊。地面站也只是在收到所有報文塊後才開始處理和路由這個報文。飛機通訊定址與報告系統協議還支援失敗重傳機制，或在改變服務提供商時重新發送報文。一旦地面站接收到完整的報文就將透過地面線(landlines)其轉發到資料鏈服務提供商(DSP)的主機系統。服務商根據主機上的路由表再將該報文轉發到航空公司或其他目的地。路由表由服務商維護，它可以根據尾號辨認出每一架飛機，並且可以辨識出它所能處理的報文型別。CMU傳送的每個飛機通訊定址與報告系統報文都包含一個報文頭，該報文頭含有所需的路由資訊。服務商將是根據這些資訊將報文轉發到不同的航空公司的。航空公司收到報文後，會進行進一步處理：重新格式化報文；儲存到資料庫中以待日後分析；轉發到其他部門，如航班操作部門、維修部門、財務部門等等。在上面的例子中，這個包含延遲起飛資訊的報文也許會轉發到航班操作部門和目的地，通知它們飛機將延遲到達。從飛行員按下發送鍵到航空公司的計算機處理完該報文，其間所花時間是不同的。不過一般說來，大概在6-15秒的量級內。我們稱從CMU發往地面的報文為下傳報文。上傳鏈路例子：氣象報告.傳送到飛機上的報文為上傳鏈路報文，與下傳報文幾乎互為映象。例如，為響應一條請求氣象資訊的飛機通訊定址與報告系統下傳報文，航空公司的計算機系統首先生成一條包含該飛機註冊號及實際氣象資訊的上傳報文，之後將其送往資料鏈服務供應商的主機系統。供應商透過自己的地面網路將該報文傳送到距飛機最近的甚高頻(VHF)遠端地面站。地面站將此報文透過VHF廣播出去，機載VHF接收到此訊號後透過內建的調變解調器將其轉為數字報文傳送至通訊管理單元(CMU)。CMU驗證飛機註冊號，如果相符就繼續處理該報文。CMU對該上傳報文的處理和依賴於特定的航空公司需求。通常該報文或者被轉發到其他航電系統，如飛行管理系統(FMS)或飛行資料訪問系統(FDAMS)，或者由CMU自行處理。對於氣象報告，CMU即為報文目的地。機組成員隨後可以透過MCDU檢視或者打印出此氣象報告。下傳鏈路例子：FDAMS報文.其他機載系統向地面站傳送報文的方式和上述例子是相似的。其中一個例項就是FDAMS(Flight Data Acquisition and Management System)。FDAMS系統透過一系列演算法來監控發動機的狀態，再由CMU傳送到地面。在此情形下，資料鏈服務商將直接將此報文路由到航空公司的維修部門，實時通知地面維修人員。飛機通訊定址與報告系統構成.飛機通訊定址與報告系統主要由三部分組成：機載裝置.機載資料鏈系統的核心是ACARS管理單元(MU)。舊版本的管理單元是由ARINC 724B規範定義的。被稱為通訊管理單元(CMU)的新版管理單元是由ARINC 758規範定義的。飛機通訊定址與報告系統機載裝置由一個終端和一個路由器組成。終端是ACARS訊息下傳的起點和上傳的終點。MU/CMU是一個路由器。它的功能是透過空地網路提供最便捷的下傳路由。大多數情況下，MU/CMU也作為AOC訊息的終端使用。典型的終端系統有飛行管理系統，資料鏈印表機，維護計算機，還有駕駛艙終端。其應用包括：飛機通訊定址與報告系統報文透過以下三個空地通訊子網中的某一個進行傳輸。當有報文需要從航空器上傳送給地面時，內建於MU/CMU的路由功能確定使用哪一個子網傳遞報文。由航空公司操作人員為CMU提供一張路由表用於選擇最佳子網。資料鏈服務提供商.資料鏈服務提供商(DSP)負責空地之間的訊息分發。由於飛機通訊定址與報告系統網路出現在點對點的電報網路之後，因此其採用中央集中處理的方式。DSP透過地面站網路將飛機通訊定址與報告系統訊息路由到合適的終端裝置。在電腦出現之前，報文到達中央處理站之後會被製成穿孔的紙帶，然後將該紙帶送到與預達目的地連線的機器上繼續進行報文傳輸。如今這種路由方式已電腦路由所取代，但其工作模式還是一樣的。目前世界上主要有兩大廠商提供地面網路服務——ARINC和SITA。一些國家則在其幫助下建立了自己的網路。ARINC主要在北美地區，最近在歐洲建立網路。ARINC也幫助中國建立了CAAC網路。在泰國和南美，ARINC幫助其建立了VHF(甚高頻)網路。SITA多年來一直在歐洲、中東、南美和亞洲經營自己的網路。最近SITA又在美國和ARINC開始競爭。一直以來，世界上每一地區都只有一個供應商提供服務。形勢在變化，ARINC和SITA在競爭，它們安裝的網路開始覆蓋同一地區。地基系統.地基系統是下傳資料的目的地和上傳資料的起始地。通常，地基系統或者屬於政府，如CAA/FAA，或者屬於航空公司。CAA地基系統提供瞭如放行等空中交通管制服務。航空公司則關注於運營效率，提供了諸如登機門分配、維護、乘客需求等等服務。最近航空公司開始應用Rockwell Collins公司的產品——HERMES )的概念。ARINC規範.由飛機通訊定址與報告系統管理單元所執行的處理過程以及基本的硬體需求是由ARINC規範定義的。下面列出涉及飛機通訊定址與報告系統的一些主要ARINC規範：