ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СЕТЬ СВЯЗИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ЕДИНОЙ СИСТЕМЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ ВОЗДУШНОГО ДВИЖЕНИЯ

Полезная модель относится к системам управления воздушным движением (УВД), конкретно к технологическим сетям связи и передачи данных единой системы обслуживания воздушного движения (ОВД).
Известна технологическая сеть связи и передачи данных для управления воздушным движением из укрупненного центра ОВД на основе аналоговых технологий ("Руководство по авиационной электросвязи (PC ГА-99)", введенное в действие с 01.09.1999 Приказом Федеральной службы воздушного транспорта №14 от 15.07.1999, М:, 1999, с.40÷26), содержащая центральную станцию обслуживания воздушного движения (центр ОВД) и группу удаленных периферийных станций получения данных о воздушной обстановке (трассовых радиолокационных позиций - ТРЛП), а также необходимое количество каналов ОВД (передачи данных, управления и связи между центральной и периферийными станциями), а именно:
- каналов передачи радиолокационной (РЛИ) и радиопеленгационной информации (РПИ) от средств ТРЛП;
- голосовых каналов связи диспетчеров центра ОВД с экипажами воздушных судов;
- телефонных каналов взаимодействия диспетчерских пунктов и обслуживающих технических служб;
- других каналов передачи данных, управления и связи, необходимых для организации и обеспечения процессов управления воздушным движением.
Недостатками известной технологической сети управления воздушным движением являются:
недостаточное качество управления воздушным движением, организуемого посредством морально устаревших технологий;
- высокая себестоимость информации ОВД, передаваемой по аналоговым каналам связи;
- низкая эффективность аналоговых систем передачи сигналов ОВД.
Известна также технологическая сеть связи и передачи данных для управления воздушным движением из укрупненного центра ОВД на основе цифровых технологий (SU 1792541, МПК: G06F 15/50, G08G 5/00, 1993), содержащая центральную станцию управления воздушным движением и группу удаленных периферийных станций получения данных о воздушной обстановке, соединенных между собой цифровой системой связи. При этом цифровая система связи содержит множество выделенных каналов связи ОВД между центральной и периферийными станциями для передачи данных, управления и связи в едином цифровом потоке общей полосой пропускания ×64 кбит/сек, где n - количество каналов. Данная сеть основана на технологии мультиплексирования с временным разделением - TDM (Time Division Multiplexing), согласно которой осуществляется деление всей ширины пропускной способности канала на фиксированные временные интервалы (тайм-слоты), каждому из которых отводится определенный временной интервал для передачи.
К недостаткам данной сети ОВД следует отнести:
- недостаточную надежность управления воздушным движением, связанную со стоимостными ограничениями по развертыванию требуемого количества (n) выделенных каналов цифровой связи для ОВД и проблемами технологии мультиплексирования с временным разделением - TDM (при возникновении паузы в передаче данных ОВД по одному из каналов ни один другой канал не может использовать его пропускную способность);
- относительно высокую себестоимость информации ОВД, передаваемой по выделенным цифровым каналам.
Задачей полезной модели является повышение надежности управления воздушным движением. Техническим результатом, обеспечивающем решение указанной задачи, является высокоскоростная
коммутация пакетов данных и команд управления воздушным движением по технологии VPN MPLS.
Достижение данного технического результата обеспечивается тем, что технологическая сеть связи и передачи данных единой системы обслуживания воздушного движения, содержащая центральную станцию управления воздушным движением и группу удаленных периферийных станций получения данных о воздушной обстановке, соединенных между собой цифровой системой связи, согласно полезной модели она дополнительно содержит центральный и периферийные мультиплексные маршрутизаторы, установленные соответственно на центральной и периферийных станциях, а цифровая система связи включает магистральную цифровую сеть передачи данных регионального оператора связи, соединенную с маршрутизаторами станций двунаправленными линиями доступа к данным управления воздушным движением.
При этом магистральная цифровая сеть передачи данных регионального оператора связи выполнена по технологии IP MPLS, центральный и периферийные мультиплексные маршрутизаторы выполнены на электронных коммутаторах производства Cisco Systems серии 3800, а линии доступа к данным к данным управления воздушным движением - в виде волоконно-оптических линий связи, кабельных линий связи и/или радиорелейных линий связи. Центральная станция управления воздушным движением содержит комплекс средств автоматизации управления воздушным движением, рабочие места диспетчеров, цифровую автоматическую телефонную станцию, аппаратуру авиационной фиксированной связи и сервер корпоративной электронной почты, соединенных с центральным мультиплексным маршрутизатором двунаправленными активными шинами сопряжения. Периферийная станция получения данных о воздушной обстановке соединена с периферийными мультиплексными маршрутизаторами двунаправленными активными шинами сопряжения и содержит трассовый радиолокатор, автоматический
радиопеленгатор, аппаратуру высокочастотной радиосвязи «Диспетчер-Экипаж», рабочее место системного администратора, снабженное персональным компьютером, рабочее место оператора авиационной фиксированной связи стандарта AFTN, а также аппаратуру резервной связи, включающей телефон и факсимильный аппарат.
Установка на центральной и периферийных станциях центрального и периферийных мультиплексных маршрутизаторов и соединение их между собой через магистральную цифровую сеть передачи данных регионального оператора связи, снабженную двунаправленными линиями доступа к данным управления воздушным движением позволяет реализовать высокоскоростную коммутацию пакетов цифровых сигналов управления воздушным движением по меткам и технологии VPN MPLS (Вивек Олвейн. Структура и реализация современной технологии MPLS. M:, Издательский дом "Вильямс", 2004, с.23-115). Выполнение магистральной цифровой сети передачи данных регионального оператора связи по технологии IP MPLS, центрального и периферийного мультиплексных маршрутизаторов - на электронных коммутаторах производства Cisco Systems серии 3800, а линии доступа к данным управления воздушным движением - в виде волоконно-оптических линий связи, кабельных линии связи и/или радиорелейных линий связи дополнительно позволяют реализовать полезную модель на существующей элементной базе. При этом существующие и охватывающие территорию всей страны магистральные сети региональных операторов связи, функционирующие на основе IP-протокола и реализующие в своих сетях технологию многопротокольной коммутации по меткам - IP MPLS, позволяют совместно с установленными на станциях ОВД маршрутизаторами реализовать технологическую сеть VPN- MPLS обслуживания воздушного движения страны из единого центра ОВД без дополнительных затрат на создание специальных линий связи и шифрование данных УВД. Использование в данном случае многопротокольной коммутации пакетов цифровых сигналов управления воздушным движением
по меткам и технологии MPLS дополнительно позволяет:
- сократить времени задержки на прохождение пакетов данных через сети MPLS оператора связи, как следствие - повысить качество передаваемой информации, в первую очередь голосовых каналов в режиме реального времени, критичных к задержкам и вариациям задержек пакетов; повысить эффективность использования полосы пропускания цифрового канала и, как следствие, снижении общей требуемой полосы;
- повысить качество обслуживания в сети MPLS, в том числе, возможность внедрения системы дифференцированного обслуживания, позволяющей устанавливать приоритеты для передачи по сети различным классам графика (данные, голос, видео);
- обеспечить возможность масштабирования сети - возможность подключения новых источников и потребителей информации, улучшить гибкость системы - поддержку любых протоколов канального уровня, а также, упростить конфигурирование системы;
- повысить защищенность VPN - сети, реализованной на основе IP MPLS без применения дополнительных средств шифрования и механизмов туннелирования;
- снизить себестоимость информации ОВД, передаваемой по сети.
Это в свою очередь построить частную (закрытую) надежную сеть VPN MPLS управления воздушным движением на основе магистральной сети передачи данных региональных операторов связи - IP MPLS, как более гибкую, масштабируемую, дешевую и обеспечивающую надежные прием и передачу радиолокационной, радиопеленгационной и плановой информации, а также голосовых каналов управления и взаимодействия диспетчеров центральной станции ОВД и периферийных станций в реальном масштабе времени. Следствием этого является повышение надежности управления воздушным движением страны или отдельного ее региона из единого центра ОВД.
На фиг.1 представлена функциональная схема технологической сети
связи и передачи данных единой системы обслуживания воздушного движения, на фиг.2 - рисунок поясняющий структуру технологической сети, на фиг.3 - схема подключения интерфейсных модулей маршрутизаторов Cisco к магистральной цифровой сети регионального оператора связи по передаче данных, голосовых каналов управления, взаимодействия и телефонной связи, на фиг.4 - схема включения каналов по радиолокационной, пеленгационной и авиационной фиксированной связи на периферийных станциях технологической сети, на фиг.5 - схема организации голосовых каналов на центральной станции ОВД.
Технологическая сеть связи и передачи данных единой системы обслуживания воздушного движения содержит центральную станцию 1 управления воздушным движением и группу удаленных периферийных станций 2 получения данных о воздушной обстановке, соединенных между собой цифровой системой связи 3. Центральная станция 1 управления воздушным движением содержит комплекс 1.1 средств автоматизации управления воздушным движением, рабочие места 1.2 диспетчеров, цифровую автоматическую телефонную станцию 1.3 (АТС), аппаратуру 1.4 авиационной фиксированной связи стандарта AFTN, сервер 1.5 корпоративной электронной почты, соединенных двунаправленными активными шинами 1.6 сопряжения с цифровой системы связи 3. Цифровая система связи 3 содержит аппаратуру передачи данных, включающую центральный маршрутизатор 3.1, установленный на центральной станции 1 управления воздушным движением, и периферийные 3.2 маршрутизаторы, установленные периферийных станциях 2 получения данных о воздушной обстановке, а также магистральную цифровую сеть 3.3 передачи данных регионального оператора связи и линии 3.4 доступа к сети 3.3. Маршрутизаторы 3.1 и 3.2 выполнены на электронных коммутаторах производства Cisco Systems серии 3800 или 3700, а магистральная цифровая сеть 3.3 передачи данных регионального оператора связи выполнена по технологии IP MPLS с пакетной передачей данных по IP - адресам (В.Г.Олифер,
Н.А.Олифер - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для ВУЗов, 3-е издание, Санкт-Петербург, ООО "Питер Пресс", 2007, с.783-812), а линии 3.4 доступа - в виде волоконно-оптических линий связи, кабельных линий связи и/или радиорелейных линий связи (фиг.3-4), образуя цифровую двунаправленную цифровую линию 3 сетевой связи типа VPN MPLS, обеспечивающую высокоскоростную коммутацию пакетов цифровых сигналов ОВД по меткам и технологии MPLS (Вивек Олвейн. Структура и реализация современной технологии MPLS. M:, Издательский дом "Вильямс", 2004, с.23÷115) между центральной 1 и периферийными 2 станциями ОВД. Голосовые модули - VIC (Voice Interface Card) маршрутизаторов 3.1÷3.2 серии Cisco позволяют организовать в предложенной сети следующие виды телефонных каналов между станциями 1 и 2: VIC-2FXO/FXS - телефонные каналы АТС в двухпроводном режиме с интерфейсами для станционного (FXO) и абонентского (FXS) окончания; VIC-2E/M - телефонные каналы АТС с внутриканальной сигнализацией с интерфейсом Е/М, прямые телефонные каналы в четырехпроводном режиме с внутриполосной сигнализацией (Е/М, тип V), а также, прямые каналы ОВЧ - радиосвязи «Диспетчер-Экипаж» в четырехпроводном режиме с внутриканальным управлением удаленным передатчиком (Е/М, тип V). Каждая периферийная станция 2 получения данных о воздушной обстановке содержит трассовый радиолокатор 2.1, автоматический радиопеленгатор 2.2, радиостанции 2.3 (аппаратуру высокочастотной радиосвязи «Диспетчер-Экипаж» с разнесенными частотами), рабочее место 2.4 системного администратора, снабженное персональным компьютером, рабочее место 2.5 оператора авиационной фиксированной связи стандарта AFTN, а также аппаратуру 2.6 резервной связи, включающей телефон и факсимильный аппарат, сопряженные с периферийными мультиплексными маршрутизаторами 3.2 двунаправленными активными шинами 2.7 сопряжения.
Для организации технологической сети связи и передачи данных
единой системы обслуживания воздушного (ОВД) на центральной станции 1 управления воздушным движением (центр ОВД) и удаленных периферийных станциях 2 получения данных о воздушной обстановке устанавливается аппаратура передачи данных, представляющая собой сетевые устройства (маршрутизаторы 3.1, 3.2), которые по линиям 3.4, т.н. каналам связи "последней мили" (Вильям Столингс. Компьютерные системы передачи данных, 6-е издание. М:, Издательский дом "Вильямc", 2002) соединяются с точками доступа (маршрутизаторами, коммутаторами) сети IP MPLS регионального оператора связи (на фигурах не показано).
Технологическая сеть связи и передачи данных единой системы обслуживания воздушного движения работает следующим образом. Данные периферийных станции 2 (видеосигналы воздушной обстановки трассового радиолокатора 2.1 и пеленгатора 2.2, голосовые сигналы аппаратуры 2.3 высокочастотной радиосвязи «Диспетчер-Экипаж», сигналы аппаратуры 2.5 авиационной фиксированной связи, а также сигналы с рабочих мест 2.4, 2.6) в цифровом поступают на соответствующие интерфейсные модули маршрутизаторов 3.2. В интерфейсных модулях маршрутизаторов 3.2 полученные цифровые данные обрабатываются, сжимаются, мультиплексируются (присваиваются IP - адреса назначения сигналов и метки MPLS для ранжирования их важности и первоочередности обработки) и передаются через сеть 3.3 передачи данных регионального оператора связи, через маршрутизатор 3.1 центральной станции 1 на соответствующие IP - адресам аппаратуру 1.1÷1.5 для сбора и обработки данных от всех удаленных станций 2. При этом данные радиолокационной (РЛИ) и радиопеленгационной (РПИ) информации, а также, стационарной сети авиационной связи - AFTN (Aeronautical Fixed Telecommunication Network) поступают на модули последовательных интерфейсов WIC-2A/S (WAN Interface Card) соответствующих маршрутизаторов.. Образованные каналы передачи РЛИ, РПИ, AFTN - асинхронные, при этом используется технология туннельной передачи информации ВSTUN (Block Serial
Tunneling), которая обеспечивает прозрачную транспортировку через сеть TCP/IP (Transfer Control Protocol/Internet Protocol) потребителю сигналов интерфейса RS-232, без обработки и интерпретации. Протокол TCP/IP обеспечивает гарантированный режим доставки пакетов данных РЛИ, РПИ и AFTN от источника потребителю. РЛИ трассового радиолокатора 2.1 и РПИ автоматического радиопеленгатора 2.2 поступает на комплекс средств автоматизации 1.1 и отображается на мониторах рабочих мест 1.2 диспетчеров управления воздушным движением. Голосовые команды диспетчера и сигналы управления работой радиостанции 2.3 с рабочего места 1.2 диспетчера в цифровом виде поступают на соответствующие интерфейсные модули маршрутизатора 3.1. В маршрутизаторе 3.1 цифровая обработка голоса производится сигнальными процессорами DSP (Digital Signaling Processor) голосовых модулей VIC (фиг.5). Передача голоса по сети 3.3 с пакетной коммутацией осуществляется на основе использования технологии VoIP (Voice over IP). Обработка и передача пакетов голосовых каналов обеспечивается протоколами IP, UDP (User Datagram Protocol) и RTP (Real Time Protocol) со сжатием заголовков, обеспечивающие минимальные задержки пакетов голосового графика в сети. В целях эффективного использования пропускной способности IP-канала сети 3.3 применяется сжатие сигналов по алгоритмам кодеков G.729, G.723. Далее сжатые голосовые сигналы через сеть 3.3 и маршрутизатор 3.2 передаются на радиостанции 2.3. Радиостанции 2.3 преобразуют голосовые команды в соответствующие радиочастоты ОВЧ - диапазона и излучают их в эфир. Ответные сигналы с воздушных судов принимаются радиостанцией 2.3 и по тому же каналу (в дуплексном режиме) передаются на рабочее место 1.2 диспетчера центра ОВД, где выводятся на громкоговоритель или гарнитуру. Аналогичным образом по отдельным IP - адресам назначения и меткам MPLS организуется единая телефонная сеть связи абонентской аппаратуры 2.6 (мини-АТС, факс-аппараты) с АТС 1.3 центральной станции 1 ОВД. Передача плановой информации стационарной сети авиационной связи -
AFTN осуществляется аналогичным образом с аппаратуры 1.4 станции 1 на рабочие места 2.5 периферийных станций 2. Для организации корпоративной электронной почты, служебного документооборота, удаленные компьютеры рабочего места 2.6 системного администратора станций 2 соединены с сервером 1.5 центральной станции 1 через сеть 3. Общий расчетный объем графика, терминируемого станциями 2, составляет не более 128 кбит/с, а станции 1 - до 512 кбит/с. При этом каналы передачи радиолокационной и пеленгационной информации, а также голосовые каналы ОВЧ-радиосвязи имеют наивысший приоритет (Real Time) передачи пакетов по сети MPLS, каналы телефонии, AFTN и электронной почты - более низкий уровень. При этом используется механизм подавления пауз - VAD (Voice Activity Detection) на голосовых каналах низшего приоритета (телефония офиса, факс, междугородная связь). Это позволяет существенно снизить общий объем графика в канале 3.3 и, следовательно, расходы на его аренду.
Возможность реализации заявленной полезной модели на основе VPN MPLS подтверждается примером создания такой сети во Владивостокском центре ОВД Филиала "Аэронавигация Дальнего Востока" ФГУП "Госкорпорация по ОрВД". Пример технической реализации элементов этой сети приведен на фиг.3÷5. Созданная VPN-сеть обеспечивает устойчивое функционирование более 30 различных каналов передачи данных, управления и связи Владивостокского укрупненного центра ОВД с удаленными трассовыми радиолокационными позициями (по 10-12 каналов в каждом направлении). Это позволило повысить надежность управления воздушным движением в установленной зоне ответственности.