СПОСОБ И ВЧ СИСТЕМА ОБМЕНА ПАКЕТНЫМИ ДАННЫМИ
METHOD AND HF SYSTEM FOR PACKET DATA EXCHANGE

Изобретение относится к автоматической адаптивной пакетной радиосвязи высокочастотного (ВЧ) диапазона.
-6
Известен способ ВЧ радиосвязи с использованием технологии HFDL (High Frequency Data Link), построенной на основе спецификации ARINC 635 [1], характеристики ARINC 753 [2], руководства ARINC 634 [3], стандартов RTCA DO-265, DO-277 [4, 5] (ARINC 635) оптимизирует в смысле надежности связи, спектральной и экономической эффективности систему пакетной связи «Воздух-Земля», в которой большое количество самолетов (до 2500) обслуживается малым количеством частотных каналов (до 48-60) и наземных станций (до 16) в режиме множественного доступа с временным и частотным разделением. Способ обмена данными в системе HFDL подробно описан в [1, 6]. HFDL определяет как процедуры составления канала с автовыбором рабочей частоты, так и все остальные процедуры автоматического ведения связи на всех уровнях (физическом, канальном и подсети) с многопараметрической адаптацией радиолинии по частоте, скорости передачи, видам модуляции и кодирования, а также по пространственному разнесению наземных станций, гарантирующие достоверность (остаточную вероятность ошибки) не хуже 10. В системе HFDL используется один и тот же набор частот для составления канала и ведения связи. Высокая спектральная эффективность системы достигается благодаря использованию комбинированного протокола множественного доступа к каналу с частотным (FDMA) и временным (TDMA) разделением. Протокол частотного разделения обеспечивается тем, что разные частотные каналы (от двух до шести) назначаются разным ВЧ наземным станциям (ВЧ НС). TDMA протокол обеспечивается тем, что время использования каждого частотного канала разбивается на 32-х секундные кадры, а каждый кадр разбивается на 13 временных слотов доступа длительностью 2,461538 с, равной времени передачи одного пакета данных 2,343888 с плюс 117,65 мс на неопределенность времени задержки распространения и рассинхронизм в радиолинии. На всех частотах ВЧ наземные станции периодически (в первом слоте каждого кадра) излучают сигналы маркеров, качество которых оценивают самолеты при выборе частоты связи. Самолет выбирает для связи любой канал, качество сигнала маркера которого является приемлемым или наилучшим, регистрируется на этом канале на наземной станции и ведет на нем связь до тех пор, пока качество канала отвечает требуемому уровню. Один канал связи могут выбрать несколько самолетов и зарегистрироваться на нем. Каждый ВЧ канал HFDL системы используется всеми зарегистрированными на нем самолетами в режиме множественного доступа с временным разделением. Управление протоколом TDMA обеспечивает ВЧ наземная станция, передавая в сигналах маркеров назначения слотов, резервируемых по запросам от бортов, слотов случайного доступа и слотов для передач с «земли». ВЧ наземная станция прогнозирует системные характеристики (задержку передачи пакета) на каждом своем частотном канале и выставляет флаг занятости канала в маркере, когда критическое число самолетов зарегистрировалось на канале, чтобы прекратить доступ к нему новых корреспондентов и гарантировать заданные системные характеристики (задержку передачи пакета не более допустимой). Простота прогнозирования системных характеристик в системе HFDL во многом определяется тем, что все сообщения в системе (вызывные и связные) имеют одинаковую стандартную длительность, равную слоту и передаются по единому протоколу TDMA на общем наборе частот. В зависимости от качества канала и объема передаваемых данных в сообщении выбирается оптимальный вид многопозиционной фазовой манипуляции и кодирования. При этом меняется скорость передачи данных пользователя, но длительность сообщения и символьная скорость 1800 Бод, обеспечиваемая однотоновым модемом, не меняются.
Оборудование ВЧ системы обмена пакетными данными «Воздух-Земля» HFDL, обеспечивающая связь самолетов на дальних авиатрассах с диспетчерскими пунктами управления воздушным движением (УВД) и управления авиалиниями (УАЛ) в интересах безопасности воздушного движения, подробно описана в [1-6].
Структурная схема ВЧ системы обмена пакетными данными HFDL состоит из:
- ВЧ бортовой станции (ВЧ БС);
- ВЧ наземной станции (ВЧ НС);
- центра управления (ЦУ) ВЧ системой обмена данными;
- диспетчерского пункта управления воздушным движением и авиалинией (УВД и УАЛ);
- подсистемы наземной связи;
- интерфейса ВЧ НС с подсистемой наземной связи;
- интерфейса центра управления с подсистемой наземной связи;
- интерфейса пунктов УВД и УАЛ с подсистемой наземной связи;
- ВЧ радиоканала «Воздух-Земля» между ВЧ НС и ВЧ БС.
Пользователями системы HFDL являются диспетчерские пункты УВД и УАЛ на земле и бортовое радиоэлектронное оборудование на самолете, связанное с ВЧ бортовой станцией через бортовой маршрутизатор.
В состав ВЧ бортовой станции входят:
- бортовой ВЧ приемопередатчик HFDL;
- бортовое антенно-согласующее устройство (АСУ);
- бортовая ВЧ антенна;
- пульт управления приемопередатчиком (ПУ);
- бортовой маршрутизатор (БМ);
- устройство управления ВЧ обменом данными;
- ВЧ приемопередатчик по ARINC 719.
ВЧ бортовая станция связана с бортовым маршрутизатором (БМ) (блоком менеджмента связью, соответствующим характеристикам ARINC 724 или 758), который доводит (получает) пакетные сообщения до бортовых источников/получателей информации (бортового радиоэлектронного оборудования) типа многофункционального пульта управления, дисплея, принтера, компьютера, системы технического обслуживания, системы самолетовождения, системы электронной индикации и сигнализации, навигационной системы и т.п. Бортовой маршрутизатор связан не только с ВЧ бортовой станцией, но и с бортовыми станциями других диапазонов частот.
В состав ВЧ наземной станции ВЧ системы обмена пакетными данными HFDL [7, 8] входят:
- ВЧ радиопередатчик;
- ВЧ передающая антенна;
- ВЧ радиоприемник «Воздух-Земля»;
- ВЧ приемная антенна;
- ВЧ модулятор однотонового сигнала многопозиционной фазовой манипуляции;
- ВЧ демодулятор «Воздух-Земля» однотонового сигнала многопозиционной фазовой манипуляции;
- контроллер ВЧ наземной станции;
- приемник сигналов единого времени;
- устройство интерфейса с наземной сетью связи;
- приемная антенна сигналов единого времени.
ВЧ наземная станция ВЧ системы обмена пакетными данными HFDL содержит в своем составе:
- N ВЧ передатчиков, связанных с N передающими ВЧ антеннами, контроллером ВЧ наземной станции и N ВЧ модуляторами;
- N ВЧ приемников «Воздух-Земля», связанных с общей ВЧ приемной антенной, контроллером ВЧ наземной станции и N ВЧ демодуляторами «Воздух-Земля»;
- N ВЧ модуляторов, связанных с N ВЧ передатчиками и контроллером ВЧ наземной станции;
- N ВЧ демодуляторов «Воздух-Земля», связанных с N ВЧ приемниками «Воздух-Земля» и контроллером ВЧ наземной станции;
- контроллер ВЧ наземной станции, связанный с N ВЧ приемниками «Воздух-Земля», N ВЧ передатчиками, N ВЧ модуляторами, N ВЧ демодуляторами «Воздух-Земля», приемником сигналов единого времени, устройством интерфейса с наземной сетью связи;
- устройство интерфейса с наземной сетью связи, подключенное к контроллеру ВЧ НС с одной стороны, а с другой стороны к наземной сети связи через интерфейс;
- приемник сигналов единого времени, связанный с контроллером ВЧ НС и с приемной антенной сигналов единого времени;
- приемную ВЧ антенну общего пользования, подключенную к ВЧ приемникам «Воздух-Земля»;
- приемную антенну приемника сигналов единого времени, подключенную к приемнику сигналов единого времени;
- N передающих ВЧ антенн, подключенных к N ВЧ передатчикам.
В состав структурной схемы подсистемы наземной связи, используемой ВЧ системой обмена пакетными данными HFDL, рекомендованный комитетом аэронавтической подвижной связи (АМСР) [5], входят:
- ВЧ наземная станция (ВЧ НС);
- центр управления (ЦУ) ВЧ системой обмена пакетными данными HFDL;
- диспетчерские пункты УВД и УАЛ (наземные пользователи ВЧ системы обмена пакетными данными HFDL);
- интерфейс ВЧ НС с подсистемой наземной связи;
- интерфейс центра управления HFDL с подсистемой наземной связи;
- интерфейс пунктов управления воздушным движением и авиалинией с подсистемой наземной связи;
- региональные маршрутизаторы сети наземной связи;
- интерфейс между региональными маршрутизаторами.
Подсистема наземной связи, используемая ВЧ системой обмена пакетными данными HFDL, содержит региональные маршрутизаторы, связанные между собой интерфейсами, с ВЧ НС интерфейсами, с ЦУ интерфейсами, с диспетчерскими пунктами интерфейсами.
ВЧ система обмена пакетными данными HFDL обеспечивает способ обмена пакетами данных между бортовыми пользователями упомянутой системы (бортовым радиоэлектронным оборудованием), связанными с ВЧ бортовой станцией через бортовой маршрутизатор и наземными пользователями ВЧ системы обмена пакетными данными HFDL (диспетчерскими пунктами УВД и УАЛ), а также центром управления ВЧ системой обмена пакетными данными следующим образом.
Для обеспечения заданного уровня надежности связи в зоне ответственности каждой ВЧ наземной станции из общего списка ВЧ частот (48-60 ОБП каналов), выделяемых для системы HFDL, в центре управления ВЧ системой обмена данными назначают для каждой ВЧ наземной станции на каждый временной интервал суток длительностью 1-2 часа набор из 2-6 активных частот, оптимальный по условиям распространения радиоволн и электромагнитной совместимости, доводят назначенный набор частот вместе с интервалом времени его активизации до каждой ВЧ наземной станции через подсистему наземной связи, реализуя, таким образом, протокол множественного доступа с частотным разделением, разбивают время использования каждого частотного канала на временные кадры длительностью 32 с, а каждый кадр разбивают на 13 временных слотов длительностью 2,461538 с для реализации протокола множественного доступа к каналу с временным разделением (TDMA).
В конце каждого кадра на каждой ВЧ наземной станции для каждого слота следующего кадра производят назначение использования этого слота для передачи с земли или для передачи с конкретного борта по его предварительному запросу слота доступа, или для передач с любого борта в режиме случайного доступа.
С каждой ВЧ наземной станции на всех активных частотах в первом слоте каждого кадра излучают сигналы маркеров, которые содержат назначения использования каждого слота текущего кадра, а также квитанции на сообщения, принятые с ВЧ БС в предыдущих двух кадрах.
На каждой ВЧ бортовой станции по результатам оценки качества приема сигналов маркеров выбирают лучшую частоту связи (ВЧ радиоканал «Воздух-Земля»).
Каждую ВЧ бортовую станцию регистрируют на выбранном ею ВЧ канале на соответствующей этому каналу ВЧ наземной станции, производят обмен пакетными данными в режиме TDMA через ВЧ радиоканал «Воздух-Земля» между ВЧ наземной станцией и ВЧ бортовой станцией, которая на ней зарегистрирована, до тех пор, пока качество ВЧ радиоканала «Воздух-Земля» превышает допустимый уровень. При ухудшении качества ВЧ радиоканала ниже допустимого уровня выбирают новый ВЧ радиоканал для бортовой станции и регистрируют ее на новом выбранном ВЧ радиоканале. Производят обмен пакетными данными через наземную сеть связи между ВЧ наземными станциями и центром управления ВЧ системой связи, а также пользователями системы связи - диспетчерскими пунктами УВД и УАЛ.
В процессе обмена пакетными данными пакетное сообщение для диспетчера УВД или УАЛ, содержащее адрес получателя - диспетчерского пункта УВД или УАЛ, а также адрес отправителя (ИКАО адрес борта), формируют в бортовом блоке управления связью (бортовом маршрутизаторе), передают в ВЧ бортовую станцию, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу, затем передают по ВЧ радиоканалу на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме наземной связи, и передают через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда через интерфейс передают к диспетчерскому пункту УВД или УАЛ.
Пакетное сообщение для ЦУ, содержащее адрес получателя - ЦУ, а также адрес отправителя (ИКАО адрес борта), формируют в ВЧ бортовой станции, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу, передают по ВЧ радиоканалу на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция, где упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме наземной связи, передают через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда передают через интерфейс к ЦУ.
В обратном направлении пакетное сообщение от диспетчерского пункта УВД или УАЛ, содержащее адрес получателя - (ИКАО адрес борта), а также адрес отправителя - диспетчерского пункта УВД или УАЛ, формируют на диспетчерском пункте УВД или УАЛ, передают его через интерфейс) в подсистему наземной связи, откуда пакет транслируют через интерфейс на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция - адресат, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу, и затем передают по ВЧ радиоканалу к ВЧ бортовой станции - адресату.
Пакетное сообщение от ЦУ для борта, содержащее адрес получателя - (ИКАО адрес борта), а также адрес отправителя - ЦУ, формируют в ЦУ, передают его через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда его транслируют через интерфейс на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована бортовая станция - адресат, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу, и передают по ВЧ радиоканалу к борту - адресату.
В случае возникновения неисправности интерфейса между ВЧ наземной станцией и подсистемой наземной связи, от этой недоступной для наземной сети связи ВЧ наземной станции передают широковещательно в сигналах маркеров для всех зарегистрированных на ней ВЧ бортовых станций, на всех активных ВЧ радиоканалах «Воздух-Земля» команды на смену частот связи с кодом причины «неисправность ВЧ наземной станции», и затем прекращают обмен пакетными данными через ВЧ радиоканалы «Воздух-Земля» между ВЧ наземной станцией с неисправным интерфейсом и зарегистрированными на ней ВЧ бортовыми станциями.
Недостатки аналога заключаются в следующем:
- при возникновении технической неисправности интерфейсов ВЧ наземной станции с подсистемой наземной связи и ЦУ с подсистемой наземной связи, т.е. при возникновении недоступности ВЧ НС и ЦУ для подсистемы наземной связи отсутствует дублирование неисправных трактов;
- ВЧ бортовые станции не обеспечивают ретрансляцию принимаемых радиосигналов.
Известен аналог по способу применения и техническому решению, основанный на технологии и технических решениях HFDL, который и взят за прототип [9].
Способ обмена пакетными данными в системе заключается в том, что с каждой ВЧ наземной станции излучают сигналы маркеров в первом слоте каждого кадра TDMA протокола доступа к каналу на всех частотах, которые периодически назначают и активизируют в центре управления ВЧ системой обмена данными. Для реализации FDMA протокола доступа к каналам связи, согласно которому разные ВЧ наземные станции имеют разные наборы активных рабочих частот, на соответствующей ВЧ наземной станции регистрируют каждую ВЧ бортовую станцию на лучшей ВЧ частоте связи, выбираемой ВЧ бортовой станцией по результатам оценки ею качества приема сигналов маркеров. Затем между ВЧ наземной станцией и зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станцией производят обмен пакетными данными до тех пор, пока позволяет качество ВЧ канала «Воздух-Земля». При ухудшении качества ВЧ канала «Воздух-Земля» ниже допустимого уровня на ВЧ бортовой станции выбирают новый канал и регистрируются на этом канале на новой или на старой ВЧ наземной станции. Через подсистему наземной связи производят обмен пакетными данными между каждой ВЧ наземной станцией и диспетчерскими пунктами управления воздушным движением и авиалиниями, а также центром управления ВЧ системой связи. На каждой ВЧ наземной станции выбирают лучшую частоту приема сообщений от каждой другой ВЧ наземной станции по результатам оценки качества приема сигналов маркеров с помощью дополнительных ВЧ приемников «Земля-Земля» и демодуляторов «Земля-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. Таблицу слышимости формируют по результатам выбора лучших частот приема, в которой указывают признак своей доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи, идентификаторы наземных станций и соответствующие им номера лучших частот приема с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных. На каждом частотном канале отводят один слот кадра доступа к каналу для передачи сообщений в направлении «Земля-Земля». Таблицу слышимости передают одновременно с помощью N ВЧ передатчиков в слотах, которые отводят для передачи сообщений в направлении «Земля-Земля». Затем принимают таблицы слышимости от других ВЧ наземных станций на предварительно выбранных лучших частотах приема с помощью дополнительных ВЧ приемников и демодуляторов «Земля-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. Таблицу связности сети «Земля-Земля», в которой указывают идентификаторы наземных станций с признаками их доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи и соответствующие им номера лучших частот приема и передачи с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных, формируют на основе принятых таблиц слышимости. Таблицу связности сети «Земля-Земля» используют для выбора частот связи (приема и передачи) с другими ВЧ НС. Пакет данных, принятый на недоступной ВЧ наземной станции от зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станции, передают одновременно с таблицей слышимости по ВЧ радиоканалу в слоте «Земля-Земля» на другую доступную ВЧ НС, с которой его транслируют к диспетчерскому пункту УВД или УАЛ или к центру управления через подсистему наземной связи. Пакет данных от диспетчерского пункта управления УВД или УАЛ или от центра управления системой, предназначенный для ВЧ бортовой станции, которая зарегистрирована на недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ НС, с которой затем его транслируют по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции, и с которой далее его передают по ВЧ радиоканалу «Воздух-Земля» к ВЧ бортовой станции. Пакет данных от центра управления ВЧ системой обмена данными, адресованный для недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ наземной станции, откуда его транслируют по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции.
ВЧ система обмена пакетными данными, обеспечивающая осуществление процессов в прототипе, содержит ВЧ бортовые станции, связанные через ВЧ радиоканалы «Воздух-Земля» с ВЧ наземными станциями, которые в свою очередь соединены с центром управления упомянутой системы, с диспетчерскими пунктами управления воздушным движением и авиалиниями через подсистему наземной связи. Каждая ВЧ наземная станция содержит контроллер ВЧ наземной станции, который связан по управлению с N ВЧ передатчиками, подключенными к N ВЧ передающим антеннам, а также с N ВЧ приемниками «Воздух-Земля», подключенными к общей ВЧ приемной антенне, с информационными входами N модуляторов однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала, подключенных к N ВЧ передатчикам с информационными выходами N демодуляторов «Воздух-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. N демодуляторов «Воздух-Земля» подключены к N ВЧ приемникам. Контроллер ВЧ наземной станции связан также с приемником сигналов единого времени, подключенного к приемной антенне сигналов единого времени, и с устройством интерфейса с подсистемой наземной связи. Каждая ВЧ наземная станция содержит, по крайней мере, один дополнительный ВЧ приемник связи «Земля-Земля» и, по крайней мере, один дополнительный демодулятор «Земля-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала, выход которого подключен к дополнительному информационному входу контроллера ВЧ наземной станции, а вход - к выходу дополнительного ВЧ приемника «Земля-Земля». Информационный вход дополнительного ВЧ приемника «Земля-Земля» подключен к общей ВЧ приемной антенне, а его управляющий вход подключен к дополнительному управляющему выходу контроллера ВЧ наземной станции.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- при выходе из строя центра управления ВЧ системы обмена пакетными данными или сегмента наземной сети связи нарушается процесс управления элементами системы, что приведит к снижению эффективности ее работы и невозможности передачи информации с пунктов управления через ВЧ наземную станцию «последней» связи на выбранный «важный» самолет, экипажу которого требуется срочная информация;
- не обеспечивается использование технологии ионосферного мониторинга для выбора наилучших частот связи;
- ВЧ бортовые станции не обеспечивают ретрансляцию принимаемых радиосигналов;
- в ВЧ бортовых станциях не обеспечивается формирование сигналов точного времени с выхода приемника глобальных навигационных спутниковых систем;
- в системе применены модуляторы и демодуляторы однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. Однако существуют и не менее эффективные параллельные модемы, построенные по принципу ортогонального разделения поднесущих [10]. Кроме того, в приложении А стандарта MIL-STD-110С описана ВЧ система передачи данных, которая в частотной полосе 3 кГц использует 39 ортогональных тонов с квадратурной дифференциальной фазовой манипуляцией (QDPSK) для синхронной передачи бит. Поэтому использование только однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала в системе сужает область применения изобретения.
Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей системы за счет введения операций: обхода выведенного из строя сегмента подсистемы наземной связи с помощью трансляции по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» от ближайшей к обрыву подсистемы наземной связи доступной ВЧ наземной станции по ВЧ радиоканалам «Земля-Земля» к другой (или другим) доступной (или доступным) ВЧ наземной станции, находящейся (находящимися) на другой стороне обрыва, дублирования функций планирования связи и динамического управления ресурсами связи центра управления ВЧ системы обмена пакетными данными в ведущих (зональных) ВЧ наземных станциях, для передачи срочной информации используют трансляцию по ВЧ радиоканалам «Воздух-Земля» со всех доступных для выбранной ВЧ бортовой станции ВЧ наземных станций, причем для ретрансляции срочной информации используются также соответствующие ВЧ наземные станции и радиоканалы «Земля-Земля», а также доступные ВЧ бортовые станции и соответствующие радиоканалы «Воздух-Воздух».
Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ обмена пакетными данными в системе, заключающийся в том, что с каждой ВЧ наземной станции (НС) излучают сигналы маркеров в первом слоте каждого кадра TDMA протокола доступа к каналу на всех частотах, которые периодически назначают и активизируют в центре управления (ЦУ) ВЧ системой обмена данными для реализации FDMA протокола доступа к каналам связи, согласно которому разные ВЧ наземные станции имеют разные наборы активных рабочих частот, на соответствующей ВЧ наземной станции регистрируют каждую ВЧ бортовую станцию на лучшей ВЧ частоте связи, выбираемой ВЧ бортовой станцией по результатам оценки ею качества приема сигналов маркеров, между ВЧ наземной станцией и зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станцией производят обмен пакетными данными до тех пор, пока позволяет качество ВЧ канала «Воздух-Земля», при ухудшении качества ВЧ канала «Воздух-Земля» ниже допустимого уровня на ВЧ бортовой станции выбирают новый канал и регистрируются на этом канале на новой или на старой ВЧ наземной станции, через подсистему наземной связи производят обмен пакетными данными между каждой ВЧ наземной станцией и диспетчерскими пунктами управления воздушным движением (УВД) и авиалиниями (УАЛ), а также центром управления ВЧ системой обмена пакетными данными, на каждой ВЧ наземной станции выбирают лучшую частоту приема сообщений от каждой другой ВЧ наземной станции по результатам оценки качества приема сигналов маркеров с помощью ВЧ приемников «Земля-Земля» и демодуляторов «Земля-Земля» радиосигнала, формируют таблицу слышимости по результатам выбора лучших частот приема, в которой указывают признак своей доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи, идентификаторы наземных станций и соответствующие им номера лучших частот приема с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных, на каждом частотном канале отводят один слот кадра доступа к каналу для передачи данных в направлении «Земля-Земля», передают таблицу слышимости одновременно с помощью N ВЧ передатчиков в слотах, которые отводят для передачи данных в направлении «Земля-Земля», принимают таблицы слышимости от других ВЧ наземных станций на предварительно выбранных лучших частотах приема с помощью ВЧ приемников и демодуляторов «Земля-Земля» радиосигнала, формируют таблицу связности сети «Земля-Земля» на основе принятых таблиц слышимости, в которой указывают идентификаторы наземных станций с признаками их доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи и соответствующие им номера лучших частот приема и передачи с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных, таблицу связности сети «Земля-Земля» используют для выбора частот связи (приема и передачи) с другими ВЧ НС, пакет данных, принятый на недоступной ВЧ наземной станции от зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станции, передают одновременно с таблицей слышимости по ВЧ радиоканалу в слоте «Земля-Земля» на другую доступную ВЧ НС, с которой его транслируют к диспетчерскому пункту УВД или УАЛ или к центру управления ВЧ системы обмена пакетными данными через подсистему наземной связи, пакет данных от диспетчерского пункта УВД или УАЛ или от центра управления ВЧ системы обмена пакетными данными, предназначенный для ВЧ бортовой станции, которая зарегистрирована на недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ НС, с которой затем его транслируют по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции, и с которой далее его передают по ВЧ радиоканалу «Воздух-Земля» к ВЧ бортовой станции, пакет данных от центра управления ВЧ системой обмена данными, адресованный для недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ наземной станции, откуда его транслируют по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции, дополнительно введены следующие операции: разделяют воздушное пространство на зоны обслуживания, в каждой зоне назначают ведущую ВЧ наземную станцию, через подсистему наземной связи на ней получают от ЦУ и хранят информацию о процессах планирования связи и динамического управления ресурсами связи ВЧ наземных станций, находящихся в соответствующей зоне, и при выходе из строя центра управления ВЧ системой обмена данными управляют их режимами работы, срочную информацию транслируют по ВЧ радиоканалам «Земля-Воздух» со всех доступных для выбранной ВЧ бортовой станции ВЧ наземных станций, причем для ретрансляции срочной информации используют соответствующие ВЧ наземные станции и радиоканалы «Земля-Земля», а также доступные ВЧ бортовые станции, при выходе из строя сегмента подсистемы наземной связи обеспечивают его обход с помощью подключения к маршрутизатору подсистемы наземной связи трансляции соответствующей информации по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» от ближайшей к обрыву доступной ВЧ наземной станции по ВЧ радиоканалам «Земля-Земля» к другой (или другим) доступной (или доступным) ВЧ наземной станции, находящейся (находящимися) на другой стороне обрыва, на основе анализа состояния и параметров ВЧ радиоканала передают на противоположную сторону сведения о новых рекомендуемых видах модуляции, кодов, перемежения, скремблирования, скорости передачи и затем с использованием меток времени глобальных навигационных спутниковых систем одновременно на сторонах передачи и приема программно формируют новые рекомендуемые виды модуляции, кодов, перемежения, скремблирования и организуют процесс обмена данными.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной ВЧ системе обмена пакетными данными, содержащей ВЧ бортовые станции, связанные через ВЧ радиоканалы «Воздух-Земля» с ВЧ наземными станциями, которые в свою очередь соединены с центром управления упомянутой системы и с диспетчерскими пунктами управления воздушным движением и авиалиниями через подсистему наземной связи, в которой каждая ВЧ наземная станция содержит контроллер ВЧ наземной станции, который связан по управлению с N ВЧ передатчиками, подключенными к N ВЧ передающим антеннам, с N ВЧ приемниками «Воздух-Земля», подключенными к общей ВЧ приемной антенне, также связан с информационными входами N модуляторов радиосигнала, подключенных к N ВЧ передатчикам, связан с информационными выходами N демодуляторов «Воздух-Земля» радиосигнала, подключенных к N ВЧ приемникам, кроме того контроллер ВЧ наземной станции связан с приемником сигналов единого времени, подключенным к приемной антенне сигналов единого времени, и с устройством интерфейса с подсистемой наземной связи, на каждой ВЧ наземной станции, по крайней мере, один ВЧ приемник связи «Земля-Земля» и, по крайней мере, один демодулятор «Земля-Земля» радиосигнала, выход которого подключен к информационному входу контроллера ВЧ наземной станции, а вход - к выходу соответствующего ВЧ приемника «Земля-Земля», информационный вход которого подключен к общей ВЧ приемной антенне, а управляющий вход - к соответствующему управляющему выходу контроллера ВЧ наземной станции, в ВЧ бортовой станции ВЧ приемопередатчик подключен с одной стороны к антенному согласующему устройству (АСУ), связанному с бортовой ВЧ антенной, а с другой стороны к устройству управления ВЧ обменом данными, которое подключено к пульту управления (ПУ) радиостанцией" и "бортовому маршрутизатору (БМ), дополнительно введены ВЧ бортовые станции с возможностью ретранслировать сообщения, принятые по ВЧ радиоканалам «Воздух-Земля» с ВЧ наземных станций и по ВЧ радиоканалам «Воздух-Воздух» - с соответствующих ВЧ бортовых станций, работающих в режиме ретрансляции, ведущая ВЧ наземная станция для соответствующей зоны подключена к подсистеме наземной связи, а по каналам «Земля-Земля» - к соответствующим ВЧ наземным станциям, в том числе и недоступным со стороны подсистемы наземной связи, а по ВЧ радиоканалам «Земля-Воздух» - к соответствующим ВЧ бортовым станциям, требующим срочной информации.
В ВЧ наземной станции ВЧ системы обмена пакетными данными введены Н ВЧ демодуляторов радиосигналов ретранслируемых сообщений и сигналов ионосферного мониторинга, подключенных с одной стороны к контроллеру ВЧ наземной станции, с другой стороны - через Н соответствующих ВЧ приемников для приема ретранслируемых сообщений и сигналов ионосферного мониторинга к общей ВЧ приемной антенне, а 2Н управляющих входов ВЧ демодуляторов и ВЧ приемников подключены к соответствующим управляющим выходам контроллера ВЧ наземной станции.
В ВЧ бортовой станции ВЧ системы обмена пакетными данными введены приемная ВЧ антенна, подключенная через К параллельных ВЧ приемников к соответствующим К входам/выходам устройства управления ВЧ обменом данными, устройство ретрансляции сообщений, подключенное к соответствующему входу/выходу устройства управления ВЧ обменом данными, приемник сигналов единого времени, подключенный к приемной антенне сигналов единого времени и к соответствующему входу/выходу устройства управления ВЧ обменом данными.
Структурная схема фрагмента заявляемой системы представлена на фиг. 1, где введены обозначения:
1 - ВЧ бортовая станция (ВЧ БС);
3 - центр управления (ЦУ) ВЧ системой обмена пакетными данными;
4 - диспетчерские пункты УВД и управления авиалиниями (УАЛ) (наземные пользователи ВЧ системы обмена пакетными данными);
5 - ВЧ радиоканал «Земля-Воздух» между ВЧ НС и ВЧ БС, используемый для ретрансляции сообщений;
6 - интерфейс ВЧ НС 30, 36 с подсистемой 34 наземной связи;
7 - интерфейс центра 3 управления с подсистемой 34 наземной связи;
8 - интерфейс пунктов 4 управления воздушным движением и авиалинией с подсистемой 34 наземной связи;
9 - ВЧ радиоканал «Земля-Воздух» между ВЧ БС и ВЧ НС;
29 - ВЧ радиоканал «Земля-Земля» между ВЧ НС 30, 35, 36;
30 - ВЧ наземная станция (ВЧ НС);
34 - подсистема наземной связи, используемая ВЧ системой обмена пакетными данными;
35 - недоступная (со стороны подсистемы наземной связи) ВЧ НС;
36 - ведущая ВЧ НС в соответствующей зоне;
37 - ВЧ бортовая станция (ВЧ БС), экипажу самолета которой требуется срочная информация;
38 - ВЧ радиоканал «Воздух-Воздух» между двумя ВЧ БС, используемый для ретрансляции сообщений.
Причем, ВЧ бортовые станции 1 связаны через ВЧ радиоканалы 9 с ВЧ наземными станциями 30, 35, 36 заявляемой ВЧ системы, связанными между собой через ВЧ радиоканалы 29 и соединенными через интерфейсы 6 с подсистемой 34 наземной связи, которая в свою очередь соединена через интерфейсы 7 с центром управления 3, а через интерфейсы 8 с диспетчерскими пунктами УВД и УАЛ 4, ведущая ВЧ НС 36 связана с недоступной ВЧ НС 35 по ВЧ радиоканалам «Земля-Земля», а ВЧ бортовая станция 37, экипажу самолета на которой требуется срочная информация, соединена по ВЧ радиоканалу «Воздух-Воздух» с ВЧ БС, используемой для ретрансляции сообщений.
Структурная схема ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36 заявляемой ВЧ системы обмена пакетными данными представлена на фиг. 2, где обозначено:
17 - ВЧ радиопередатчик;
18 - ВЧ передающая антенна;
19 - ВЧ радиоприемник «Воздух-Земля»;
20 - ВЧ приемная антенна;
21 - ВЧ модулятор радиосигнала;
22 - ВЧ демодулятор «Воздух-Земля» радиосигнала;
24 - приемник сигналов единого времени;
25 - устройство интерфейса с подсистемой 34 наземной связи;
26 - приемная антенна сигналов единого времени;
31 - ВЧ радиоприемник «Земля-Земля»;
32 - ВЧ демодулятор «Земля-Земля» радиосигнала;
33 - контроллер ВЧ наземных станций 30, 35, 36;
39 - ВЧ радиоприемник для приема ретранслируемых сообщений и сигналов ионосферного мониторинга;
40 - ВЧ демодулятор радиосигналов ретранслируемых сообщений и сигналов ионосферного мониторинга.
ВЧ наземная станция 30 или 35 или 36 заявляемой ВЧ системы обмена пакетными данными содержит в своем составе:
- N ВЧ передатчиков 17, связанных с N передающими ВЧ антеннами 18, контроллером 33 ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36 и N ВЧ модуляторами 21 радиосигнала;
- N ВЧ приемников 19 «Воздух-Земля», связанных с общей ВЧ приемной антенной 20, контроллером 33 ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36 и N ВЧ демодуляторами 22 «Воздух-Земля» радиосигнала;
- N ВЧ модуляторов 21 радиосигнала, связанных с N ВЧ передатчиками 17 и контроллером 33 ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36;
- N ВЧ демодуляторов 22 «Воздух-Земля» радиосигнала, связанных с N ВЧ приемниками 19 «Воздух-Земля» и контроллером 33 ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36;
- Н ВЧ демодуляторов 40 радиосигнала, связанных через Н ВЧ приемников 39 для приема ретранслируемых сообщений и сигналов ионосферного мониторинга, связанных с общей ВЧ приемной антенной 20 и контроллером 33 ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36 (Н=4-64);
- по крайней мере, один ВЧ приемник 31 «Земля-Земля», связанный с общей ВЧ приемной антенной 20, контроллером 33 ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36 и ВЧ демодулятором 32 «Земля-Земля» радиосигнала;
- по крайней мере, один ВЧ демодулятор 32 «Земля-Земля» радиосигнала, связанный с ВЧ приемником 31 «Земля-Земля» и контроллером 33 ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36;
- контроллер 33 ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36, связанный с N ВЧ приемниками 19 «Воздух-Земля», ВЧ приемником 31 «Земля-Земля», N ВЧ передатчиками 17, N ВЧ модуляторами 21 «Воздух-Земля» радиосигнала, N ВЧ демодуляторами 22 «Воздух-Земля» радиосигнала, ВЧ демодулятором 32 «Земля-Земля» радиосигнала, приемником 24 сигналов единого времени, устройством 25 интерфейса с подсистемой наземной связи;
- устройство 25 интерфейса с подсистемой наземной связи, подключенное к контроллеру 33 ВЧ НС с одной стороны, а с другой стороны к подсистеме наземной связи через интерфейс 6;
- приемник 24 сигналов единого времени, связанный с контроллером 33 ВЧ НС 30 и с приемной антенной сигналов единого времени 26;
- приемную ВЧ антенну 20 общего пользования, подключенную к ВЧ приемникам 19 «Воздух-Земля», ВЧ приемнику 31 «Земля-Земля» и ВЧ приемникам 39;
- N передающих ВЧ антенн 18, подключенных к N ВЧ передатчикам 17.
Структурная схема ВЧ бортовой станции 1 представлена на фиг. 3, где обозначено:
10 - бортовой ВЧ приемопередатчик;
11 - бортовое антенное согласующее устройство (АСУ);
12 - бортовая ВЧ антенна;
13 - пульт управления ВЧ приемопередатчиком (ПУ);
14 - бортовой маршрутизатор (БМ);
15 - устройство управления ВЧ обменом данными;
16 - ВЧ приемопередатчик;
23 - устройство ретрансляции сообщений;
41 - бортовая ВЧ приемная антенна;
42 - К бортовых ВЧ приемников;
43 - бортовой приемник сигналов единого времени с приемной антенной 44 сигналов единого времени.
Причем бортовой ВЧ приемопередатчик 10 состоит из ВЧ приемопередатчика 16 и устройства 15 управления ВЧ обменом данными, содержащего в себе, например, вычислитель, модем и контроллер протоколов обмена данными и другие узлы. При этом ВЧ приемопередатчик 16 подключен с одной стороны к АСУ 11, а с другой стороны к устройству 15 управления ВЧ обменом данными. Устройство 15 управления ВЧ обменом данными подключено к ВЧ приемопередатчику 16, пульту 13 управления радиостанцией, бортовым ВЧ приемникам 42, бортовому приемнику 43 сигналов единого времени с приемной антенной 44 сигналов единого времени, устройству 23 ретрансляции сообщений и к бортовому маршрутизатору 14. АСУ 11 подключено с одной стороны к бортовому ВЧ приемопередатчику 16, с другой стороны к ВЧ бортовой антенне 12. Бортовой маршрутизатор 14 доводит (получает) пакетные сообщения до (от) бортовых источников/получателей информации (бортового радиоэлектронного оборудования) типа многофункционального пульта управления и индикации, дисплея, принтера, компьютера, системы технического обслуживания, системы самолетовождения, системы электронной индикации и сигнализации, навигационной системы и т.п. Бортовой маршрутизатор 14 связан с бортовыми станциями других диапазонов частот и оборудованием самолета, не указанных на фиг. 3.
Структурная схема 34 подсистемы наземной связи, используемой заявляемой ВЧ системой обмена пакетными данными, представлена на фиг. 4, где обозначено:
1 - ВЧ бортовая станция (ВЧ БС);
3 - центр управления (ЦУ) ВЧ системы обмена пакетными данными;
4 - диспетчерские пункты УВД и УАЛ (наземные пользователи ВЧ системы обмена пакетными данными);
5 - ВЧ радиоканал «Земля-Воздух» между ВЧ НС и ВЧ БС, используемый для ретрансляции сообщений;
6 - интерфейс ВЧ НС 30, 36 с зональным маршрутизатором 27;
7 - интерфейс центра 3 управления с зональным маршрутизатором 27;
8 - интерфейс пунктов 4 управления воздушным движением и авиалинией с зональным маршрутизатором 27;
9 - ВЧ радиоканал «Земля-Воздух» между ВЧ БС и ВЧ НС;
27 - зональные маршрутизаторы;
28 - интерфейс между зональными маршрутизаторами;
29 - ВЧ радиоканал «Земля-Земля» между ВЧ НС 30, 35, 36;
30 - ВЧ наземная станция ВЧ системы обмена пакетными данными;
35 - недоступная (со стороны подсистемы наземной связи) ВЧ НС;
36 - ведущая ВЧ НС в соответствующей зоне;
37 - ВЧ бортовая станция (ВЧ БС), экипажу самолета которой требуется срочная информация;
38 - ВЧ радиоканал «Воздух-Воздух» между двумя ВЧ БС, используемый для ретрансляции сообщений.
На фиг. 4 показаны упрощенные структурные схемы В зон, входящих в состав заявляемой системы. Подсистема 34 наземной связи, используемая ВЧ системой обмена пакетными данными, содержит зональные маршрутизаторы 27, которые связаны между собой интерфейсами 28, а с ВЧ НС 30, 36 - интерфейсами 6, с ЦУ 3 - интерфейсами 7, с диспетчерскими пунктами 4 - интерфейсами 8, содержит интерфейсы 6, 7, 8, связывающие маршрутизаторы 27 с ВЧ НС 30, 36 центром 3 управления, диспетчерскими пунктами 4 УВД и УАЛ, соответственно, и содержит интерфейсы 28, связывающие зональные маршрутизаторы 27 между собой. ВЧ НС 30, 35, 36 обмениваются между собой по ВЧ радиоканалам 29 «Земля-Земля». ВЧ НС 30, 36 обмениваются между собой по интерфейсам (каналам) 28 подсистемы 34 наземной связи и через маршрутизаторы 27. ВЧ БС 1 обмениваются с ВЧ НС 30, 35 и 36 по ВЧ радиоканалам «Земля-Земля» 29. ВЧ бортовая станция 37, экипажу самолета которой требуется срочная информация, использует для ретрансляции сообщений ВЧ радиоканалы 5 «Земля-Воздух» между ВЧ НС и ВЧ БС 1 и ВЧ радиоканалы 38 «Воздух-Воздух» между двумя ВЧ БС, а для связи с ВЧ НС 30, 35, 36 - ВЧ радиоканалы 9 «Земля-Воздух».
Фиг.5. Пример структуры кадра доступа к каналу с временным разделением в заявляемой ВЧ системе обмена пакетными данными.
Фиг. 6 Пример временной диаграммы излучений сигналов маркеров и пакетов «3-3» для топологии сети «каждый с каждым» из 6 ВЧ НС.
Для обеспечения заданного уровня надежности связи в зоне ответственности каждой ВЧ наземной станции 30, 35, 36 из общего списка М ВЧ частот, выделяемых для заявляемой ВЧ системы обмена пакетными данными, в центре 3 управления упомянутой системой, например, назначают для каждой ВЧ наземной станции 30, 35, 36 на каждый временной интервал суток длительностью (1-2) часа по N активных частот, оптимальных (с точки зрения набранной статистики) по условиям распространения радиоволн и электромагнитной совместимости, доводят назначенный набор частот вместе с интервалом времени его активизации до каждой ВЧ наземной станции 30, 35, 36 через подсистему 34 наземной связи, реализуя, таким образом, протокол множественного доступа с частотным разделением (FDMA), разбивают время использования каждого частотного канала на временные кадры, например, длительностью 32 с, а каждый кадр разбивают на 13 временных слотов длительностью 2,461538 с для реализации протокола множественного доступа к каналу с временным разделением (TDMA). Для скрытности работы системы длительность кадра и число слотов могут быть изменены, о чем должны быть уведомлены все абоненты системы.
В конце каждого кадра на каждой ВЧ наземной станции 30, 35, 36 производят назначения слотов доступа следующего кадра для передачи в направлении «Воздух-Земля» или для передачи данных с конкретных ВЧ БС 1 по их предварительным запросам слотов доступа, или для передачи сообщений с любой ВЧ БС 1 в режиме случайного доступа.
С каждой ВЧ наземной станции 30, 35, 36 на всех активных частотах в первом слоте каждого кадра излучают сигналы маркеров, которые содержат назначения слотов текущего кадра, признак ретрансляции и другую информацию, а также квитанции на сообщения, принятые с ВЧ БС 1 в предыдущих двух кадрах.
На каждой ВЧ бортовой станции 1 по результатам оценки качества приема сигналов маркеров выбирают лучшую частоту связи с одной из ВЧ НС 30, или 35 или 36 (ВЧ радиоканалы 5 и 9 «Воздух-Земля»). При приеме экстренных сообщений ВЧ приемниками 42 с помощью устройства 23 ретрансляции сообщений в устройстве 15 управления ВЧ обменом данными формируется кодограмма и, пройдя узлы 16, 11, 12 на заданной частоте в форме радиосигнала ВЧ диапазона излучается в пространство. В режиме ретрансляции с соответствующей ВЧ НС 30 или 35 или 36 передается радиосигнал, который должен быть распознан на ВЧ БС 1. Такой радиосигнал должен иметь продолжительность, достаточную для гарантии того, что ВЧ приемник 42, находящийся в данный момент в ожидании вызова, успел просмотреть канал, в котором передается радиосигнал до того, как его передача прекратится.
Операция автоматического составления канала по установлению связи между ВЧ наземной и ВЧ бортовой станциями является трехэтапной и выполняется следующим образом:
- вызывающая ВЧ наземная станция обращается к вызываемой ВЧ бортовой станции и передает вызывной кадр ретрансляции;
- если ВЧ бортовая станция «слышит» вызов, она передает ответный кадр, адресованный соответствующей вызывающей ВЧ наземной станции;
- если вызывающая ВЧ наземная станция получает ответ, то она теперь «знает», что с вызываемой станцией установлено двустороннее соединение. Однако вызываемая ВЧ бортовая станция еще этого не знает, поэтому вызывающая ВЧ наземная станция передает кадр подтверждения с информацией для ретрансляции, адресованный вызываемой ВЧ бортовой станции.
На ВЧ бортовой станции 37, экипажу самолета которой требуется срочная информация, принятый радиосигнал по ВЧ радиоканалу 38 «Воздух-Воздух», используемому для ретрансляции сообщений между двумя ВЧ БС с заданной заранее частотой, преобразуется в узлах 41, 42, 15 и через бортовой маршрутизатор 14 поступает бортовым пользователям, не показанным на фигурах. С помощью устройства 23 определяется признак ретрансляции сообщения и параметры радиосигнала, которые предстоит передать по ВЧ радиоканалу 38 «Воздух-Воздух» до требуемой ВЧ БС 37. В одном из режимов К ВЧ приемников 42 (К=3-5) используются для ионосферного мониторинга - определения оптимального, например, по отношению сигнал/шум, ВЧ радиоканала 5 или 9 «Воздух-Земля» по принимаемым в известные интервалы времени маркерам, излучаемым ВЧ НС 30, 35, 36, для начала процедуры регистрации на одном из них.
Каждую ВЧ бортовую станцию 1 регистрируют на выбранном ею ВЧ канале 5 или 9 на соответствующей этому каналу ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36, производят обмен пакетными данными в режиме TDMA через ВЧ радиоканал 5 или 9 «Воздух-Земля» между ВЧ наземной станцией 30 или 35 или 36 и ВЧ бортовой станцией 1 или 37, которая на ней зарегистрирована, до тех пор, пока качество ВЧ радиоканала 5 или 9 «Воздух-Земля» соответствует допустимому уровню. При выводе из строя сегмента подсистемы 34 наземной связи (интерфейсов (каналов) 28 или маршрутизатора 27) восстановить работу системы можно с помощью трансляции по ВЧ радиоканалу 29 «Земля-Земля» от ближайшей к обрыву подсистемы наземной связи доступной ВЧ наземной станции 30 или 36 по ВЧ радиоканалам 29 «Земля-Земля» к другой (или другим) доступной (или доступным) ВЧ наземной станции 30 или 36, находящейся (находящимися) на другой стороне обрыва.
При ухудшении качества ВЧ радиоканала 9 ниже допустимого уровня выбирают новый ВЧ радиоканал 5 или 9 для ВЧ бортовой станции 1 или 37 и регистрируют ее на новом выбранном ВЧ радиоканале 5 или 9, выбирают лучшую частоту приема сообщений от каждой другой ВЧ наземной станции 30 или 35 или 36 по результатам оценки качества приема сигналов маркеров с помощью ВЧ приемников 31 «Земля-Земля» и демодуляторов 32 «Земля-Земля» радиосигнала, формируют таблицу слышимости по результатам выбора лучших частот приема, в которой указывают признак своей доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи, идентификаторы ВЧ наземных станций и соответствующие им номера лучших частот приема с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных.
На каждом частотном канале отводят один слот кадра доступа к каналу для передачи сообщений в направлении «Земля-Земля», передают таблицу слышимости одновременно с помощью N ВЧ передатчиков в слотах, которые отводят для передачи сообщений в направлении «Земля-Земля», принимают таблицы слышимости от других ВЧ наземных станций 30 или 35 или 36 на предварительно выбранных лучших частотах приема с помощью ВЧ приемников 31 и демодуляторов 32 «Земля-Земля» радиосигнала, формируют таблицу связности сети «Земля-Земля» на основе принятых таблиц слышимости, в которой указывают идентификаторы ВЧ наземных станций с признаками их доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи и соответствующие им номера лучших частот приема и передачи с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных.
Таблицу связности сети «Земля-Земля» используют для выбора частот связи (приема и передачи) с другими ВЧ НС 30, 35, 36.
Пакет данных, принятый на недоступной ВЧ наземной станции 35 от зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станции 1 передают одновременно с таблицей слышимости по ВЧ радиоканалу 29 в слоте «Земля-Земля» на другую доступную ВЧ НС 30 или 36, с которой его транслируют к диспетчерскому пункту 4 УВД или УАЛ или к центру 3 управления через подсистему 34 наземной связи.
Пакет данных от диспетчерского пункта 4 управления УВД или УАЛ или от центра 3 управления, предназначенный для ВЧ бортовой станции, которая зарегистрирована на недоступной ВЧ наземной станции 35, передают через подсистему 34 наземной связи к доступной ВЧ НС 30 или 36, с которой затем его транслируют по ВЧ радиоканалу 29 «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции 36, и с которой далее его передают по ВЧ радиоканалу 5 или 9 «Воздух-Земля» к ВЧ бортовой станции 1.
Пакет данных от центра 3 управления ВЧ системой обмена данными, адресованный для недоступной ВЧ наземной станции 35, передают через подсистему 34 наземной связи к доступной ВЧ наземной станции 30 или 36, откуда его транслируют по ВЧ радиоканалу 29 «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции 35, причем, пакетное сообщение для наземного пользователя (диспетчера УВД или УАЛ), содержащее адрес получателя - диспетчерского пункта 4 УВД или УАЛ, а также адрес отправителя (ИКАО адрес борта). В ВЧ БС 1 формируют сообщение в бортовом маршрутизаторе 14, передают в узел 15, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 5 или 9, затем передают по ВЧ радиоканалу 5 или 9 на ВЧ наземную станцию 30 или 36, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме 34 наземной связи, и через интерфейс 6 передают в подсистему 34 наземной связи, откуда через интерфейс 8 передают к диспетчерскому пункту 4 УВД или УАЛ.
Если при этом ВЧ наземная станция 30 или 35, или 36, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1, недоступна для подсистемы 34 наземной связи, то принятое ею по ВЧ радиоканалу 9 пакетное сообщение упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 29 «Земля-Земля», и передают по ВЧ радиоканалу 29 на другую ВЧ наземную станцию 30 или 36, доступную для подсистемы 34 наземной связи, где сообщение упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме 34 наземной связи, передают через интерфейс 6 в подсистему 34 наземной связи, откуда передают через интерфейс 8 к диспетчерскому пункту УВД или УАЛ 4.
Пакетное сообщение для ЦУ 3, содержащее адрес получателя - ЦУ 3, а также адрес отправителя (ИКАО адрес борта), формируют в ВЧ бортовой станции 1, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 5 или 9, передают по ВЧ радиоканалу 5 или 9 на ВЧ наземную станцию 30 или 35, или 36, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1, где упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме 34 наземной связи, передают через интерфейс 6 в подсистему 34 наземной связи, откуда передают через интерфейс 7 к ЦУ 3.
Если при этом ВЧ наземная станция 35, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1, недоступна для подсистемы 34 наземной связи, то принятое ею по ВЧ радиоканалу 5 или 9 пакетное сообщение упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 29 «Земля-Земля», и передают по ВЧ радиоканалу 29 на другую ВЧ наземную станцию 30 или 36, доступную для подсистемы 34 наземной связи, где сообщение упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме 34 наземной связи, передают через интерфейс 6, подсистему 34 наземной связи, интерфейс 7 - к ЦУ 3.
Пакетное сообщение от диспетчерского пункта УВД или УАЛ, содержащее адрес получателя - (ИКАО адрес борта), а также адрес отправителя - диспетчерского пункта 4 УВД или УАЛ, формируют на диспетчерском пункте 4 УВД или УАЛ, передают его через интерфейс 8 в подсистему 34 наземной связи, откуда пакет транслируют через интерфейс 6 на ВЧ наземную станцию 30 или 36, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1 - адресат, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 5 или 9, и передают по ВЧ радиоканалу 5 или 9 к ВЧ бортовой станции 1.
Если ВЧ наземная станция 35, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1, недоступна для подсистемы 34 наземной связи, то сообщение транслируют подсистемой 34 наземной связи на другую ВЧ наземную станцию 30 или 36, доступную для подсистемы 34 наземной связи, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 29 «Земля-Земля», и передают по ВЧ радиоканалу 29 «Земля-Земля» к недоступной ВЧ НС 35, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 5 или 9, и передают по ВЧ радиоканалу 5 или 9 к соответствующей ВЧ бортовой станции 1.
Пакетное сообщение от ЦУ 3 для ВЧ БС 1, содержащее адрес получателя - (ИКАО адрес борта), а также адрес отправителя - ЦУ 3, формируют в ЦУ 3, передают его через интерфейс 7 в подсистему 34 наземной связи, откуда его транслируют через интерфейс 6 на ВЧ наземную станцию 30 или 36, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1 - адресат, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 5. или 9, и передают по ВЧ радиоканалу 5 или 9 к ВЧ БС 1 - адресату.
Если ВЧ наземная станция 35, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1, недоступна для подсистемы 34 наземной связи, то сообщение транслируют подсистемой 34 наземной связи на другую ВЧ наземную станцию 30 или 36, доступную для подсистемы 34 наземной связи, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 29, и передают по ВЧ радиоканалу 29 к недоступной ВЧ НС 35, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция 1, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу 9, и передают по ВЧ радиоканалу 9 к ВЧ бортовой станции 1 - адресату.
В таблице 1 представлен пример структуры таблицы слышимости. В данном примере сеть состоит из шести ВЧ НС (N=6) и таблица слышимости сформирована ВЧ наземной станцией с номером 4, которая недоступна (имеет неисправный интерфейс с подсистемой наземной связи). В первой строке указаны номера ВЧ НС, а во второй строке указаны номера лучших частот приема, выбранных ВЧ НС номер 4. Нумерация частот соответствует системной таблице, которую разрабатывает центр управления и доводит до всех ВЧ НС. В скобках рядом с номерами частот указаны номера рекомендуемых максимальных скоростей передачи данных (1 - 300 бит/с, 2 - 600 бит/с, 3 - 1200 бит/с, 4 - 1800 бит/с). В данном примере ВЧ НС №4 не приняла ни одного сигнала от ВЧ НС №6, поэтому она охарактеризовала слышимость от ВЧ НС №6, как 0(0). Длина таблицы связности равна 8(N) бит.
В таблице 2 представлен пример матрицы связности для шести ВЧ НС. Каждый столбец матрицы связности характеризует номера лучших частот передачи одной станции, указанной в заголовке столбца, для других станций, указанных в заголовках строк. Каждая строка матрицы связности характеризует номера лучших частот приема одной станцией, указанной в заголовке строки, сигналов других станций, указанных в заголовках столбцов. При этом нумерация частот соответствует системной таблице, которую разрабатывает центр управления и доводит до всех ВЧ НС, в том числе и на ведущую ВЧ НС 36 в каждой зоне. Разделение на зоны осуществляется по географическим признакам с учетом нахождения в них одного или нескольких потребителей информации 3 и 4. В контроллере 33 ВЧ НС 36 данные с ЦУ 3 о параметрах объектов 1, 30, 35, 36, 37 и состоянии ВЧ радиоканалов 5, 9, 29, 38 сохраняются и используются для управления при отказе оборудования ЦУ 3 или выходе из строя интерфейса 7. В таких случаях введенное техническое решение позволяет обеспечить децентрализованное управление самолетами с ВЧ БС 1 при выходе из строя элементов 3 и 7. В скобках указаны рекомендуемые максимальные скорости передачи данных. Матрицу связности ВЧ бортовая станция использует для определения частоты прослушивания сигнала, передаваемого в слоте «Земля-Земля», содержащего матрицу слышимости, а также при необходимости сообщение от другой ВЧ НС. Также матрица связности используется для определения частоты передачи сообщения для другой станции в слоте «Земля-Земля».
На фиг. 5 представлен пример структуры кадра доступа к каналу с временным разделением в ВЧ системе обмена пакетными данными, которая отличается от структуры кадра доступа к каналу в ВЧ системе обмена данными HFDL только наличием одного слота доступа к каналу «Земля-Земля» («3-3»).
На фиг. 6 представлен один из вариантов формирования временных диаграмм излучений сигналов маркеров и пакетов «3-3» для топологий сети «Земля-Земля» типа «каждый с каждым» из 6 ВЧ НС (А, В, С, D, Е, F). Другие варианты формирования временных диаграмм излучений сигналов маркеров и пакетов «3-3» приведены в [9].
Таким образом, реализация технических решений, предложенных в изобретении, позволяет достичь по сравнению с аналогами следующих преимуществ:
- при выходе из строя центра управления ВЧ системы обмена пакетными данными или сегмента подсистемы наземной связи процесс управления воздушным движением обеспечивается за счет децентрализованного управления самолетами с ведущих ВЧ НС в соответствующей зоне и дублирования каналов подсистемы наземной связи соответствующими ВЧ радиоканалами, что повышает эффективность работы системы и позволяет оперативно связаться с экипажем самолета, которому требуется срочная информация;
- использование в системе программируемых модуляторов и демодуляторов радиосигнала, выполненных, например, по технологии SDR - «программируемое радио», позволит расширить область применения изобретения за счет новых сигнально-кодовых конструкций;
- обеспечивается использование технологии управления частотой в системе с помощью ионосферного мониторинга на базе долгосрочного прогнозирования в ЦУ и оперативного прогнозирования условий распространения радиоволн с использованием введенных на, ВЧ БС К ВЧ приемников с ВЧ приемной антенной и специального программного обеспечения в устройстве управления ВЧ обменом данными для выбора наилучших частот связи;
- за счет введения в ВЧ бортовых станциях режима ретрансляции принимаемых радиосигналов увеличивается дальность и надежность связи;
- за счет введения в ВЧ бортовых станциях процедуры формирования сигналов точного времени с помощью меток с выхода приемника глобальных навигационных спутниковых систем на всех объектах заявляемой системы обеспечивается единое время.
Сравнение заявляемого устройства с другими аналогами показывает, что вновь введенные узлы известны специалистам в области техники связи.
Заявляемое изобретение отличается от известных аналогов в области техники связи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому соответствует условиям патентоспособности изобретательский уровень и новизна. Данная система может быть реализована на существующих серийных изделиях, применяемых в технике связи, и является промышленно применимой.
Способ и ВЧ система обмена пакетными данными могут быть использованы для организации отечественной сети связи ВЧ диапазона.
Литература:
1. ARINC 635-3. Specification. HF Data Link Protocols. 12/2000.
2. ARINC Characteristics 753-3. HF Data Link System. 2001.
3. Приложение 10 к соглашениям ИКАО (Том 3, часть 1, глава 11). Женева. ИКАО. 2000.
4. GLOBALLink/HF. HF DATA LINK. Technical Experts Meeting. Moscow. 16-17 May. 1996.
5. Dr.D. Yaviz. Cost of Truly Mobile Beyond Line-Of-Sight Communications or «How Much Does it Cost to Get a Bit From A to B?». HARRIS, 1994.
6. ARINC 634. Specification. HF Data Link System Design Guidance Material. 8/96.
7. Руководство по ВЧ линии данных. Женева. ИКАО. 2001.
8. Report from the AD HOC Working Group on HF Data Link. Draft Version 1.0. 29 September 1995.
9. Патент РФ №2286030. (прототип).
10. Кабаев Д.В., Львов А.В., Метелев С.А., Шишкин Ю.В. Надежность приема одного параллельного ДКМВ модема в условиях многолучевости. XVII международная научно-техническая конференция «Радиолокация, Навигация, Связь», 12-14 апреля 2011 г., Воронеж, т. 2, стр. 966-971.