Методы организации информационного взаимодействия в аэронавигационной системе

2006

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника

№ 98

МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

В АЭРОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

В.З. ВЫСОЦКИЙ, С.Ю. ГОЦУЦОВ, А.И. ЛОГВИН

Проведен анализ основных тенденций развития инфраструктуры системы информационного взаимодействия в будущей аэронавигационной системе России.

Информационное взаимодействие участников сообщества организации воздушного движения (ОрВД), как было отмечено на 11 Аэронавигационной конференции, является ключевым звеном в развитии будущей аэронавигационной системы (АНС). Российская аэронавигационная система не в полной мере соответствует современным требованиям. В связи с этим представляется целесообразным провести анализ основных тенденций развития инфраструктуры системы информационного взаимодействия.

По взглядам экспертов ИКАО при реализации концепции CNS/ATM требуемый уровень эффективности, пропускной способности и гибкости будущей системы АНС может быть достигнут только при использовании цифровых средств передачи данных. Поэтому для новой подсистемы информационного взаимодействия будет характерна усовершенствованная передача данных и глобальная зона действия.

Хотя потребность в речевой связи сохранится, тем не менее, возможности передачи данных между всеми абонентами подвижной и фиксированной служб связи в сочетании с использованием межсетевого обмена, шлюзов или маршрутизаторов (рутеров) позволит создать однородную сеть передачи данных в условиях применения различных технических и административных решений, обеспечивающую решение большинства задач по взаимодействию. Инфраструктурой для обеспечения такого информационного обмена гражданской авиации в глобальном масштабе станет сеть авиационной электросвязи (ATN-Aeronautical Telecommunications Network), которая включает прикладные процессы и службы связи, обеспечивающие взаимодействие наземных сетей передачи данных, подсетей передачи данных “воздух-земля” и бортовых сетей передачи данных путем принятия общих интерфейсных служб и протоколов, основанных на эталонной модели взаимосвязи открытых систем Международной организации по стандартизации (ИСО). Структура сети ATN представлена на рисунке.

Рассмотрим основные международные тенденции в развитии различных видов связи в будущей АНС.

Речевая связь диапазона ОВЧ будет оставаться основным видом связи с ВС еще достаточно длительный срок. Однако использование цифровых каналов обмена данными будет расширяться и применяться для передачи большинства рутинных сообщений “воздух - земля” в зависимости от операционных требований. При этом речевая связь будет по-прежнему доступна для передачи нерутинных и аварийных сообщений.

Спутниковая речевая связь будет, по всей видимости, ограничиваться теми областями, где отсутствует поле связи диапазона ОВЧ, но она не заменит ОВЧ речевую связь до тех пор, пока не будут достигнуты существенные преимущества по критериям производительности и стоимости. Спутниковая речевая связь может использоваться для передачи нерутинных и чрезвычайных сообщений или дублирования там, где канал передачи данных является основным средством связи.

Радиосвязь в диапазоне ВЧ, по-видимому, будет сохранена, в первую очередь для обеспечения связи над полярными районами, которые не охвачены действием геостационарных спутников. Более того, применение современных технических средств позволит устранить большую часть недостатков, связанных с непредсказуемым характером прохождения волн в диапазоне ВЧ.

ES - (End System), оконечная система

Рис. Структура сети ATN

Для преодоления дефицита ОВЧ - радиочастот в перегруженном верхнем воздушном пространстве Европы, ИКАО приняло решение об обязательном наличии на борту ВС радиооборудования, способного работать в диапазоне ОВЧ на частотных каналах с шагом сетки частот 8,33 кГц.

ВС государственной авиации, не отвечающие требованию по работе на частотных каналах с шагом 8,33 кГц, будут допускаться к выполнению полетов, если возможности органов УВД, публикуемые в национальных сборниках аэронавигационной информации, и бортовое оборудование ВС позволяют вести радиосвязь в диапазоне ВЧ. Использование в Европе разделения каналов 8,33 кГц в диапазоне ОВЧ волн лишь временно облегчает решение проблемы загруженности. Долговременным решением этой проблемы, одобренным ИКАО, является использование цифровой радиосвязи, такой как связь в диапазоне ОВЧ с использованием многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA-Time Division Multiple Access).

Несмотря на это, считается, что использование разделения каналов 8,33 кГц обеспечит основную часть Европы достаточным количеством дополнительных частот для того, чтобы справиться с растущим воздушным движением в краткосрочной перспективе. Одновременно циф-

ровой TDMA будет применяться во многих регионах, в частности в США, без промежуточного внедрения разделения каналов8,33 кГц.

Несмотря на то, что все возрастающий объем информации будет передаваться по каналам передачи данных, речевая связь будет использоваться, возможно, и далее, особенно для передачи нерутинных и чрезвычайных сообщений.

Передача данных “воздух-земля”. Обмен данными с ВС предполагается осуществлять с использованием следующих мобильных подсетей ATN:

- ОВЧ - линии цифровой связи (VDL-Very High Frequency Digital Link);

- линии передачи данных режима S (Selective-Адресный);

- линии передачи данных авиационной подвижной спутниковой службы (AMSS-Aeronautical Mobile Satellite Service);

- ВЧ - линии передачи данных.

В настоящее время известны четыре версии VDL (режимы 1 - 4). VDL режима 1 представляет собой линию передачи данных широко распространенной системы связи для адресации и передачи сообщений ACARS, разработанной и введенной в эксплуатацию в конце 70-х годов фирмой ARINC для обеспечения обмена данными между ВС и их эксплуатационными агентствами (авиакомпаниями). Особенности данной линии обусловлены использованием существующего аналогового радиооборудования ОВЧ - связи для передачи данных в байтоориентированном формате с применением двухступенчатой модуляции с амплитудной модуляцией несущей и минимальной частотной манипуляции на поднесущей (AM-MSK), а также многостанционного доступа с контролем несущей (CSMA). Скорость передачи данных в VDL режима 1 составляет 2400 бит/с.

VDL режима 2 стандартизована ИКАО и предусматривает использование методов цифровой радиосвязи с набором протоколов для различных эксплуатационных прикладных процессов. Применение модема с 8-позиционной относительной фазовой модуляцией (D8PSK) обеспечивает номинальную скорость передачи данных 31,5 кбит/с. Однако применение CSMA также приводит недетерминированной задержке доведения сообщений.

VDL режима 3 строится на использовании TDMA и будет представлять собой комплексную систему цифровой речевой связи и передачи данных, улучшающую использование ОВЧ -спектра радиочастот за счет обеспечения четырех отдельных радиоканалов на одной несущей.

VDL режима 4 обобщила в себе основные преимущества предыдущих версий. Однако в отличие от VDL режима 3, в которой для обеспечения канальной синхронизации и организации многостанционного доступа к каналу требуется наличие наземных станций. VDL режима 4 является самосинхронизирующейся, что обеспечивает возможность ее применения и для автономной организации передачи данных между ВС. VDL версии 4 является наиболее эффективной технологией для использования в сети ATN, поддерживающей все известные приложения ОрВД:

- автоматическое зависимое наблюдение в режиме радиовещания (ADS-B);

- связь между диспетчером и экипажем ВС по цифровой линии (CPDLC), управляемая пилотом;

- передача на борт ВС данных полетно - информационного обслуживания (FIS), службы информации о воздушном движении (TIS), метеоданных и другой радиовещательной информации;

- ответ на частоте запроса глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), содержащий информацию о качестве сигналов GNSS и данных, подлежащих уточнению;

- система наблюдения за наземной обстановкой и управления трафиком ВС и наземных транспортных средств в аэропортах (SMGCS).

Линии передачи данных режима S предполагается использовать в первую очередь для обеспечения расширенного наблюдения, поэтому более подробно они ++рассмотрены ниже. Линии передачи данных режима S нашли уже применение в воздушном пространстве стран Европейской конференции гражданской авиации (ЕКГА). Последующее развитие в направлении более широкого применения зависит от сравнительного анализа со спутниковыми и ОВЧ -каналами связи по критерию стоимость / производительность.

Линии передачи данных AMSS уже находят применение в ряде регионов в ходе работ по внедрению автоматического зависимого наблюдения. Однако на начальных этапах, из-за высокой стоимости спутникового оборудования, услуг связи и увеличения времени задержки передачи сообщений, использование AMSS будет, по всей видимости, ограничиваться только межконтинентальными ВС, совершающими полеты в океанических РПИ и зонах с низкой интенсивностью воздушного движения, а также в зонах, где отсутствует поле связи VDL или режима S.

Как отмечалось выше, ВЧ - линии передачи данных будут сохранены для обеспечения дальней связи, особенно в полярных районах, где спутниковая связь может быть недоступна. Из мероприятий по совершенствованию ВЧ - связи следует отметить интернациональный проект (с участием России) по созданию распределенных по континентальной части поверхности земли сети приемо-передающих радиоцентров диапазона ВЧ, сопрягающейся с наземными подсетями ATN, направленной на обеспечение глобальной достаточно надежной адаптивной связи в диапазоне ВЧ между наземными, а также между наземными и воздушными абонентами.

Передача данных между наземными абонентами будет организовываться с помощью наземных подсетей ATN, основанных на существующих сетях следующего типа:

• сети интегрированной связи ОрВД;

• сети AFTN (Авиационная фиксированная сеть связи);

• сети CIDIN (сеть обмена данными ИКАО);

• сети передачи данных авиакомпаний и аэропортов (ADNS);

• сети передачи ARINC;

• сети передачи данных SITA;

• сети передачи данных общего пользования (при условии заключения соответствующих договоров об уровне обслуживания).

Рассмотренные тенденции развития средств информационного взаимодействия должны найти отражение в программах совершенствования аэронавигационной системы России.

ЛИТЕРАТУРА

Материалы 11 Аэронавигационной конференции. Монреаль, ИКАО, 22 сентября - 3 октября 2003

METHODS OF ORGANIZATION INFORMATION INTERACTION IN AERONAVIGATIONS

SYSTEMS

Vysotsky V.Z., Gotsutsov S.U., Logvin A.I.

The analysis of the main tendencies in development of the information interaction system in future Russian aeronautic system.

Сведения об авторах

Высоцкий Владимир Зиновьевич, 1962 г.р., окончил ЛГУ им. Жданова (1984), соискатель МГТУ ГА, область научных интересов - навигация и управление воздушным движением.

Гоцуцов Сергей Юрьевич, 1981 г.р., окончил МГТУ ГА (2003), аспирант МГТУ ГА, автор 5 научных работ, область научных интересов - телекоммуникационные системы, сети, модели трафика.

Логвин Александр Иванович, 1944 г.р., окончил КГУ (1966), академик Российской академии транспорта, профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой МГТУ ГА, автор более 400 научных работ, область научных интересов - радиолокация, техническая эксплуатация радиоэлектронного оборудования, управление воздушным движением.