Бортове обладнання зв’язку та обміну даними Лекція № 1 -3 „Характеристика основних функціональних доповнень мережі ATN” Y. N. Barabanov As. Prof. System Aeronavigation Department NAU Kiev
Впровадження CNS/ATM • Авіаційний електрозв'язок у майбутньому буде, за суттю, «авіаційним internet» (airborne internet, іноді в цьому ж значенні використовують також метафору «небесний internet» (sky internet)). Оскільки Іnternet є найяскравішим і послідовним втіленням мережних технологій, то електрозв'язок в системі CNS/ATM повинен базуватися саме на мережних технологіях. Більш того, в рекламних проспектах ряду фірм виробників авіоніки можна зустріти категоричні заяви з цього приводу: «Літак стає інформаційним вузлом в небі (Aircraft transitioning to information node in the sky)» .
Типова архітектура спільної системи Ор. ПР Протягом перехідного періоду створюється спільна система Ор. ПР, в якій споживачі зможуть без проблем передавати повідомлення з використанням будь яких операційних систем. На сьогодні розроблений шлюз, який працює у середовищі CNS/ATM з використанням резервованої серверної технології. Зв'язок з провайдерами послуг цифрового зв'язку здійснюється через мережі TCP/IP, X. 25, Bisync.
Архітектура "клієнт сервер" надає: • інтерфейс програмування додатків • ADS, CPDLC, • оповіщення про засоби ОПР (AFN – ATS Facilities Notification), AIDC, • забезпечує прозору резервованість зв'язку, • повну підтримку FANS 1/A. • Шлюз (Gateway) CNS/ATM підтримує засоби багатосекторного обслуговування, зв'язок "диспетчер – пілот", • передпольотні дозволи і АОС. • Future Air Navigation System (FANS)
Наземні центри КПР (АТС Facilty) повинні дозволяти: • документування мовних повідомлень (Voice Report Transcription), що передаються по лініях ВЧ (HF Voice) і ДВЧ (VHF Voice) голосового зв'язку «диспетчер – пілот» ; • забезпечення прийому даних від бортових комплексів FANS 1/А по лініях зв'язку «борт – земля» ACARS (Aircraft Communications Addressing & Reporting System – система зв'язку повітряних суден для адресації і передачі повідомлень); • обмін цифровими повідомленнями в лініях зв'язку «борт – земля» типу ATN (ATN Data Link Network); • об'єднання в локальну обчислювальну мережу (LAN) всіх підсистем зв'язку зі своїми ситуаційними дисплеями (Situation Display) і терміналами голосового і контрольованого пілотом цифрового зв'язку CPDLC; • організацію (Gateway) міжмережного інтерфейсу системи CNS/ATM і взаємодії її з глобальними обчислювальними мережами (WAN) типу інтегральної (за структурою) аеронавігаційної мережі цифрового зв'язку ATN. • Останнє вимагає переходу найближчим часом від байт орієнтованих протоколів (BSC – Binary Synchronous Communication) підсистеми передачі даних «борт – земля» типу ACARS до біт орієнтованих протоколів (HDLC – High level Data Link Control) або до їх синхронного різновиду SDLC (Synchronous DLC) авіаційного пакетного цифрового електрозв'язку AVPAC (Aviation Packed).
НЕДОЛІКИ ІСНУЮЧОЇ СИСТЕМИ АВІАЦІЙНОГО ЕЛЕКТРОЗВ'ЯЗКУ • Згідно з концепцією CNS/ATM електрозв'язок з повітряними суднами повинен в основному базуватися на здійсненні передачі даних при активному використанні мережних технологій, але • за оцінкою Міжнародної асоціації повітряного транспорту (IATA – International Air Transport Association), близько 1200 літаків оснащено обладнанням FANS 1 і FANS A (FANS 1/A) – сучасною основою для використання технологій, які передбачає концепція CNS/ATM. • Вітчизняний авіаційний електрозв'язок базується в основному на давно вже розгорненій мережі наземних пунктів фіксованого авіаційного зв'язку. • На сьогодні можна виділити такі головні проблеми передачі даних: • зв'язок G/G використовує застарілу технологію AFTN накопичення і передачі повідомлень телексного типу з низькою швидкістю передачі; • зв'язок А/G потерпає від браку ЛПД та їх низької якості через невелику швидкість передачі.
Потреба у голосовому зв'язку, який на сьогодні є основним видом мобільного і фіксованого зв'язку для КПР, зберігається. • Системі мовного зв'язку відповідає : малий час затримки, коли потрібні оперативність і лаконічність, у повітряному просторі вузлової диспетчерської зони з високою щільністю руху та в аварійних ситуаціях. • Голосовому зв'язку притаманні суттєві вади: • • рівень знання мови та акцент диспетчерів і пілотів, шум, помилки при передаванні і сприйнятті впливають на розпізнання і розуміння переданої інформації; для голосового зв'язку характерний низький темп передачі інформації, зокрема повторювання, викликані низькою розбірливістю, також збільшують час зв'язку і навантаження диспетчерів; на голосовий зв'язок впливає велика кількість різноманітних завад: шум у кабіні, обмеження спектра голосу при передачі, вплив різноманітних ефектів поширення радіохвиль тощо; у районах з інтенсивним повітряним рухом ДВЧ діапазон переповнений через велику кількість секторів.
Існуючі наземні авіаційні мережі • • • Авіаційний наземний електрозв'язок організаційно будується на використанні: мовних мереж взаємодії органів ОПР; мережі авіаційного фіксованого електрозв'язку (AFTN); загальної мережі обміну даними ІКАО (CIDIN), мереж внутрішньоаеропортового електрозв'язку; мереж електрозв'язку загального користування. Можливе також використання мережі Міжнародного товариства авіаційного електрозв'язку (SITA) та інших мереж. AFTN використовує символьний протокол і телексні процедури для підтримки таких груп прикладних функціональних доповнень : • • • взаємодії органів Ор. ПР, обміну повідомленнями з планування, організації та виконання польотів, а також іншими службовими повідомленнями; служби аеронавігаційної інформації (AIS – Aeronautical Information Services); передачі, приймання та розповсюдження авіаційної метеорологічної інформації; взаємодії служб перевезення пасажирів та вантажів; взаємодії адміністративних органів ЦА.
• Мережа (AFTN) організовується за радіально вузловою схемою. Вона вміщує центри комутації повідомлень (ЦКП), кінцеві телеграфні станції, абонентські пункти та проводові лінії електрозв'язку. • Центри комутації повідомлень ЦА України поділяються на національний (головний), регіональні та низові (в аеропортах, органах ОПР, інших організаціях ЦА). • При цьому категорії повідомлень, що передаються у мережі AFTN поділяються на наступні: • про лихо; • термінові; • про безпеку польотів; • метеорологічні; • повідомлення щодо регулярності польотів; • повідомлення служби аеронавігаційної інформації (САІ); • авіаційні адміністративні; • службові.
CIDIN – Common ICAO Data Interchange Network • • • Для заміни AFTN розроблена наземна загальна мережа обміну даними ІCAO (CIDIN – Common ICAO Data Interchange Network) як підмережа (SN – Sub. Network) майбутньої ATN. CIDIN забезпечує основу майбутньої системи передачі даних (ПД) і вже зараз підтримує послуги передачі даних загального призначення (не AFTN). CIDIN є мережею з комутацією пакетів, яка забезпечує передачі повідомлень без встановлення прямого з'єднання, тобто у кожному вузлі комутації засобами протоколу готується канал по вільних ЛПД на основі адресної інформації, яка міститься у пакеті. CIDIN структурована у чотирьох рівнях моделі OSІ (Open System Interconnection – взаємодія відкритих систем), кожний з яких обслуговує вищий рівень згідно зі стандартними протоколами. ІСАО розробила SARPs для цієї мережі. Головним користувачем мережі CIDIN у Європі є Центральний організації потоків (CFMU – Central Flow Management Unit). Основною метою CIDIN є вдосконалення мережі авіаційного фіксованого електрозв'язку (AFTN), а також забезпечення надійного обміну між двома або декількома наземними системами великими обсягами повідомлень у двобітовій або текстовій формі, а також інші види застосування, у тому числі передавання оперативної метеорологічної інформації (OPMET). Загальна мережа обміну даними ІКАО (CIDIN) може обробляти дані з використанням різних кодів і форматів. У заголовку доставки вказуються код і формат, які використовуються в кадрах, що передаються цією мережею. Повідомлення AFTN передаються по CIDIN з використанням міжнародного телеграфного коду IA 5. До складу мережі CIDIN увіходят вхідний та вихідний центри, які використовуються для приєднання об'єктів прикладного рівня, та комутаційні центри, що використовуються для обміну пакетами даних між вхідними та вихідними центрами або між станціями авіаційного електрозв'язку
OLDI – On Line Data Interchange • Для передачі усіх даних КПР з одного центру до іншого, забезпечення автоматизованої координації передачі керування повітряним рухом між суміжними центрами Ор. ПР, щоб прийняти ПС на межі зон за певний час (30 хв. , 15 хв. тощо), використовується Прикладне функціональне доповнення "обмін даними у реальному часі для координації КПР" (OLDI – On Line Data Interchange). • Впровадження системи OLDI регламентується документами EUROCONTROL Standard Document for OLDI, DPS. ET 1. ST 06 STD 02 00 edition 2. 3, а також Doc ICAO 4444 АТМ/501.
Мережа SITA • Мережа SITA призначена для передавання (приймання) інформації підприємствами авіаційної галузі. Станції AFTN можуть передавати (приймати) мережею SITA службову інформацію з таких питань: забезпечення бронювання місць для авіапасажирів; розкладу виконання авіарейсів; реєстрації авіапасажирів; вибору оптимальних маршрутів польотів з урахуванням метеоумов та наявності запасних аеродромів. • Користуватися мережею SITA, а також використовувати шлюз AFTN SITA можуть тільки ті абоненти, які мають угоду з представництвом SITA в Україні. • Телеграми, які призначені для передавання мережею SITA, повинні складатися (друкуватися) тільки латинськими літерами та оформлятися на станціях AFTN як міжнародні. • У мережі SITA довжина повідомлень може складатися із 3500 знаків, що є неприпустимим для подальшого передавання абонентам AFTN. Тому повідомлення, яке отримане з мережі SITA довжиною понад 1800 знаків, для подальшого передавання через мережу AFTN поділяється на декілька частин.
МОДЕЛЬ ISO/OSI • • ISO/OSI (International Standard Organization / Open System Interconnection). Модель ISO/OSI включає такі базові рівні : фізичний, канальний, мережний, транспортний, сеансовий, подання і прикладний, які стали канонічними в назвах і в змісті процедур і засобів систем електрозв'язку, а також для систем, що базуються на передачі інформації (у системі CNS/ATM – підсистеми спостереження). У цій ієрархічній структурі взаємодія пристроїв обробки даних забезпечується шляхом розділення функцій мережі на сім окремих рівнів.
• Останніми роками семирівнева модель ВОС стала швидше академічною, ніж стандартною, оскільки вона не узгоджується з чотирирівневою моделлю протоколів Internet. • Окрім семирівневої моделі ISO/OSI існує ще одна модель, розроблена переважно для глобальних мереж і зафіксована в серії документів RFC (Request for Comment), що описують внутрішню роботу мережі Internet і стандарти стека протоколів TCP/IP цієї мережі. У зв'язку з цим таку модель часто називають TCP/IP моделлю. Модель TCP/IP містить чотири рівні
ЕКСПЛУАТАЦІЙНА КОНЦЕПЦІЯ RCP • До появи систем передачі даних для цілей ОПР системи голосового зв'язку оцінювалися за фактичними характеристиками, оскільки, як правило, було неважко виявити погіршення характеристик або відсутність зв'язку. • Застосування засобів цифрового зв'язку в системах CNS/ATM на функціональне доповнення до засобів голосового зв'язку веде до визнання доцільності використання незалежного від технології методу визначення і встановлення характеристик зв'язку. • RCP (Required Communication Performance – необхідні характеристики зв'язку). • RCP являє собою комплекс вимог до характеристик діючого зв'язку для забезпечення конкретних функцій ОПР. Визначальними RCP параметрами є тривалість процесу зв'язку, цілісність, готовність і безперервність функціонування. RCP включає привласнення цим параметрам кількісних значень, які є мінімальними для забезпечення належного рівня експлуатаційних вимог. Для найменування типу RCP використовується параметр тривалості процесу зв'язку, поданий у секундах. Кожний тип RCP містить конкретні значення параметрів готовності, цілісності і безперервності функціонування.
Параметри готовності, цілісності і безперервності функціонування • • • Тип RCP 10 може застосовуватися для втручання диспетчера в цілях забезпечення ешелонування в повітряному просторі радіусом 5 миль. Тип RCP 60 у поєднанні з типом RCP 10, вживаним в повітряному просторі радіусом 5 миль, може застосовуватися для звичайного зв'язку по лінії передачі даних з метою розвантажити систему мовного зв'язку. Тип RCP 240 вивчається як основа для втручання диспетчера в цілях забезпечення ешелонування в умовах застосування скорочених мінімумів ешелонування, тобто мінімумів подовжнього ешелонування, рівних 50 миль або менш, і мінімумів бічного ешелонування, рівних 30 миль або менш та планується застосування альтернативних технічних засобів для забезпечення стандартних способів зв'язку, наприклад мовний зв'язок Iridium або ВЧ линия передачі даних замість ВЧ мовного зв'язку. Тип RCP 400 може також використовуватися для позначення характеристик, необхідних для альтернативних способів зв'язку, відмінних від ВЧ мовного зв'язку, коли незалежний альтернативний спосіб зв'язку вимагається у поєднанні із стандартними способами зв'язку, для яких встановлений тип RCP 240.
• • Порядок визначення типу RCP на основі часу сеансу експлуатаційного зв'язку для функції Ор. Пр Будь яка функція Ор. ПР може забезпечуватися безліччю транзакцій експлуатаційного зв'язку. Ці сеанси зв'язку піддаються оцінці для визначення найбільш важливих. Значення параметра сеансу зв'язку грунтується на часі, необхідному для завершення найважливішої транзакції. При оцінці враховується час, необхідний для безпечного виконання процедури надзвичайного характеру, при цьому вона може включати моделювання, демонстрацію, експлуатаційні випробування і аналіз емпіричних даних стосовно часу сеансу експлуатаційного зв'язку, яке вимагається для забезпечення конкретної функції Ор. ПР.
У контексті RCP може бути значним значення людського чинника • Характерною рисою двобічного зв'язку є експлуатаційна вимога відносно чіткого підтвердження того, що в процесі зв'язку інформація передана. • В системі "людина-машина" (НМІ — Human. Machine Interface) користувач повинен реагувати в межах часових параметрів зв'язку • Аспекти людського фактора і технічні елементи можуть включатися до RCP завдяки визначенню типу RCP для всього процесу зв'язку, розділенню і привласненню типу RCP шляхом: • визначення необхідних характеристик технічного зв'язку; • визначення часу взаємодії "людина машина"; • визначення максимального допустимого часу реакції після отримання повідомлення
• • • На рис показана схема з чотирьох рівнів з наростаючою деталізацією всього процесу зв'язку. Кожна точка між окремими елементами цього процесу означається літерою. Процес здійснення зв'язку в рамках концепції RCP символічно позначений збоку літерами А і Z. Рівень 1 демонструє перше основне розбиття процесу на три компоненти: надсилання інформації одержувачеві, реакція одержувача на інформацію і надсилання оперативної відповіді відправнику. На рівнях 2 і 3 показані підвищені рівні деталізації. Передбачається, що за необ хідності фахівці шляхом виділення додаткових рівнів здійснять подальшу деталізацію для забезпечення призначення типу RCP.
Цілісність Готовність Безперервність • Впровадження ЛПД дозволило диспетчерам і пілотам отримувати більше візуальної інформації. • Цілісність системи зв'язку визначається імовірністю невиявлення відмов, які виникають в процесі зв'язку, впродовж часу, не більше заданого. Така ситуація має місце в тому випадку, коли повідомлення, яке містить одну або декілька помилок, сприймається як правильне. • Готовність системи зв'язку визначається імовірністю виконання системою зв'язку необхідної від неї функції при ініціюванні процесу здійснення зв'язку. Параметр готовності являє собою співвідношення часу фактичної і необхідної готовності системи. Параметр готовності RCP включає всі елементи кінцевих і проміжних систем, мереж і підмереж. • Безперервність функціонування системи зв'язку визначається як імовірність того, що процес здійснення зв'язку може бути завершений без незапланованих порушень за умови успішного ініціювання процесу зв'язку.
Типова транзакція передачі мови
Прикладні функціональні доповнення ATN Мережа ATN забезпечує обробку прикладних функціональних доповнень, що класифікуються за трьома видами: a) прикладні функціональні доповнення "повітря – земля" (Air Ground Applications): • контекстне керування (CM); • автоматичне залежне спостереження (ADS); • зв'язок "диспетчер – пілот" по ЛПД (CPDLC); • польотно інформаційне обслуговування (FIS); • б) прикладні функціональні доповнення "земля – земля” (Ground Applications): • служба обробки повідомлень ОПР (ATSMHS); • зв'язок між центрами ОПР по лініях ПД (AIDC); • в) служби зв'язку: • служба зв’язку верхнього рівня (ULCS – Upper Layer Communications Service); • служба міжмережного зв’язку (ICS – Internet Communications Service).
CM • ATN ініціює Прикладне функціональне доповнення "контекстне керування" (CM) для підтримки будь якого іншого прикладного функціонального доповнення "повітря – земля" і має можливість встановлення, підтримки, звільнення і переривання рівноправних прикладних з єднань для прикладних функціональних доповнень: ADS, CPDLC, ATIS, ATSMHS, AIDC. • Здатність прикладного функціонального доповнення CM до ініціювання ЛПД (DLIC – Data Link Initiation Capability) є засобом, за допомогою якого ПС показує системі КПР, які прикладні функціональні доповнення (ADS. CPDLC, D FIS тощо) воно може підтримувати і бажає використовувати, якщо наземне об ладнання може підтримувати їх. Такие Прикладне функціональне доповнення ініціюється повітряним судном. DLIC охоплює такі функції: ініціювання ЛПД; оновлення попередньо скоординованої інформації; передача інструкцій щодо виконання ініціювання ЛПД з іншими наземними системами.
ADS C and ADS B are complementary SATELLITE DL HF DL VHF DL Air Traffic Services ATN Cockpit display VDL Mode 4 Mode S Extended Squitter Y. N. Barabanov As. Prof. Department of ANS National Aviation University Kiev Ukraine 29
ADS (Automatic Dependent Surveillance) • Прикладне функціональне доповнення “повітря – земля” ADS (Automatic Dependent Surveillance – автоматичне залежне спостереження) дозволяє користувачам, відповідно до їхніх вимог, своєчасно отримувати координатну та іншу інформацію з борту ПС, яке має необхідне для цього обладнання. ADS розроблено для автоматичного надання користувачам донесень про ПС. Донесення ADS надають координатну та іншу корисну інформацію з метою забезпечення функції ОПР, включаючи КПР. ПС надає користувачеві інформацію за таких обставин: • за контрактом на вимогу (ADS demand contract) • за періодичним контрактом (ADS periodic contract), • за контрактом за подією (ADS event contract), • за аварійним контрактом (ADS emergency contract)
CPDLC Y. N. Barabanov As. Prof. System Aeronavigation Department NAU Kiev
CPDLC • Основні функції CPDLC: • обмін повідомленнями між пілотом і диспетчером КПР; • передача керування із залученням даних поточного і наступних органів КПР; • надання наступних дозволів наступним повноважним органом КПР. • CPDLC надає можливості створення діалогу між диспетчером КПР і пілотом з ініціативи будь якої сторони, надсилання стандартних повідомлень, використання довільного тексту, свободи зв'язку з неконтролюючим органом КПР, передачі зв'язку між органами КПР. CPDLC має такі властивості: • сумісність з голосовими операціями диспетчерів КПР та забезпечує рівень автоматизації КПР; • фразеологію радіообміну, ідентичну до тої, яка визначена ІСАО для голосового зв'язку (Док. 4444 "Процедури аеронавігаційного обслуговування"); • набір стандартних повідомлень і підтримка довільного тексту. CPDLC використовує набір стандартних повідомлень “пілот – диспетчер” і, за потреби, довільний текст.
FIS – Flight Information Service • "польотно інформаційне обслуговування” (FIS – Flight Information Service) може підтримувати такі послуги: • автоматичне аеродромне інформаційне обслуговування (ATIS – Automatict Terminal Information Service); • авіаційну службу подання відомостей про поточний стан погоди (METAR – Aviation Routine Weather Report Service /Actual Report); • радіомовну дорадчу послугу "істотні погодні дані" (SIGMET – Significant Meteorological Information); • обслуговування "погода в районі аеродрому” (TWS – Terminal Weather Service); • дорадче обслуговування "зсув вітру" (WAS – Wind Advisory Service); • донесення пілота (PIREP – Pilot's Report); • сповіщення пілотам (авіаспеціалістам) (NOTAM – Notice To Airmen); • прогноз в районі аеродрому (TAF – Airdrome Forecast Service); • дальність видимості на 3 ПC (RVR – Runway Visual Range).
MHS – Message Handling System • ATSMHS забезпечують: • розповсюдження польотних планів, NOTAM, оперативну інформацію про метеоумови (ОРМЕТ – Operational Meteo) і використовують стандартизоване електронне листування (E mail), цифровий, голосовий і факсимільний обмін повідомленнями. ATSMHS призначено замінити застарілу і дуже дорогу на сьогодні мережу AFTN.
AIDC – ATS Interfacility Data Communications AIDC • • • AIDC – ATS Interfacility Data Communications AIDC) забезпечує обмін інформацією між органами ОПР (ATSU – ATS Units) для підтримки функцій, які є критичними при КПР, таких як сповіщення про підхід ПС до межі району польотної інформації (FIR), координація граничних умов і передачі керування та повноважень із зв'язку. AIDC є безпосереднім прикладним додатком КПР для обміну інформацією з тактичного керування між органами ОПР, а не іншими офіційними органами або засобами. Прикладне функціональне доповнення AIDC надає численні послуги, що згруповані у режими "сповіщення", "координація", "передача керування" та "передача зв'язку" і тому орієнтований на виконання нижченаведених функцій. Зв'язок AIDC складається з набору наперед визначених коротких повідомлень, які передаються диспетчерами, а також можливістю передачі повідомлень довільного тексту. Шаблонні повідомлення, визначені і кодовані в SARPs щодо AIDC, являють собою інформацію, яка передається згідно з протоколом OLDI (сповіщення та координація) або голосом. Повідомлення мають бути точними і своєчасними, а також повинні підтверджуватися і реєструватися обладнанням органу ОПР. Формат даних повідомлень OLDI повинен відповідати вимогам ІСАО (Doc ICAO 4444) та (або) ADEXP відповідно до Eurocontrol Standard Document for ATS Data Exchange Presentation (ADEXP), ed. 2. 0, 1998.
ULCS – Upper Layer Communications Service • ULCS – Upper Layer Communications Service) забезпечує виконання вимог до надійності послуг режиму з'єднання та вимоги до контролю маршрутизації. • Прикладні функціональні доповнення ATN вимагають обслуговування в режимі з'єднання, який забезпечує надійне передавання даних. • Такі послуги зв'язку надають можливість встановлення певного типу відносин або асоціації між прикладними функціональними доповненнями, які зв'язуються, і надійно обмінюватися даними прикладних функціональних доповнень через цю асоціацію як у розумінні того, що дані будуть передані до пункту призначення без втрати їх цілісності, так і того, що послідовність передачі даних буде збережена. Більш того, ATN буде також вчасно звітувати про втрату такої асоціації, навіть якщо ПД не мало місця. • Втрата зв'язку має бути вкрай рідкою подією, тому вимоги до рівня готовності послуг зв’язку – не менше 99%, а вимоги до затримки передачі мають бути забезпечені на рівнях 95% і 99% для усіх класів.
Y. N. Barabanov As. Prof. Department of ANS National Aviation University Kiev Ukraine
Скачать презентацию Бортове обладнання зв язку та обміну даними Лекція
a5b997e4a3382873d91b3a2e2818fe5c.ppt