当前航空电信网技术及运用拓展

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［摘要］新一代航空电信网(AeronauticalTelecommunicationNetwork,ATN)是新航行系统的重要基础,目前在民航组织的积极推动下,ATN网络已经进入部署实施阶段。本文介绍了ATN的背景、应用程序、体系结构等技术,并介绍了ATN网络目前的应用进展。

［关键词］航空；电信网；应用

1ATN背景

近年来,空中交通流量的飞速增长给现有通信导航系统带来了巨大压力。为了解决这些问题,1991年国际民航组织经过深入的研究,引入通信、导航、监视/空中交通管理(简称CNS/ATM)新航行系统概念,以期通过应用数据通信和卫星技术改善现有的空管系统。新一代航空电信网是新航行系统的重要组成部分,是实施CNS/ATM新航行系统的前提。

ATN并非一种全新的底层通信网络,而是采用基于国际标准的公共接口服务和协议,集成地面、空地和航空电子数据等多种数据子网互联来实现统一数据传输服务,是全球地空一体化的航空专用通信网络,可提供安全、可靠、高效的航空通信服务。ATN可以提供空中交通服务通信(ATSC)、航空运行控制(AOC)、航空管理通信(AAC)、航空旅客通信(APC)四类服务。目前在国际民航组织的推动下,ATN网络已经全面进入部署实施阶段。

2ATN的应用程序

ATN由若干应用程序和通信服务组成,是一个互联网的概念,通过尽可能整合并使用现有的通信网络资源,为航空界(包括空管、航空管理部门、航空运营商、航空器制造企业)提供统一的通信服务,并根据不同组织的要求,提供不同质量的通信服务。ATN提供的应用程序包括地空应用和地地应用。

2.1地空应用

(1)上下文管理(CM)

CM的作用类似于域名解析系统,提供机载系统和地面系统,或两个地面系统之间交互、更新数据链路应用信息,包括应用的名称、地址、版本号等。

(2)自动相关监视(ADS)

ADS应用自动向用户提供来自于机载导航定位系统的报告,包括飞机标识、四维坐标和附加数据。ADS系统提供自身位置与其他信息报告,可用于空中交通管理和飞机位置的监控。

(3)管制员与机组人员之间数据链通信(CPDLC)

CPDLC应用的主要功能是提供管制员与机组人员之间的信息交换,与管制人员和机组人员的对话通过CPDLC来维护。它提供四个功能：管制员机组人员之间信息交换功能、数据当局之间的移交、许可的下行移交、地面前向移交。

(4)飞行情报服务(FIS)

FIS应用允许机组人员通过数据链向地面航行情报信息系统请求和接收数字化自动航站情报。FIS数据链服务可以提供给空中和地面用户,是现存的语音通播方式的补充。

2.2地地应用

(1)ATS(空中交通服务)信息处理服务(ATSMHS)

航班计划数据通过AMHS接收。AMHS定义了两种应用,一类是ATS信息服务,采用存储转发方式进行信息处理；另一类是透传方式,AFTN(航空固定电信网)信息的传输方式。

(2)ATS(空中交通服务)设备间数据通信(AIDC)

AIDC用于在ATS单位间交换数据以支持空中交通管制移交。支持的服务包括航班通知、航班协调、管制移交、通信移交、监视数据的传输等。AIDC是严格地用于ATS单位之间交换控制信息的ATC应用,不支持其他机构间的信息交换。

3ATN的体系结构

ATN网络的主要构件是通信子网、ATN路由器和终端系统。通信子网定义为一个基于特定通信技术的通信网,用于ATN系统之间传递信息的物理手段,并非是ATN的组成部分。各种地地和地空子网为ATN的终端系统之间提供多条数据通路支持。ATN路由器负责连接不同的通信子网,并跨越不同的子网传送基于QOS的分组。ATN终端系统处理应用层服务和上层协议栈,以便与对等的终端系统进行通信。

3.1ATN通信子网

ATN的通信子网可以是现存的数据网络,也可以是正在发展的数据网络。地空子网包括：航空移动卫星服务(AMSS)、甚高频地空数据链(VHF)、二次雷达S模式(SSRModeS)、高频地空数据链(HF)、Gatelink。地地子网包括：局域网(如以太网、令牌环网、光纤分布数据接口FDDI)、广域网(如X.25、帧中继、ATM、ISDN)。另外,公共ICAO数据交换网(CIDIN)、改进的X.25通信服务等均可用于ATN子网。机载子网：与地面系统类似,机载的各种通信网络也可以作为ATN子网。如基于ARINC规范429和629的子网、以太网和FDDI网。

3.2ATN路由器

当飞机移动,到达飞机所通过的网络将改变。ATN支持动态路由,以适应飞机移动和网络维护等网络拓扑的改变。路由器是中间系统,包含OSI参考模型的下三层。根据不同类型,由不同的路由协议组成。

3.3ATN终端系统

ATN终端系统与其他ATN终端系统进行通信,向ATN应用提供端到端通信服务。ATN包括全部七层协议栈。ATN终端系统是自动化设备的接口,也是人机接口。

4ATN的应用进展

4.1国际上ATN的应用进展

(1)ATN地地应用

作为第一个ATN地地应用,航空信息处理系统AMHS(ATSMessageHandlingSystem)是代替现有自动转报系统AFTN的ATN应用,可以提供更可靠、更安全、功能更强大的信息传输服务。美日间于2005年投入运行开通了的AMHS线路。欧洲地区的西班牙于1998年年底,AMHS系统投入运行。2006年2月,法兰克福—马德里之间AMHS线路投入运行。2005年,阿根廷国内的AMHS系统投入实际运行。2006年2月,科威特安装部署了AMHS产品。2006年10月,牙买加在国内安装了AMHS系统。

中国北京作为亚太地区的主干节点,将连通区内11个国家和地区,并连接中东和欧洲地区。中国香港作为亚太地区的主干节点,连通区内7个国家和地区。澳大利亚、泰国、新加坡、印度尼西亚、蒙古、中国香港、中国澳门、孟加拉等国家和地区正进行内部ATN实施与部署工作；日本、泰国、中国香港、澳大利亚建立了ATN技术实验平台开展相关测试工作；目前中、泰、港三方已完成第一、第二、第三阶段ATN技术测试工作。

4.2国内的应用进展

国内的应用分两个阶段：第一阶段为2001—2005年,主要的工作为编制《空管航空电信网技术政策、应用和发展技术白皮书》；ATN实验室建立和技术准备；研究与开发工作；国际ATN/AMHS技术测试工作。第二阶段为2006—2010年,主要的工作为ATN/AMHS过渡与实施；ACARS向VDLMode2过渡。

2002年民航总局空管局根据国内民航通信网络的状况以及国外的ATN实施状况,编制了《空管航空电信网技术政策、应用和发展白皮书》,2006年进行了修订,作为民航通信发展和相关方面的技术依据。地面传输网络逐步由AFTN向ATN/AMHS网络过渡。地空传输网络建成以甚高频地空数据链为主要传输手段的地空数据通信网络,在必要的环境下以高频地空数据链为辅助传输手段,逐步由ACARS网络向ATN/VDLM2过渡。

目前在北京部署已建设ATN骨干节点,并部署ATN路由器和AFTN/AMHS网关系统,进行与国际民航组织计划的与周边国家和地区的技术测试工作;下一步的工作是建设ATN骨干网络,与AFTN并行,逐步向ATN过渡。

中国民航于1995年开始着手建设民航VHF地空数据链系统,1998年建成一期工程,2001年完成二期工程建设,建成当时能提供全国绝大部分航路和大部分机场覆盖能力的VHF地空数据链系统。该数据链系统是国际民航界除美国航空通信公司(ARINC)和国际航空通信协会(SITA)外,世界第三大地空VHF数据通信网。

目前国内可支持的地空数据通信应用支持飞机飞行的各个阶段。在空中交通管制与服务领域,我国仅在少数机场和区域实施了部分应用,效果良好,包括：数字式飞机起飞前放行系统(PDC)、数字式自动化航站信息服务系统(D-ATIS)、数字化航路气象服务(D-VOLMET)、航空气象资料下传(AMDAR)。

航空公司可以利用VHF数据链系统对飞机飞行全阶段实施及时有效的监视与服务,对保障飞行安全、增加航班保障能力、提高旅客服务水平有显著作用。具体应用包括：飞行动态监视、地空双向数据通信、数据统计与分析、机务维修、旅客服务等。但是由于目前机载设备配套软件系统配置不完整，或需要投入一定的时间和费用开展应用的配置,缺乏人员培训等原因,虽然飞机具备进行地空数据通信的基本条件,但无法或只能部分开展应用。

5结论

本文介绍了ATN相关的技术及其在国内外的应用进展。随着通信技术的发展,行业的积极推动,新一代航空电信网将在不远的将来进入实际应用阶段,为航空界业者和旅客提供更加可靠灵活的通信服务。