AeroMACS技術(shù)簡(jiǎn)介及應(yīng)用探討

王強(qiáng)

【摘 要】AeroMACS（Aeronautical Mobile Airport Communications System）作為新型機(jī)場(chǎng)航空移動(dòng)通信系統(tǒng)，可以適用于近場(chǎng)航空器、機(jī)場(chǎng)地面交通以及其他近機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)場(chǎng)景的通信服務(wù)。相較于其他的移動(dòng)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，AeroMACS表現(xiàn)出了較好的安全性，且由于支持ATC與AOC高速數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)，信息傳遞的效率也相對(duì)較高。本文，就結(jié)合AreoMACS技術(shù)的內(nèi)容，在分析其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后，對(duì)其在民航機(jī)場(chǎng)以及航空管理中的應(yīng)用展開(kāi)探討。

【關(guān)鍵詞】AreoMACS;移動(dòng)通信系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?民航

中圖分類號(hào)： TN927.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）20-0048-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.020

0 引言

隨著空中交通量的增加，飛行員、空中交通管制員、航空公司和機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商之間的信息共享對(duì)于提高空中交通安全和確保航班準(zhǔn)時(shí)調(diào)度至關(guān)重要。然而，目前的空中交通管理（ATM）系統(tǒng)面臨著系統(tǒng)集成的困難，因?yàn)锳TM應(yīng)用數(shù)據(jù)都是基于其舊有的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。為了解決這一問(wèn)題，國(guó)際民航組織采用了系統(tǒng)范圍信息管理（SWIM）的概念，以便通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化格式有效地儲(chǔ)存和交換信息。AeroMACS技術(shù)就是建立在IEEE802.16e-2009（WiMax）標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的一種可支持高速移動(dòng)和固定通信，并且與飛行安全相關(guān)的，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面通信數(shù)據(jù)鏈。由于信息傳遞質(zhì)量較高，且傳輸延時(shí)較小，可以滿足絕大部分的通信服務(wù)需求?，F(xiàn)就AeroMACS技術(shù)的要點(diǎn)展開(kāi)闡述，并且探討其在航空管理工作中的可能應(yīng)用。

1 AreoMACS的技術(shù)探究

1.1 系統(tǒng)內(nèi)容

AeroMACS是ICAO正式批準(zhǔn)的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面寬帶無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，2016 ICAO發(fā)布Doc 10044-AeroMACS Technical Manual;ICAO附件10附錄3第7章中發(fā)布AeroMACS SARPs（Standards and Recommended Practices）;2017年7月AEEC正式確認(rèn)ARINC DOC 766—AeroMACS Transceiver and Air Installation Standards 航電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。AeroMACS作為民航專用網(wǎng)絡(luò)，使用民航專屬頻率，ICAO允許直接與前艙機(jī)載設(shè)備進(jìn)行ACD（Aircraft Control Domain）和AISD（Aircraft Information Service Domain）類通信，屬于ACARS升級(jí)系統(tǒng)。AeroMACS獲批允許使用的頻段為5091MHz至5150MHz（C波段），在5MHz帶寬下傳輸速率能夠達(dá)到5-9Mb/S，屬于寬帶無(wú)線通信服務(wù)。為了提升信息傳遞可靠性，系統(tǒng)采取有效的安全協(xié)議和加密系統(tǒng)，防止來(lái)自外部的惡意攻擊，確保通信服務(wù)的質(zhì)量。從理論層面上來(lái)講，AeroMACS單個(gè)基站的通信覆蓋距離為8.3km，但由于機(jī)場(chǎng)的建設(shè)范圍普遍較大，如果僅設(shè)置一個(gè)基站，很難保障機(jī)場(chǎng)通信服務(wù)的全面覆蓋。因此，需要采取分別設(shè)置基站的方式，增強(qiáng)機(jī)場(chǎng)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況，從而提升通信數(shù)據(jù)的質(zhì)量與效率。

1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

應(yīng)用AeroMACS技術(shù)的主要目的是為提升通信服務(wù)質(zhì)量，通過(guò)對(duì)基站以及各類通信技術(shù)模塊的有效布置來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，從根本上增強(qiáng)信息傳播的效率與質(zhì)量。一般而言，AeroMACS系統(tǒng)主要由移動(dòng)用戶站（MS-Mobile Station）、固定用戶站（SS-Subscriber Station）、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)（ASN-Access Service Network）、基站（BS-Base Station）、網(wǎng)關(guān)（ASN-GW）、AAA認(rèn)證服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通服務(wù)（CSN-Communication Service Network）等共同組成。實(shí)際進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合通信服務(wù)區(qū)域的分布特點(diǎn)以及通訊服務(wù)需求，合理設(shè)置基站位置，以及基站與網(wǎng)關(guān)，基站與用戶站的結(jié)構(gòu)關(guān)系。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)圖如下圖1所示。[1]其中移動(dòng)用戶站指的是，各類交通運(yùn)輸工具等的移動(dòng)節(jié)點(diǎn);固定用戶站則是指雷達(dá)以及航線設(shè)備的節(jié)點(diǎn)站;基站指的是網(wǎng)絡(luò)的接入部位，借助基站可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地空通信服務(wù)的有效連接，主要是通過(guò)上行鏈路和下行鏈路調(diào)度器對(duì)射頻資源進(jìn)行管理與區(qū)分，并且依靠邏輯基站進(jìn)行頻率的置換，從而達(dá)成通信交流的目的;ASN網(wǎng)關(guān)的主要作用為與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通服務(wù)（CSN）進(jìn)行直接連接，并且實(shí)現(xiàn)路由的橋接功能。此外，還具備一定的邏輯功能，可對(duì)通信數(shù)據(jù)的傳輸安全進(jìn)行分析，并且做到對(duì)數(shù)據(jù)信息負(fù)載的平區(qū)分配，保障基站的運(yùn)行荷載均衡?；竞虯SN網(wǎng)關(guān)共同組成最基本的ASN;AAA認(rèn)證服務(wù)器提供驗(yàn)證授權(quán)以及帳戶服務(wù)，管理接入用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，對(duì)具有訪問(wèn)權(quán)的用戶提供服務(wù);網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通服務(wù)是指在機(jī)場(chǎng)內(nèi)部或者網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有針對(duì)性的為用戶提供IP連接服務(wù)的功能模塊。

2 AreoMACS技術(shù)在民航機(jī)場(chǎng)中的應(yīng)用簡(jiǎn)述

2.1 技術(shù)研究應(yīng)用的進(jìn)程

AeroMACS技術(shù)是在民航事業(yè)快速發(fā)展，以及機(jī)場(chǎng)管理對(duì)通信系統(tǒng)的服務(wù)需求逐漸提升的基層上所展開(kāi)研究的新型通信技術(shù)。最初原型是在2003年的航行大會(huì)上被首次提出，對(duì)于AeroMACS技術(shù)的規(guī)劃研究主要牽頭人為FAA與EUROCONTROL，他們認(rèn)為使用WiMAX技術(shù)替代原有的寬帶接入系統(tǒng)可以為機(jī)場(chǎng)提供更高水平的通信服務(wù)。從AeroMACS技術(shù)的基本理念被提出，到其技術(shù)原理的設(shè)計(jì)與規(guī)劃初步完成后，美國(guó)以及日本等先進(jìn)國(guó)家針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了大量測(cè)試應(yīng)用，已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用成果。

2.2 應(yīng)用特性分析

該系統(tǒng)融合了大量的先進(jìn)技術(shù)，每項(xiàng)技術(shù)在單獨(dú)應(yīng)用時(shí)，均能發(fā)揮良好的作用，多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)共同組成的系統(tǒng)，也就具備普通民航通訊系統(tǒng)所不具備的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)為：與普通的航空管理通信服務(wù)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)中的帶寬設(shè)置更加合理，且信息通道較多，在進(jìn)行信息傳輸時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)渠道信息的同步傳輸，有效打破了原有的帶寬限制問(wèn)題。此外，還具備良好的信息傳輸可靠性，該系統(tǒng)中所應(yīng)用的加密認(rèn)證算法和認(rèn)證服務(wù)可有效避免來(lái)自外界的攻擊影響，使信息傳輸安全得到保障;具備較強(qiáng)的移動(dòng)性，在移動(dòng)終端運(yùn)動(dòng)速率較大的情況下，也可提供良好的通信服務(wù)功能;具備較強(qiáng)的兼容性。IP網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積較廣，可以適用于多種網(wǎng)絡(luò)。[2]此外，在系統(tǒng)設(shè)置合理的情況下，單個(gè)基站的信息傳輸覆蓋范圍可超出10千米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)原有的通信基站系統(tǒng)。從某一層面上來(lái)講，該項(xiàng)系統(tǒng)的應(yīng)用還可減少基站設(shè)置的數(shù)量，同時(shí)能夠保障信息傳輸?shù)男逝c質(zhì)量。AeroMACS可以支持機(jī)場(chǎng)地面移動(dòng)用戶之間的各種數(shù)據(jù)、視頻和語(yǔ)音傳輸以及信息交換。該系統(tǒng)將重點(diǎn)支持與飛行安全和操作規(guī)范相關(guān)的服務(wù)，通過(guò)提高系統(tǒng)的安全性、可用性和多樣性，例如，完善通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)，以及ATM和ATC服務(wù)。AeroMACS支持圖像和視頻的準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸，這將顯著提高機(jī)場(chǎng)地面的態(tài)勢(shì)感知和交通流處理能力，同時(shí)減少擁堵和延誤，可應(yīng)用于防止跑道入侵。AeroMACS的其他應(yīng)用包括：在施工或電纜供電中斷期間提供短期應(yīng)急通信，增強(qiáng)協(xié)同決策能力，為駕駛艙提供最新天氣圖像和導(dǎo)航信息以及時(shí)間關(guān)鍵咨詢信息等。

3 AreoMACS在航空管理中的應(yīng)用

3.1 在EFB中的應(yīng)用

EFB（Electronic Flight Bag）指的是，在駕駛艙和客艙內(nèi)用于顯示軟硬件參數(shù)的顯示系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，相關(guān)人員可對(duì)航班行程和氣象資料進(jìn)行全面了解，同時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)航空信息的及時(shí)了解，對(duì)于飛機(jī)航行過(guò)程中的燃油數(shù)據(jù)也可做到及時(shí)顯示。該系統(tǒng)應(yīng)用于航空管理，可有效降低資料管理成本，并且能夠保障對(duì)各類行情信息的共享。但其在應(yīng)用中還存在一定的弊端，即僅能通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息的前期儲(chǔ)存，才能保證對(duì)各類信息的同步，對(duì)于航線以及氣象信息資料等，無(wú)法實(shí)現(xiàn)及時(shí)更新、實(shí)時(shí)推送，數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)方式還是以儲(chǔ)存卡為載體。為了改善EFB系統(tǒng)中存在的弊端，可以使其與AeroMACS系統(tǒng)進(jìn)行連接，借助AeroMACS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對(duì)顯示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)更新。對(duì)于AeroMACS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面覆蓋的機(jī)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，在航空器的特定位置中安裝接收器就可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)的航線信息以及機(jī)場(chǎng)站所發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時(shí)同步，保障航空管理信息同步的及時(shí)性。[3]

3.2 在航空應(yīng)急通信中的應(yīng)用

在以往的航空管理工作中所采用的通信傳輸系統(tǒng)主要由電信運(yùn)營(yíng)商和光纜資源共同組成，進(jìn)行通訊服務(wù)時(shí)，主要是借助衛(wèi)星通信和微波通信的方式實(shí)現(xiàn)空中與地上的通信交流。在發(fā)生較大的自然災(zāi)害時(shí)，通信設(shè)備很容易遭到破壞，由于通信系統(tǒng)的特殊構(gòu)造在破壞之后很難及時(shí)修復(fù)，這就對(duì)航空管理工作質(zhì)量造成了極大的影響。AeroMACS系統(tǒng)的應(yīng)用具有較好的機(jī)動(dòng)性能，在發(fā)生較大的自然災(zāi)害時(shí)，可通過(guò)重新組合通信系統(tǒng)的方式繼續(xù)為航空管理工作提供通信服務(wù)，保障通信系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。比如借助專門的應(yīng)急通信車輛進(jìn)行基站調(diào)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各部門通信質(zhì)量的有效保障，從而提升現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度的作用，發(fā)揮通信服務(wù)的管理職能。

3.3? 在航空管理延伸服務(wù)中的應(yīng)用

這里所說(shuō)的延伸服務(wù)指的是延伸放行服務(wù)，即相關(guān)的管理部門主動(dòng)提供天氣、飛行以及放行等資料，使飛行員可以及時(shí)了解放行資料信息，省去飛行員進(jìn)行放行資料辦理的環(huán)節(jié)。以往的延伸放行服務(wù)需要由專業(yè)的人員到機(jī)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)辦理，相對(duì)來(lái)說(shuō)，辦理效率較低，而在航班數(shù)量逐漸增加的基礎(chǔ)上，此種辦理方式很容易產(chǎn)生航班延誤的問(wèn)題?；诖?，應(yīng)充分發(fā)揮AeroMACS系統(tǒng)的通信傳輸作用。在每個(gè)飛機(jī)上設(shè)置接收器，對(duì)于各類資料信息進(jìn)行及時(shí)獲取，這可在很大程度上減輕飛行人員的工作壓力。

3.4 在空管數(shù)據(jù)傳送中的應(yīng)用

對(duì)于機(jī)場(chǎng)周邊適用于AeroMACS作用距離及使用環(huán)境的通信監(jiān)視遠(yuǎn)端站，包括雷達(dá)站、甚高頻收發(fā)基站，可以探索基于AeroMACS技術(shù)來(lái)傳送雷達(dá)數(shù)據(jù)和甚高頻語(yǔ)音數(shù)據(jù)。使用AeroMACS無(wú)線側(cè)鏈路作為有線側(cè)傳輸鏈路的備份手段，可以大大提升空管數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩哂唷?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

AeroMACS技術(shù)中涵蓋多種先進(jìn)的技術(shù)內(nèi)容，可有效提升通信服務(wù)的質(zhì)量，還可在一定程度上提升通信信息的安全性。在航空管理工作中的應(yīng)用，可有效改善原有航空管理中存在的不足，打破原有的通信服務(wù)限制，更好的提升通信質(zhì)量，且對(duì)于基站的設(shè)置也具有一定的機(jī)動(dòng)性，可根據(jù)機(jī)場(chǎng)的管理需求，對(duì)基站進(jìn)行有效調(diào)配，保證通信服務(wù)的持續(xù)性以及可靠性?，F(xiàn)階段，AeroMACS技術(shù)在國(guó)際上的發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，國(guó)內(nèi)目前也陸續(xù)在各個(gè)大型機(jī)場(chǎng)進(jìn)行AeroMACS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，并對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究論證和持續(xù)開(kāi)發(fā)，使其更好的發(fā)揮自身的通信服務(wù)功能，為航空管理工作以及航空事業(yè)的發(fā)展提供可靠的技術(shù)支持。

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