機(jī)載客艙無(wú)線化網(wǎng)絡(luò)方案研究

陳祥 李宇 王洪全

摘要：現(xiàn)代民航飛機(jī)大都是封閉式環(huán)境，和外界相隔離，乘客難以接入互聯(lián)網(wǎng)。本文針對(duì)客艙乘客上網(wǎng)場(chǎng)景，提出機(jī)載客艙乘客電子設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)的具體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通信方式，并通過(guò)NS-2仿真軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)承載能力測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以基本滿足乘客的上網(wǎng)需求。

關(guān)鍵詞：客艙上網(wǎng)；客艙無(wú)線化；地空寬帶；衛(wèi)星寬帶；網(wǎng)絡(luò)仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：V243文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2020.06.006

互聯(lián)網(wǎng)通信已經(jīng)成為人們生活中的必備通信方式，人們?cè)絹?lái)越離不開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)[1]。隨著生活節(jié)奏的加快，越來(lái)越多的商務(wù)人士為了節(jié)約時(shí)間，開(kāi)始選擇飛機(jī)作為主要出行工具。這就導(dǎo)致越來(lái)越多的人開(kāi)始投入到民航業(yè)中，這無(wú)疑會(huì)增加民航業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。但是現(xiàn)有的飛機(jī)幾乎都是一個(gè)全封閉的空間，很少能和外部進(jìn)行通信。這就降低了乘客的飛行體驗(yàn)，造成了商務(wù)人士間接的經(jīng)濟(jì)損失。為了提高行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，航空公司的飛機(jī)上若能夠接入互聯(lián)網(wǎng)，無(wú)疑會(huì)從眾多民航企業(yè)中脫穎而出，進(jìn)而形成企業(yè)和乘客雙贏的局面。

為了達(dá)到雙贏的目的，有必要在飛機(jī)上安裝能和外部通信的設(shè)備。但是在安裝設(shè)備的同時(shí)，必須考慮到很多因素[2-5]，如重量（質(zhì)量）、安全性、經(jīng)濟(jì)性、適航性，設(shè)備如何布置和設(shè)備之間如何進(jìn)行通信等。

就設(shè)備之間的通信方式而言，有有線和無(wú)線兩種方式。有線連接安全可靠，傳輸穩(wěn)定，但是需要在已經(jīng)有限的飛機(jī)空間中為電線和電纜提供足夠的空間，同時(shí)電纜和電線會(huì)增加飛機(jī)的重量，增加重量對(duì)航空公司來(lái)說(shuō)是非常不愿意做的一件事[6]。無(wú)線連接最大的優(yōu)點(diǎn)是可以減少布線，非常靈活，但最大的缺點(diǎn)是連接不可靠，可能會(huì)存在頻段的干擾并會(huì)伴隨有瑞利衰落和萊斯衰落等顯著的衰落現(xiàn)象，使得傳輸質(zhì)量不高[7]。同時(shí)，航空公司經(jīng)常改變飛機(jī)使用的航線和飛機(jī)的機(jī)票等級(jí)配置，這就需要改變座椅位置。當(dāng)客艙內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)線化時(shí)，會(huì)使改裝非常方便[8]。

為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的解決方案，本文提出有線和無(wú)線的混合方式。在客艙頭部頂端的合適位置放置收發(fā)天線模塊，進(jìn)行乘客電子設(shè)備和天線模塊之間的無(wú)線傳輸，天線模塊和主服務(wù)器、交換機(jī)之間使用有線連接，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

1機(jī)載寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)原理

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使得各項(xiàng)技術(shù)逐漸走向成熟，因此也促進(jìn)了民航飛機(jī)上無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步。飛機(jī)和外部通信的方式主要有兩種：一種是基于地面蜂窩基站的互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)；另一種是基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)[3-4，9-11]，每種技術(shù)各有優(yōu)劣。

1.1基于LTE的地空寬帶接入技術(shù)

該技術(shù)主要是在飛機(jī)飛行的航線下建設(shè)相應(yīng)的地面基站，在基站上架設(shè)大功率的對(duì)空天線來(lái)實(shí)現(xiàn)和飛機(jī)間的通信。該技術(shù)具有高帶寬、低時(shí)延、低資費(fèi)的優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)航班的飛機(jī)上，可以采用這種地空寬帶接入技術(shù)。

但是，飛機(jī)和基站之間的通信仍存在很多尚未解決的難題。為了能盡可能好地提高乘客的通信質(zhì)量，本文引入電信中用于手機(jī)等可移動(dòng)設(shè)備的高速無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)。LTE技術(shù)中引入了正交頻分復(fù)用（OFDM）和多輸入多輸出（MIMO）等關(guān)鍵技術(shù)，可以顯著地提高通信的質(zhì)量，增加頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省Ａ硗庠摷夹g(shù)支持多種帶寬分配，使得頻譜分配更加靈活[12-13]。采用此方法將LTE信號(hào)通過(guò)基站天線發(fā)射，由飛機(jī)腹部的天線接收，將接收信號(hào)傳送至客艙的相關(guān)服務(wù)器。由于陸地情況復(fù)雜，當(dāng)天氣惡劣或飛機(jī)出現(xiàn)突發(fā)情況要切換航線時(shí)，這就會(huì)使飛機(jī)腹部收發(fā)天線接收到的無(wú)線信號(hào)非常差，從而影響乘客的上網(wǎng)體驗(yàn)。

當(dāng)飛機(jī)為國(guó)際航班時(shí)，使用地空寬帶接入技術(shù)顯然是不實(shí)際的。而相對(duì)國(guó)內(nèi)航班而言，國(guó)際航班的乘客更需要互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，因此就有必要找到一種適合國(guó)際航班的無(wú)線接入技術(shù)。

1.2基于Ka波段的衛(wèi)星寬帶接入技術(shù)

在早期，地面可以通過(guò)工作在L波段的衛(wèi)星與飛機(jī)駕駛艙之間進(jìn)行語(yǔ)音通信，這種通信對(duì)帶寬的要求較低，但由于客艙對(duì)帶寬的要求非常高，所以該波段不適合于客艙和衛(wèi)星之間的通信頻段。隨著航天事業(yè)的迅速發(fā)展，具有Ku/ Ka波段的衛(wèi)星相繼上天，由于Ku/Ka波段具有大帶寬，這就使得客艙通過(guò)衛(wèi)星接入互聯(lián)網(wǎng)成為可能。將成熟的衛(wèi)星通信技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和飛機(jī)相關(guān)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可使飛機(jī)通過(guò)衛(wèi)星接入到互聯(lián)網(wǎng)。

與Ku波段相比，Ka波段衛(wèi)星使用QPSK、8PSK、16APSK等高階調(diào)制技術(shù)，可有效提高頻帶利用率和傳輸速率；運(yùn)用蜂窩狀多波束特征天線，可有效提高衛(wèi)星頻道效率、系統(tǒng)收發(fā)性能、有效輻射功率等；Ka波段衛(wèi)星上使用了功率動(dòng)態(tài)分配器；采用了高效的抗雨衰技術(shù)；使用了自適應(yīng)技術(shù)，可以根據(jù)天氣狀況自動(dòng)設(shè)定編碼格式。這些技術(shù)使得Ka衛(wèi)星的通信能力大幅提升。因此，飛機(jī)客艙通過(guò)Ka波段衛(wèi)星接入互聯(lián)網(wǎng)必將逐漸成為主流。

基于衛(wèi)星的無(wú)線網(wǎng)路系統(tǒng)主要由乘客移動(dòng)設(shè)備、AP接入點(diǎn)、機(jī)載服務(wù)器、機(jī)載天線模塊、衛(wèi)星系統(tǒng)、地面基站、地面服務(wù)器組成。機(jī)載天線模塊將乘客數(shù)據(jù)發(fā)送給衛(wèi)星。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)途飛行時(shí)，衛(wèi)星可能覆蓋不到中國(guó)，這就需要衛(wèi)星之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，衛(wèi)星將信號(hào)處理后發(fā)送給中國(guó)相應(yīng)的陸地基站，通過(guò)陸地基站接入互聯(lián)網(wǎng)。

2機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)融合方案

本文提出一種用戶友好、集成視頻、音頻和數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)由客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元、客艙服務(wù)控制單元、其他控制單元、主交換機(jī)、輔助交換機(jī)和天線模塊組成。具體連接框圖如圖1所示。

客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元包括用來(lái)存儲(chǔ)視頻/音頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，以及用于實(shí)時(shí)讀取和輸出數(shù)據(jù)信號(hào)的服務(wù)器。在該服務(wù)器內(nèi)嵌入了一個(gè)操作軟件來(lái)接收和處理來(lái)自乘客的命令和數(shù)據(jù)的發(fā)送?？团搳蕵?lè)系統(tǒng)單元作為一個(gè)高吞吐量的服務(wù)器，能夠滿足數(shù)百人對(duì)視頻/音頻服務(wù)的需求?？团摲?wù)控制單元連接到輔助交換單元上，可以讓每一個(gè)乘客打開(kāi)/關(guān)閉閱讀燈，或可以呼叫乘務(wù)員等的操作。其他控制單元用來(lái)控制乘務(wù)員面板之間的通信，并且也可以控制乘務(wù)員之間的互通電話等。

主交換單元是一個(gè)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，具有足夠的端口和吞吐量，用來(lái)將用戶的控制命令傳輸給客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元，并將客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元輸出的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的位置上。輔助交換單元也是一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)，用于控制和客艙娛樂(lè)系統(tǒng)無(wú)關(guān)的信號(hào)流。天線模塊用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的編碼，并輸出到相應(yīng)的乘客座位上或接受乘客的命令。

考慮到冗余性，本文提出客艙無(wú)線化具體布置的兩種方案。

（1）每一個(gè)圈代表一個(gè)天線射頻可以到達(dá)的范圍，每個(gè)藍(lán)圈之間相切，每個(gè)紅圈之間相切。這樣做的好處是可以節(jié)約頻譜資源，每一個(gè)藍(lán)圈內(nèi)的天線可以共用一個(gè)頻率而互相之間不會(huì)干擾；同樣，為了避免干擾，紅圈和藍(lán)圈內(nèi)的天線頻率不能相同。這樣，當(dāng)某一個(gè)天線故障時(shí)，用戶可以臨時(shí)切換到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，從而盡可能小地影響用戶的通信體驗(yàn)，如圖2所示。

為了獲得最佳的通信效果，在接入AP之前，乘客可自行選擇接入哪一個(gè)AP，或由用戶電子設(shè)備軟件自動(dòng)選擇最佳AP接入點(diǎn)（現(xiàn)在很多電子設(shè)備已經(jīng)可以做到這一點(diǎn)）。

（2）每一個(gè)區(qū)域放置兩個(gè)天線模塊，但是使用時(shí)每次只使用一個(gè)天線模塊。當(dāng)一個(gè)區(qū)域的天線模塊故障時(shí)，馬上啟用另一個(gè)天線模塊，這時(shí)乘客會(huì)暫時(shí)斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，備用天線模塊重啟后乘客才能重新接入互聯(lián)網(wǎng)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是：由于每個(gè)區(qū)域相切，各個(gè)區(qū)域的頻率不會(huì)相互干擾，因此只需要一個(gè)頻率就可以實(shí)現(xiàn)全艙的WIFI覆蓋。同時(shí)，和第一個(gè)方案相比，每次工作的天線模塊數(shù)量減少將近一半，可以達(dá)到省電的目的。缺點(diǎn)是：由圖3可以看出各個(gè)艙之間有天線模塊死角，當(dāng)乘客處在天線模塊的死角時(shí)，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量大大降低甚至沒(méi)有信號(hào)，并且和第一個(gè)方案相比，增加了天線模塊的數(shù)量，從而增加了飛機(jī)的重量。飛機(jī)重量增加的同時(shí)還可能使得每一個(gè)AP節(jié)點(diǎn)的負(fù)載增大，這就出現(xiàn)丟包率較高等現(xiàn)象，影響用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)，如圖3所示。

每一位乘客可以使用自己的電子設(shè)備（如筆記本電腦、手機(jī)、平板電腦等），也可以使用客艙自帶的電子設(shè)備。首先，將乘客自己的電子設(shè)備或客艙自帶的電子設(shè)備與AP進(jìn)行無(wú)線連接，并完成初始化，AP為每一個(gè)設(shè)備分配唯一的IP地址，然后自動(dòng)彈出預(yù)先設(shè)計(jì)好的操作界面；只有在該操作界面上，乘客才可以進(jìn)行視頻/音頻點(diǎn)播或進(jìn)行Internet/ Email的操作，以確保數(shù)據(jù)安全。

每一個(gè)座位上都配有一個(gè)無(wú)線耳機(jī)，可用來(lái)接收廣播、音頻，也可以是正在被客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元傳輸?shù)囊曨l信號(hào)中的音頻信號(hào)。該無(wú)線耳機(jī)包括音量控制鍵、通道選擇鍵。音頻播放必須有優(yōu)先級(jí)，當(dāng)乘客正在聽(tīng)音樂(lè)時(shí)，乘務(wù)員突然要廣播信息，此時(shí)將立即打斷相關(guān)工作，并接收乘務(wù)員廣播信號(hào)。例如，乘客發(fā)送觀看視頻的命令后，該命令由主交換單元傳送到客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元，客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元首先解析出相應(yīng)的地址，然后將視頻封裝上地址信息，發(fā)送到主交換單元，由主交換單元傳送到相應(yīng)的區(qū)域，并進(jìn)行無(wú)線傳輸。

客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元可以對(duì)要輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行MIMOOFDM編碼，MIMO-OFDM編碼的無(wú)線數(shù)據(jù)信號(hào)可以有效地從包含不同延遲、振幅和基于時(shí)間的變化的眾多間接波中復(fù)制出原始信號(hào)。

在傳輸時(shí)，采用UDP協(xié)議，UDP在發(fā)送和接收系統(tǒng)之間不需要“握手”，并且UDP通?？梢酝ㄟ^(guò)消除連接狀態(tài)需求為特定應(yīng)用程序提供更活躍的客戶端服務(wù)。使用UDP傳輸數(shù)據(jù)的速度通常更快，此外，UDP的每個(gè)數(shù)據(jù)段的頭開(kāi)銷(xiāo)較小。

耳機(jī)內(nèi)嵌有數(shù)據(jù)同步器，以使選定的音頻通道與想用的視頻數(shù)據(jù)包同步；數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)放大后送入耳機(jī)。

在進(jìn)行無(wú)線傳輸時(shí)，有顯著的瑞利衰落等的信號(hào)衰落，降低用戶接收到的視頻/音頻信號(hào)的質(zhì)量；此外，來(lái)自座位、乘客、機(jī)組人員等的信號(hào)阻塞也會(huì)降低信號(hào)質(zhì)量。為了最小化信號(hào)衰落和阻塞的影響，客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元可以包括射頻衰落映射子系統(tǒng)。每個(gè)座椅或座椅組可以包含一個(gè)子系統(tǒng)，用于測(cè)量和傳輸位于子系統(tǒng)附近的射頻信號(hào)特征，進(jìn)而選擇最優(yōu)的正向誤差修正，從而提高視頻/音頻信號(hào)的質(zhì)量。

3客艙網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)承載能力測(cè)試

由于飛機(jī)一般分為商務(wù)艙和經(jīng)濟(jì)艙兩種，通過(guò)上述兩種客艙無(wú)線化具體布置圖可以看出，對(duì)于相同機(jī)型的商務(wù)艙而言，無(wú)線AP的負(fù)載幾乎是一樣的，但對(duì)于經(jīng)濟(jì)艙而言，方案一有4個(gè)無(wú)線AP，而方案二只有2個(gè)無(wú)線AP，因此方案一的無(wú)線AP負(fù)載明顯小于方案二。但當(dāng)飛機(jī)的客艙位置較少時(shí)，使用方案二時(shí)每個(gè)無(wú)線AP的負(fù)載也不會(huì)太大，可以滿足乘客的上網(wǎng)要求，同時(shí)還能達(dá)到省電的目的。

根據(jù)以上架構(gòu)，本文選擇波音787型飛機(jī)的客艙進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真，由于波音787的商務(wù)艙一般為30個(gè)座位，經(jīng)濟(jì)艙約有250個(gè)座位，因此本文選擇方案一來(lái)進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真，測(cè)試衛(wèi)星寬帶接入技術(shù)是否能基本滿足乘客的上網(wǎng)需求。

基于波音787，利用NS-2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件進(jìn)行客艙網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的承載能力測(cè)試及約束條件分析。波音787上5部AP與交換機(jī)相連，再通過(guò)交換機(jī)連接到客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元，基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以通過(guò)圖4無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋱D的仿真實(shí)現(xiàn)。其中節(jié)點(diǎn)0～4為無(wú)線AP，節(jié)點(diǎn)5為主交換單元（網(wǎng)關(guān)），節(jié)點(diǎn)6為客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元，節(jié)點(diǎn)7為通信衛(wèi)星。為達(dá)到仿真的真實(shí)性，需要設(shè)置與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相關(guān)的背景參數(shù)。飛機(jī)上的無(wú)線上網(wǎng)功能，主要通過(guò)Ku波段衛(wèi)星，其理想總帶寬為50MB/s，而實(shí)際值為32MB/s，5部AP一般情況下負(fù)責(zé)60人區(qū)域的上網(wǎng)需求，而一部客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元?jiǎng)t負(fù)責(zé)與5部AP通信，客艙娛樂(lè)系統(tǒng)（節(jié)點(diǎn)6）與通信衛(wèi)星（節(jié)點(diǎn)7）之間的傳播時(shí)延設(shè)定為200ms，將節(jié)點(diǎn)6到節(jié)點(diǎn)7傳播時(shí)延設(shè)定較大的原因是模擬真實(shí)環(huán)境下距離的因素，彌補(bǔ)NS-2各節(jié)點(diǎn)間距較小的不足，因此放大了傳輸時(shí)延，但不會(huì)影響仿真結(jié)果中反映出的實(shí)際乘客上網(wǎng)情況。

為使仿真結(jié)果更接近真實(shí)環(huán)境，我們將客艙無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分為三種場(chǎng)景進(jìn)行仿真：（1）輕流量應(yīng)用場(chǎng)景：此場(chǎng)景下5個(gè)AP覆蓋區(qū)域內(nèi)的乘客主要以瀏覽網(wǎng)站、文字聊天、看文字新聞為主，每位乘客平均產(chǎn)生的流量小于100KB/s，5部AP區(qū)域下的總流量業(yè)務(wù)小于20MB/s；（2）中流量應(yīng)用場(chǎng)景：此場(chǎng)景下，5個(gè)區(qū)域內(nèi)的乘客大部分以文字業(yè)務(wù)為主，一部分觀看視頻流、收聽(tīng)音頻等，此時(shí)，每位乘客的平均流量大約為300KB/s，5部AP所管轄區(qū)域的總吞吐量，在30MB/s左右；（3）重度流量應(yīng)用場(chǎng)景：此場(chǎng)景下，5個(gè)區(qū)域內(nèi)的用戶主要以收看視頻流、收聽(tīng)音頻為主，此時(shí)每個(gè)用戶的平均的流量達(dá)到500KB/s，總帶寬達(dá)到瓶頸鏈路帶寬。

（1）輕流量應(yīng)用場(chǎng)景

當(dāng)5個(gè)區(qū)域內(nèi)的乘客都以文字等低流量業(yè)務(wù)為主時(shí)，平均每個(gè)乘客產(chǎn)生的流量大約為100KB/s，使用相對(duì)穩(wěn)定的cbr流，設(shè)定仿真時(shí)長(zhǎng)為10s，通過(guò)采集節(jié)點(diǎn)6與7之間的網(wǎng)絡(luò)延遲、吞吐量和丟包率情況見(jiàn)圖5～圖7），反映此情況下的機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能。

從圖5～圖7中可以看出，在低流量場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與既定延時(shí)接近，在200ms左右，沒(méi)有發(fā)生較明顯波動(dòng)；吞吐量基本穩(wěn)定，達(dá)到理論值。丟包率也很低，在0.24%左右，基本不會(huì)影響乘客上網(wǎng)需求。因此，可以得到，在輕流量應(yīng)用場(chǎng)景下，機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能無(wú)負(fù)擔(dān)地滿足乘客的上網(wǎng)需求。

（2）中流量應(yīng)用場(chǎng)景

在5個(gè)區(qū)域內(nèi)的乘客多數(shù)進(jìn)行文字業(yè)務(wù)、少數(shù)看視頻聽(tīng)音頻的中流量場(chǎng)景下，平均每名乘客產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大概為300KB/s，設(shè)定仿真時(shí)長(zhǎng)為10s，同樣適用cbr流，用于描述衛(wèi)星向乘客發(fā)送的文字及多媒體等數(shù)據(jù)流。

由圖8～圖10可以看出，在中流量場(chǎng)景，網(wǎng)絡(luò)的總體延遲出現(xiàn)波動(dòng)，延遲數(shù)值在0.20～0.22s之間；吞吐量接近理論瓶頸鏈路帶寬32MB/s，丟包率平均達(dá)到0.4%左右，若再增加網(wǎng)絡(luò)流量，將產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。因此，中等級(jí)流量業(yè)務(wù)會(huì)使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量降低，網(wǎng)絡(luò)也會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)性，但仍能保證乘客的日常上網(wǎng)需求。

（3）重度流量應(yīng)用場(chǎng)景

在5個(gè)AP覆蓋的區(qū)域內(nèi)，乘客以看視頻居多，也有少數(shù)瀏覽文字時(shí)，此時(shí)處于高等級(jí)流量場(chǎng)景下，平均每位乘客產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量約為500KB/s，總流量超過(guò)瓶頸鏈路帶寬。設(shè)定仿真時(shí)長(zhǎng)為10s。

從圖11～圖13可以看出，網(wǎng)絡(luò)總承載量較之前有了較大幅度上升，網(wǎng)絡(luò)延遲也有所增加，平均在0.24s，除了距離造成的延遲外還有其他處理延遲造成影響；吞吐量處于飽和狀態(tài)，基本占滿總帶寬；丟包率也增加較大，基本在5%左右，這使得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境惡化，乘客上網(wǎng)加載速度變慢。這種高等級(jí)流量場(chǎng)景下，客艙娛樂(lè)系統(tǒng)單元會(huì)出現(xiàn)過(guò)載的現(xiàn)象，機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)滿足所有乘客的上網(wǎng)請(qǐng)求略顯吃力。

由于并非所有的機(jī)上乘客都有上網(wǎng)的要求，加之機(jī)載娛樂(lè)系統(tǒng)自帶的、已經(jīng)緩存在機(jī)上服務(wù)器的娛樂(lè)項(xiàng)目可供乘客選擇；同時(shí)，基于Ka波段的衛(wèi)星通信比基于Ku波段的衛(wèi)星通信具有更寬的帶寬、更高的傳輸速率等很多優(yōu)點(diǎn)，因此，基于Ka/Ku波段的衛(wèi)星寬帶接入技術(shù)可以基本滿足乘客的上網(wǎng)需求。

4結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種各個(gè)模塊之間有線連接，乘客電子設(shè)備和數(shù)據(jù)收發(fā)天線模塊之間無(wú)線連接的融合系統(tǒng)，通過(guò)進(jìn)行客艙網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)承載能力的測(cè)試，驗(yàn)證衛(wèi)星寬帶接入技術(shù)可以基本滿足乘客在客艙的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。針對(duì)在客艙內(nèi)天線模塊的布置，本文提出了兩種可實(shí)行方案，這兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)分析每個(gè)架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，可供制造商綜合考慮，來(lái)達(dá)到最佳效果。

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（責(zé)任編輯陳東曉）

作者簡(jiǎn)介

陳祥（1981-）男，碩士。主要研究方向：機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

Tel：13880713459E-mail：chenxiang@cetca.net.cn

李宇（1988-）男，學(xué)士。主要研究方向：飛機(jī)加改裝設(shè)計(jì)。E-mail：liyu@cetca.net.cn

王洪全（1986-）男，碩士。主要研究方向：機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

E-mail：wanghq@cetca.net.cn

Research on Aircraft Cabin Wireless Network Scheme

Chen Xiang*，Li Yu，Wang Hongquan

China Electronics Technology Avionics Co.，Ltd.，Chengdu 611731，China

Abstract： Nowadays， civil aircraft are mostly enclosed environment， which is isolated from the outside world. In this paper， the specific network architecture and communication mode of cabin passenger electronic devices connected to the Internet are proposed for passenger connectivity， and the carrying capacity of the network architecture is tested by NS-2 simulation software. Experimental results show that this method can basically meet the needs of passengers on the Internet.

Key Words： cabin connectivity； wireless cabin； ground-to-air broadband； satellite broadband； network simulation