航空电信网应用与现状分析

韩丹

（民航天津空管分局，天津 300300）

为了缓解日益增长的空中交通流量对管制造成的压力，让新概念、新技术在民航空管中的应用更加标准，1983年，国际民航组织（ICAO）开始着手研究新航行系统（FANS）。作为FANS的重要基础设施，航空电信网（ATN）基于国际标准组织/开放系统互联（ISO/OSI）参考模型的协议体系，实现地面系统之间以及地面系统与机载系统之间的通信服务，它是一个全球一体化、地空一体化的基础航空电信网络。我国民航在“十三五规划”中提出，建设覆盖民航各级单位、机场、航空公司的民航数据通信网，完成国内航空电信网地面骨干网络建设。在此背景下，对航空电信网技术及其在航空中的应用进行探讨是十分必要的。

1 背景阐述

传统的空中交通管制（ATC）系统的使用是基于模拟无线电的通信导航监视系统进行的，它无法满足日益增长的空中交通流量。得益于计算机技术和星基导航系统的发展，ICAO认识到综合利用先进的数字技术和星基技术可以高效安全利用有限空域容量，减轻管制压力，在1983年成立了新航行系统（FANS）运行概念的特别委员会，并在1988年出版《FANS报告》，形成了基于卫星和数据链路的数字通信导航监视/空中交通管理系统概念。在1991年的第10次航行会议上，新航行系统概念得到各成员国的认可。1993年，FANS特别委员会的第二阶段工作结束，制定了全球行动计划，新航行系统概念得到了进一步发展和细化。其中，新一代ATN是新航行系统的重要组成部分，是国际民航组织对全球民航通信网络的规划和设计。在ICAO的推动下，ATN网络已经进入全面部署实施阶段。

按照ICAO附件3定义，ATN是一种基于国际标准组织/开放系统互联（ISO/OSI）的标准和协议，允许地面、地空、机载数据子网进行互操作的互联网络架构。ATN并非一种全新的底层通信网络，而是通过集成多种子网来实现统一数据传输服务的互联网络，是全球地空一体化的航空专用网络，可提供安全、可靠、高效的航空通信服务。

2 航空电信网概念

2003年，ICAO责成新成立的航空通信专家组（ACP）主要负责研究现代网络通信技术在民用航空领域的应用，制定ATN技术标准以及为全球各地区ATN过渡与实施工作提供技术指导。2007年，考虑到IP协议族的应用，ACP出版了2份指导性文档，即Doc 9880和Doc 9896。

2.1 业务类型

如今，航空界的普遍认可的观点是：作为全球性的航空基础设施，航空电信网（ATN）是“将信息高速公路延伸到航空领域”的决定因素，只要技术上和制度上可行，支持空中交通服务通信的ATN也应该能够支持非空中交通服务通信，并且不会导致空中交通服务通信的服务质量退化，还可以获得显著的经济效益。简而言之，ATN应能提供广泛的通信服务。

概括来说，ATN主要用于传输与空中交通管制和飞机运行相关的安全通信业务，可以归结为2种不同类别的通信业务，即空中交通服务（ATS）通信和航务管理（AOC）通信。ATS通信包括为空中交通管制、飞行情报和告警而提供的通信服务，会涉及一个或多个空中交通管理部门。AOC通信发生在飞机与航空公司运控中心或机场之间，出于安全以及运行效率的原因，对航班的启动、延续、转移或终止进行管理。当然，ATN不限于提供安全通信业务，还提供非安全通信业务，航空行政管理通信（AAC）和航空旅客通信（APC）用于乘客个人通信和机组人员的非安全语音、数据服务有关的通信。

2.2 网络组成

ATN通过中间系统（网络和路由器）将机载网络与地面网络连接起来，实现空地、地地、空空的信息互联互通，其组成结构如图1所示。航空电信网由位于机载端或地面服务管理部门的端系统、连接不同网络的路由器组成的中间系统、数据通信子网络共同构成。终端系统是ATN的各个用户计算机单元，为上层的应用提供端到端（即飞机和各部门之间）的通信服务，同时，也是人机交互的操作界面。

数据通信子网络可以根据网络连接的终端空间位置的不同而分为地面通信子网络、地空通信子网络和机载通信子网络，结合不同的通信技术，用于ATN网络系统间的信息传输。为了保证信息传输的安全，ATN为同一终端之间提供不同的数据通信通道。如图1所示，机载终端可以通过卫星数据链、VHF数据链或S模式二次雷达数据链与地面终端通信。

2.3 协议结构

由于历史原因，ATN的协议体系以开放系统互联OSI七层参考模型为基础，根据航空通信的特点开发的协议栈。其中，子网络层对应七层模型的物理层和数据链路层，可以采用各种不同的局域网、广域网和移动网络协议。网络层采用CLNP协议提供无连接的网络服务，采用ES-ES、IS-IS、IDRP等路由协议完成路由管理。传输层主要采用TP4协议保障端到端的可靠传输，提供面向连接的传输层服务。会话层和表示层简化为“FastByte”，目的是解决在带宽较窄的地空数据链上传输报文的问题。应用层包括应用服务元素（ASE）和联合控制服务元素（ACSE），各个应用都公用1个ACSE，由ACSE提供统一的建立释放连接的处理程序和信息。以参考模型为参照建立的协议体系保留了七层模型的开放性，同时考虑到了航空业务的特殊性，可开发出不同的航空应用。航空电信网协议体系结构的具体情况如表1所示。

3 ATN应用

目前已定义的ATN应用是航空通信、监视和信息服务，由空中交通服务单位（ATSU）应用，ATSU可以是空中交通管制单位、飞行情报中心或空中交通服务报告办公室。这些服务的目的是提供如下空中交通管理（ATM）功能，即空中交通服务ATS（含空中交通管制服务ATC、飞行情报服务FIS、告警服务AL）、空中交通流量管理ATFM、空域管理ASM。按照应用终端位置，可以分为地-地应用和地-空应用。

表1 航空电信网协议体系结构

3.1 地-地应用

空中交通服务电报处理ATSMHS，简写成AMHS。其主要目的是在ATN上以存储转发模式交换ATS电文，提供一般的电文服务，可传输航班飞行动态、气象、航行情报等空中交通服务信息。

AMHS是第一个ATN地-地应用，是代替现有自动转报系统AFTN的ATN应用，能提供更可靠、更安全、功能更强大的信息传输服务。与AFTN相比，ATSMHS有显著的优势，即传输更安全、传输可靠性大大提高、可对信息传输进行多级别的控制、可以传输不止文本的多种类型数据、传输速率更快、适用于全球。

空中交通服务设施间数据通信AIDC，是一种专用于ATSU之间的空中交通管制信息交换的ATN应用，包括飞行通知、飞行协调、管制、通信、监视和一般数据的移交。它在确保飞行安全前提下，提供了将飞机从一个ATSU移交给下一个ATSU的方式。AIDC应用的优势是改善交通流量，及时移交管制权。

3.2 地-空应用

管制员与飞行员数据链通信CPDLC是管制员与飞行员之间使用数据链进行ATC通信的工具，它提供了一种使用地-空和地-地子网在主控、接收或下行ATS单元与飞机之间进行ATC数据通信的方法，而且与当前ATC语音通信的用语是一致的。它允许管制员与飞行员之间使用数据链而非语音进行通信。其主要进行地空之间交换符合空中交通管制的电报，包括飞行高度的报告、偏离航路告警、航路改变和放行、速度报告、通信频率报告、飞行员各种请求，以及自由格式电文的发布和接收。CPDLC应用可以减少话音通信，减轻管制员的工作负担，增加单位飞行区域的交通容量，降低管制员与飞行员之间的误解、语音频道的拥塞、情报传输失败的风险，以此提高飞行安全。

自动相关监视ADS是一种将飞机的ADS数据提供给ATSU用于监视的ATN应用，即飞机通过数据链路自动提供给ATSU从机载导航和定位系统得到的数据，包括航空器识别标志、四维位置和一些适当的附加数据。从实现技术上讲，ADS属于非独立协同式监视，包括合约式自动相关监视（ADS-C）和广播式自动相关监视（ADS-B）。

ADS的应用可以提供更多的监视目标信息，提供更高精度的监视手段，增强交通态势感知。

飞行情报服务FIS是一种为飞机提供对保证安全和高效航行有用的情报和咨询的ATN应用，它又分为数字式自动航站情报服务（又称“情报通播”）D-ATIS应用和数字式航空气象定期观测报告D-METAR应用。其中，D-ATIS指通过数据链路24 h或在指定时间段自动将当前的、例行的机场及气象情报提供给到港或离港飞机（例如飞行员警示服务NOTAM、风切变警示服务WSAS、跑道能见度报告服务RVR、机场气象趋势预报TAF）；D-METAR指通过数据链路给正常飞行的飞机发送气象信息。

FIS应用是现存的语音通播方式的补充，其优点是减轻飞行员和管制员的工作量，提高飞行效率和飞行安全，飞行员能够获取没有时间和覆盖范围局限的FIS情报，减少无线电频道的拥堵。

内容管理CM是飞机进入ATN的服务范围后，CM会提供登陆ATN系统的服务，登录成功后CM提供一个飞机上所有数据链路应用的目录，同时，也提供在ATS单元中转发地址的功能。

4 应用现状分析

在ICAO的推动下，世界各国都在积极从事ATN领域的技术研究、线路测试和部署工作。

4.1 地-地应用

与AIDC相比，AMHS在实际中得到了广泛应用。2005-02，欧洲的第一条AMHS线路投入运行，其位于德国与西班牙之间。美日也于2005年投入运行了AMHS线路，中东的第一条位于阿联酋和阿曼之间的AMHS线路已于2009年完工，之后中东国家纷纷引入了AMHS系统。2012年，南美国家秘鲁和哥伦比亚也成为AMHS的使用者。在亚洲，2009年，香港与澳门之间的AMHS线路投入运行，新加坡与印度之间的AMHS线路在2011年投入运行。均为亚太地区主干站点的北京与香港之间的AMHS线路互操作性测试也已按照计划在2017年年中进行。因此，目前已经有多个国家和地区部署了ATN/AMHS系统。

4.2 地-空应用

2009年，澳大利亚成为全球首个ADS-B覆盖全国的国家，ADS-B覆盖全国FL300（9 144 m）以上的空域。美国联邦航空局FAA将ADS-B确定为下一代空中交通运输系统NGATS的基石之一，2010年已在部分地区使用ADS-B，在2016年实现全美覆盖。加拿大从2009-01开始便在其北部哈德逊湾（Hudson Bay）上空提供ADS-B服务。欧洲早在2006年启动了ADS-B应用项目，其与广域定位多点定位系统一起在欧洲部署。

从2000年开始，我国在L888、Y1、Y2航路上应用了ADS技术，并且北京、上海、广州三大区管中心配套的空管自动化系统都具备了ADS航迹处理能力和CPDLC能力。

5 结束语

本文重点阐述了航空电信网的应用情况，并分析了其发展现状。随着新技术的出现和现实应用中问题的出现，相信航空电信网在全球会越来越广，也会有不少新的应用出现。

［1］空管行业管理办公室，AC-115-TM-2015-01.中国民航航空电信网技术应用政策［S］.2015-07-02.

［2］李琦.航空电信网的关键技术初探［J］.电子技术与软件工程，2014（16）：25.