基于异构航空网络的无线飞行记录仪系统分析

白俊峰　彭靖敏　王云

摘要：飞行记录仪主要指的是飞机上的一种安全设备，能够在航空事故的调查方面发挥重要作用。基于此，本文通过对异构航空网络和无线飞行记录仪系统进行调查，掌握目前航空网络存在的问题，重点分析将异构航空网络作为基础的无线飞行记录仪系统，以供参考。

关键词：异构航空网络;无线飞行记录仪系统;路由计算

引言：飞机事故的发生往往较为严重，在此类极端条件下，飞行记录仪极有可能受到损毁。因此，在科学技术水平不断提高的时代背景下，应利用先进的异构航空网络构建无线飞行记录仪系统，从而使该记录仪能够发挥最大的作用。

1 异构航空网络及无线飞行记录仪系统相关概述

1.1异构航空网络

异构航空网络是由网络系统、计算机以及网络设备组成的一种类型网络，一般情况下，在不同的协议下其功能存在不同程度的差异。在了解异构航空网络前，需要明确何为异构网络，该网络主要应用于无线通信领域，是目前无线网络的主要发展方向，从目前研究现状来看，未来的无线网络将是由无线城域网无线个域网等多种接入网共存的异构无线网络。通过结合航空的具体要求以及实际网络情况，形成了异构航空网络，能够满足航空的各项使用特点，例如信息数据交互的实时性、连续性和准确性[1]。

1.2无线飞行记录仪系统

无线飞行记录仪系统的核心是飞机记录仪，该设备也被称为黑匣子，主要是对飞机上的信息进行记录，一般情况下，飞行记录仪包括飞行数据记录仪以及驾驶舱音频信息记录仪。当该设备开始工作后，能够对音频信息进行捕捉并储存，还能够对飞机飞行数据进行监测和保存。以此为核心的无线飞行记录仪系统系统就是利用无线通信技术，主要是利用卫星通讯系统、控制包、地面基站、控制器构建一个封闭的构架，当飞机在飞行过程中，相关人员能够实时对飞机的信息进行监控和接收，避免了信息数据的丢失，强化了信息数据传输的稳定性和有效性。

2 航空网络存在的问题

从目前现状来看，航空网络存在的主要问题就是链路的性能受到了影响，而造成该影响的是飞机节点的移动性，而这会直接对网络性能造成影响。具体而言，飞机在飞行过程中只有既定的方向，但没有既定的飞行轨道，所以，在其飞行过程中，其节点之间的通信链路会出现断断续续的情况，进而使得链路的使用时间也存在长短不一的现象。另外，当链路中断时，两个节点互相连接后能够使其恢复，还也存在部分节点在链路中断后连接到另一节点，从而形成新的链路，在这种链路发生变化的情况下，网络拓扑会产生相应的变化。与此同时，无论是链路连接还是发生新节点都需要花费一定的时间，这意味着，在链路断断续续的过程中，节点存在不可用的时间段，在该时间段内无法对用户信息数据进行传输，即便链路恢复或是产生新的链路，路由协议需要生成相应的方案，而这同样需要花费一定的时间。由此看来，当链路受到多次影响并变化自身状态时，用户信息数据的传输时间较短[2]。

3 分析以异构航空网络为基础的无线飞行记录仪系统

为强化航空网络信息传输的有效性和实效性，需要通过建立长期稳定的链路将链路状态变化的频率进行有效降低，并对链路的重建时间进行有效缩短。为有效实现该目标，可以将异构航空网络作为基础，构建无线飞行记录仪系统，具体如下：

3.1数据记录及回传架构设计

在以异构航空网络为基础的无线飞行记录仪系统中，信息数据的记录仍是依靠飞行记录仪中的FDR和CVR，前者主要是利用传感器对信息进行记录，并通过数据总线输送到FDR进行存储，在科学技术水平不断提高的背景下，FDR已发展至第三代，能够持续记录较长的时间和大量的参数，而且，FDR还能够有效排查事故原因。后者主要是对飞机音频进行记录，通过多套对讲系统，CVR不仅能够对驾驶舱内的音频信息进行记录，还能够对驾驶舱外的音频信息进行记录，另外，机组成员与地面站之间的通信也会被记录下来。

该系统中回传架构的设计中需要设计到软件定义网络，这是因为在对以异构航空网络为基础的无线飞行记录仪系统进行构建时，主要目的就是对重建链路的时间以及路由计算的时间进行有效减少，所以，需要参照该网络的思想。同时，为有效降低两个方面花费的时间，可以使用控制平面对链路重建和路由计算进行控制，并对算法进行优化，主要利用的是全局网络拓扑，从而最大化的利用全局网络信息实现系统构建目的。具体而言，软件定义网络主要是对数据平面和控制平面进行解耦，并将软件作为集中控制器对网络进行管理，通过该控制器能够把握网络设备的具体状态。而且，在该控制器中具有接口，能够与数据平面通信。在以该网络为基础进行数据回传结构设计时，主要设计三个系统，分别是地面控制、航空网络以及卫星系统。第一，在对地面控制系统进行设计时，主要是使用集中控制器，将其与地面基站相连接，从而能够开展拓扑管理和实现网络的优化。在拓扑管理方面，集中控制器内部具有拓扑监听器，通过该设备地面相关人员能够通过地面基站对飞机信息进行实时监控，若是拓扑发生变化，该控制器能够自动采取相关措施。对于网络方面的优化，主要通过对监控器中的信息制定优化问题，再对其进行求解，从而得到路由表以及传输路径。第二，在对航空网络进行设计时，主要是对飞机转发数据进行优化，先行对路由表中的下一跳进行判断，若是在信息数据的传输范围内，则将信息传输给下一跳，避免信息数据的丢失。第三，在对卫星系统进行设计时，主要是通过发送控制包和黑匣子数据的方法进行传输，在此过程中主要利用到的就是卫星方式。通过对该系统进行分层设计，细化各个层次的网络功能，能够获得最优的路径分配方案。由于航空网络层在转发数据时是以路由表为基础的，不需要计算路由，极大的减少了信息传输过程中花费的时间[3]。

3.2传输方式及飞机通信方式

在以异构航空网络为基础的无线飞行记录仪系统中，其信息数据的传输方式主要是通过对黑匣子进行优化，主要是在其内部添加bundle层，并增加分析程序，从而能够对接收到的信息数据进行分析，掌握飞机的具体状态。而通信方式则是结合卫星方式，通过架构封闭的信息传输空间，改善通信的时延性，从而在面对危险时，相关人员能够快速采取解决和救援措施。

3.3仿真分析

在该分析过程中，对时间间隔進行把握，从多个路线中选择一条进行信息数据的传输，从而对网络拓扑的变化进行准确模拟。若是将时间间隔分别设定在十五秒、三十秒和六十秒，并将HELLO包的发送间隔设定在十秒、五秒、两秒和一秒，设置三十分钟作为仿真分析的时间。该体系中的HELLO包发挥的主要作用就是提供虚拟的IP地址，是一个HSRP协议的数据单元，在该情况下，能够明显发现相较于以往传统的路由协议。而以异构航空网络为基础的无线飞行记录仪系统能够具有极好的性能和网络可用性，能够及时应对频繁的拓扑变化，具有较短的节点报告休息间隔。

结论：综上所述，以异构航空网络为基础的无线飞行记录仪系统对飞机事故调查以及信息数据的有效传输具有极强的现实意义。因此，相关人员应深入研究异构航空网络，通过架构回传系统以及优化路由算法等方式，为信息的完整性提供保障。

参考文献：

[1]陈农田，李俊辉，孙有朝，汪关祥.飞行数据在航空工效领域应用研究进展[J].人类工效学，2020，26（02）：81-86.

[2]刘飞阳，赵小冬，李亚晖.机载智能化网络化微系统芯片架构研究[J].航空计算技术，2018，48（05）：145-149.

[3]张雪.基于3G通信网机载飞行记录数据无线传输系统设计[J].中国战略新兴产业，2017（16）：130-131.