基于航空云计算实现航班追踪与监控
发布时间：2022-10-12 11:41:20 所属栏目：云计算 来源：
导读： 针对马航MH370失联等一系列重大航空安全事故，业界已经行动起来，研究和制定了新的强制性全球航班追踪标准。国际民航组织(ICAO)于2014年5月12—13日举行了一次关于全球航班追踪的多学科特别会议，提出了实现
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针对马航MH370失联等一系列重大航空安全事故，业界已经行动起来，研究和制定了新的强制性全球航班追踪标准。国际民航组织(ICAO)于2014年5月12—13日举行了一次关于全球航班追踪的多学科特别会议，提出了实现航班全球追踪的近期、中期和远期规划。近期规划是从行业标准入手，由空中航行委员会（ANC）和空中航行局（ANB）设立的特设工作组（AHWG）和国际航协（IATA）牵头的航班追踪工作队（ATTF）合作，共同完成全球航空遇险与安全系统标准草案，于2015年提交给第二次高级别安全会议讨论修订。中期规划是由ICAO牵头制定和实施与航班追踪相关的国际统一标准和建议。远期规划是由ICAO协同国际电信联盟（ITU）成立飞行数据监测云计算航空应用电信焦点小组，根据对航空飞行数据监测的运行要求，制定航空云计算的国际标准。 基于上述建议及规划，2014年6月ITU成立了飞行数据监测的航空云计算应用焦点组（简称“航空云焦点组”）开展飞行数据监测研究。2014年12月1—3日，航空云焦点组在马来西亚吉隆坡召开了第一次会议（FGAC-1）。会议探讨的主要内容包括：可用于飞行数据监测的航空云计算标准体系及构架，特别强调了飞行数据的保密安全特性；航空云计算的运行概念和场景；飞行数据的类型、参数及传输所需通信性能要求，例如，发送数据的模式（触发式、周期连续式）、数据可靠性、完整性、可追溯性等，同时论证了现有航空通信数据链技术实现飞行数据监测的航空云计算的可行性。从航空云构架可以看出，航空通信数据链是实现航空云计算的基础，在航空云计算中起关键性作用。 民用航空通信系统现状 航空移动业务的常用频段 对所有的无线电系统来说，频谱资源是有限资源，必须要合理、合法地使用，而且要不断优化、节省使用这一资源。根据当前ITU无线电频率划分规定，常用于提供航空移动（R）业务的频率有甚高频（VHF）、L频段和C频段。 VHF指117.975MHz～137MHz，这部分频率的使用在航空移动（R）业务中最为广泛，也因此变得拥挤不堪，其中用于语音的单频道占用带宽正在由25kHz向8.33kHz演进。 L频段指960MHz～1164MHz，用于空地航空移动（R）业务，说明条款5.327A。1545MH～1555 MHz和1646.5MH～1656.5 MHz，用于卫星航空移动（R）业务通信，其与同一个网络内操作的其他卫星移动通信相比，具有优先接入和立即使用的权利。 C频段指5091MHz～5150MHz云计算实现，说明条款5.444B。相关组织准备在WRC-12大会上追加申请5030MHz～5091MHz用于航空移动（R）业务。 上述频率均为航空移动（R）业务的专有授权频率，主要用于运行安全等级要求较高的空管通信、航空公司运行通信服务。另外还有一些采用个人移动通信频率的案例，主要为航空非安全类型的数据应用提供通信服务，如旅客通信、航空公司行政管理通信。 飞机前舱通信数据链技术 目前飞机前舱通信系统广泛使用的通信技术制式依然停留在50年前，如飞机通信寻址与报告系统（ACARS）系统和甚高频空地数据链模式2（VDL Mode 2）系统。这两个系统为飞机与地面管制中心，飞机与地面运控中心之间提供低速数据交换服务。 针对未来航空通信技术研究，2005年，ICAO联合美国联邦航空局（FAA）和欧洲航行安全组织（EuroControl）共同提出L频段数字航空通信系统（L-DACS），随后又进一步分为多载波与单载波两个版本，分别是L-DACS1、L-DACS2系统，L-DACS1逐渐成为国际民航未来宽带航空移动通信的重要研究方向。 飞机前舱数据链通信还包括航空高频数据链。在跨洋航线和偏远地区空中长距离飞行的飞机，使用高频电台与地面进行单边带语音通信或数据传输。在航空卫星通信数据链（AMSS）应用普及之前，高频电台是超视距航空通信的唯一手段。1992年10月，ICAO第29届大会批准的“CNS/ATM系统”方案,把高频空地通信列入被淘汰之列，但高频空地通信在两极地区继续保留。飞机前舱数据链现状见摘要图。 随着卫星通信技术不断发展和民用化，卫星通信系统已经在航空领域得到广泛应用，国内外卫星通信服务商根据不同飞机机型也提供了多样化的经过适航认证的机载卫星通信产品，并根据航空用户要求制定适用的解决方案。目前常用的航空卫星数据通信系统见表2，它包括有海事卫星（Inmarsat）通信系统、铱星（Iridium）卫星通信系统、Iris卫星通信系统等。 飞机后舱通信数据链技术 随着各种个人无线便携产品的推广，越来越多的航空旅客在飞行中携带这些产品。相关研究表明，当这些个人无线便携产品处于开机状态，且当狭窄的机舱内的使用数量达到一定值时，是极有可能对机载电子设备产生干扰的。 现行的技术方案是采用类似于地面的频率复用技术，在机舱内布设微微蜂窝基站，控制个人用户终端的发射功率，降低无线电干扰的概率。这些微微蜂窝基站的数据通过航空通信数据链回传到地面网络，进而实现无线通信服务，如乘客可以打电话、上网等。现有乘客通信数据链使用状况如表3。 乘客通信航空数据链主要是采用宽带卫星通信中继技术，机舱内的本地微微蜂窝网络通过机载卫星通信终端、通信卫星完成与地面网络之间的数据交换。然而，AirCell开发的GoGo系统则率先采用CDMA 2000 EV-DO（版本B）数据网络通信技术，通过陆地地面站为飞机后舱提供空地数据链通信服务。AirCell公司在北美地区建设了大约160座地面基站，可覆盖北美地区的大部分航路区域，目前已有约2000架商用飞机、6000架公务机开通了空中GoGo互联服务。其最新一代ATG-4系统可实现单架飞机峰值吞吐量达10Mbps，是原系统3.1Mbps的3倍，已有650架商用飞机加装了新一代的ATG-4系统，大量的公务机也逐渐成为其潜在的客户。相比传统的中继卫星通信方案，无论是改装费还是使用费都相对低廉，并且还具有通信传输时延小的优势。但是，它的劣势也很明显，由于非航空授权频谱的关系，这项通信技术不能够为飞机前舱提供通信服务，其技术本身也不在ICAO相关标准规范的范畴之内，从推行这项服务的AirCell公司发展战略来看，其也在积极转向采用卫星通信技术的系统解决方案，目前正在筹划发射被称为2Ku的全球通信卫星。然而卫星通信虽然存在覆盖范围广，通信带宽大等一系列优势，但其非航空授权频率、安装改装成本及通信服务费用居高不下等问题，同样制约了卫星通信服务在航空领域的应用推广。 云计算时代的思考 随着大数据分析和数据挖掘技术的应用，航空云计算可以大幅提升商用飞机的运行效率。航空云计算可以涵盖以下几个方面：对飞机位置信息实时追踪；对飞机发动机进行健康监测，提前制定维修计划；实时气象数据报告，制订更加有效的飞行计划，达到节约燃料的目的。飞行数据监测系统的航空云计算将成为传统的航空业加速演进至云服务的重要一步。 飞行数据标准化整理 根据航空云焦点组的输入材料，现有的飞机数据监测系统包括的众多内容见表4。系统的飞行数据源主要来自两类机载设备，一种是直接来自于机载通信管理装置，如波音飞机的CMU、空客飞机的ATSU以及波音777的综合模块化航电IMA构架下数字通信管理模块（DCMF）。另一种则是间接的，来自于机载数据记录设备或系统，如飞行数据记录仪（FDR）、辅助记录系统（快存取记录仪QAR）、飞机状态监控系统（ACMS）。依据机型的不同，这些设备的名称和功能会有对应的变化，例如，配置了不同数据清单的QAR数据采集装置（DAU）、无线QAR、虚拟QAR服务、2/3类电子飞行包（EFB）等。 各飞行数据监测系统对飞行数据流的描述随飞机的机型、机载设备配置不同而不同，因此航空云计算标准化工作面临着数据流描述不统一的问题。当前任务是要针对海量的飞行数据给出统一的描述并制定合理的传输场景，既能保证飞行安全，及时应对突发危机情况，又可避免传输带宽和传输效率的浪费。如能编制一套切实可行的飞行数据集库及字典，则可将纷繁复杂的海量飞行数据科学地分门别类、整理出一套国际公认的航空数据集字典标准，为后续航空云计算中大数据处理压缩和分析挖掘、云计算应用服务的标准化做好准备。 航空通信一体化的挑战 现有的飞行数据监测系统除了Aireon系统引入了星载ADS-B监视数据链外，其他系统均依托传统的窄带航空VHF空地通信和传统航空卫星通信。传统的窄带航空数据链传输带宽无法满足航空云计算的需要。 ICAO近期提出，制定和实施与航班追踪相关的标准和建议措施的初步时间表应与航空系统组块升级（ASBU）的实施相契合。根据ASBU的航空通信路线图，未来还将有L-DACS、AeroMACS、Iris等一系列新技术进入实施阶段，这些通信网络的支撑保障能力是影响航空云计算技术和服务发展的重要因素，也是决定航空云计算服务规模发展的核心基础。因此只有将多种航空通信网络无缝对接、深度融合，才能使航空云计算真正为空管部门、航空公司及旅客带来高效、便利和安全。 在软件无线电的基础上结合综合化模块航空电子技术，出现了一种综合化模块软件无线电系统构架，该构架由综合路由域、综合模块化机载电台以及多波段一体化天线构成。综合路由域负责不同电台之间的链路选择及无缝快速切换，具备网络层的安全性和移动性支持，协调所需的通信服务质量保证。综合模块化机载电台提供无缝的链路接入，可扩展并兼容传统电台制式，协调不同通信制式的切换及链路失败后的自适应迁移切换。 航空通信信息安全 航空云计算强大的功能将有益于民航业的发展，但由于其开放性，随之而来的信息安全问题成为重要课题。信息安全问题能否解决决定了航空云计算技术的成败。 与航空相关的信息数据应采用最高安全标准等级，尤其是在应用云计算服务时。要保障飞行数据在传输过程中的安全、可靠，避免个人隐私的泄露，权责方的认证和鉴定权等是重点。在飞行数据监测的航空云计算标准制定过程中，建议着重考虑有关信息安全的X系列标准，X.1601-云计算安全架构（Security framework for cloud computing）以及ISO/IEC27018等标准体系。 中国民航需要全面参与 航空云焦点组于2015年2月5—7日在加拿大蒙特利尔召开了第二次会议，大会主要讨论了4个可交付成果的初稿，下一次航空云焦点组的会议将在2015年5月18—20日举行。我国相关单位在工信部中国通信标准化协会（CCSA）的领导下，也在积极全面参与到航空云焦点组国际标准化制定工作中，为我国航空行业的云计算应用和推广打下坚实基础。 （编辑：草根网_安阳站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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