ATN và phân hệ VHF kết nối giữa máy bay và trạm điều khiển không lưu

ATN sử dụng một tập các giao thức truyền dữ liệu dựa trên mô hình OSI của tổchức định chuẩn quốc tế ISO để liên kết các hệ thống liên lạc air – ground vàground - ground với nhau.. - ATN

TIỂU LUẬN Tìm hiểu tổng quan về mạng thông tin hàng không ATN và phân hệ VHF kết nối giữa máy bay và trạm điều khiển không lưu

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN HÀNG

KHÔNG ATN 5

1.1 Khái quát ATN 5

1.1.1 Khái niệm ATN 5

1.1.2 Đặc điểm của ATN 6

1.1.3 Chức năng của ATN 7

1.1.4 Ưu điểm của ATN 9

1.2 Các ứng dụng trên ATN 9

1.2.1 Ứng dụng đất - đất G/G 9

1.2.1.1 Ứng dụng AMHS 10

1.2.1.2 Ứng dụng AIDC 10

1.2.2 Ứng dụng không - địa A/G 10

1.2.2.1 Ứng dụng CM 10

1.2.2.2 Ứng dụng CPDLC 10

1.2.2.3 Ứng dụng ADS 10

1.2.2.4 Ứng dụng FIS 11

1.3 Các thành phần cơ bản của ATN 11

1.3.1 ATN routers 12

1.3.2 Hệ thống cuối ATN 12

1.3.3 Các mạng con ATN 13

1.3.3.1 Mạng con mặt đất 13

1.3.3.2 Mạng con không - địa 13

1.3.3.3 Mạng con trên không 14

CHƯƠNG 2: PHÂN HỆ VHF KẾT NỐI GIỮA MÁY BAY VÀ

TRẠM ĐIỀU KHIỂN KHÔNG LƯU 15

2.1 Giới thiệu 15

2.2 Nguyên lý hoạt động của máy thu phát VHF 15

2.2.1 Máy phát 15

2.2.2 Máy thu 16

2.2.3 Sơ đồ khối máy thu phát VHF-AM: 17

2.3 Một số kỹ thuật VHF kết nối giữa máy bay và trạm điều khiển không lưu 18 2.3.1 VHF Datalink 18

2.3.2 B – VHF 20

2.3.3 VHF – Offset 21

2.3.4 Đánh giá 22

2.4 Hiện trạng hệ thống VHF tại Việt Nam 22

LỜI CẢM ƠN 24

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN HÀNG KHÔNG

ATN

1.1 Khái quát ATN

1.1.1 Khái niệm ATN

Mạng ATN được xem là cơ sở hạ tầng liên mạng cho mạng viễn thông Hàngkhông ATN sử dụng một tập các giao thức truyền dữ liệu dựa trên mô hình OSI của tổchức định chuẩn quốc tế ISO để liên kết các hệ thống liên lạc air – ground vàground - ground với nhau

Hình 1.1 Mô hình khái quát của ATN

- Hệ thống cuối (ES-End System): Một hệ thống có cấu trúc 7 lớp theo mô hình OSI và

có một hay nhiều đầu cuối ứng dụng

- Hệ thống trung gian (IS-Intermediate System): Một hệ thống có chức năng định tuyến

và chuyển tiếp có cấu trúc 3 lớp thấp nhất theo mô hình OSI

- Mạng phụ (SubNetwork): Một sự thực hiện thực tế của một mạng dữ liệu mà nó có thủtục đồng nhất và có hoạch định địa chỉ dưới sự kiểm soát của một cấp có thẩm quyền

- Thực thể (Entity): là một phần tử tích cực trong một lớp bất kỳ có thể là phần mềm (như

là một quá trình xử lý) hay phần cứng (như là chip vào/ra thông minh)

- Ứng dụng (Application): việc sử dụng cuối cùng của một hệ thống thông tin mà nhậnbiết như là tự chính bản thân hệ thống

- Thực thể ứng dụng (Application Entity): một phần của một quá trình ứng dụng mà nóliên quan đến thông tin trong môi trường OSI Các khía cạnh của một quá trình ứng dụngcần một tài khoản đưa vào cho các mục đích của mô hình OSI mà được đại diện bởi mộthay nhiều Hệ thống cuối

- Đầu cuối đến đầu cuối (End-to-end): việc gắn liền hay liên quan đến phần thông tin củamột thực thể, một cách tiêu biểu là từ giao diện giữa nguồn tin tức và hệ thống thông tintại đầu cuối phát đến giao diện giữa hệ thống thông tin và người sử dụng tin tức hay mộtquá trình (ứng dụng) tại đầu cuối thu

1.1.2 Đặc điểm của ATN

- ATN chỉ cung cấp dịch vụ thông tin liên lạc dữ liệu cho ngành hàng không

- ATN cung cấp dịch vụ liên lạc thông suốt giữa các hệ thống tại mặt đất và trên máybay cũng như giữa các hệ thống tại mặt đất với nhau Mặc dù có sự khác nhau rất xa

về mặt kỹ thuật của các hệ thống thông tin liên lạc này

- ATN cung cấp dịch vụ thông tin liên lạc đáp ứng được các yêu cầu về an ninh, antoàn cho các ứng dụng

- Các ứng dụng ATN khác nhau hỗ trợ nhiều loại dịch vụ và điện văn có yêu cầumức độ ưu tiên khác nhau

- ATN sử dụng và kết hợp các mạng dữ liệu khác nhau như: hàng không, thươngmại và công cộng) tạo thành mạng thông tin hàng không toàn cầu

- ATN bao hàm cả mảng thông tin mặt đất và trên không Ứng dụng thông tin vệtinh trong ATN giúp ATN đảm bảo tính bao phủ toàn cầu

Hình 1.2 Khái niệm ATN

1.1.3 Chức năng của ATN

Mạng ATN và các tiến trình ứng dụng tương ứng được thiết lập nhằm hỗ trợ cho hệthống CNS/STM Mạng ATN có những chức năng sau:

 Mạng chuyên dụng và dành riêng để cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu cho các

tổ chức cung cấp dịch vụ không lưu (ATM) và các hàng Hàng không theo cáchình thức sau:

- Công tác thông tin cho dịch vụ không lưu (ATSC)

- Công tác điều hành khai thác Hàng không (AOC)

- Công tác thông tin phục vụ cho các hãng Hàng không (AAC)

- Công tác thông tin cho hàng khách (APC)

 Mạng cung cấp, theo nghĩa hoàn toàn trong suốt với người dùng, dịch vụ truyền

từ người dùng đến người dùng tin cậy và cho phép các dịch vụ không lưu cungcấp dữ liệu an toàn và hiệu quả giữa:

- Các hệ thống trên máy bay với các hệ thống dưới đất

- Các hệ thống dưới đất

 Mạng cung cấp một dịch vụ truyền dữ liệu mà có khả năng đáp ứng tính bảo mật

và an toàn của người dùng

 Mạng dựa trên các tiêu chuẩn truyền dữ liệu được quốc tế thừa nhận là mộtthuận lợi cho việc phát triển những hệ thống theo ý muốn và khuyến khích cácdịch vụ mạng có tính cạnh tranh

 Mạng cung cấp nhiều kiểu, loại, lớp dịch vụ khác nhau (bao gồm các mạng conair-ground ưa thích hay được lựa chọn) được yêu cầu bởi các ứng dụngkhác nhau.

 Mạng định nghĩa một kiến trúc mà cho phép kết hợp các mạng con công cộnghay dành riêng, cả air-ground và ground-ground Kiến trúc này cho phép sử dụnglại các cơ sở hạ tầng và các công nghệ mạng đã có, ngoài ra còn cho phépnhững người thực hiện mạng tự do trong việc thay đổi kích cỡ mạng cho phùhợp với sự phát triển của người dùng và mạng sử dụng hiệu quả băng thông củacác mạng con air-ground, vốn là những mạng có băng thông giới hạn, và nhưthế giảm được giá thành sử dụng

Các ứng dụng trong mạng ATN được định nghĩa ở đây đã được phát triển nhằmcung cấp cho các dịch vụ truyền tin, giám sát và thông tin Hàng không Các ứng dụngnày dùng để hỗ trợ cho các dịch vụ quản lý không lưu (ATMS) dưới đây:

 Dịch vụ không lưu ATS:

- Dịch vụ kiểm soát không lưu (ATC)

- Dịch vụ thông tin bay (FIS)

- Dịch vụ cảnh báo

 Quản lý luồng không lưu ATFM

 Quản lý bầu trời Airspace Management

Hình 1.3 Chức năng của ATN

1.1.4 Ưu điểm của ATN

ATN cung cấp một giải pháp duy nhất để thỏa mãn một dải rộng nhu cầu thông tinliên lạc bằng dữ liệu ATN đưa ra những dịch vụ thông tin nhanh, sẵn sàng và có tínhthống nhất cao Điều này rất cần thiết cho việc cải thiện khả năng sử dụng vùng trời(giảm phân cách bay để tăng lưu lượng bay) Hơn nữa cấu trúc ATN cho phép kết nối cácứng dụng mới vào mạng một cách dễ dàng

Việc sử dụng các đường truyền dữ liệu ATN sẽ làm giảm đi sự tắc nghẽn của các kênhthông tin thoại Vì thế sẽ giảm đi sự trễ của các hoạt động bay trong những vùng chungcận và vùng có mật độ bay cao

ATN cung cấp phương tiện để cải thiện hiệu quả trong liên lạc giữa kiểm soát viênkhông lưu và phi hành đoàn, có khả năng hoạt động trong môi trường đa quốc gia với cácnhà cung cấp dịch vụ truyền số liệu khác nhau Đồng thời ATN cũng cung cấp dịch vụthông tin cho tất cả các ứng dụng của ATSC và AINSC

ATN được xem như là một mạng intemet dành riêng cho ngành hàng không, đáp ứngđược tất cả các dịch vụ liên quan đến ngành hàng không dân dụng

So sánh với hệ thống liên lạc thoại thông thường, ATN và các ứng đụng ATM của nóđem lại những lợi ích sau:

- Thông tin liên lạc rõ ràng hơn dẫn đến giảm bớt những lỗi trong giao tiếp

- Việc sử dụng các kênh thông tin hiệu quả hơn đưa đến các kênh liên lạc giữa mặtđất và máy bay và các đường truyền trên mặt đất được giảm đi Có khả năng kết nốibất kỳ hai đầu cuối người sử dụng nào ở trên máy bay hoặc ở mặt đất trong mạngATN

- Giảm bớt khối lượng công việc cho phi công và kiểm soát viên không lưu hay các

bộ phận liên quan đến hoạt động ATM

- Giảm bớt yêu cầu cho đa số những hệ thống liên lạc đo các ứng dụng ATSC, AOC,AAC, APC của nó

ATN còn đem lại các lợi ích khác : Giảm nhiên liệu bay, thời gian bay

1.2 Các ứng dụng trên ATN

1.2.1 Ứng dụng đất - đất G/G

1.2.2 Ứng dụng không - địa A/G

1.2.2.1 Ứng dụng CM

Ứng dụng CM cho phép hệ thống trên máy bay và hệ thống trên mặt đất hoặc hai hệthống trên mặt đất được trang bị thích hợp trao đổi và cập nhật thông tin ứng dụng giữachúng với nhau Tức là, ứng dụng CM cung cấp khả năng thiết lập logo giữa hệ thốngATS tại mặt đất với hệ thống trên máy bay hoặc giữa hai ATS tại mặt đất với nhau Khimột liên kết thích hợp được thiết lập, thì giữa các hệ thống trên có thể trao đổi thông tinứng dụng cụ thể (ADS, CPDLC, FIS)

Máy bay cung cấp thông tin cho người sử dụng ở một trong bốn trường hợp sau:

- Hợp đồng theo yêu cầu: Máy bay cung cấp thông tin về vị trí cho hệ thống tại mặtđất ngay lập tức khi có yêu cầu

- Hợp đồng theo định kỳ: Máy bay cung cấp thông tin về vị trí cho hệ thống tại mặtđất định kỳ theo khoảng theo khoảng thời gian nhất định (ví dụ 30 phút máy bayphát cho hệ thống dưới mặt đất một lần).

- Hợp đồng theo sự kiện: Máy bay cung cấp thông tin về vị trí cho hệ thống tại mặtđất khi máy bay phát hiện các sự kiện nào đó

- Hợp đồng khẩn nguy: Máy bay cung cấp thông tin về vị trí cho hệ thống tại mặt đấtkhi có nguy hiểm xảy ra Một hợp đồng theo sự kiện hay hợp đồng theo định kỳphải tồn tại trước một hợp đồng khẩn nguy được thiết lập

Một hệ thống trên máy bay có khả năng cung cấp hợp đồng tới ít nhất bốn trung tâmkiểm soát không lưu (ATC) ở mặt đất cùng một lúc Ngoài ra, nó cũng có thể cung cấpđồng thời một hợp đồng theo yêu cầu, một hợp đồng theo sự kiện, một hợp đồng theođịnh kỳ với mỗi một hệ thống tại mặt đất

1.2.2.4 Ứng dụng FIS

Ứng dụng FIS cho phép phi công yêu cầu và nhận thông tin ATIS từ các hệ thống FIS

ở mặt đất qua đường truyền dữ liệu Ứng dụng FIS được thiết kế để cho phép các dịch vụFIS được cung cấp tới phi công qua việc trao đổi bản in giữa các hệ thống trên máy bay

và các hệ thống FIS ở mặt đất

Máy bay yêu cầu dịch vụ bằng cách phát bản tin yêu cầu tới hệ thống FIS ở mặt đất

Có hai loại hợp đồng có thể được thiết lập theo yêu cầu của phi công

- FIS Demand Contract: Hệ thống FIS ở mặt đất cung cấp thông tin khi có yêu cầu FIS Update Contract: Hệ thống FIS ở mặt đất cung cấp thông tin và cập nhật cho cácthông tin này

1.3 Các thành phần cơ bản của ATN

Thành phần chủ yếu của mạng ATN là các mạng con (Subnetworks), ATN routers (ISs)

và các hệ thống đầu cuối (ESs)

Hình 1.4 Các thành phần chủ yếu của ATN

1.3.1 ATN routers

ATN routers là các hệ thống trung gian (IS), về mặt cấu trúc ATN router được phânthành ba lớp tương ứng với ba tầng thấp nhất trong mô hình tham chiếu OSI thực hiệnchức năng truyền dữ liệu, định tuyến và liên kết các mạng con khác nhau Vì thế các hệthống cuối có thể trao đổi thông tin với nhau ngay cả khi chúng không được kết nối trựctiếp vào cùng một mạng con

Việc trao đổi dữ liệu giữa các routers thông qua các giao thức định tuyến Các giaothức định tuyến thì khác các giao thức truyền dữ liệu người sử dựng Thông tin địnhtuyến và thông tin dữ liệu người sử dụng được truyền qua cùng một mạng

ATN router thực hiện truyền các gói dữ liệu người sử dụng qua đường đi thích hợpnhất, bằng cách thu thập các yêu cầu dịch vụ cụ thể được đóng trên header của các gói dữliệu Khi truyền các gói dữ liệu qua mạng, router sẽ chọn lựa mạng con thích hợp đểtruyền dựa vào sự xem xét về liên kết, an toàn, chất lượng dịch vụ

1.3.2 Hệ thống cuối ATN

Các hệ thống cuối ATN là các ESs thể hiện theo mô hình tham chiếu OSI của ISO

Hệ thống cuối ATN trao đổi dữ liệu với các hệ thống cuối ATN khác trong mạng nhằmcung cấp các dịch vụ thông tin liên lạc giữa hai đầu cuối (end to end) cho các ứng dụngcủa ATN Hệ thống cuối ATN có cấu trúc hoàn toàn tuân thủ theo mô hình phân lớp (7lớp) OSI của ISO

1.3.3 Các mạng con ATN

Dữ liệu qua mạng ATN được hỗ trợ bằng ba dạng mạng con thông tin sau:

- Mạng con mặt đất (Ground - ground subnetworks)

- Mạng con không địa (Air - ground subnetworks)

- Mạng con trên không (Avionics subnetworks)

1.3.3.1 Mạng con mặt đất

Các mạng con mặt đất thông thường là các mạng LANs thường dùng để liên kết ESs

và ESs, WAN thường dùng cho liên kết giữa ISs và ISs Ngoài ra, mạng trao đổi dữ liệuchung của ICAO dựa trên dịch vụ thông tin X25 cũng được sử dụng như mạng con ATN.Mục đích của các mạng con này là dùng để kết nối các quá trình ứng dụng khác nhau trênmặt đất cũng như cho phép kết nối các quá trình ứng dụng ở mặt đất với các quá trìnhtruyền dữ liệu tại mặt đất nhằm để truy cập các quá trình ứng dụng thường trú trên máybay

1.3.3.2 Mạng con không - địa

Mạng con không địa có nhiệm vụ đảm bảo việc kết nối giữa các người sử dụng mạngcon mặt đất với các người sử dụng mạng con trên không Mạng con không địa thực hiệnchức năng này bằng cách truyền các thông báo đến mạng con trên không từ mạng conmặt đất và ngược lại Mạng con không địa bao gồm:

- Mạng con radar thứ cấp mode S

1.3.3.3 Mạng con trên không

Tương tự các hệ thống trên mặt đất, các mạng LAN sẵn có trên máy bay là các mạngcon trên không Mạng con này dùng để liên kết các hệ thống thiết bị trên máy bay đểphục vụ cho việc liên lạc với mặt đất qua mạng con không địa tương ứng

CHƯƠNG 2: PHÂN HỆ VHF KẾT NỐI GIỮA MÁY BAY VÀ TRẠM ĐIỀU

KHIỂN KHÔNG LƯU 2.1 Giới thiệu

- Hệ thống thông tin thoại giữa máy bay và mặt đất trên sóng VHF bao gồm:

• Hệ thống thông tin không/đất (tại sân bay và các trung tâm kiểm soát xa)

• Hệ thống thông tin tại sân tự động

• Hệ thống thông tin dịch vụ đường dài

• Hệ thống thông tin dùng cho công tác cứu nguy

- Hệ thống thông tin không/đất: Dùng cho liên lạc thoại giữa KSVKL với các máy baytại tháp điều khiển, tại sân và các liên lạc thoại giữa các điều phái viên hàng không tạiACC với phi công khi máy bay thuộc vùng thông báo bay ACC quản lí

Chỉ tiêu kĩ thuật:

Tần số VHF: 118 đến 136MHz

Khoảng cách kênh: 50kHz, 25KHz và 125 KHz

Công suất cực đại: 200W dùng cho đường dài, 30W, 50W dùng cho tại sân bay

- Hệ thống thông tin dịch vụ tại sân tự động: Cung cấp cho máy bay các thông tin thờitiết, trạng thái hoạt động của các hệ thống an toàn hàng không Hệ thống có các chỉ tiêu

kĩ thuật sau:

Tần số VHF: 118 đến 136MHz

Công suất cực đại: 50W

- Hệ thống thông tin dịch vụ đường dài: Cung cấp kịp thời các thông tin mang tính chấtcập nhật về điều kiện và các phi cảng thời tiết, các tình trạng hoạt động của các phươngtiện dẫn đường… Để cung cấp cho người lái Hệ thống có các chỉ tiêu kĩ thuật sau:

Tần số VHF: 118 đến 136 MHz

Công suất cực đại: 50W

- Hệ thống thông tin dùng cho công tác tìm kiếm cứu nguy: Dùng cho liên lạc giữa cácđội tìm kiếm mặt đất với máy bay gặp nạn trên không bằng tần số VHF 121.5MHz

2.2 Nguyên lý hoạt động của máy thu phát VHF

Có ba loại máy thu phát VHF đang được sử dụng: 10W, 50W, và 200W

2.2.1 Máy phát

Sơ đồ khối tổng quát của máy phát VHF-AM, gồm các khối cơ bản sau:

Hình 2.1 Sơ đồ máy phát VHF - AM

- Khối tiền khuếch đại âm tần: dùng để khuếch đại tín hiệu vào đến nức đủ lớn để đưavào tầng khuếch đại công suất âm tần.Vì với máy phát AM thì biên độ điện áp âm tần yêucầu phải đủ lớn để có M% lớn (tầng này thường là khuếch đại Micro và khuếch đại mứccao)

- Khuếch đại công suất âm tần: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần đủ lớn để thựchiện điều chế tín hiệu cao tần

- Bộ dao động tín hiệu cao tần: tự dao động tạo ra tín hiệu cao tần đúng bằng tần số làmviệc của máy phát VHF, có biên độ và tần số ổn định, có dải tần hoạt động theo yêu cầu,thông thường sử dụng bộ tạo dao động bằng thạch anh hay bộ tổng hợp tần số

- Tiền khuếch đại cao tần: dùng để khuếch đại tín hiệu cao tần có công suất đủ lớn đểthực hiện điều chế, nó còn làm nhiệm vụ tầng đệm để làm giảm ảnh hưởng của tầng sauđến độ ổn định của tần số bộ dao động tạo tín hiệu cao tần

- Khuếch đại công suất cao tần: thực hiện điều chế AM và tạo ra công suất cần thiết chomáy phát

- Mạch lọc: để phối hợp trở kháng giữa khuếch đại công suất cao tần và ăng ten để cócông suất phát ra tối ưu

- Thiết bị an toàn và làm mát: là thành phần bảo đảm cho thiết bị hoạt động ổn định, antoàn đặc biệt là trong các hệ thống máy phát công suất lớn

- Nguồn cung cấp: Tùy thuộc vào công nghệ chế tạo máy phát mà nguồn cung cấp cócác tiêu chuẩn khác nhau nhưng đòi hỏi phải ổn định và đủ công suất

2.2.2 Máy thu

Sơ đồ khối tổng quát cyar máy thu VHF-AM gồm các khối cơ bản sau: