Tiểu Luận Hệ Thống Thông Tin Hàng Không Đề Tài : Phân Mạng VHF

HỆ THỐNG THÔNG TIN
HÀNG KHÔNG
ĐỀ TÀI
PHÂN MẠNG VHF


Nội Dung
Các định nghĩa và khả năng hệ thống
Đặc điểm hệ thống lắp đặt dưới mặt đất
Đặc điểm hệ thống lắp đặt trên không (máy bay)
VDL mode 1
VDL mode 2
VDL mode 3
VDL mode 4


1. Các định nghĩa và khả năng hệ thống
1.1. Khái niệm về hệ thống thông tin hàng không
Là hệ thống thiết bị cung cấp thông tin dưới dạng thoại ,
số liệu, hình ảnh, tín hiệu, phục vụ trực tiếp hoặc gián tiếp
các hoạt động hàng không dân dụng. Chức năng của hệ
thống thông tin HK là cung cấp sự trao đổi thông tin hay
dữ liệu giữa các hệ thống được tự động hóa của HK. Hệ
thống thơng tin HK cũng được sử dụng để hỗ trợ cho các
chức năng dẫn đường và giám sát.


1.2. Phân hệ VHF
ĐN : Là tần số VHF được sử dụng cho thông tin dẫn
đường và liên lạc trên không.
Băng tần VHF hàng không dân dụng nằm trong khoảng

băng tần VHF được ấn định cho dịch vụ hàng không dân
dụng nhờ hiệp hội viễn thơng quốc tế (ITU). Nó được chia
thành 2 phần như sau:
108 – 118 MHz được ấn định cho các dịch vụ dẫn đường vô

tuyến hàng không dân dụng.
118 – 137 MHz được ấn định cho các dịch vụ di động hàng
không dân dụng với các liên lạc vô tuyến.


2. Đặc điểm hệ thống lắp đặt dưới mặt đất
Một trạm mặt đất phải có khả năng hoạt động đa kênh.

Mức độ dự phịng và các tính năng có thể thay đổi theo
từng sự mở rộng.
Trạm mặt đất cơ bản phải bao gồm máy thu phát VDL
Mode 4 sử dụng máy thu phát VHF, máy thu DGNSS
chuẩn, bộ xử lý thông tin và các ăng ten VHF/DGNSS,
modem kết nối các trạm mặt đất với máy chủ để cung cấp
sự kết nối tới ATS, AOC và nhiều cơ sở dữ liệu khác
thông qua mạng LAN, WAN


3. Đặc điểm hệ thống lắp đặt trên không
(máy bay)
Bao gồm 1 số lượng các máy phát và máy thu VHF (thoả

mãn yêu cầu cho giám sát và báo cáo ADS-B mà còn hỗ
trợ cho các ứng dụng khác).
 Số lượng này đảm bảo để tầu bay có thể giám sát trên

nhiều kênh và phát trên 1 kênh VHF trong cùng một thời
điểm.
 Một máy phát có thể phát báo cáo đi trên nhiều kênh
VHF bằng việc thay đổi kênh phát giữa những lần phát
sóng


4. VDL Mode 1
ACMP đưa ra VDL mode 1 với chuẩn cho phép thực hiện

việc giới thiệu dịch vụ VDL sử dụng sóng vơ tuyến tương
tự bởi vì sóng VHF mang dữ liệu chưa phát triển tại thời
điểm này. Một hệ thống VDL mode 1 được sử dụng như
là 1 phần của chuẩn nhưng khi hệ thống VDL được phát
triển thì VDL mode 1 sẽ khơng bao giờ được thực hiện và
nó chỉ được xem xét trên giấy tờ. Do đó ACMP gần đây
đã quyết định loại bỏ VDL mode 1 ra khỏi chuẩn về hệ
thống VDL.


5. VDL Mode 2

5.1. Chồng giao thức VDL
Chuẩn VDL mode 2 của ICAO đưa ra giao thức sử dụng
các thuật ngữ của mơ hình 7 lớp OSI được định nghĩa bởi
ISO.
Trong mơ hình đó chuẩn VDL chiếm 3 lớp dưới của mơ
hình OSI gồm lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu và lớp mạng
con.
5.2. Giao thức lớp vật lý VDL

Cho phép mỗi ký hiệu được thể hiện bởi 3 bit.
Tốc độ truyền dẫn ký hiệu là 10500 bit/s. Với 3 bit/ ký tự
do đó tốc độ truyền dẫn dữ liệu là ~31.5 Kbit/s.


5.3. Giao thức CSMA VDL
Lớp liên kết dữ liệu VDL bao gồm :
Lớp điều khiển truy nhập MAC.
Dịch vụ liên kết dữ liệu DLS.
Thực thể quản lý liên kết LME.

Lớp liên kết dữ liệu VDL sử dụng thuật toán đa truy nhập

phát hiện sóng mang (CSMA) cho việc điều khiển phương
tiện truy nhập các kênh VHF.
Phối hợp giũa thuật toán CSMA và phương pháp điều chế
D8PSK cung cấp cho người sử dụng khả năng dữ liệu là
25 KHz/kênh, trong trường hợp toàn tải tốc độ dữ liệu là
10 Kbit/s. Con số này lớn hơn nhiều so với tốc độ 300 bit/
s được cung cấp bởi hệ thống VHF ACARC trong điều
kiện hoạt động tương tự.


5.4. Giao thức điều khiển đường liên kết VHF hàng
không VDL.
Giao thức AVLC cung cấp 1 đường liên kết cho việc
truyền tải dữ liệu nhị phân giữa 1 máy bay và 1 trạm mặt
đất. Đơn vị dữ liệu trao đổi trong giao thức được gọi là
khung. Có 1 nhóm kênh điều khiển chịu trách nhiệm quản
lý việc trao đổi các khung thông tin AVLC.

Thực thể quản lý liên kết LME cung cấp việc thiết lập và
duy trì đường liên kết AVLC.
VDL LME sử dụng khung nhận dạng trao đổi HDLC
(XID). VDL LME được bắt đầu bàng 1 khung XID đặc
biệt gọi là “khung thông tin các trạm mặt đất”.


5.5. Giao thức mạng con VDL
Chuẩn VDL xác nhận việc sử dụng “ Giao thức lớp gói X.
25” theo ISO 8208 tại giao diện với dịch vụ mạng con VDL.
Thực thể mức gói X. 25 trên máy bay sử dụng một liên kết
AVLC để kết nối tới một thực thể mạng con VDL dưới trạm
mặt đất, trạm này để cho DTE trên máy bay truy nhập tới
mạng X .25 dưới mặt đất.
DTE trên máy bay sử giao thức mạng con VDL để yêu cầu
DCE ở trạm mặt đất thiết lập chuyển mạch ảo ( SVC ) tới hệ
thống giao diện không – đất. Trong thuật ngữ của OSI, một
X. 25 SVC là một kết nối mạng con.
Chuẩn VDL yêu cầu máy bay đánh địa chỉ các hệ thống mặt
đất trong các yêu cầu thiết lập kết nối sử dụng hoặc là các
địa chỉ mạng con đặc biệt, các địa chỉ này nhận dạng ATN
router, hoặc là địa chỉ mạng X.25 của hệ thống dới mặt đất.


6. VDL Mode 3
VDL mode 3 được thiết kế do US FAA cho phép tích

hợp, hỗ trợ cả liên lạc thoại và dữ liệu trên tần số dữ liệu
VHF.
Sử dụng giao thức đa truy nhập phân chia theo thời gian

được quản lý bởi 1 trạm mặt đất để cung cấp 3 hay 4 kênh
logic trên 1 kênh VHF 25 KHz. Mỗi mạch logic có thể
được sử dụng để trao đổi dữ liệu thoại được số hóa hoặc
các liên lạc dữ liệu.


6.1. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động cơ bản của VDL mode 3 cho tất cả
các máy bay trong sector kiểm soát được ấn định 1 mạch
được sử dụng cho sector đó thơng qua kiểm sốt viên
khơng lưu.
Khi các trạm mặt đất muốn cung cấp thơng tin thoại, nó
u cầu 1 kênh VHF được giành cho mỗi trạm trong vùng
bao phủ của nó, giống như cho trạm thoại VHF mặt đất mà
chúng thay thế. Các trạm VDL mode 3 phải tiếp quản các
kênh bị từ bỏ bởi các sector kiểm soát chuyển sang sử dụng
VDL mode 3.
Thuật toán chuyển từ thoại tương tự sang số là thuật tốn
mã hóa và giải mã thoại trong VDL mode 3 là 1 bộ trễ xử
lý 240ms.


6.2. Giao thức VDL mode 3
Phân chia thời gian thành những siêu khe 120ms, những
siêu khe này sẽ được phân chia thàn 4 khe thời gian 30ms
khi hoạt động ở khoảng cách bình thường hoặc 3 khe
40ms khi hoạt động ở khoảng cách xa. Mỗi 1 khe được ấn
định là 1 mạch logic.
Dữ liệu người sử dụng có thể là thoại được số hóa, và
được phát ra từ bộ Code trong hệ thống vơ tuyến dữ liệu

VHF. Bộ Code có tốc độ 4800 bit/s được phân chia với 8
khe thời gian 1s với dung lượng là 600 bit/khe.
Các khe TDMA còn được sử dụng để trao đổi các bản tin
dữ liệu ATN.


7. VDL mode 4
VDL mode 4 được thiết kế bởi CAA Thụy Sỹ để cung

cấp liên lạc liên kết dữ liệu không – không và không – địa.
Sử dụng thuật toán đa truy nhập phân chia theo thời gian
tự tổ chức STDMA trên kênh VHF 25 KHz. Thuật toán
STDMA phân chia sự truy nhập tới kênh VHF thành 9000
khe thời gian trong 1 phút và yêu cầu các thiết bị đầu cuối
phải đồng bộ với tín hiệu thời gian GPS. Hệ thống
STDMA cho phép sử dụng cùng 1 tần số bởi nhiều trạm
mặt đất giống như trong VDL mode 2 và VHF ACARS.
Tuy nhiên các trạm mặt đất VDL mode 4 cần được kết nối
tới 1 hệ thống giám sát trung tâm do đó chúng khơng thể
phát trên cùng 1 khe thời gian.


Chuẩn VDL mode 4 quy định các tiêu đề của bản tin và

định dạng dữ liệu liên quan có trong bản tin STDMA. Có
những nhãn đặc biệt để nhận dạng các bản tin bao gồm
các bản tin quảng bá ADS hoặc các bản tin dịch vụ thêm
vào dựa trên trạm GNSS mặt đất.
Ngoài các nhãn đặc biệt trên, giao thức VDL mode 4 còn
định nghĩa 1 tiêu đề để nhận dạng bản tin chứa “bản tin

rỗng” và 1 nhãn để chỉ thị 1 bản tin chứa 1 bản tin giao
thức kiểu mạng ATN.


Bản tin quảng bá ADS
Hệ thống ADS quảng bá (ADS-B) trong đó tất cả các máy

bay định kỳ phát quảng bá 1 bản tin có chứa thơng tin về vị
trí sử dụng GNSS.
Các nhà thiết kế mong muốn rằng các bản tin quảng bá
ADS được xử lý bởi các hệ thống giám sát xung quanh máy
bay để cung cấp lịch trình bay với 1 “màn hình hiển thị
thơng tin về lưu lượng bay” chỉ ra vị trí của những máy bay
quanh mình trong hồn cảnh bay tự do trong tương lai.
Khái niệm về bản tin quảng bá ADS nảy sinh từ Radar giám
sát thứ cấp mode S. Nó sẽ nhận vị trí của máy bay được tính
tốn từ GNSS trong bộ đáp ứng mode S. Tuy nhiên vị trí
được tính tốn từ GNSS chính xác hơn nhiều so với vị trí
được tính tốn từ Radar, do đó sẽ có sự giám sát tốt hơn và
rẻ hơn khi sử dụng bản tin quảng bá ADS đơn giản trên máy
bay.