Разработка системы передачи сообщений в А-сети

В наше время передача и обработка информации в том или ином виде используется повсеместно во всех отраслях жизни современного общества, будь то отправка SMS-сообщения, просмотр HD-видео, онлайн-банкинг или обмен сообщениями между воздушными судами (ВС). В данной статье рассматриваются проблемы передачи между воздушными судами информационных сообщений, а также предлагаются способы решения рассмотренных проблем.

На сегодняшний день в авионике используется система «Автоматическое Зависимое Наблюдение - Вещание» (АЗН-В). Основой для неё послужил протокол 1090 MHz Extended Squitter (1090 ES). Новая система решила ряд проблем, предоставив пилотам намного больше информации о воздушном пространстве возле них, но этот подход является далеко не идеальным, так как вещание ведётся только на одной частоте 1090 МГц. Зная частоту, на которой передаются сигналы, злоумышленникам не составит труда перехватить информацию. Эта же проблема наличия только одной частоты не оставляет пилотам возможности общаться между собой и пересылать другие данные напрямую друг другу. [2]

Для избегания вышеперечисленных проблем в настоящее время предлагается система Автоматического Зависимого Наблюдения - Вещания на основе протокола VDL Mode 4. [2] Согласно спецификации, линия передачи данных VDL-4 должна работать в авиационной полосе частот диапазона VHF (Very High Frequency), т.е. от 108 до 136,975 МГц с возможностью управления частотой на станции. VDL Mode 4 передаёт данные в цифровом виде по каналу диапазона VHF в полосе 25 кГц и использует протокол Self-organized Time-Division Multiple Access (STDMA). [4]

Функционирование А-сети (Aviation Network) заключается в предоставлении возможности различными объектам обмениваться информацией друг с другом. [3] Если в зоне радиовидимости появляется новый объект, необходимо, чтобы он также был оснащён специальным оборудованием и программным обеспечением. Это позволит судам, находящимся друг от друга на значительном расстоянии, обмениваться информацией через другие летательные аппараты, которые будут передавать поступающие к ним сигналы, то есть будут выступать в роли ретрансляторов. [1]

Предлагаемая концепция может обеспечить новую сеть такими функциями, как:

а) надёжность и безопасность (например, появление между передающим и приёмным устройством препятствия, блокирующего прямую передачу информации, не остановит передачу информации в целом, так как система будет искать обходные пути);

б) масштабируемость (пилот любого летательного аппарата имеет возможность получить информацию о новых зонах наблюдения в пределах всей сети):

в) живучесть (если вся сеть в какой-либо момент времени разделиться на несколько отдельных составляющих, это в конечном итоге не приведёт к потере наблюдения). [3]

Обмен в предлагаемой сети может происходить в следующих направлениях: земля-борт, борт-земля, борт-борт. Дополнительно к этому, координаты всех летательных аппаратов отслеживаются благодаря спутниковой системе ГЛОНАСС/GPS. Обмен сообщениями в А-сети представлен на рисунке 1.

Рисунок. 1. Обобщённая структура А-сети

Возможность общаться по линиям «борт-земля» и «земля-борт» на данный момент есть у всех воздушных суден, поддерживающих протокол 1090 ES. Для того, чтобы была возможность общения борт-борт, необходимо, чтобы объект поддерживал протокол VHF Data Link Mode 4, что может использоваться, например, для масштабирования образа сети, представленного на рисунке 2.

Рисунок. 2. Масштабирование образа сети

При необходимости доставки сообщения от одного ВС к другому, или же при трансляции данных с наземной станции конкретному судну, могут возникать проблемы, связанные со способом передачи. Предлагается алгоритм, на основе которого создаётся программное обеспечение, позволяющее любому летательному аппарату, оснащённому специальным транспондером, выступать в роли ретранслятора. Суть алгоритма передачи заключается в следующем: во время функционирования ПО находится в режиме «ожидания», то есть ждёт новых поступающих ему информационных сообщений. Как только новое сообщение получено – начинает работать основная часть программы, которая принимает решение о необходимости пересылки сообщения борту-получателю.

Описанный выше алгоритм наглядно изображён на рисунке 3.

Рисунок. 3. Алгоритм передачи сообщений

Данный алгоритм реализован в виде программного обеспечения, написанного на языке Assembler. ПО, реализующее предложенный алгоритм системы передачи сообщений в авиационной сети на базе протокола VHF Data Link Mode 4, отлажено с использованием пакета симуляции фирмы Analog Devices и доказало свою работоспособность.