AeroMACS技術簡介及應用探討

王強

【摘 要】AeroMACS（Aeronautical Mobile Airport Communications System）作為新型機場航空移動通信系統，可以適用于近場航空器、機場地面交通以及其他近機場范圍內場景的通信服務。相較于其他的移動通信系統來說，AeroMACS表現出了較好的安全性，且由于支持ATC與AOC高速數據交換業務，信息傳遞的效率也相對較高。本文，就結合AreoMACS技術的內容，在分析其網絡結構后，對其在民航機場以及航空管理中的應用展開探討。

【關鍵詞】AreoMACS;移動通信系統;網絡拓撲;民航

中圖分類號： TN927.2文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）20-0048-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.020

0 引言

隨著空中交通量的增加，飛行員、空中交通管制員、航空公司和機場運營商之間的信息共享對于提高空中交通安全和確保航班準時調度至關重要。然而，目前的空中交通管理（ATM）系統面臨著系統集成的困難，因為ATM應用數據都是基于其舊有的通信協議實現的。為了解決這一問題，國際民航組織采用了系統范圍信息管理（SWIM）的概念，以便通過國際標準化格式有效地儲存和交換信息。AeroMACS技術就是建立在IEEE802.16e-2009（WiMax）標準基礎上的一種可支持高速移動和固定通信，并且與飛行安全相關的，機場場面通信數據鏈。由于信息傳遞質量較高，且傳輸延時較小，可以滿足絕大部分的通信服務需求。現就AeroMACS技術的要點展開闡述，并且探討其在航空管理工作中的可能應用。

1 AreoMACS的技術探究

1.1 系統內容

AeroMACS是ICAO正式批準的機場場面寬帶無線通信標準，2016 ICAO發布Doc 10044-AeroMACS Technical Manual;ICAO附件10附錄3第7章中發布AeroMACS SARPs（Standards and Recommended Practices）;2017年7月AEEC正式確認ARINC DOC 766—AeroMACS Transceiver and Air Installation Standards 航電設備標準。AeroMACS作為民航專用網絡，使用民航專屬頻率，ICAO允許直接與前艙機載設備進行ACD（Aircraft Control Domain）和AISD（Aircraft Information Service Domain）類通信，屬于ACARS升級系統。AeroMACS獲批允許使用的頻段為5091MHz至5150MHz（C波段），在5MHz帶寬下傳輸速率能夠達到5-9Mb/S，屬于寬帶無線通信服務。為了提升信息傳遞可靠性，系統采取有效的安全協議和加密系統，防止來自外部的惡意攻擊，確保通信服務的質量。從理論層面上來講，AeroMACS單個基站的通信覆蓋距離為8.3km，但由于機場的建設范圍普遍較大，如果僅設置一個基站，很難保障機場通信服務的全面覆蓋。因此，需要采取分別設置基站的方式，增強機場區域的網絡覆蓋狀況，從而提升通信數據的質量與效率。

1.2 網絡結構

應用AeroMACS技術的主要目的是為提升通信服務質量，通過對基站以及各類通信技術模塊的有效布置來提升網絡覆蓋率，從根本上增強信息傳播的效率與質量。一般而言，AeroMACS系統主要由移動用戶站（MS-Mobile Station）、固定用戶站（SS-Subscriber Station）、服務網絡（ASN-Access Service Network）、基站（BS-Base Station）、網關（ASN-GW）、AAA認證服務器和網絡聯通服務（CSN-Communication Service Network）等共同組成。實際進行系統設計時，需要結合通信服務區域的分布特點以及通訊服務需求，合理設置基站位置，以及基站與網關，基站與用戶站的結構關系。系統網絡拓撲簡圖如下圖1所示。[1]其中移動用戶站指的是，各類交通運輸工具等的移動節點;固定用戶站則是指雷達以及航線設備的節點站;基站指的是網絡的接入部位，借助基站可以實現對地空通信服務的有效連接，主要是通過上行鏈路和下行鏈路調度器對射頻資源進行管理與區分，并且依靠邏輯基站進行頻率的置換，從而達成通信交流的目的;ASN網關的主要作用為與網絡聯通服務（CSN）進行直接連接，并且實現路由的橋接功能。此外，還具備一定的邏輯功能，可對通信數據的傳輸安全進行分析，并且做到對數據信息負載的平區分配，保障基站的運行荷載均衡。基站和ASN網關共同組成最基本的ASN;AAA認證服務器提供驗證授權以及帳戶服務，管理接入用戶訪問網絡服務器，對具有訪問權的用戶提供服務;網絡聯通服務是指在機場內部或者網絡內部有針對性的為用戶提供IP連接服務的功能模塊。

2 AreoMACS技術在民航機場中的應用簡述

2.1 技術研究應用的進程

AeroMACS技術是在民航事業快速發展，以及機場管理對通信系統的服務需求逐漸提升的基層上所展開研究的新型通信技術。最初原型是在2003年的航行大會上被首次提出，對于AeroMACS技術的規劃研究主要牽頭人為FAA與EUROCONTROL，他們認為使用WiMAX技術替代原有的寬帶接入系統可以為機場提供更高水平的通信服務。從AeroMACS技術的基本理念被提出，到其技術原理的設計與規劃初步完成后，美國以及日本等先進國家針對該項技術進行了大量測試應用，已經取得了較好的應用成果。

2.2 應用特性分析

該系統融合了大量的先進技術，每項技術在單獨應用時，均能發揮良好的作用，多項先進技術共同組成的系統，也就具備普通民航通訊系統所不具備的應用優勢。主要表現為：與普通的航空管理通信服務系統相比，該系統中的帶寬設置更加合理，且信息通道較多，在進行信息傳輸時，可實現對多個渠道信息的同步傳輸，有效打破了原有的帶寬限制問題。此外，還具備良好的信息傳輸可靠性，該系統中所應用的加密認證算法和認證服務可有效避免來自外界的攻擊影響，使信息傳輸安全得到保障;具備較強的移動性，在移動終端運動速率較大的情況下，也可提供良好的通信服務功能;具備較強的兼容性。IP網絡覆蓋面積較廣，可以適用于多種網絡。[2]此外，在系統設置合理的情況下，單個基站的信息傳輸覆蓋范圍可超出10千米，遠遠勝過原有的通信基站系統。從某一層面上來講，該項系統的應用還可減少基站設置的數量，同時能夠保障信息傳輸的效率與質量。AeroMACS可以支持機場地面移動用戶之間的各種數據、視頻和語音傳輸以及信息交換。該系統將重點支持與飛行安全和操作規范相關的服務，通過提高系統的安全性、可用性和多樣性，例如，完善通信導航監視系統基礎設施的開發和運營，以及ATM和ATC服務。AeroMACS支持圖像和視頻的準實時傳輸，這將顯著提高機場地面的態勢感知和交通流處理能力，同時減少擁堵和延誤，可應用于防止跑道入侵。AeroMACS的其他應用包括：在施工或電纜供電中斷期間提供短期應急通信，增強協同決策能力，為駕駛艙提供最新天氣圖像和導航信息以及時間關鍵咨詢信息等。

3 AreoMACS在航空管理中的應用

3.1 在EFB中的應用

EFB（Electronic Flight Bag）指的是，在駕駛艙和客艙內用于顯示軟硬件參數的顯示系統。在該系統中，相關人員可對航班行程和氣象資料進行全面了解，同時，也可實現對航空信息的及時了解，對于飛機航行過程中的燃油數據也可做到及時顯示。該系統應用于航空管理，可有效降低資料管理成本，并且能夠保障對各類行情信息的共享。但其在應用中還存在一定的弊端，即僅能通過對數據信息的前期儲存，才能保證對各類信息的同步，對于航線以及氣象信息資料等，無法實現及時更新、實時推送，數據信息的存儲方式還是以儲存卡為載體。為了改善EFB系統中存在的弊端，可以使其與AeroMACS系統進行連接，借助AeroMACS系統中的數據對顯示系統中的數據進行及時更新。對于AeroMACS網絡已經全面覆蓋的機場來說，在航空器的特定位置中安裝接收器就可實現對相關的航線信息以及機場站所發送的相關數據信息進行及時同步，保障航空管理信息同步的及時性。[3]

3.2 在航空應急通信中的應用

在以往的航空管理工作中所采用的通信傳輸系統主要由電信運營商和光纜資源共同組成，進行通訊服務時，主要是借助衛星通信和微波通信的方式實現空中與地上的通信交流。在發生較大的自然災害時，通信設備很容易遭到破壞，由于通信系統的特殊構造在破壞之后很難及時修復，這就對航空管理工作質量造成了極大的影響。AeroMACS系統的應用具有較好的機動性能，在發生較大的自然災害時，可通過重新組合通信系統的方式繼續為航空管理工作提供通信服務，保障通信系統的持續穩定運行。比如借助專門的應急通信車輛進行基站調動，實現各部門通信質量的有效保障，從而提升現場調度的作用，發揮通信服務的管理職能。

3.3? 在航空管理延伸服務中的應用

這里所說的延伸服務指的是延伸放行服務，即相關的管理部門主動提供天氣、飛行以及放行等資料，使飛行員可以及時了解放行資料信息，省去飛行員進行放行資料辦理的環節。以往的延伸放行服務需要由專業的人員到機上進行現場辦理，相對來說，辦理效率較低，而在航班數量逐漸增加的基礎上，此種辦理方式很容易產生航班延誤的問題。基于此，應充分發揮AeroMACS系統的通信傳輸作用。在每個飛機上設置接收器，對于各類資料信息進行及時獲取，這可在很大程度上減輕飛行人員的工作壓力。

3.4 在空管數據傳送中的應用

對于機場周邊適用于AeroMACS作用距離及使用環境的通信監視遠端站，包括雷達站、甚高頻收發基站，可以探索基于AeroMACS技術來傳送雷達數據和甚高頻語音數據。使用AeroMACS無線側鏈路作為有線側傳輸鏈路的備份手段，可以大大提升空管數據傳輸的安全冗余。

4 結語

AeroMACS技術中涵蓋多種先進的技術內容，可有效提升通信服務的質量，還可在一定程度上提升通信信息的安全性。在航空管理工作中的應用，可有效改善原有航空管理中存在的不足，打破原有的通信服務限制，更好的提升通信質量，且對于基站的設置也具有一定的機動性，可根據機場的管理需求，對基站進行有效調配，保證通信服務的持續性以及可靠性。現階段，AeroMACS技術在國際上的發展與應用已經取得了較大的進展，國內目前也陸續在各個大型機場進行AeroMACS網絡建設，并對該項技術的應用進行研究論證和持續開發，使其更好的發揮自身的通信服務功能，為航空管理工作以及航空事業的發展提供可靠的技術支持。

【參考文獻】

[1]馮曉波，封世領.AeroMACS技術在ACARS數據鏈系統中的應用[J].航空電子技術，2018，49（a01）：1-5.

[2]Byrne D，Nejatian N P.AeroMACS：How to warrant interoperability[C]// Integrated Communications Navigation & Surveillance.2016.

[3]Morioka K，Kanada N，Futatsumori S，et al.Onboard Antenna Placement Studies for CNPC Links of UAS Using AeroMACS[C]// IEEE International Symposium on Autonomous Decentralized System.2017.

[4]姜恩勇.航空機場場面寬帶移動通信系統在民航的應用[J].無線互聯科技，2015（14）：7-8.

[5]Bartoli，Giulio，Fantacci，Romano，Marabissi，Dania.AEROMACS：A NEW PERSPECTIVE FOR MOBILE AIRPORT COMMUNICATIONS AND SERVICES//《Wireless Communications IEEE》.2013