Совместимость цифровой и аналоговой передачи информации по каналам VDL-4

Содержание

Список сокращений	7

	Введение	9

		1.Обзор проблем современного этапа развития авионики	11

			1.1Общие проблемы российской авионики	11

			1.2Действующий стандарт связи	13

			1.3.Проблемы совмещения передачи цифровой и аналоговой информации в авиационной связи	15

		2.Стандарт VDL-4. Назначение, описание, особенности	21

			2.1.Обзор VDL-1, VDL-2, VDL-3	21

			2.2.VDL-4 общее описание	22

			2.3.Уровневая структура VDL-4	25

			2.4.Режимы функционирования VDL-4	28

			2.5.Преимущества и недостатки цифровой передачи данных в авионике	30

		3.Разработка модели системы связи VDL-4	41

			3.3.Параметры моделирования	41

			3.4.Основные узлы модели	44

			3.5.Способы оценки параметров канала	47

			3.6.Построение моделей исследований	52

		4.Анализ результатов исследований и разработка рекомендаций по эксплуатации режима VDL-4	54

			4.3.Анализ результатов исследований	54

			4.4.Оценка применимости результатов исследований	57

			4.5.Разработка рекомендаций по эксплуатации режима VDL-4	58

	Заключение	60

	Списокиспользованныхисточников	62

Список сокращений

	

	АЗН – автоматическое зависимое наблюдение;

	АК – авиационный комплекс;

АТ – авиационная техника;

АС – автоматизированная система;

БРЭО – бортовое радиоэлектронное оборудование;

ВС – воздушное судно;

ГА – гражданская авиация;

ЛА – летательный аппарат;

МСЭ – Международный союз электросвязи;

ОВЧ – очень высокие частоты;

ОКР – опытно-конструкторские работы;

УВД – управление воздушным движением;

BER – BitErrorRate (коэффициентошибок);

D8PSK – 8-позиционная фазовая манипуляция с дифференциальным кодированием;

DLE – объекты линии передачи данных;

DLS – подуровень услуг линии передачи данных;

DME – дальномерное оборудование;

ELT – аварийный приводной передатчик для поиска и спасания;

FEC – прямая коррекция ошибок;

GNSS–глобальная навигационная спутниковая система;

HFDL – ВЧ линия передачи данных;

ICAO (ИКАО) – InternationalCivilAviationOrganization(Международная организация гражданской авиации);

OSI (BOC) – opensysteminterconnection (взаимодействиеоткрытыхсистем);

SARPS – стандарты и рекомендуемая практика;

SNR – signal to noise ratio;

STDMA (Self-OrganizedTimeDivisionMultipleAccess) - самоорганизующийся протокол многоканального доступа с временным разделением каналов;

VDL – VHF data link layer;

VHF (ОВЧ) – very high frequency (оченьвысокиечастоты);

VOR – всенаправленныйОВЧ-радиомаяк;

	



	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	



	Введение

	

	Современные тенденции развития телекоммуникаций ориентированы на создание сетевых структур для организации обмена данными различного типа. Телекоммуникационная сеть – это сложная система, представляющая собой совокупность абонентских узлов и средств связи, и выполняющая различные функции обмена и обработки информации. Не исключением являются и авиационные системы связи, в общей сложности, состоящие из большого числа участников и отдельных элементов. 

	Выполняя функции связи, управления полетами, индикации, навигации, предупреждения столкновений, метеонаблюдения, управления воздушным судном (УВД) и контроля параметров полета авионика и совершенствование ее технологий являются необходимыми для решения проблем пропускной способности аэропортов и безопасности перелетов.

	Существует специализированное учреждение ООН, устанавливающее международные нормы гражданской авиации и координирующее её развитие с целью повышения безопасности и эффективности — Международная организация гражданской авиации (ИКАО от англ.  ICAO — InternationalCivilAviationOrganization).

	В данной работе будет рассмотрено введение нового международного стандарта ОВЧ радиосвязи для авионики, так как модернизация каналов радиосвязи гражданской авиации является важной задачей по многим причинам, одной из них является рост нагрузки на диспетчерские пункты в связи с увеличением плотности ВС. Целью данной работы является анализ и исследование функциональных характеристик режима VDL-4.

	На данный момент вся организация управления воздушным движением строится на данных АЗН – автоматических зависимых наблюдениях, представляющих собой данные обо всех намерениях самолета, как минимум: широте, долготе, высоте, скорости и курсе. Существует два типа АЗН: контрактное (АЗН-К) и вещательное (АЗН-В). АЗН-К основано на аренде спутниковых линий передач данных, с последующей передачей данных на спутниковый терминал и далее, по фиксированной сети, службам УВД. АЗН-В представляет собой систему, где каждый участник УВД в широковещательном режиме передает данные о своих намерениях. Одной из таких систем и является режим VDL Mode 4.  

	VDL Mode 4 является цифровым УКВ-каналом передачи данных, который обеспечивает цифровую связь между мобильными станциями (ЛА и автомобилями в аэропорте) и между мобильными станциями и стационарными наземными станциями. Наиболее важным свойством VDL Mode 4 является его способность эффективного обмена краткими повторяющимися сообщениями и его способность поддерживать критические по времени прикладные задачи. Уникальной характеристикой VDL Mode 4 является то, что доступное время передачи делится на большое число кратких временных слотов, синхронизированных на основе глобального времени. 

	Все вышесказанное и обуславливает актуальность исследования. Целью данной работы является исследование вопросов совместимости цифровой и аналоговой передачи информации по каналам VDL-4.

	


	Обзор проблем современного этапа развития авионики

	

	Общие проблемы российской авионики

	В настоящее время российская авионика столкнулась с кризисом, имеющим структурные, технологические, интеллектуальные и экономические аспекты. Между тем авиационное электронное оборудование является ключом к проблеме эффективности авиационных комплексов (АК) и их конкурентоспособности.

	Необходимость модернизации авиационной техники (АТ) отечественной и зарубежной гражданской авиации создает объективные предпосылки для востребованности имеющихся и перспективных российских продуктов.

	Однако уровень выполнения современных требований к бортовому радиоэлектронному оборудованию (БРЭО) авиационных комплексов сегодня приемлем далеко не по всем параметрам. Увеличение сроков и стоимости опытно-конструкторских работ (ОКР) при неполноценном финансировании привело к тому, что новые разработки часто устаревают, не успев родиться, а инновационные подходы к модернизации, не подкрепленные технологической базой, останавливаются на стадии эффектных демонстраций.

	Сдерживающим фактором развития авионики является отсутствие подходящей отечественной элементной базы. В экспортных образцах можно и нужно при необходимости использовать элементную базу и даже приборы зарубежного производства, что позволит обеспечить освоение современных конструкторских, производственных технологий.

	Поскольку вопрос модернизации АТ представляет собой отдельную проблему, неоднократно обсуждавшуюся в печати, остановимся на трех наиболее важных аспектах, связанных с БРЭО.

	Во-первых, в условиях дефицита средств модернизация должна быть функционально целесообразной. Особое значение сегодня приобретает реализация предложений, дающих максимальный эффект по критерию стоимость/эффективность с точки зрения придания АК новых функциональных свойств.

	Во-вторых, наметившаяся тенденция модернизации авионики, предполагающая минимум структурных изменений борта и параллельную установку современных элементов БРЭО, безусловно, имеет право на жизнь. Накоплен в целом положительный опыт для решения отдельных задач. Вопрос лишь в том, что подобный подход часто бывает связан с нарушениями проверенных временем принципов создания бортовой аппаратуры. Поэтому заказчику и разработчику нужно в каждом конкретном случае находить отличия между революционным подходом к модернизации и нарушениями технологической дисциплины.

	В-третьих, «модернизационные» подходы, не затрагивающие структуру БРЭО, не смогут заменить серьезной работы по созданию научно-технического задела для комплексов нового поколения, хотя и являются хорошим полигоном для «обкатки» новых решений.

	Перспективное развитие российской авионики связано с успешным выполнением работ по созданию комплекса бортового оборудования (КБО). Целесообразно привязать проводимые работы к процессу создания конкретного перспективного носителя. Основными проблемами, которые потребуют решения со стороны заказчиков, ученых и авиаприборостроителей остаются:

	- отсутствие единой сквозной технологии разработки;

	- отсутствие согласованного взгляда на номенклатуру и технический облик унифицированных многофункциональных аппаратно-программных модулей, составляющих основу интегрального БРЭО нового поколения.

	В ближайшее время эффективность отрасли будет зависеть не только от итогов реформирования. Важен конечный результат, следствием которого должно стать появление и реализация новых технологий в области авионики. Стратегией развития в области авионики должна стать реализация принципа единства и универсальности средств авиационной электросвязи и авионики в целом.

	При этом очень важно правильное понимание содержания самого понятия единства. Не следует упрощенно трактовать ее как возможность установки оборудования на любой класс АК с минимальными доработками. Единство прежде всего предполагает:

	- максимальное единство структуры КБО с реализацией в его составе управляющей системы верхнего уровня;

	- стандартизация и унификация как элементов КБО, так и собственно процесса разработки оборудования на отраслевом и межотраслевом уровне. Подобный подход призван обеспечить, с одной стороны, открытость архитектуры авионики, с другой стороны – максимальную интеграцию ее элементов.

	

	Действующий стандарт связи

Единая система организации воздушного движения является важнейшим компонентом сохранения национальной безопасности государства, обеспечения безопасности воздушного движения и экономической эффективности полетов.

Территория и воздушное пространство, обслуживаемое Единой системой, превышают 25 млн.кв. километров, протяженность воздушных трасс составляет 532 тыс. километров, из которых более 150 тыс. километров являются международными. Организация использования воздушного пространства и обслуживание воздушного движения в Российской Федерации осуществляется 99 центрами Единой системы федерального, регионального и местного уровней.

В настоящее время всеми пользователями воздушного пространства Российской Федерации выполняется более 1 млн. полетов ежегодно, из них российскими авиакомпаниями - 59 процентов полетов, авиакомпаниями других государств - около 33 процентов. Государственная и экспериментальная авиация выполняет 8 процентов общего количества полетов. Одновременно под управлением находятся более 800 воздушных судов.

Единую систему обслуживают свыше 30 тыс. специалистов. Основу технического обеспечения Единой системы составляют традиционные радиотехнические системы, ограниченные по дальности действия, точности и функциональным возможностям. Их использование малоэффективно на низких высотах полета, в условиях обеспечения воздушного движения над большими водными пространствами, малонаселенной и труднодоступной местностью.

Системы связи, навигации и наблюдения центров Единой системы, выработавшие свой технический ресурс и требующие замены, составляют по различным типам от 56 до 85 процентов. Кроме того, 70 процентов эксплуатируемого самолетного парка, подлежащего в ближайшее время списанию, имеет на борту аэронавигационные системы и навигационные комплексы, не удовлетворяющие современным требованиям. Большая часть этих систем нуждается в замене.

В силу ограничения функциональных возможностей существующая Единая система не способна в полной мере реализовать внедрение перспективных технологий.

В настоящее время расходы на обеспечение функционирования Единой системы составляют около 20 млрд, рублей в год, в то время как США тратят на поддержание и развитие отрасли около 9 млрд, долларов в год, а небольшая по территории Япония - около 1,6 млрд, долларов в год.

На внедрение в государствах - членах Европейского союза только технологии автоматического зависимого наблюдения выделено в 2003 - 2006 годах около 25 млрд, евро.

Существующая система обеспечения пользователей воздушного пространства аэронавигационной информацией не оснащена современными автоматизированными средствами. 

В настоящее время единая система поиска и спасания не в полной мере удовлетворяет требованиям, предъявляемым к аналогичным системам в развитых странах.

Не осуществляется на должном уровне автоматизированное взаимодействие всех систем, участвующих в аэронавигационном обслуживании полетов, что препятствует их развитию. Одной из основных причин сложившейся ситуации является значительный износ технической базы Единой системы и ее ограниченные функциональные возможности.

Недостаточное финансирование и связанные с этим длительные сроки создания и внедрения новой техники приводят к увеличению сроков переходного периода, когда должны одновременно эксплуатироваться традиционные и перспективные средства и системы, что связано с дополнительными экономическими потерями.

	

	Проблемы совмещения передачи цифровой и аналоговой информации в авиационной связи

	Авиационная электросвязь гражданской авиации является составной частью автоматизированных систем управления воздушным движением (АС УВД), обеспечивает взаимодействие органов УВД, используется в производственной, технологической и коммерческой деятельности авиапредприятий и их служб. Решение многих функциональных задач, повышающих эффективность авиационной транспортной системы в целом, осуществляется с помощью сетей электросвязи гражданской авиации (ГА). Достижение высокой безопасности, регулярности и экономичности полетов в различных метеорологических условиях во многом обеспечивается наличием непрерывной и надежной радиосвязи экипажей воздушных судов (ВС) с наземными центрами УВД на всех этапах полетов и связи центров УВД с радиотехническими системами обеспечения полетов. 

	Цифровая двусторонняя радиосвязь – это современное решение задач, связанных с передачей информации по радиоканалу. Долгое время аналоговые средства и системы связи были необходимым инструментом для передачи информации в организациях во всем мире. 

	Замена аналоговых систем двусторонней радиосвязи на цифровые помогает потребителям решить многие из стоящих перед ними задачи, а также создать прочный технический фундамент для внедрения новых функциональных возможностей, призванных решать задачи, которые ждут их в будущем. 

	Цифровые радиостанции используют вокодеры, которые удовлетворяют требованиям различных стандартов. Вокодер преобразует аналоговый аудиосигнал в цифровой и обеспечивает подавление разного рода помех, шумов и пр. Вследствие этого обеспечивается лучшее качество звука, и соответственно разборчивость речи.

	Быстрый рост числа летательных аппаратов (ЛА) за последние 2 десятилетия создал необходимость в разработке и внедрении быстродействующей, гибкой и устойчивой системы авиационной связи. В связи с этим были разработаны такие эффективные протоколы авиационной связи, как VeryHighFrequencyDataLink (VDL) –VDL Mode 2, VDL Mode 3 и VDL Mode 4.

	Для авиационной связи используется диапазон частот от 108 До 137 МГц, который делится на каналы по 25 кГц (рис. 1.2.1.).

	

	

	

	

	ACARS, ATC и AOC – сервисы и приложения, использующие VDL Mode 2 транспондеры для широковещания и обмена информацией о погодных условиях, опасностях, планах и параметрах полётов. Передаваемая текстовая информация сохраняется до востребования, выводится на экран или воспроизводится синтезаторами речи в центрах управления полетами и воздушных судах. 

	Командная радиосвязь (Voice на диаграмме) передается в аналоговом виде с использованием амплитудной модуляции. Выделенный диапазон разбит на полосы по 25 кГц и 8.33 кГц. По ряду причин используется в основном амплитудная модуляция. Главное направление развития гражданской авионики описывается аббревиатурой CNS/ATM, которая переводится как “управление воздушным движением путём решения проблем связи, навигации и наблюдения”. Основным шагом в этом направлении является разработка стандарта VDL mode 4, описывающего самоорганизующийся протокол многоканального доступа с временным разделением каналов (Self-OrganizedTimeDivisionMultipleAccess). Его внедрение позволит объединить все воздушные и наземные объекты в одну авиационную сеть.

	Преимущество такого подхода состоит в переходе от топологии точка-точка к каждый-с-каждым. Возможность передачи данных от одного участника сети любому другому через цепочку из третьих, выступающих в данном случае ретрансляторами, позволит осуществлять связь в обход препятствий, реализовать пассивную и активную навигацию, защиту от квалифицированных целенаправленных помех, повысить ситуационную осведомленность и безопасность полетов. Становится возможной и интеграция дистанционно пилотируемых судов в гражданское воздушное пространство с увеличением дальности управления. А развитие авионики видится в разработке новых и совершенствовании существующих приложений и сервисов.

	В этом смысле интересны проблемы командной радиосвязи. И хотя нет объективных оценок, записи разговоров пилотов и диспетчеров, собранные любителями вблизи аэропортов и доступные в сети интернет, позволяют говорить о плохом качестве сигнала. Дальность же ограничивается максимальным расстоянием действия используемых транспондеров, которая при организации речевого канала борт-борт составляет 400 км, а борт-диспетчер – 300 км.

	Согласно опыту всех областей связи, самым эффективным способом улучшения качества и увеличения дальности является цифровизация, за счет возможности регенерации и введения избыточности. Но в авионике эта задача сталкивается с трудностями.

	В 2003 году Федеральным управлением гражданской авиации США совместно с организацией “Mitre” была разработана система цифровой связи для гражданской авиации, вошедшая в стандарты Международной организации гражданской авиации как VDL Mode 3. Система использовала временное разделение каналов и D8PSK манипуляцию для передачи данных и цифровой речи во временных слотах, распределяемых воздушным суднам с земли. Применялся алгоритм сжатия речи AMBEATC-10, который снижал требуемую скорость передачи до 4.8 кбит/c. Система не была принята в эксплуатацию по параметрам узнаваемости и различимости речи, которые особенно важны при разговоре пилота с диспетчером при посадке. Кроме того, предложенная цифровая система восстанавливала сигналы разной удаленности с одним уровнем, что оказалось неприемлемо для пилотов с психологической точки зрения, так как чем громче слышится голос, тем ближе и опаснее пилотами воспринимается объект. 

	В итоге, можно сделать вывод, что цифровую речь необходимо вводить, но постепенно. Параллельно этому процессу необходимо усовершенствовать текущие решения. И VDL Mode 4 в этом смысле можно использовать как базу для приложения сигнализации, которое позволит осуществлять запросы на ретрансляцию голосового амплитудно-модулированного сигнала одного участника сети другим. 

	В настоящее время ведутся работы по реализации самоорганизующейся авиационной сети (Self-OrganizingAirbornNetwork).Cистема должна поддерживать цифровую и аналоговую передачу речевых сигналов. Сжатие цифровой речи планируется производить по алгоритму ITU-T G.729 CS ACELP, который обеспечивает узнаваемость и требует скорость передачи 8кбит/c.

	Но задача ретрансляции аналогового речевого сигнала не является тривиальной для авионики. Обычно в радиосвязи с целью минимизации взаимных помех используются специально составленные планы распределения частот, которые разделяют направления передачи. Однако, применение двух- или четырехчастотного плана в случае с командной радиосвязи недопустимо по следующим причинам.

	Во-первых, использование нескольких частот накладывает большие затраты на частотный ресурс, нехватка которого остро ощущается в крупных аэропортах. Во-вторых, воздушному судну приписывается частота для осуществления радиосвязи на время полета или до пересечения воздушной границы с другими государствами. При использовании вспомогательных частот возникает возможность создания помехи для других участников воздушного движения. Также второй аспект особенно критичен для текущей осведомленности в воздушном пространстве.  Таким образом, транспондер, осуществляющий ретрансляцию сигнала, должен передать его на той же частоте, на которой принял (рис. 1.2.2.).

	

	

	

	


	Стандарт VDL-4. Назначение, описание, особенности



	Обзор VDL-1, VDL-2, VDL-3

	Навигационные системы автоматических зависимых наблюдений (АЗН) рассматриваются Международной организацией гражданской авиации как один из важнейших информационных каналов, который наряду с первичными и вторичными радиолокаторами будет составлять основу перспективных комплексов управления воздушным движением. Принцип АЗН предусматривает установку на борту летательного аппарата оборудования, позволяющего определять его координаты по сигналам СРНС и постоянно передавать эти данные по радиоканалу на наземные диспетчерские центры, а также остальным участникам воздушного движения.

	В качестве дальнейшего развития технологии АЗН Комитетом ИКАО по будущим аэронавигационным системам рассматривается концепция VDL (от англ. VHF digitallink). Эта концепция предусматривает ряд режимов (версий): VDL-1, VDL-2, VDL-3, VDL-4, отличающихся скоростью передачи информации, используемыми видами модуляции, протоколами доступа к каналам передачи данных и т.п.

	VDL работает в четырех режимах. Первый практически аналогичен системе ACARS (ОВЧ авиационная связная система адресации и оповещения).Технические характеристики систем приведены в таблице 2.1. Главным отличием VDL-1 от ACARS является уровень линии передачи данных. VDL использует бит-ориентированные протоколы, тогда как ACARS аналогово - ориентированные.

	

	

	

	

	VDL-2 используетдругую схему модуляции в сравнении с ACARS или VDL-1, а именно с кодированным дифференциальным сдвигом фазы (D8PSK). Применение данной модуляции увеличивает скорость передачи до 31,5 кбит/с и позволяет использовать цифровой вид для передачи речи. VDL-3 осуществляет объединение передачи данных и речи (цифровой вид).

	

	VDL-4 общее описание

	Наибольшие возможности для организации различных вариантов передачи данных предусмотрены в режиме VDL-4, который реализует метод самоорганизующегося многостанционного доступа с временным разделением каналов STDMA (от англ. SelfTimeDivisionMultipleAccess). При этом каждый абонент передает свою информацию в течение временного интервала (слота), выделяемого ему системой по предварительному запросу. Время начала и конца каждого слота жестко синхронизировано с использованием системного времени СРНС. 

	Основным приложением VDL-4 является так называемый вещательный режим АЗН (АЗН-В), при котором сообщения, передаваемые с борта каждого воздушного судна, могут приниматься всеми другими воздушными судами, что позволяет организовать высокоэффективную систему предупреждения столкновений в воздухе, а также использовать самолеты, находящиеся в зоне радиосвязи с диспетчером, для ретрансляции сообщений, переданных с бортов тех воздушных судов, непосредственная связь которых с диспетчером в данный момент отсутствует или затруднена. Общее число воздушных судов, охваченных системой АЗН-В, может достигать десятков тысяч.

	VDLMode 4 обеспечивает передачу цифровых данных в стандартном УКВ канале передачи данных с шириной в 25 кГц и разбивает канал передачи данных на большое число временных слотов. Начало каждого слота – возможность для станции выполнить передачу.

	 Режим VDL Mode 4 построен на принципе самоорганизации с коллективным доступом и временным разделением каналов (STDMA), когда временные слоты синхронизированы по времени UTC и станции заявляют о своем намерении вести передачу в конкретном временном слоте путем протокола резервирования, который реализуется предшествующей передачей. Для удобства группа последовательных временных слотов, охватывающая интервал в 60 секунд, определяется как суперфрейм. Каждый временной слот может быть использован радио приемопередатчиком (установленным на борту, на наземном транспортном средстве или стационарных наземных станциях) для передачи данных. Точная синхронизация слотов и их запланированное использование для передач известно всем пользователям в видимости друг друга, так что может быть осуществлено эффективное использование канала передачи данных, и пользователи не ведут передачу одновременно. В результате этого протокола «самоорганизации» режим VDL Mode 4 может обеспечить работу вне зоны охвата наземной инфраструктуры и может, таким образом, поддерживать выполнение прикладных задач и связь как между бортами в воздухе, так и на канале «земля – борт». В воздушном пространстве с высокой интенсивностью движения наземная инфраструктура может использоваться для управления системой и повышения качества общего функционирования.

	Функционирование VDLMode 4 построено, исходя из следующих базовых характеристик, которые поддерживают функцию АЗН-В:

	а)жесткая схема модуляции для кодирования данных в каждом слоте. VDLMode 4 поддерживает модуляцию GFSK с частотой модуляции 19200 бит/секунду;

	б) самоорганизуемая структура коллективного доступа с временным разнесением каналов STDMA.  В режиме VDLMode 4 время на канале разделяется на временные слоты фиксированной длины. Суперфрейм состоит из группы слотов, которые охватываю интервал в 60 секунд и содержат 4500 слотов (эквивалентно 75 слотам в секунду);

	в) принцип синхронизации, используемый режимом VDL Mode 4, основан на всемирном координированном времени UTC, которое обеспечивает универсальный маркер начала каждой группы из 75 слотов. В случае потери станцией первичного источника времени UTC, она может перейти на режим отказа, называемый вторичной синхронизацией со сниженной точностью. Возможный источник вторичного времени может быть выведен на основе времени получения синхропакетов от другой станции, заявляющей о первичном времени. Дальнейший режим отказа (известный как третичная синхронизация) позволяет станции вести передачу, когда она не может получить время от первичного или вторичного источников времени. При режиме третичного времени станция поддерживает синхронизацию по оценке среднего времени начала слота от ряда станций. 

	г)информация о координатах от бортовой системы навигации используется для организации доступа к слотам. Если станция теряет свой источник данных о местонахождении, она может продолжать выводить координаты на основе времени поступления синхропакетов, принимаемых от других станций, заявляющих о сертифицированном качестве данных. Это известно, как вторичная навигация. Станции, работающие в режиме вторичной или третичной синхронизации, не обеспечивают сертифицированного качества данных и, таким образом, не могут быть использованы для вторичной навигации.

	д) гибкая структура сообщений, которая может поддерживать широкий диапазон протоколов вещательной передачи и пересылки данных;

	Режим VDL Mode 4 поддерживает два различных типа услуг связи:

	- услуги вещательной передачи VDL Mode 4;

	- услуги канала передачи данных сети ATN в режиме VDL Mode 4.

	Эти услуги VDL Mode 4 планируется разместить на нескольких УКВ каналах. При этом ожидается, что каналы линий передачи данных будут разнесены с теми, которые поддерживают услуги вещательной передачи, различные вещательные услуги и функции могут совместно использовать канал. Возможности совместного использования канала зависят от различных ограничений, таких как, доступность канала, требования сертификации и регламентирующие правила ATS, а также могут быть различными в разных странах и регионах.

	

	Уровневая структура VDL-4

	Подсистема VDLMode 4 реализует три нижних уровня модели OSI, как показано на рисунке 2.1.

	

	

	Уровень 1 (физический уровень) обеспечивает управление частотой приемопередатчика, битовый обмен через радиосреду и функции оповещения. Эти функции более известны, как «радио функции» и функции модуляции.

	Документ SARPs на VDL организации ICAO устанавливает характеристику физического уровня для режима VDLMode 4. Схема модуляции – представлена GFSK (GaussianFilteredFrequencyShiftKeying) с номинальной битовой частотой 19200 бит/с, которая представляет собой метод непрерывной фазовой частотной манипуляции с использованием двух тонов и фильтра с гауссовской характеристикой формы импульса. Нули и единицы должны формироваться с индексом модуляции 0,25 и коэффициентом BT 0,28.

	Уровень 2 (канальный уровень) подразделяется на три подуровня и объект управления:

	- подуровень управления доступом к среде МАС обеспечивает доступ к физическому уровню посредством простого алгоритма коллективного доступа с временным разнесением (TDMA) под управлением следующего более высокого подуровня. Он также обеспечивает системную функцию времени для координации доступа к каналу TDMA;

	- подуровень VSS режима VDLMode4 организует управление доступом к каналу, используя алгоритм самоорганизации. Подуровень VSS также обслуживает ряд управляемых с земли протоколов доступа. Базовые услуги основаны на резервированном, произвольном и фиксированном доступе к слотам TDMA и поддерживают вещательную и сквозную связь;

	- подуровень услуг DLS  выполняет фреймовый обмен, обработку фреймов и обнаружение ошибок. Протоколы DLS адаптированы к наилучшему использованию уникальных  протоколов доступа к каналу VSS;

	- объект управления каналом LME отвечает за связь между равнозначными подуровнями DLS, а также за поддержание и обслуживание функций канальной вещательной передачи;

	Уровень 3: Документ SARPsVDL описывает только низший сетевой подуровень третьего уровня (SNAcP). Он соответствует требованиям к подсетевому уровню, установленным в документе SARPs на ATN. Он обеспечивает обмен пакетами по виртуальной цепи, устранение ошибок, управление потоком соединений, разбиение пакетов и функции управления соединением в подсети.

	Функция ADS-B использует форматы сообщений синхропакетов VDL Mode 4 для регулярной вещательной передачи идентифицирующих данных ВС или транспортного средства, координат, высоты, времени, намерений и информации о векторе для использования другими мобильными и наземными станциями. Поскольку извещение о местонахождении является неотъемлемой частью управления связью в режиме VDLMode 4, базовые элементы ADS-B уже присутствуют на канале.

	Размер слотов времени на канале передачи данных адаптирован к извещениям ADS-B в передаче, известной как синхропакет. Фиксированная часть синхропакета содержит базовые данные ADS-B, такие как координаты станции и высота, но синхропакет может также содержать дополнительные данные ADS-B в переменной части синхропакета.

	Функция ADS-B поддерживает многие прикладные задачи наблюдения между мобильными объектами, такие какотображение информации в кабине экипажа (CDTI), оповещение борта о летной ситуации (AIRSAW) и слежение за станциями/позиционирование. Когда в систему VDLMode 4 входит и наземная станция, она также может обслуживать прикладные задачи, такие как управление и контроль за передвижениями на летном поле (A-SMGCS), усовершенствованное УВД, операции по поиску и спасению (SAR), координация и т.д.

	

	Режимы функционирования VDL-4

	Было определено три базовых сценария функционирования режима VDLMode 4:

	- А- автономное функционирование определяется, как ситуация, когда не существует наземной инфраструктуры режима VDLMode 4. Наблюдение посредством ADS-B и связь борта с бортом могут иметь место между пользователями в рамках накладывающихся ячеек на базе самоорганизуемого протокола с ведением автономных передач. Прикладные задачи, поддерживаемые VDL Mode 4, будут использовать два глобальных   канала сигнализации GSCs;

	- Б- Функционирование в рамках одной ячейки/соты определяется, как ситуация, когда существуют наземные станции VDLMode 4 с накладывающимися друг на друга зонами охвата, но они не координируют свою работу через специальную наземную сеть. Такимобразом, каждая ячейка в зоне охвата одной наземной станции может рассматриваться как автономно работающая система. Могут существоватьдополнительные локальные каналы(например, для функции SMGCS) и управление каналами может осуществляться черезпередачу сообщения о директории услуг (DOS) на каналах GSCs. По этому сценарию станции могут вести автономные передачи или могут получать указание от наземной станции на ведение передачи на конкретной частоте и/или в указанных слотах;

	- В- Многоячеистый принцип работы описывается как ситуация, когда наземные станции VDLMode 4 координируют свою работу через специальные наземные сети. Числоназемных станций VDLMode 4 в многоячеистой структуре влияет на общую системную пропускную способность и надежность. Станции могут вести автономные передачи или могут находиться под управлением наземных станций. 

	Таким образом, можно сделать вывод о том, что VDL-4 представляет собой уникальный метод доступа к среде и разработанные алгоритмы выделения и резервирования КИ позволяют дать возможность стабильного соединения с ATN сетью и получения АЗН-В информации для теоретически неограниченного числа аппаратов. Синхронизация возможна автономно, через других пользователей. В транспондере VDL-4 имеется приемник GNSS получающий координаты, и процессор связи, автоматические формирующий стандартные пакеты сообщений, такие как АЗН-В.

	Уникальной характеристикой VDLMode 4 является то, что доступное время передачи делится на большое число кратких временных слотов, синхронизированных на основе глобального времени. Каждый слот может  быть использован радиотранспондером (установленным на борту ЛA) для передачи данных. Точная синхронизация слотов и запланированное их использование для передачи известны всем пользователям, находящимся в зоне видимости друг от друга, что делает эффективным использование канала передачи данных, и пользователи не ведут передач одновременно. В результате такого “самоорганизуемого” протокола работы для канала VDLMode 4 не требуется никакой наземной инфраструктуры, а потому система может обеспечивать связь и другие функции, как в режиме “борт-борт”, так и режиме “земля-борт”. VDLMode 4 функционирует в авиационном УКВ-диапазоне спектра частот, то есть на частотах 108-136.975 МГц.

	Преимущества VDLMode 4 могут быть использованы для создания на его основе сетевой надстройки. В подобных случаях все более привлекательным вариантом становится создание беспроводной самоорганизующейся (или динамической, или adhoc) сети. Такая структура формирует сама себя всякий раз, когда специально запрограммированные мобильные терминалы или иные устройства связи оказываются в пределах прямого доступа. Каждое из них выполняет в динам.......................