民航空地数据链AOC数据处理系统技术要点分析

民航空地数据链AOC数据处理系统技术要点分析
摘要：AOC数据处理系统在民航空地数据链中发挥着重要作用，首先介绍了空地数据链的定义和构成，然后分析了AOC数据处理系统的几项关键技术。

关键词：空地数据链；AOC数据处理系统；AOC报文典型数据结构
0 引言
民航运输业在经济的推动下迅速发展。

由于多方面的需要，业务持续增多，航线日益密集，距离也越来越远，安全性更受关注。

为此，必须加强空中与地面的联系，实时保持通信畅通。

以往飞机在空中飞行时，多以电话通讯的方式与地面联系，地面总控制台获取飞机飞行过程中的信息的途径较少，且精确度低。

随着计算机网络技术和无线电通讯技术的发展普及，航空领域逐步实现了电子化、信息化和数字化，为航空安全提供了技术上的保障。

在当前各种高新技术相继出现的背景下，空地数据链的作用更加突出，相关研究也不断增加。

1 空地数据链
民航运输中需要和地面时刻保持联系，受技术限制，传统飞行时主要依赖于高频和甚高频的语音通信。

此方法易受干扰，导致航班被耽误，甚至发生安全事故。

在不断改善中，引进了多种高新技术，尤其是网络、通讯和计算机技术的应用，将空中和地面连在一起，形成了一张密集的数据网。

这便是空地数据链，利用无线网络通讯技术，将航空器和地面信息管理系统连接，实现彼此间的数据信息交换。

从而有效提高了飞行效率，安全程度也有所好转。

当前航线密集、运输任务较多，空地数据链系统更加复杂。

它涉及范围广，如地面通讯网络、航空电子技术、飞机硬件系统、数字通讯技术等。

从现状来看，空地数据链中的地面计算机软件系统比较薄弱，需加大相关研究力度。

站在工程应用的角度，空地数据链的构成部分包括机载硬件设备、ATN网络环境、报文生成体系、地面AOC应用系统。

2 空地数据链的组成部分
2.1 硬件系统
机载设备系统其实是一组设备群，以通讯寻址报文系统的通讯管理组件为核心，具体包括ARING总线系统、数据采集和输出、信号发送和接收等。

①通讯管理组件
作为系统的核心，其稳定性直接决定着数据链的稳定性，主要负责搜索信道、接收消息等工作。

该系统有3个层次，其功能多通过软件实现，且软件分布于不同的层次中。

核心层的软件直接关系到组件的通信构型，即在通讯中选择什么ARING协议。

目前有两种协议占据着主导地位，一是面向分段比特流的协议，二是面向分段字符流的协议。

应用层的软件直接关系到组件搜索信道的次序，频率也受其影响较大。

用户层的软件直接决定着地面AOC应用，这些软件可按照实际需要进行更改。

②ARING总线系统
ARING协议簇在机载设备数据通信中占据着重要地位，有两部分，一是设备间总线，二是设备内总线。

2.2 空地数据链网络环境
①ATN网络拓扑结构
整个数据链是以航空电信网（即ATN网络）为网络载体的，包括空地通讯链路层和地地通讯链路层。

在该网络中，包括飞机在内的终端设备，只要与飞机信息进行无线交互，均被当做一个研究的节点。

②路由管理
通信载体在传输数据的过程中都会有一定的覆盖区域，超出此区域往往会影响到正常通
信。

而路由管理则是如何解决这一问题，确保信息数据能够通畅的传递。

管理过程较为复杂，有两部分组成。

一是组件的逻辑通道管理，二是DSP地面路由管理。

前者十分关键，当组件发送一个包含了指定子网地址的下行消息，通过确认应答的上行消息可建立一个逻辑通道，此时，全部信息中都有这个发送的子网地址。

2.3 报文体系
报文生成主要有3种生成方式：一是定时触发生成，其种类较少，POS（飞机位置报文）在当前较为常用，航班号、风向风速、飞行高度、所处位置等信息都属于位置报文的内容。

在实际飞行中，为实时监控飞机状态，设置位置报文时常设为每30min一次。

若30min后报文信息没有更新，飞机极有可能发生通讯异常，或所在区域通讯质量较差。

二是事件触发生成，其种类最多。

飞机飞行中存在着很大风险，为确保其安全，实时掌握飞行状态，常将其状态变化事件和特定的报文生成逻辑绑定。

如此出现异常时，可获得更多的性能参数。

在机载设备发生故障时，中央维护系统能够自动检测，并生成飞行故障报文，以方便及时采取措施救援。

三是人工触发生成。

通常是应急组向地面系统请求或报告某信息时，通过操作MCDU 而生成的，其中，气象请求报及舱单请求报在实际中应用较多。

2.4 地面AOC应用系统
①飞行运行控制AOC应用
在飞行中，为保证飞机的安全飞行，需要运行控制机构实时和飞机保持联系。

同时根据监测状况提供各种信息和情报支援，调整飞行计划，或对其性能加以优化。

气象对航班有着直接影响，因此在飞行前，必须掌握途中及目的地的气象情况。

机组通过AOC页面会发送一个气象请求报文，经DSP转发后最终被航空公司的AOC网关接收，然后转发至气象应用服务器中。

服务器接收后会自动进行相应的分析，并得出相关数据，以上行报文的形式提交AOC 网关服务器，由DSP上行到目标飞机。

另外，飞机飞行前需对舱单进行检验，具体内容包括机载人数、客舱布局、油量、餐饮分配等。

在空地数据链中，只需将航班号输入舱单请求页面即可，系统会接收后自动对所含信息进行读取，然后同样以上行报文的形式提交AOC网关服务器，由DSP上行到目标飞机。

②机务维修工程AOC应用
该部分包含大量信息，数据结构较为复杂，彼此之间的交互性最强。

在实际利用或分析数据信息时，通常需要经历报文解码和再解析。

此部分主要由解码服务器、远程终端服务器、工程应用服务器以及报文监视终端、web数据检索应用等模块构成。

3 民航空地数据链AOC数据处理系统的关键技术分析
3.1 AOC报文典型数据结构
关于AOC报文，通常有以下两种：
3.1.1 数据结构化AOC报文
①顺序数据结构化报文
AOC报文的结构有报头和正文两部分。

ARINC620规范的地/地标准格式报文（即SMT）由报文和正文共同组成。

正文是其主要内容，和报头多用“-＜sp＞”TEI标识分开，在此前面的内容均属于报头，后面的内容都是正文。

关于其中的一些术语，TE和TEI分别表示文本元素及文本元素标识符；IE及IEI分别表示嵌入式元素和嵌入式元素标识符，前者只是正文中某一字段，后者是对正文中某字段的标识，与TEL相比，IEI的格式较为灵活，且可有可无。

Delimiter表示分隔符，在AOC正文中，分隔符主要用于分割两个IE。

其具有变动性，可根据实际需求进行相应的选择。

另外，还能够适用于以“定长”规则界定不同的IE。

SMI表示标准消息标识号，在报文解码中十分关键，是DSP对ACARS报文标签的一种翻译；IMI表示嵌入式消息标识符，主要用来标识报文的类型，出现在正文中。

SMI是必须的，
且由3个字符数组成，但IMI在此方面没有限制。

另外，SMI可表示多种报文，IMI则负责这些报文不同类型的标识。

如部分供应商在编写AOC时，飞机的起飞报和滑出报均选择相同的SMI→DEP，但使用不同的IMI（滑出报：OUT,起飞报：OFF）标识不同的报文。

②循环数据结构化报文
只有故障报文一种，其报文头结构和顺序数据结构相同，但正文不同。

IMI PLF在循环数据结构化报文中表示当前的航段故障报（Present Leg Fault，飞机发动机关车前出发，同时注意到IEI FDE和MSG可能成对出现或MSG循环出现，而且每个FDE行或MSG行具有相同的数据结构。

根据这些特点，将此结构的AOC报文称为循环数据结构化AOC报文。

3.1.2 数据非结构化AOC报文
这类报文比较少见，如自由文本通讯报。

其报文头结构与结构化报文相同，正文却具有任意性。

下面是一样本：
QU CANXMCZ
.QXSXMXS 291137
A80
FI CZ0331/AN B-6056
DT QXT IOR2 291137 M34A
- FREE TEXT REP
WE HAVE GOT THE WX 3Q
从中可知，其正文的随意性体现在IMI可有可无，难以解码。

3.2 解码数据库和解码表的建立
经常将为保存报文数据结构而定义的规则库称作解码表，包括对数据库表名、控制符、字长度、字段名等的定义。

解码表主要有两类，即顺序数据和循环数据结构化报文解码表。

对于标准ARINC620格式的ACARS报文来说，因报头数据结构相同，所以两类解码表的报头字段也应一致。

①报头
报头的格式往往比较固定，无较大变化。

而且，报头数据结构较为简单，在处理时，采用普通的方法加以处理即可。

②解码表名
从上述分析中可知，SMI及IMI的主要用于标识报文的种类，所以可将其用于定义解码表名。

机型不同，生成的报文也各有差异，为了能够较好的区分，SMI ＋机型或IMI ＋机型就可以唯一定义一个解码表名。

③报头字段
系统较为复杂，随着数据挖掘技术的深入，为满足实际工程中的需要，解码表的报头字段通常包括以下信息：RAW_ID表示由ORACLE生成的唯一顺序序列号；ACNO表示由ANTEL 解析出的飞机号；FLIGHTNO表示由FITEL解析出的航班号；TIMESTAMP表示由DSP处理时间戳解析出的DSP处理时间戳。

④源报文的存储
ACARS报文被接收后可能会解码成功，也可能不成功，但只要与ARINC620规范相符，RAW_DWMSG表均会将其进行保留。

该表在分析ACARS报文中非常重要，工程师为掌握飞机状态，就必须分析ACARS的通讯状况，包括某一飞机报文通讯的连续性、某个DSP的通讯量以及某时段内的通讯量等，获取这些信息都需要依赖于RAW_DWMSG表。

3.3 AOC报文解码器的进程控制设计
当数据链网关将下行报文传输至AOC报文解码器时，由解码器接收，并自动对报文进行分类、解码，然后自行归档、发出广播，并进行客户管理等任务。

①Decoder 主进程
该住进程经常和其他三个子进程同时启动，分别是：第一，客户队列池监听进程。

加载成功后，Decoder便监听在系统指定的UDP端口，当有远程用户接入时，系统会启动另一个胸RegisterClient，用以用户注册。

第二，客户队列池广播进程。

一旦Decoder解码成功，会发送“解码消息广播”给用户，客户接收后进行相应的处理。

第三，源报文监视进程。

其作用主要在于扫描报文目录和进程的启动关闭过程。

②客户队列池监听进程
从客户方面来讲，Decoder可接收多种客户机，为区别其类型，经常会用不同的状态字进行标识。

在客户注册时，Client对象和ClientList对象较为重要。

监听进程启动后，ClientList便被装入内存，随着客户机不断被注册，其成员Client也不断增加。

③客户队列池广播
发送消息广播时，对客户机活动状态的判断十分重要。

当监听进程接收广播状态字后，若客户机为老客户则更新迟滞时间。

所以，一旦lastRevPOLLTIME与系统当前的时钟时间差值超出规定范围，则该Client为非活动，否则就是活动。

④报文监视进程
主要任务包括Report Scanning和Report Decoding。

3.4 实时消息跟踪模块中的两个关键算法设计
①消息剖面逆向检索算法
逆向检索是指通过给定的一条解码数据库中确定的解码报文，反向定位到能够确定该报文的条件集。

实时消息跟踪剖面定义表中的字段包括必选字段和可选字段两种，其中参与数据库检索的有4个字段，所以逆向检索的关键在于如何判断一个给定的消息符合定义表结果集中的哪个记录，在此介绍一种模仿实际评选过程的“投票法”。

将评委当做是参与检索的4个字段，评选对象为所有数据集，评选标准相当于一条ACARS报文。

原理为：评委依据评选标准对所有评选对象进行投票，持票数多者获胜，否则淘汰。

该方法的处理速度和执行效率较高，值得推广使用。

②大圆航线的生成算法
动态矢量地图是实时消息追踪模块中飞机实时位置显示的关键，在编写矢量地图时，最基础的便是大圆线的绘制。

大圆航线是指地球上连接两点最短的航线，即以地球球心为圆心，以地球半径为半径的一段小弧。

矢量地图中的大圆航线为理论大圆航线上的一系列连续的点，服务器组件收到一条航线的起始或终止地点经纬度，通过相关计算生成一个经纬度点序列向量，返回客户端，客户端将该向量在投影到地图上。

利用各种投影仪均能生成大圆航线，所以其实质是在给定投影模式下从起点到终点的逐点逼近过程，其关键在于如何生成各个经纬坐标点。

4 结束语
随着民航的发展，逐步实现了电子化和智能化，提高了飞行的安全性。

空地数据链是利用无线网连接空中飞行与地面控制的网络通讯系统，具有重大现实意义。

针对地面AOC数据处理系统的薄弱，文中对其进行了分析。

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