8. előadás – ATN és a CPDLC Aeronautical Telecommunication Network
Controller-Pilot Data Link Communication
A FANS A jövő léginavigációs rendszerei - koncepció
• 2007-ben az ICAO: FANS = Future Air Navigation System (ICAO Doc 9880) • összetett avionikai rendszer, közvetlen adatkapcsolat a pilóta és a légiforgalmi irányító között • Kommunikáció az ATC engedélyek a pilóták kérései és a helyzetjelentések adása számára; • (Pl. egy FANS-B felszerelt Airbus A320 légijárművel az Air Traffic Services Unit (ATSU) eszköze, a VHF Data Link rádió (VDR3) és a pilótafülke két Data link control and display units (DCDUs) egysége lehetővé teszi a személyzet számára a földről kapott, a Controller–Pilot Data Link kommunikációs (CPDLC) felületen adott üzenetek olvasását. • Több szakasz és fázis
A szélesebb koncepció megoldási alapja… • 2002 után a klasszikus AFTN-t kezdi felváltani az Aeronautical Telecommunication Network (ATN), ami egy ún. „internetwork” architektúra mentén lehetővé teszi a ground/ground, air/ground, és avionikai data subnetwork-ök interoperábilis együttműködését az ISO OSI Reference Model protokolljai és közös interfész szolgáltatási felhasználásával. • Európa az ATN céljából a ground/ground kommunikációban a PENS (= Pan-European Network Service) 2009-es bevezetésével tette lehetővé az új, hálózatos megoldás alkalmazását (szolgáltatója a SITA) Két nagy szolgáltató: SITA - Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques, (Svájc, 1949) ARINC – (A Rockwell-Collins része) Aeronautical Radio, Incorporated (USA, 1929)
A FANS jelenlegi státusza – ECTRL, 2015 decembere
ACARS az első megoldás • Az ACARS (= Aircraft Communications Addressing and Reporting System) volt az első digitális adatkapcsolati (A/G) rendszer, ami a légiforgalmi sávban (pl. 130,25 MHz) vagy műholdon keresztül kommunikál rövid üzenetek formájában a földdel. Protocol-ját még 1978-ban az ARINC cég dolgozta ki, formátuma: Telex format. • A repülés minden fázisának megkezdésekor ACARS üzenetet továbbít a rendszer az aktuális állapotokról, pl. • Az idő, amikor az adott fázis esemény történt • Vonatkozó információk , pl. üzemanyag, státuszállapot, célrepülőtér, stb…
Az ACARS üzenetek • ACARS üzenetek 3 fő csoportja: 1. Air Traffic Control üzenetek (kérések és engedélyek továbbítása) 2. Airline Administrative Control 3. Aeronautical Operational Control • OOOI events - Out of the gate, Off the ground, On the ground, és Into the gate • Flight management system interface (interface az FMS-sel, FPL, W/X a légijármű számára, támogatandó az FMS repülés közbeni frissítése, ALTN útvonal, stb.)
• Equipment health and maintenance data (rendszeres
állapota,szenzorok értékei,stb… + az előzetes karbantartási felkészülésre) • Ping messages (automatikus ping, kapcsolat tesztelésre; ha pl. a lj. sokáig nem válaszol, a földi állomás ping-elheti a lj-et közvetlenül v. satellite-en keresztül – ez egyben az ACARS kommunikáció minőségi állapooitát is mutatja) • Manually sent messages (ACARS kapcsolatban van a fedélzeti kijelzőkkel, a pilóták így üzeneteket és jelentéseket küldhetnek/kaphatnak a földre/től (pl. W/X, engedélyek, connecting flights státusz, stb… a válasz az ACARS-on keresztül érkezik, légitársasága dönti el, mire használja/programozza)
ACARS (sajnálatos) használatára, példa: • AFR 447 – az ACARS 5 db. failure report-ot (FLR) és 19 db warning report-ot (WRN) küldött 50 perc alatt a légitársaságnak… (érintette a navigation /kód: 34/, az auto-flight /22/, a flight control /27/ és a kabin légkondicionálás /21/ problémáit. Ezeket az INMARSAT műholdak egyike vette, és továbbította. The 12 warning messages with the same time code indicate that the autopilot and auto-thrust system had disengaged, that the TCAS was in fault mode, and flight mode went from 'normal law' to 'alternate law. The 02:10 transmission contained a set of coordinates which indicated that the aircraft was at 2°59′N 30°35′W. The remainder of the messages occurred from 02:11 UTC to 02:14 UTC, containing a fault message for an Air Data Inertial Reference Unit (ADIRU) and the Integrated Standby Instrument System (ISIS). At 02:12 UTC, a warning message NAV ADR DISAGREE indicated that there was a disagreement between the three independent air data systems. At 02:13 UTC, a fault message for the flight management guidance and envelope computer was sent. One of the two final messages transmitted at 02:14 UTC was a warning referring to the air data reference system, the other ADVISORY (Code 213100206) was a "cabin vertical speed warning", indicating that the aircraft was descending at a high rate.
Online „black box” funkció???
De nem ez a fő anyagunk…
Mielőtt belevágunk… A légiforgalmi kommunikáció fejlődése…
A légiforgalmi kommunikációs követelmények • Interoperabilitás a meglévő subnetwork-ökkel • Magas rendelkezésre állás • Mobil kommunikáció • Üzenetek priorizálása • ‚Policy based’ adat-útvonal alkalmazás (routing) • Adatvédelem (security) • Adategység hatékonyság (bit efficiency) • Többszörös (sokféle) mobil subnetwork támogatás • Stb..
Az ATN környezet
ATN - Aeronautical Telecommunication Network
ATN architektúra Alkalmazásokat és kommunikációs szolgáltatásokat foglal magába, amelyek lehetővé teszik a földi, a levegő-földi és a avionikai sub-network-ök kölcsönös együttműködését (to inter-operate) Context Management (CM) Application End System(ES) Application Entity Upper Layer Communications Service
End System(ES)
Automatic Dependent Surveillance (ADS) Controller Pilot Data Link Communication (CPDLC) Flight Information Service (FIS) ATS Message Handling Services (ATSMHS)
Internet Communications Service
Intermediate System (IS)
Subnetwork
Intermediate System (IS)
Subnetwork
Application Entity Upper Layer Communications Service Internet Communications Service
Subnetwork
ATN protokol architektúra
Sub-network-ök Air-Ground (A/G): • Aeronautical Mobile Satellite • VHF Data Link • Mode S • HF Data link • Passenger Telephony Ground-Ground: • X.25 PSDNs (ITU protokoll, csomagkapcsolt adathálózat) • Frame Relay (szélessávú csomagkapcsolt adattovábbítás) • LANs (helyi hálózatok) • Leased Lines (bérelt vonalak) • NADIN (Nat’l Airsapce Data Interchange Network)
Az ATN rendszer átnézeti rajza
Interoperabilitási követelmény szintén… A 2 nagy rendszer kötelező együttműködése
Ahol ma kb. tartunk…
A fedélzet
A CPDLC létesítésének állapota
A pillanatnyi magyar helyzet: • A MATIAS rendszer 2015. november 24-e óta teljes üzemeltetési környezettel működteti a CPDLC-t; • Valamennyi ACC szektorban működik; • Az ATN technológiákat támogatja (a FANS-elemeket nem); • Sem fekete, sem fehér listát nem alkalmaznak; • White list: the Air Ground Data Link system can maintain a configurable list of A/C or A/L, respectively characterised by 24-bit ICAO address or Aircraft flight ID prefix (3 letters for the Operating Agency ICAO designator), that are permitted to use the ATN service for Context Mmanagement-Logon Validation. • Black list: an A/C black list or A/L black list can be used to deny data link service to specific users known not to be compliant or for any reason.
Az adatkapcsolati szolgáltatás (DLS) • Az említett GOLD dokumentum alapján a megkövetel adatkapcsolati szolgáltatások – Data Link Services (DSL) – 4 fő csoportja áll fenn: • • • •
DLIC – Data Link Initiation Capability ACM – ATC Communications Management ACL – ATC Clearances; AMC – ATC Microphone Check
• A specifikus CPDLC-alap szolgáltatásoknak kötelesen és félreérthetetlenül támogatniuk kell a légi és földi oldali rendszereket éppúgy, mint a különböző, eltérő szintű támogatás színvonalát (pl.: ‚kezdeményezés’, a ‚vetteés-feldolgozza’, vagy a ‚vette-és-figyelmen-kívülhagyja’).
DLIC – Data Link Initiation Capability • A DLIC az az adatkapcsolati szolgáltatás, amelyet a Context Management alkalmazási felületből kifejtve a szükséges információk biztosításának céljából az ATS egység és a pilóta közötti adatkapcsolati kommunikáció lehetővé tétele céljából nyújtanak. • A LOGON szolgáltatás teszi lehetővé a légijármaz adatkapcsolati szolgáltatás kezdeményezését. A logon paraméterek biztosítják az ATC számára a légijármű azonosítót (a/c identification) és az alkalmazási címeket (application address) az azonosítás és az adott FPL-lel való összekapcsolás, továbbá az elkövetkező CPDLC információcsere használata céljából.
• A CONTACT szolgáltatást teszi lehetővé a Földi Rendszer számára annak kérését, hogy a légijármű egy másik Földi Rendszerhez is beléphessen, csatlakozhasson (logon).
ACM – ATC Communications Management
• Az ACM szolgáltatás biztosítja az irányítók és a személyzetek közötti automatikus támogatást az ATC kommunikáció végrehajtására (hang és CPDLC) figyelemmel arra az operatív főszabályra, hogy egy adott időben csak egyetlen irányítási felelősségi elem (controlling authority) lehet a rendszerben.
ACL – ATC Clearances • Az ACL szolgáltatás lehetővé teszi a lj. személyzetek és az ATCo számára a különböző információk közvetlen cseréjét. Az ACL megteremti: • a személyzet számára a kérések és jelentések megtételét az ATC felé; • az ATCo számára az engedélyek, utasítások és tájékoztatások kiadását a személyzet számára. • Az ACL-t a nem idő-kritikus (non-time-critical) beavatkozásokra tervezték, és a hang kommunikáció helyett vagy azzal együtt alkalmazzák.
AMC – ATC Microphone Check • Az AMC szolgáltatás lehetővé teszi az ATCo számára az adott szektorban, egyazon idő alatt, valamennyi CPDLC-vel felszerelt légijármű felé olyan utasítás kiadását (send), ami lehetővé teszi annak megállapítását és megerősítését, hogy a lj-ek hang kommunikációs rendszerei nem blokkolják a szektora hang csatornáit. Ez az utasítás csak a szektorban a felelőssége alá tartozó légijárművek számára kerül ilyenkor kiadásra.
Kötelező földi rendszeri utasítás-készletek… • Kötelező up link utasítás-készlet:
• Kötelező down link utasítás-készlet:
Forrás: Link 2000+ ECTRL dokumentum
Nézzük a CPDLC-t 1. példa: • Az ATC utasítást ad a sebesség M0.81-re vagy kevesebbre csökkentésére • For extra info:
M= v/a
• M = Mach-szám • v = a repülő tárgy sebessége • a = a hang sebessége (az adott magasságon és hőmérséklet mellett) • (a hőmérséklet-változás /gradiens ~6,5 oC 1000 m-ként/ lényegi elem!!!)
Száraz, 20°C-os levegőben: 343.59 m/sec (1,127 ft/s); ez 1,236 km/h, 768 mph),
0.81 ~ 460 kt
“Reduce speed to M 0.81 or less” (1) Az ATC utasítása után:
• A pilóta kiválasztja a „Wilco” parancsot…
…és elküldi az ATC-nek, ezzel jelezve,hogy végrehajtja a kérést.
“Reduce speed to M 0.81 or less” (2) • …az üzenet elküldésre került.
• Az üzenet elküldve (megerősítést az ANSP küld) • A pilóta letörli a képernyő-tartalmat.
“Reduce speed to M 0.81 or less” (3) • A pilóta visszakérheti az utolsó törölt üzenetet…
Az utolsó üzenet megjelenik.
Magasságváltás pilóta kérésre 2. Példa • A pilóta emelkedést kér adott magasságra, adott helyen (FL310 az ALCOA nevű pontnál)
A pilóta a VERT REQ gomb kiválasztásával léphet be az MCDU egység ATC VERT REQ oldalára
MCDU - Multifunction Control and Display Unit
• A képernyőn a pilóta elkészíti a kérés tartalmát
• A kérés beírása után újra megnyomja a DCDU-n az ATC REQ DISPL gombot
DCDU – Digital Communication Display Unit
• A pilóta elolvassa az üzenetet, a kék szín jelzi, hogy az üzenet még nincs elküldve, a ‚SEND’ gomb megnyomásával pedig elküldi a kérést;
• A zöldre váltott szín jelzi, hogy az üzenet rendben elküldve.
Hogy mindez működjön… • Flight Plan • Az ICAO előírások szerinti kötelezettség mellett: • 10. rovatban (Equipment): • Az adatkapcsolati képesség jelzésére “J” karakter /sok eleme/; • A “D” karakter, a felderítési részhez (a „/”-jel után), ha pl. ADS képesség áll rendelkezésre
• 18. rovat (Other information): • Egyéb képességek jelzése a „DAT/…” címke alatt.
S=Satellite data link, H=HF data link; V= VHF data link; M= SSR Mode S data link
AFN (ATS Facilities Notification) LOGON • A logon funkció jelzi az ATC központnak, hogy a légijármű képes a digitális kommunikációra, és készen áll a kapcsolatfelvételre. Vagyis: • A megfelelő ATC központ tájékoztatása arról, milyen képességei és specifikumai vannak az adott légijárműnek (pl. CPDLC és/vagy ADS képes alkalmazások, ACARS cím, stb…) • Az ATC központ számára a repülési azonosító (hívójel) és a légijármű lajstromjel megadása a benyújtott FPL-lel való korrelálás céljából.
• Az AFN-nek sikeresnek kell lennie még mielőtt akármilyen kapcsolatfelvétel megtörténik.
A „bejelentkezés” /logon/ után • Ha a logon megtörtént, a CPDLC alkalmazható • CPDLC kapcsolatfelvétel • CONNECTION REQUEST és CONNECTION CONFIRM történik a föld és a légijármű között • Ellenőrzés arra, hogy nem már meglévő kapcsolat-e • Ha rendben, a kapcsolt ATC egység neve megjelenik a DCDU-n
• A CPDLC hiba(jelenség) során, ha az ATCO észleli: • A hangcsatornán keresztül kikapcsoltatja a digitális kapcsolatot a személyzettel, majd kezdeményezi az újra-inicializálást; • A személyzet az MCDU ATC oldalán újra kezdeményezi (inicializálja) a kapcsolatot a komplett AFN folyamatban a NOTIFICATION oldalon.
• Ha a CPDLC hibát a légijárművön észlelik: • A pilóta a hangfrekvencián jelenti az irányításnak a problémát. • Újraindítja a CPDLC kapcsolatot az AFN NOTIFICATION oldalon keresztül.
• A CPDLC leállítása • Csak az előírt szabályok betartása mellett lehetséges!
Automatikus átadás címzés továbbítással 4 fázisban történik: i.
Az 1. ATC: AFN Contact Advisory üzenetet küld a lj-nek;
ii.
A lj. nyugtázza ezt az üzenetet, és AFN contact message üzenetet küld a következő ATC-nek;
iii.
E 2. ATC nyugtázza a hívást az FN_ ACK message küldésével
iv.
A légijármű elküld egy AFN Complete (FN_COMP) üzenetet az 1. ATC-nek, amelyben tájékoztatja azt az AFN megtörténtéről.
Tudnivaló dolgok még: • Bármikor, amikor az ATCo egy üzenetet küld a légijárműnek, egy üzenet-biztosító visszajelzést kap az irányító, hogy az elérte a légijárművet (de ez nem jelenti mindenképpen azt, hogy az üzenetet kijelezte a rendszer vagy a pilóta olvasta is)
• Amikor a személyzet elküld egy üzenetet az ATCo-nak, a „Küldés” (“SENDING”), majd az „ELKÜLDVE” (“SENT”) kijelzést látja a DCDU-n, ami azt jelenti, hogy az üzenetet a hálózat számára elküldte a légijármű. (Ez nem jelenti ugyanakkor azt, hogy a megfelelő ATCo számára annak kijelzése megtörtént, vagy az ATCo azt elolvasta.)
A „hagyományos” válaszok… (1) (fontosságuk miatt angolul!!!) • WILCO: This down link message tells the controller that the pilot will comply fully with the clearance/instruction contained in the associated up link message; • UNABLE: Through this either up or down link message the pilot or the controller is informed that the request(s) contained in the associated message cannot be complied with;
• STANDBY: Through this either up or down link message the pilot or the controller is informed that the request is being assessed and there will be a short term delay (within 10 minutes). The exchange is not closed and the request will be answered when conditions allow. • ROGER: Through this either up or down link message the pilot or the controller is informed that the content of the associated message has been received and understood. ROGER is the only correct response to any up link free text message. ROGER shall not be used instead of AFFIRM
A „hagyományos” válaszok… (2) • AFFIRM: Whether up or down link, AFFIRM means YES and is an appropriate response to up linked message of negotiation request (e.g. “CAN YOU ACCEPT FL 350 AT ALCOA?”) • NEGATIVE: Whether up or down link, NEGATIVE means NO and is an appropriate response to up linked message of negotiation request (e.g. “CAN YOU ACCEPT FL 350 AT ALCOA?”).
TOVÁBBI üzenet-jelentések • DISREGARD: This up link message means that the previous up link shall be ignored. DISREGARD should not refer to an instruction or clearance. Another element shall be added to clarify which message is to be disregarded. • CONFIRM: The present parameter (e.g. position, altitude, speed…) is awaited by the controller whenever CONFIRM XXXX is used. The DCDU will automatically propose to the crew the current FMS target linked to the considered parameter. Sending this answer is done directly on the DCDU. Should the crew be not satisfied with the proposed answer, he then could modify before sending. • CONFIRM ASSIGNED: The currently assigned parameter (e.g. altitude, speed, route) is awaited by the controller whenever CONFIRM ASSIGNED XXXX is used.
Példák az up link válaszokra… (összesen 170 up link üzenet van)
Pl.: „NE” – csak az aktuálisan hivatkozott válaszüzenet zárja le az uplink kapcsolatot .
Példák a down link válaszokra… (összesen 68 down link üzenet van)
Pl.: az „N” azt jelenti, hogy nem szükséges válasz az eredeti üzenetre.
Példa a down link ún. „tárgyalás-kérések”-re
Pl.: a „Y” (yes) – azt jelenti, hogy a kérdsésre válaszolni szükséges a közleményváltás zárásához.
URGENCY, ALERT és RESPONSE attribútumok (Amikor egy üzenet több üzenet-elemet tartalmaz, azt a legmagasabb „precendence” értékű üzenetként fogja a rendszer kezelni, függetlenül a további tartalmak attribútum-értékeitől.)
Precedecce – elsőbbség, elsőbbségi jog
Stb…, csak példák!
Kényszerhelyzetek CPDLC kezelése • A pilótáknak képben kell lenniük az adott területen érvényben lévő CPDLC kényszerhelyzeti eljárásokról. A kényszerhelyzeti mód az ATC menü oldalon, a KÉNYSZERHELYZET állásban aktiválható. • Ismerniük kell, mire számíthatnak az irányítás oldaláról, amikor a kényszerhelyzeti beállítás megtörtént: • Az alábbi fő szabályokat alkalmazzák: • Az irányítónak azonnal nyugtáznia kell a pilóta által küldött vészközlemény (pl. MAYDAY vagy PAN). Vagy a hangsávot vagy a CPDLC free text részét használják. Ha a free text mezőt használják, a személyzetnek nem szükséges ROGER válasszal lezárnia ezt. • Az ATCO szintén hangsávon igyekszik kapcsolatba lépni a személyzettel a vett CPDLC vészközlemény nyugtázása után. • Ha a CPDLC a legjobb (vagy az egyetlen) kommunikációs eszköz, az aktuális irányító tartja a pillanatnyi kapcsolatot, és nyújt segítséget amennyire lehet. Lényegében sem automatikus, sem kézi kommunikáció átadás nem kezdhető meg ilyenkor.
• Megjegyzés: • Ha a CPDLC és az ADS is aktív, a CPDLC-n keresztül küldött kényszerhelyzeti közlemény a földi ADS részt az ún. “High Periodic Reporting rate” funkcióba kapcsolja át (ADS Emergency mode). Ennek ellentétjeként,a CPDLC-n küldött törlő üzenet (“CANCEL EMERGENCY”) inaktiválja az ADS kényszerhelyzeti módot.
Az adatkapcsolat műholdas felülete és fedése
A SITA fedésterülete EUR-ban
RGS = Remote Ground Station
Az ARINC fedésterülete EUR-ban • Bázis frekvencia: 136, 925 MHz • NAT állomások: 131,55 MHz • 35 000 ft
Vége…
• Kiegészítő háttéranyagok (EU rendelet)
• ISO 7498-1 szabvány
OSI – Open System Interconnection
