民航自动转报通信技术研究

【摘要】 中国民航自动转报网为空中交通管理部门、航空公司、机场等民航单位在本地区乃至全国、国际范围内传递关于航班的飞行动态和客货运等信息，在保障民航航班安全飞行、为旅客提供优质服务方面起到了非常重要的作用。因此，自动转报的正常通信是实现空管飞行安全的重要基础。本文主要从可靠性和安全性两个角度探讨自动转报的通信。通过分析发现电报格式在可靠性上存在一定的问题。首先，电报格式中没有规定相当于“回执”的功能信号，这导致发报方无法获知报文是否顺利传输到收报方。其次，电报格式本身只能供转报机用于排查出不符合格式标准的电报，而符合格式标准但内容有误码的电报无法识别。第三，现有电报标准格式对于线路状态检查的规范较为单一，因此只能靠网管软件、自行开发软件和其他监控软件来实现。安全性方面，电报标准格式中也没有类似加密、身份认证等项目。由于电报格式及其检查处理机制尚属于应用层面，要改善通信的可靠性和安全性，可考虑从通信技术和通信设备入手。本文在分析民航自动转报网当前主要采用的通信技术及通信设备及其在自动转报的具体应用的基础上，提出了四个有助于提高可靠性和安全性的优化方案：首先在短距离终端接入部分使用调制解调器代替RS-232C，可有效降低误码率、错报数及线路中断发现时间；接着在干线传输部分利用XOT应用实现X.25代替异步，可提高对线路监控的力度，基本实现线路中断的实时告警；然后利用调制解调器自带的身份认证功能——呼叫验证码和回叫，加强对非法接入的屏蔽，可增加不法分子窃取数据的难度，提高信息传输的安全性；最后考虑在电报传输中应用DES（Data Encryption Standard）加密算法，在保证稳定性、可靠性和实时性的基础上，将DES算法集成进转报系统的各类出口，可解决电报明码传输所带来的信息安全隐患，进一步提高电报传输的安全性。 

第一章 绪论

1.1  民航自动转报网简介

1.1.1 AFTN 及SITA

在国际民航公约的附件10《航空电信》中，定义航空固定服务（Aeronautical fixed service，以下简称 AFS）是固定地点之间，保证航空导航的安全和航空业务正常地、经济和有效率运转的电信业务。而作为AFS的一部分，航空固定电信网（Aeronautical fixed telecommunication network，，以下简称 AFTN）是一个世界性的系统，由航空固定电路共同组成，航空固定电台可以通过AFTN来交换电报和数字化数据。AFTN即是国际民航组织（International Civil Aviation Organization，以下简称ICAO）负责设计、规划，由民航部门建设的自动转报网，主要提供给民航部门（包括行政管理及空管等部门）使用，主要传送与航班飞行密切相关的计划、动态、航行通告和气象信息等电报。

国际航空电信公司（Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques，以下简称SITA）是一个合资性的国际组织，主要承担国际性航空公司的通信服务和信息服务。SITA经营全球最大规模的专有电信网，该网络由超过400条中、高速线路连接的210个通信中心组成，以供加入SITA组织的航空公司和机场等企业接收和发送有关订座、旅客值机、行李查询、货运、航班计划和动态的电报。

1.1.2国际互联

依据 ICAO 和 SITA 等相关标准，我国建设了民航自动转报网，该网设计为可同时传送AFTN 及SITA格式的电报。

在AFTN亚太地区网络拓扑中，我国除港澳台地区外，共有三个国际接口。这三个国际接口与我国周边超过10个国家有直连线路。

SITA 方面，我国民航自动转报网只设有一个国际接口，其与 SITA 网亚太区某中心直连。因此，民航自动转报网内的用户终端如要与 SITA 网内的用户终端互通电报，必须经由该国际接口和 SITA 中心转发。假如民航自动转报网在某地的一个电报终端要往同在某地一个SITA网终端拍发SITA格式的电报，则该电报必须经由当地转报台进入民航自动转报网，然后通过国际接口转发至亚太区SITA转报中心，再通过SITA内部网络发往该地的SITA终端。

由于在民航自动转报网中，SITA 电报相对较少，且其对外接口拓扑较为简单，对内拓扑与AFTN相同，因此下文讨论民航自动转报时将以AFTN网络为主。

1.2某地区空管局AFTN 转报中心简介

通过1.2.1至1.2.4的介绍，可得知，AFTN转报中心在民航自动转报网内发挥着重要的作用：

作为AFTN亚太地区主要通信中心之一，承担中国与外国之间及外国之间电报的中转；

作为民航自动转报干线网的分中心之一，承担本地区空管局与其它地区空管局之间电报的中转。

作为本地区空管局支线网的中心结点，承担辖区内各省级空管分局、地方空管站之间电报的中转；

作为本地机场的接入点，承担空管、航空公司、机场等民航一线运维部门之间电报的中转。

根据上文的分析可知，AFTN转报中心在民航自动转报网内处于极为重要的地位，这决定了其采用的转报系统必须具备较高的运行稳定性和可靠性。

AFTN转报中心主用转报系统采用北京航管科技有限公司开发的DMHS-H转报系统，由服务器、异步单元、集中器、同步单元和交换机组成。该系统采用“双机、双库和双网”结构。“双机双库”指的是服务器、盘阵、集中器和交换机有冗余热备份，而“双网”是指所有的核心设备和配置有IP地址的外围设备都采用双网卡的结构设计，接入两个冗余的IP网络。“双机双库双网”技术可以有效避免因某个通信设备或网络设备故障而导致的通信中断，特别是在需要做切换操作的时候，这种备份结构可以实现主备机或两个网络之间的无缝切换，确保切换过程不影响转报业务的正常运作。

第二章 电报格式及其可靠性与安全性分析

2.1 AFTN电报格式

如1.2.1所述，ICAO 负责设计、规划了AFTN并制定 AFTN电报格式规范。

2.1.1 ITA-2 格式

2.1.1.1 ITA-2

ITA-2（International Telegraph Alphabet No.2），即国际电报字母表第 2 号码，又称为Baudot Code（博多码）。

ITA-2 使用 5 位信息码元（即 5 位 0、1 比特序列），这意味着它能产生 25=32 种组合。但如果要表示标点符号与空格、十进制数字和字母，32种组合尚不能满足需求。因此，ITA-2定义了五位代码“11111”和“11011”表示转换，以明确如何“翻译”接下来的代码。如果收到一个“11111”，接收设备就把随后收到的代码“翻译”为字母，直到收到一个“11011”，随后收到的代码才“翻译”为数字等其他符号。

ITA-2 是起止式电报的标准用码，主要用于低速系统，不能提供差错控制。由于只能表示32种组合，所以不能区分字母的大小写。

2.2 定时检查及异常处理机制

转报系统生产厂家以及某地区空管局转报中心根据附件 10《航空电信》[1]制定了一些信道程序和管理规定，以及时发现并应对线路中断及干扰等造成电报传输不正常的情况。

2.2.1 定时检查

定时检查（以下简称定检）是以一种“简化”的电报的形式检查线路是否畅通。定检电报主要由报头、程序信号CH和电报结尾信号“NNNN”组成。

如果线路处于空闲状态，则电台应在每小时的00分、20分和40分拍发定检报。而收到定检报的电台必须随即检查来报的流水号，保证其从该线路上收到的所有电报次序无误。

如果在约定的时间范围内没有收到定检报，那么收报电台应该向发报电台拍发一份公务电报（由航空固定电台签发，用于核查通过航空电信业务网传递的其它电报是否发送出错，以下简称公电），以便对方核实流水号。

2.2.2 异常处理机制

2.2.2.1 残缺不全

1）如果电台在开始转发前，发觉一份电报在结尾信号前的某一点已经残缺不全，并且有理由认为这残缺不全的情况是在收到该电报的前一电台以前造成的，必须发一份公务电报给在该不完整电报中列明的发电单位，要求重发该份错误的电报。

2）如果电台在开始转发前，检测到一份或几份电报在电报结尾信号以前的某一处已有残缺，并有理由认为该残缺是在前一电台向本台发送的过程或发送之前造成的，必须向前一电台发一份公务电报，拒绝收受该残缺电报，并要求前一电台重发相关残缺电报。

第三章 民航自动转报网通信技术分析 ...................... 17

3.1 RS-232C ............... 17

3.1.1  通信原理及其特点 ............ 17

3.1.2  当前转报业务接入及存在问题 ................ 17

第四章 民航自动转报网优化方案 ......... 31

4.1  终端用户接入的优化 ......................... 31

4.1.1  终端用户接入现状 ...................... 31

第五章 结论与展望 ................. 49

第四章 民航自动转报网优化方案

4.1 终端用户接入的优化

4.1.1 终端用户接入现状

某地空管部门、航空公司和机场的电报终端，主要是通过RS-232C直连、电流环或调制解调器的方式接入转报中心。电报终端在与转报机处于同一机房或同一层楼的相邻机房或相邻楼层的（短距离），基本采用 RS-232C 直连。电报终端位于附近楼房的（中距离），基本采用电流环接入。电报终端位于机场范围内（远距离），基本采用调制解调器接入。

转报异步单元 RS-232C 输出使用 RJ45 接口，其线序为 1 脚 RTS，2 脚 DTR，3 脚TXD 发，4、5 脚 GND 地，6 脚 RXD 收，7 脚 DCD，8 脚 CTS。

短距离采用RS-232C直连和中距离采用一对电流环设备连接异步单元和电报终端，是考虑到传输距离不长，受到的电磁干扰不会明显影响传输质量。在早几年，RS-232C直连和电流环的使用效果尚令人满意。但民航业的飞速发展促使空管数据传输的需求大大增加。为了适应业务的增长，线槽内布放的线缆数量也越来越多，线缆之间的相互干扰越来越大，同时随着时间的推移，线缆本身的抗干扰能力也会下降。

通过3.1.1章节的介绍可知，在码元畸变率不超过4%时RS-232C的最大传输距离为15 米，在码元畸变率不超过 10%、速率为 9600 时，RS-232C 最大传输距离为 75 米。而某地转报中心目前使用的电流环设备仅是十多年前生产的单双流电传设备，该设备仅提供电源、发报和收报三盏指示灯，除却设备老化导致误码率增大的情况外，线路状态监控方面也难以达到现时的要求（必须肉眼观察设备指示灯才能获取状态，而非远程实时的监控）。

第五章 结论与展望

民航自动转报作为民航通信最重要的业务之一，其正常运作是保障航班正常飞行的基础。因此，如何提高转报系统通信的可靠性与安全性，是民航一线保障部门孜孜以求的研究方向。本论文着眼于此，从介绍电报格式入手，通过阐述目前电报传输过程中的异常情况处理机制，指出民航自动转报网存在的一些可靠性和安全性问题——电报格式无  “回执”功能，发报方无法获知报文是否顺利传输到收报方；转报系统无法筛查出符合格式标准但内容有误码的电报；电报标准格式中没有类似加密、身份认证等关于安全性的项目，近乎明码传输。

本文认为，要提升电报传输的可靠性与安全性，需要从传输技术和传输设备的角度着手。本文通过分析目前民航已有的通信技术和通信设备——ATM、X.25、调制解调器、电流环、基于IP的FA36 的通信原理、设备组成及当前转报业务接入方式，来阐明各通信技术的优劣性，并进一步挖掘这些技术和设备未利用的方面。基于此，本文提出了四个有助于提高可靠性和安全性的优化方案：首先在短距离终端接入部分使用调制解调器代替 RS-232C，降低传输的误码率；接着在干线传输部分采用 X.25 代替异步，实现线路中断实时告警；然后利用调制解调器自带的身份认证功能加强对非法接入的屏蔽，提高信息传输的安全性，最后考虑在电报传输中应用 DES 加密算法，解决电报明码传输所带来的信息安全隐患。根据在测试平台对优化方案进行测试所得的数据显示，本论文所提的四个优化方案对提升电报传输的安全性与可靠性是有效的。

本文的主要工作是自动转报标准的研究分析，以及民航自动转报网在该地区和当地本场的运行维护，包括终端用户的接入、线路运行质量的统计分析、线路故障的排查等，保证电报传输安全可靠，并针对优化方案搭建测试平台，分析优化效果。

参考文献（略）