【摘要】 中國(guó)民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)為空中交通管理部門、航空公司、機(jī)場(chǎng)等民航單位在本地區(qū)乃至全國(guó)、國(guó)際范圍內(nèi)傳遞關(guān)于航班的飛行動(dòng)態(tài)和客貨運(yùn)等信息，在保障民航航班安全飛行、為旅客提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)方面起到了非常重要的作用。因此，自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)的正常通信是實(shí)現(xiàn)空管飛行安全的重要基礎(chǔ)。本文主要從可靠性和安全性兩個(gè)角度探討自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)的通信。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)電報(bào)格式在可靠性上存在一定的問(wèn)題。首先，電報(bào)格式中沒(méi)有規(guī)定相當(dāng)于“回執(zhí)”的功能信號(hào)，這導(dǎo)致發(fā)報(bào)方無(wú)法獲知報(bào)文是否順利傳輸?shù)绞請(qǐng)?bào)方。其次，電報(bào)格式本身只能供轉(zhuǎn)報(bào)機(jī)用于排查出不符合格式標(biāo)準(zhǔn)的電報(bào)，而符合格式標(biāo)準(zhǔn)但內(nèi)容有誤碼的電報(bào)無(wú)法識(shí)別。第三，現(xiàn)有電報(bào)標(biāo)準(zhǔn)格式對(duì)于線路狀態(tài)檢查的規(guī)范較為單一，因此只能靠網(wǎng)管軟件、自行開發(fā)軟件和其他監(jiān)控軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。安全性方面，電報(bào)標(biāo)準(zhǔn)格式中也沒(méi)有類似加密、身份認(rèn)證等項(xiàng)目。由于電報(bào)格式及其檢查處理機(jī)制尚屬于應(yīng)用層面，要改善通信的可靠性和安全性，可考慮從通信技術(shù)和通信設(shè)備入手。本文在分析民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)當(dāng)前主要采用的通信技術(shù)及通信設(shè)備及其在自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)的具體應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出了四個(gè)有助于提高可靠性和安全性的優(yōu)化方案：首先在短距離終端接入部分使用調(diào)制解調(diào)器代替RS-232C，可有效降低誤碼率、錯(cuò)報(bào)數(shù)及線路中斷發(fā)現(xiàn)時(shí)間；接著在干線傳輸部分利用XOT應(yīng)用實(shí)現(xiàn)X.25代替異步，可提高對(duì)線路監(jiān)控的力度，基本實(shí)現(xiàn)線路中斷的實(shí)時(shí)告警；然后利用調(diào)制解調(diào)器自帶的身份認(rèn)證功能——呼叫驗(yàn)證碼和回叫，加強(qiáng)對(duì)非法接入的屏蔽，可增加不法分子竊取數(shù)據(jù)的難度，提高信息傳輸?shù)陌踩�性；最后考慮在電報(bào)傳輸中應(yīng)用DES（Data Encryption Standard）加密算法，在保證穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)上，將DES算法集成進(jìn)轉(zhuǎn)報(bào)系統(tǒng)的各類出口，可解決電報(bào)明碼傳輸所帶來(lái)的信息安全隱患，進(jìn)一步提高電報(bào)傳輸?shù)陌踩�性�?nbsp;

第一章 緒論

1.1  民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)簡(jiǎn)介

1.1.1 AFTN 及SITA

在國(guó)際民航公約的附件10《航空電信》中，定義航空固定服務(wù)（Aeronautical fixed service，以下簡(jiǎn)稱 AFS）是固定地點(diǎn)之間，保證航空導(dǎo)航的安全和航空業(yè)務(wù)正常地、經(jīng)濟(jì)和有效率運(yùn)轉(zhuǎn)的電信業(yè)務(wù)。而作為AFS的一部分，航空固定電信網(wǎng)（Aeronautical fixed telecommunication network，，以下簡(jiǎn)稱 AFTN）是一個(gè)世界性的系統(tǒng)，由航空固定電路共同組成，航空固定電臺(tái)可以通過(guò)AFTN來(lái)交換電報(bào)和數(shù)字化數(shù)據(jù)。AFTN即是國(guó)際民航組織（International Civil Aviation Organization，以下簡(jiǎn)稱ICAO）負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、規(guī)劃，由民航部門建設(shè)的自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)，主要提供給民航部門（包括行政管理及空管等部門）使用，主要傳送與航班飛行密切相關(guān)的計(jì)劃、動(dòng)態(tài)、航行通告和氣象信息等電報(bào)。

國(guó)際航空電信公司（Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques，以下簡(jiǎn)稱SITA）是一個(gè)合資性的國(guó)際組織，主要承擔(dān)國(guó)際性航空公司的通信服務(wù)和信息服務(wù)。SITA經(jīng)營(yíng)全球最大規(guī)模的專有電信網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)由超過(guò)400條中、高速線路連接的210個(gè)通信中心組成，以供加入SITA組織的航空公司和機(jī)場(chǎng)等企業(yè)接收和發(fā)送有關(guān)訂座、旅客值機(jī)、行李查詢、貨運(yùn)、航班計(jì)劃和動(dòng)態(tài)的電報(bào)。

1.1.2國(guó)際互聯(lián)

依據(jù) ICAO 和 SITA 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)建設(shè)了民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)，該網(wǎng)設(shè)計(jì)為可同時(shí)傳送AFTN 及SITA格式的電報(bào)。

在AFTN亞太地區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲�，我�?guó)除港澳臺(tái)地區(qū)外，共有三個(gè)國(guó)際接口。這三個(gè)國(guó)際接口與我國(guó)周邊超過(guò)10個(gè)國(guó)家有直連線路。

SITA 方面，我國(guó)民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)只設(shè)有一個(gè)國(guó)際接口，其與 SITA 網(wǎng)亞太區(qū)某中心直連。因此，民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)內(nèi)的用戶終端如要與 SITA 網(wǎng)內(nèi)的用戶終端互通電報(bào)，必須經(jīng)由該國(guó)際接口和 SITA 中心轉(zhuǎn)發(fā)。假如民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)在某地的一個(gè)電報(bào)終端要往同在某地一個(gè)SITA網(wǎng)終端拍發(fā)SITA格式的電報(bào)，則該電報(bào)必須經(jīng)由當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)報(bào)臺(tái)進(jìn)入民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)，然后通過(guò)國(guó)際接口轉(zhuǎn)發(fā)至亞太區(qū)SITA轉(zhuǎn)報(bào)中心，再通過(guò)SITA內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)發(fā)往該地的SITA終端。

由于在民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)中，SITA 電報(bào)相對(duì)較少，且其對(duì)外接口拓?fù)漭^為簡(jiǎn)單，對(duì)內(nèi)拓?fù)渑cAFTN相同，因此下文討論民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)時(shí)將以AFTN網(wǎng)絡(luò)為主。

1.2某地區(qū)空管局AFTN 轉(zhuǎn)報(bào)中心簡(jiǎn)介

通過(guò)1.2.1至1.2.4的介紹，可得知，AFTN轉(zhuǎn)報(bào)中心在民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)內(nèi)發(fā)揮著重要的作用：

作為AFTN亞太地區(qū)主要通信中心之一，承擔(dān)中國(guó)與外國(guó)之間及外國(guó)之間電報(bào)的中轉(zhuǎn)；

作為民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)干線網(wǎng)的分中心之一，承擔(dān)本地區(qū)空管局與其它地區(qū)空管局之間電報(bào)的中轉(zhuǎn)。

作為本地區(qū)空管局支線網(wǎng)的中心結(jié)點(diǎn)，承擔(dān)轄區(qū)內(nèi)各省級(jí)空管分局、地方空管站之間電報(bào)的中轉(zhuǎn)；

作為本地機(jī)場(chǎng)的接入點(diǎn)，承擔(dān)空管、航空公司、機(jī)場(chǎng)等民航一線運(yùn)維部門之間電報(bào)的中轉(zhuǎn)。

根據(jù)上文的分析可知，AFTN轉(zhuǎn)報(bào)中心在民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)內(nèi)處于極為重要的地位，這決定了其采用的轉(zhuǎn)報(bào)系統(tǒng)必須具備較高的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

AFTN轉(zhuǎn)報(bào)中心主用轉(zhuǎn)報(bào)系統(tǒng)采用北京航管科技有限公司開發(fā)的DMHS-H轉(zhuǎn)報(bào)系統(tǒng)，由服務(wù)器、異步單元、集中器、同步單元和交換機(jī)組成。該系統(tǒng)采用“雙機(jī)、雙庫(kù)和雙網(wǎng)”結(jié)構(gòu)。“雙機(jī)雙庫(kù)”指的是服務(wù)器、盤陣、集中器和交換機(jī)有冗余熱備份，而“雙網(wǎng)”是指所有的核心設(shè)備和配置有IP地址的外圍設(shè)備都采用雙網(wǎng)卡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，接入兩個(gè)冗余的IP網(wǎng)絡(luò)。“雙機(jī)雙庫(kù)雙網(wǎng)”技術(shù)可以有效避免因某個(gè)通信設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障而導(dǎo)致的通信中斷，特別是在需要做切換操作的時(shí)候，這種備份結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)主備機(jī)或兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫切換，確保切換過(guò)程不影響轉(zhuǎn)報(bào)業(yè)務(wù)的正常運(yùn)作。

第二章 電報(bào)格式及其可靠性與安全性分析

2.1 AFTN電報(bào)格式

如1.2.1所述，ICAO 負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、規(guī)劃了AFTN并制定 AFTN電報(bào)格式規(guī)范。

2.1.1 ITA-2 格式

2.1.1.1 ITA-2

ITA-2（International Telegraph Alphabet No.2），即國(guó)際電報(bào)字母表第 2 號(hào)碼，又稱為Baudot Code（博多碼）。

ITA-2 使用 5 位信息碼元（即 5 位 0、1 比特序列），這意味著它能產(chǎn)生 25=32 種組合。但如果要表示標(biāo)點(diǎn)符號(hào)與空格、十進(jìn)制數(shù)字和字母，32種組合尚不能滿足需求。因此，ITA-2定義了五位代碼“11111”和“11011”表示轉(zhuǎn)換，以明確如何“翻譯”接下來(lái)的代碼。如果收到一個(gè)“11111”，接收設(shè)備就把隨后收到的代碼“翻譯”為字母，直到收到一個(gè)“11011”，隨后收到的代碼才“翻譯”為數(shù)字等其他符號(hào)。

ITA-2 是起止式電報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)用碼，主要用于低速系統(tǒng)，不能提供差錯(cuò)控制。由于只能表示32種組合，所以不能區(qū)分字母的大小寫。

2.2 定時(shí)檢查及異常處理機(jī)制

轉(zhuǎn)報(bào)系統(tǒng)生產(chǎn)廠家以及某地區(qū)空管局轉(zhuǎn)報(bào)中心根據(jù)附件 10《航空電信》[1]制定了一些信道程序和管理規(guī)定，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對(duì)線路中斷及干擾等造成電報(bào)傳輸不正常的情況。

2.2.1 定時(shí)檢查

定時(shí)檢查（以下簡(jiǎn)稱定檢）是以一種“簡(jiǎn)化”的電報(bào)的形式檢查線路是否暢通。定檢電報(bào)主要由報(bào)頭、程序信號(hào)CH和電報(bào)結(jié)尾信號(hào)“NNNN”組成。

如果線路處于空閑狀態(tài)，則電臺(tái)應(yīng)在每小時(shí)的00分、20分和40分拍發(fā)定檢報(bào)。而收到定檢報(bào)的電臺(tái)必須隨即檢查來(lái)報(bào)的流水號(hào)，保證其從該線路上收到的所有電報(bào)次序無(wú)誤。

如果在約定的時(shí)間范圍內(nèi)沒(méi)有收到定檢報(bào)，那么收?qǐng)?bào)電臺(tái)應(yīng)該向發(fā)報(bào)電臺(tái)拍發(fā)一份公務(wù)電報(bào)（由航空固定電臺(tái)簽發(fā)，用于核查通過(guò)航空電信業(yè)務(wù)網(wǎng)傳遞的其它電報(bào)是否發(fā)送出錯(cuò)，以下簡(jiǎn)稱公電），以便對(duì)方核實(shí)流水號(hào)。

2.2.2 異常處理機(jī)制

2.2.2.1 殘缺不全

1）如果電臺(tái)在開始轉(zhuǎn)發(fā)前，發(fā)覺(jué)一份電報(bào)在結(jié)尾信號(hào)前的某一點(diǎn)已經(jīng)殘缺不全，并且有理由認(rèn)為這殘缺不全的情況是在收到該電報(bào)的前一電臺(tái)以前造成的，必須發(fā)一份公務(wù)電報(bào)給在該不完整電報(bào)中列明的發(fā)電單位，要求重發(fā)該份錯(cuò)誤的電報(bào)。

2）如果電臺(tái)在開始轉(zhuǎn)發(fā)前，檢測(cè)到一份或幾份電報(bào)在電報(bào)結(jié)尾信號(hào)以前的某一處已有殘缺，并有理由認(rèn)為該殘缺是在前一電臺(tái)向本臺(tái)發(fā)送的過(guò)程或發(fā)送之前造成的，必須向前一電臺(tái)發(fā)一份公務(wù)電報(bào)，拒絕收受該殘缺電報(bào)，并要求前一電臺(tái)重發(fā)相關(guān)殘缺電報(bào)。

第三章 民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)通信技術(shù)分析 ...................... 17

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

3.1.1  通信原理及其特點(diǎn) ............ 17

3.1.2  當(dāng)前轉(zhuǎn)報(bào)業(yè)務(wù)接入及存在問(wèn)題 ................ 17

第四章 民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)優(yōu)化方案 ......... 31

4.1  終端用戶接入的優(yōu)化 ......................... 31

4.1.1  終端用戶接入現(xiàn)狀 ...................... 31

第五章 結(jié)論與展望 ................. 49

第四章 民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)優(yōu)化方案

4.1 終端用戶接入的優(yōu)化

4.1.1 終端用戶接入現(xiàn)狀

某地空管部門、航空公司和機(jī)場(chǎng)的電報(bào)終端，主要是通過(guò)RS-232C直連、電流環(huán)或調(diào)制解調(diào)器的方式接入轉(zhuǎn)報(bào)中心。電報(bào)終端在與轉(zhuǎn)報(bào)機(jī)處于同一機(jī)房或同一層樓的相鄰機(jī)房或相鄰樓層的（短距離），基本采用 RS-232C 直連。電報(bào)終端位于附近樓房的（中距離），基本采用電流環(huán)接入。電報(bào)終端位于機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)（遠(yuǎn)距離），基本采用調(diào)制解調(diào)器接入。

轉(zhuǎn)報(bào)異步單元 RS-232C 輸出使用 RJ45 接口，其線序?yàn)?1 腳 RTS，2 腳 DTR，3 腳TXD 發(fā)，4、5 腳 GND 地，6 腳 RXD 收，7 腳 DCD，8 腳 CTS。

短距離采用RS-232C直連和中距離采用一對(duì)電流環(huán)設(shè)備連接異步單元和電報(bào)終端，是考慮到傳輸距離不長(zhǎng)，受到的電磁干擾不會(huì)明顯影響傳輸質(zhì)量。在早幾年，RS-232C直連和電流環(huán)的使用效果尚令人滿意。但民航業(yè)的飛速發(fā)展促使空管數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟠蟠笤黾印�為了適應(yīng)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，線槽內(nèi)布放的線纜數(shù)量也越來(lái)越多，線纜之間的相互干擾越來(lái)越大，同時(shí)隨著時(shí)間的推移，線纜本身的抗干擾能力也會(huì)下降。

通過(guò)3.1.1章節(jié)的介紹可知，在碼元畸變率不超過(guò)4%時(shí)RS-232C的最大傳輸距離為15 米，在碼元畸變率不超過(guò) 10%、速率為 9600 時(shí)，RS-232C 最大傳輸距離為 75 米。而某地轉(zhuǎn)報(bào)中心目前使用的電流環(huán)設(shè)備僅是十多年前生產(chǎn)的單雙流電傳設(shè)備，該設(shè)備僅提供電源、發(fā)報(bào)和收?qǐng)?bào)三盞指示燈，除卻設(shè)備老化導(dǎo)致誤碼率增大的情況外，線路狀態(tài)監(jiān)控方面也難以達(dá)到現(xiàn)時(shí)的要求（必須肉眼觀察設(shè)備指示燈才能獲取狀態(tài)，而非遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)的監(jiān)控）。

第五章 結(jié)論與展望

民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)作為民航通信最重要的業(yè)務(wù)之一，其正常運(yùn)作是保障航班正常飛行的基礎(chǔ)。因此，如何提高轉(zhuǎn)報(bào)系統(tǒng)通信的可靠性與安全性，是民航一線保障部門孜孜以求的研究方向。本論文著眼于此，從介紹電報(bào)格式入手，通過(guò)闡述目前電報(bào)傳輸過(guò)程中的異常情況處理機(jī)制，指出民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)存在的一些可靠性和安全性問(wèn)題——電報(bào)格式無(wú)  “回執(zhí)”功能，發(fā)報(bào)方無(wú)法獲知報(bào)文是否順利傳輸?shù)绞請(qǐng)?bào)方；轉(zhuǎn)報(bào)系統(tǒng)無(wú)法篩查出符合格式標(biāo)準(zhǔn)但內(nèi)容有誤碼的電報(bào)；電報(bào)標(biāo)準(zhǔn)格式中沒(méi)有類似加密、身份認(rèn)證等關(guān)于安全性的項(xiàng)目，近乎明碼傳輸。

本文認(rèn)為，要提升電報(bào)傳輸?shù)目煽啃耘c安全性，需要從傳輸技術(shù)和傳輸設(shè)備的角度著手。本文通過(guò)分析目前民航已有的通信技術(shù)和通信設(shè)備——ATM、X.25、調(diào)制解調(diào)器、電流環(huán)、基于IP的FA36 的通信原理、設(shè)備組成及當(dāng)前轉(zhuǎn)報(bào)業(yè)務(wù)接入方式，來(lái)闡明各通信技術(shù)的優(yōu)劣性，并進(jìn)一步挖掘這些技術(shù)和設(shè)備未利用的方面�；�于此，本文提出了四個(gè)有助于提高可靠性和安全性的優(yōu)化方案：首先在短距離終端接入部分使用調(diào)制解調(diào)器代替 RS-232C，降低傳輸?shù)恼`碼率；接著在干線傳輸部分采用 X.25 代替異步，實(shí)現(xiàn)線路中斷實(shí)時(shí)告警；然后利用調(diào)制解調(diào)器自帶的身份認(rèn)證功能加強(qiáng)對(duì)非法接入的屏蔽，提高信息傳輸?shù)陌踩�性，最后考慮在電報(bào)傳輸中應(yīng)用 DES 加密算法，解決電報(bào)明碼傳輸所帶來(lái)的信息安全隱患。根據(jù)在測(cè)試平臺(tái)對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行測(cè)試所得的數(shù)據(jù)顯示，本論文所提的四個(gè)優(yōu)化方案對(duì)提升電報(bào)傳輸?shù)陌踩�性與可靠性是有效的。

本文的主要工作是自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)的研究分析，以及民航自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)網(wǎng)在該地區(qū)和當(dāng)?shù)乇緢?chǎng)的運(yùn)行維護(hù)，包括終端用戶的接入、線路運(yùn)行質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析、線路故障的排查等，保證電報(bào)傳輸安全可靠，并針對(duì)優(yōu)化方案搭建測(cè)試平臺(tái)，分析優(yōu)化效果。

參考文獻(xiàn)（略）