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1、第三章空管通信系统第1页，共192页，编辑于2022年，星期二课程流程课程流程3.1 3.1 空管通信的特点空管通信的特点 3.2 3.2 空管通信的体制及技术空管通信的体制及技术3.3 3.3 空管数据链通信系统空管数据链通信系统 3.4 ATN 3.4 ATN 3.5 3.5 中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展 第2页，共192页，编辑于2022年，星期二内容安排内容安排3.1空管通信的特点3.2 3.2 空管通信的体制及技术空管通信的体制及技术3.3 3.3 空管数据链通信系统空
2、管数据链通信系统 3.4 ATN 3.4 ATN 3.5 3.5 中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展 第3页，共192页，编辑于2022年，星期二3.1空管通信的特点空管通信是新航行系统中的一个必要条件广泛应用的卫星通信、数据通信以及ATN等使系统的地地、空地和空空通信有机地融为一体主要包含以下两个特点：数字化:数据链全球化:ATN()第4页，共192页，编辑于2022年，星期二3.1空管通信的特点l l数据链是空管通信数字化特点的体现，是通信系统的核心，是数据通信的应用l l实现人人
3、、机机和人机间的数据传递l l类型包括高频数据链、甚高频数据链、S模式二次雷达数据链和AMSS。l l基本作用概括为：保证、共享、实时监视与克服第5页，共192页，编辑于2022年，星期二3.1空管通信的特点l l空管通信全球化的特点体现为ATNl lATN是全球范围内用于航空的数字通信网络和协议，将航空运输界的机载计算机系统与地面计算机系统连接起来，能支持多国和多组织的运行环境。第6页，共192页，编辑于2022年，星期二3.1空管通信的特点l lATN按照ISO的OSI7层模型构造，协议基于开放式系统互连结构、面向比特。主要由3个子网构成，包括：l l机载电子设备通信子网（数据链管理系统）
4、l l空地通信子网l l地面通信子网（分组交换网、局域网）路由器路由器 第7页，共192页，编辑于2022年，星期二内容安排内容安排3.1空管通信的特点3.2 3.2 空管通信的体制及技术空管通信的体制及技术3.3 3.3 空管数据链通信系统空管数据链通信系统 3.4 ATN 3.4 ATN 3.5 3.5 中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展第8页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2 3.2 空管通信的体制及技术空管通信的体制及技术l l3.2.1空管通信的体制l l3.2.2
5、空管数据链通信技术第9页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.1空管通信的体制l l航空通信系统的划分l l从业务上：航空固定业务（平面业务）航空移动业务（空地通信）l l航空固定业务（AFS）：指在固定地点之间的电信业务，该业务由航空固定电信网（AFTN）来完成，并逐步向ATN过渡第10页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.1空管通信的体制l l航空移动业务（空地通信）：指航空器电台与航空地面对空电台之间或航空器电台之间的无线电通信业务l l主要包括：甚高频通信，高频通信和航空移动卫星业务第11页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.1空管通信的体制l l航空通信系
6、统从传输信息对象划分：话音通信和数据通信l l简单介绍各种话音通信1.1.甚高频话音通信：频率范围是118136.975MHz，频率间隔25KHz。沿直线视距传播，采用双边带调幅（DSBAM）工作方式第12页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.1空管通信的体制2.2.高频话音通信：频率范围是2.822MHz，频率间隔100Hz；靠电离层反射，可以覆盖几千公里，但通话质量较差3.3.卫星话音通信：以卫星数据通信为基础，通话质量好，但费用较高l l总结：随着飞机数目的激增，人员语言表达等问题阻碍了话音通信的使用，催生出新的面向民用的航空数据链。第13页，共192页，编辑于2022年，星期
7、二3.2.1空管通信的体制l l航空数据链系统一般由传感器系统、通信子系统、链路控制子系统和信息处理显示子系统等构成，成为发展的主导l l克服了航空话音通信系统传输速度慢、占用信道时间长、可靠性差等缺点，并且具有抗干扰能力强、误码率低的特点l l航空数据链按应用对象不同分为军用航空数据链和民用航空数据链第14页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.1空管通信的体制l l按使用频段不同分为：l l高频数据链、甚高频数据链、超高频（UHF）数据链、L频段数据链和卫星数据链。l l航空数据链按信息传输对象的位置分为：空空数据链（又称机间数据链）、空地数据链地和地数据链第15页，共192页，编
8、辑于2022年，星期二3.2.1空管通信的体制l l空空数据链系统：实现飞机间的数据通讯，为实现自由飞行奠定基础l l空地数据链系统：将飞机位置，飞行状态等各种信息传送给地面设备和人员，实现驾驶员与管制员之间的双向信息交换l l地地数据链系统：实现管制中心之间，以及管制中心与其他地面仪器及部门之间的信息交换第16页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.1空管通信的体制l l航空数据链应用于民用航空，根据业务类型可以分为四类：（1）空中交通服务（2）航空管理通信（3）航空行政管理通信（AAC）（4）航空旅客通信（APC）l l在这四类数据通信中，空中交通服务和航空管理通信与飞行安全和效率
9、有关，具有高优先级。第17页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.1空管通信的体制l l利用航空数据链技术产生了一种新的监视手段利用航空数据链技术产生了一种新的监视手段自动自动相关监视相关监视（ADSADS）l l自动相关监视（自动相关监视（自动相关监视（自动相关监视（ADSADS）的定义：）的定义：）的定义：）的定义：自动相关监视是用于空中交通服务（自动相关监视是用于空中交通服务（ATS）的一种）的一种技术，即飞机通过数据链自动提供机载导航和定位技术，即飞机通过数据链自动提供机载导航和定位系统导出的各种数据。系统导出的各种数据。l l释义：释义：释义：释义：AutomaticAuto
10、matic（自动）：无需机组人员人工发送信息。（自动）：无需机组人员人工发送信息。（自动）：无需机组人员人工发送信息。（自动）：无需机组人员人工发送信息。DependentDependent（相关）：地面依据飞机的报告得知飞机的（相关）：地面依据飞机的报告得知飞机的（相关）：地面依据飞机的报告得知飞机的（相关）：地面依据飞机的报告得知飞机的 位置，信息来自飞机本身而不是地面站。位置，信息来自飞机本身而不是地面站。位置，信息来自飞机本身而不是地面站。位置，信息来自飞机本身而不是地面站。Surveillance(Surveillance(监视监视监视监视)：飞机的位置得到监视。：飞机的位置得到监视
11、。：飞机的位置得到监视。：飞机的位置得到监视。第18页，共192页，编辑于2022年，星期二ATNATS网及各种地面网及各种地面专用网络专用网络IMMRSSATGNSS显示显示数据链数据链Ground信源信源数据链（数据链（B模式）模式）ADS 技术原理简介技术原理简介第19页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2 3.2 空管通信的体制及技术空管通信的体制及技术l l3.2.1空管通信的体制l l3.2.2空管数据链通信技术第20页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.2空管数据链通信技术l l已使用和即将使用的数据链技术包括：1.S模式二次雷达数据链它是下一代地基雷达监视系统
12、，与A、C模式数据链交互通信，同时提供独立的监视能力，并且完全与ATN兼容使用选择询问的技术，排除了使用选择询问的技术，排除了A A、C C模式现存的问题。模式现存的问题。并与之完全兼容并与之完全兼容支持现在使用1030MHz/1090MHz的飞机通信选址报告系统（ACARS）第21页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.2空管数据链通信技术2、VDL模式1低速的、面向比特的数据传输系统在甚高频频段，调制方式为AMMSK使用载波侦听多路访问（CSMA）的媒质访问方式物理层与现有ACARS系统一致，速率为2400bit/s采用地面网管集中处理的方式。第22页，共192页，编辑于2022年
13、，星期二3.2.2空管数据链通信技术3.VDL3.VDL模式模式2 2l l类似类似VDLVDL模式模式1 1，使用差分，使用差分8 8相相移键控（相相移键控（D8PSKD8PSK）调）调制制速率31.5Kbit/s。在欧、美广泛应用。4.VDL4.VDL模式模式3 3l l是目前ICAO建议未来的系统，调制方式为D8PSK，速率为31.5Kbit/s。使用使用TDMATDMA方式，每方式，每120ms120ms为一帧，每帧为一帧，每帧4 4个个30ms30ms的时的时隙，每个时隙形成独立的双向地空链路，上、下行链路隙，每个时隙形成独立的双向地空链路，上、下行链路使用同一频率，可以传输模拟话音
14、，也可传输数据。使用同一频率，可以传输模拟话音，也可传输数据。第23页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.2空管数据链通信技术l l5.VDL模式4l lVDLVDL模式模式4 4是瑞典推出的一种甚高频数据链，它以标准的是瑞典推出的一种甚高频数据链，它以标准的25KHz25KHz带宽进行数据通信。带宽进行数据通信。l l媒质访问方式是媒质访问方式是S STDMATDMA，基于，基于OSIOSI参考模型，支持参考模型，支持19.2Kbit/sGFSK19.2Kbit/sGFSK调制速率和调制速率和31.5Kbit/sD8PSK31.5Kbit/sD8PSK调制速调制速率。率。l l信道
15、被划分为固定时间长度的时隙。信道被划分为固定时间长度的时隙。l l与与VDLVDL模式模式3 3不同的是它不需要地面处理和管理设施，不同的是它不需要地面处理和管理设施，但目前不支持话音通信，只支持各种地空、空空数据但目前不支持话音通信，只支持各种地空、空空数据链通信应用。链通信应用。第24页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.2空管数据链通信技术l l6.高频数据链支持飞机使用短波完成数据通信，面向比特，符合支持飞机使用短波完成数据通信，面向比特，符合OSIOSI模型。模型。7.AMSSl l支持地空数据链通信的实施。以三种主要方式运行：支持地空数据链通信的实施。以三种主要方式运行：
16、静止轨道卫星（GEOS）、中轨道卫星（MEOS）、低轨道卫星（LEOS）。航空移动卫星（航路）业务（航空移动卫星（航路）业务（AMSAMS（R R）S S）是）是AMSSAMSS中中的特殊部分，提供独立的的特殊部分，提供独立的ATCATC服务，移动地球站安装在飞服务，移动地球站安装在飞机上。机上。第25页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.2空管数据链通信技术l l8.MLS8.MLSl l是满足所有各型飞机、各类精密进近着陆引导、所有运是满足所有各型飞机、各类精密进近着陆引导、所有运行需求的系统。行需求的系统。l l使用差分相移键控（DPSK）调制、反复发送、周期冗余检查和低比特误
17、码率来确保其完整性和性能。该链路支持导航地基增强系统（GBAS）。l lMLSMLS运行在运行在503050305091MHz5091MHz，以，以300kHz300kHz的频道间隔提的频道间隔提供供200200个通道。个通道。MLSMLS提供对空数据广播能力来支持执行提供对空数据广播能力来支持执行精密进近所必要的数据，包括基本的精密进近所必要的数据，包括基本的MLSMLS数据、数据、MLSMLS区域导航数据和地面风数据。区域导航数据和地面风数据。第26页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.2空管数据链通信技术9.9.导航数据链导航数据链l l第一代第一代GNSSGNSS基于基于GP
18、SGPS和和GLONASSGLONASS导航卫星星座，一般导航卫星星座，一般通过其增强系统来改善精度、完整性、连续性和可用性，通过其增强系统来改善精度、完整性、连续性和可用性，包括星基增强系统（包括星基增强系统（SBASSBAS）和地基增强系统（）和地基增强系统（GBASGBAS）l lSBASSBAS服务的覆盖面与同步卫星的相同服务的覆盖面与同步卫星的相同GBASGBAS使用的使用的频段可从频段可从C C波段或者甚高频波段选择。在甚高频波段波段或者甚高频波段选择。在甚高频波段上其调制方式为上其调制方式为D8PSKD8PSK或者或者GFSKGFSK。l lD8PSK工作在108117.975M
19、Hz，选用ILS和全向信标台（VOR）使用的导航频段的信道间隔。l lGFSK将使用相同频段，TDMA调制方式，不具备运行在25kHz频道间隔的能力。第27页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.2空管数据链通信技术l l10.ACARSl lACARS是基于甚高频的数据通信系统，通过发送一套预先编码的电报交换各种信息l l面向字符，不满足ISO的OSI/RM7层体系结构。采用MSK调制的模拟电台，信息传输率最高只能达到2.4Kbit/sl l采用的ARINC618协议和ARINC620协议是典型的文本电报字符格式第28页，共192页，编辑于2022年，星期二3.2.2空管数据链通信技
20、术CNS/ATM数据链一览表CNS/ATM数据链一览表数据链一览表第29页，共192页，编辑于2022年，星期二内容安排内容安排3.1空管通信的特点3.2 3.2 空管通信的体制及技术空管通信的体制及技术3.3 3.3 空管数据链通信系统空管数据链通信系统 3.4 ATN 3.4 ATN 3.5 3.5 中国民航甚高频数据链技术的应用与发展中国民航甚高频数据链技术的应用与发展 第30页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3空管数据链通信系统本节主要介绍数据链通信系统包括甚高频数据链、卫星数据链、高频数据链和S模式二次雷达数据链l l3.3.1甚高频数据链系统l l3.3.2卫星数据链系统
21、l l3.3.3高频数据链系统l l3.3.4S模式二次雷达数据链系统第31页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1甚高频数据链系统l l由于甚高频数据链系统传输延时小、机载设备和地面设备简单、经济等优点得到广泛使用l l再过内建立约80个远端地面站（RGS）和网络管理与数据处理系统，具备提供除西部部分航路之外干线航路的地空甚高频覆盖能力第32页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1甚高频数据链系统l l甚高频数据链系统主要有以下特点：（1）甚高频电波传播特性是直线传播，电离层不能反射，故而是在视线范围内传播，覆盖范围一般只限于以地面为中心的一定半径范围内。（2）对于地面站
22、和机载设备频率范围，甚高频信道均匀分布于118MHz至136.975MHz之间，信道间隔为25kHz，共760个信道。（3 3）公共信令信道（）公共信令信道（CSCCSC）设定为）设定为136.975MHz136.975MHz。（4 4）提供独立代码和独立字节的数据传输。）提供独立代码和独立字节的数据传输。（5 5）提供链路层广播服务。）提供链路层广播服务。第33页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1甚高频数据链系统甚高频地空数据链网络组成示意图甚高频地空数据链网络组成示意图 第34页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1甚高频数据链系统l l典型应用如下：典型应用如下：
23、（1 1）ADSADS系统系统（2 2）CPDLCCPDLC（3 3）飞机放行许可（）飞机放行许可（PDCPDC）（4）海洋放行许可（OC）（5）数字自动终端信息服务应用（DATIS）（6 6）ADSADSB B（7 7）CNS/ATMCNS/ATM航路航路第35页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1甚高频数据链系统3.3.1.1 甚高频数据链的发展甚高频数据链的发展第36页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.2甚高频数据链的分层结构l lICAO对甚高频数据链系统的网络体系结构进行了标准化，按照OSI参考模型的7层体系结构，定义了甚高频数字链设计标准第37页，共19
24、2页，编辑于2022年，星期二3.3.1.2甚高频数据链的分层结构 VDL 7层体系结构的定义和功能层体系结构的定义和功能 第38页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.2甚高频数据链的分层结构l l7层体系结构分析：层体系结构分析：l l最低3层（物理层、数据链路层、网络层）实现通信子网的功能，l l最高3层（会话层、表示层、应用层）实现用户的应用要求，l l传输层则在最低3层通信子网的基础上为最高3层协议提供源端系统到目的端系统之间可靠的数据通信，是低层子网通信和高层用户应用之间的隔离层。第39页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.2甚高频数据链的分层结构数据链的
25、分层结构比较数据链的分层结构比较第40页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.3ACARS系统l l70年代末期，美国ARINC公司研制典型甚高频空地的数据链ACARSl lACARS系统主要由机载设备、地面设备和网络控制中心（中央交换系统）组成。l lACARS的频率间隔为25KHz，数据传输速率为2.4Kbit/s，采用单信道半双工的工作方式。l l甚高频通信是视距通信，覆盖范围与飞行高度有关第41页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.3ACARS系统ACARS系统组成框图系统组成框图第42页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.3ACARS系统ACA
26、RSACARS系统组成分析系统组成分析系统组成分析系统组成分析1.1.机载设备：增加了一个机载设备：增加了一个ACARSACARS通信管理单元通信管理单元CMUCMU。一方面与标准机载收发信机相连，另一方面与其他机一方面与标准机载收发信机相连，另一方面与其他机载数据终端设备相连。完成数据处理等功能载数据终端设备相连。完成数据处理等功能2.2.地面设备：在地面布置甚高频地面设备：在地面布置甚高频RGSRGS网络，增加了一个网络，增加了一个数据控制与接口单元（数据控制与接口单元（DCIUDCIU）3.3.中央交换系统：实现多个飞机和多个中央交换系统：实现多个飞机和多个RGSRGS机站的多机站的多用
27、户通信。实现航空公司和用户通信。实现航空公司和ATSATS用户间的资源的共用户间的资源的共享，实现空地终端间的自动数据通信享，实现空地终端间的自动数据通信 第43页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.3ACARS系统l l为了消除由于信道过分拥挤造成延迟，ARINC采用了广播调频或多基频技术，提高了ACARS在重要机场的可靠性。l l新的ACARS系统采用甚高频数字链路技术，即VDL模式2，它采用面向比特协议l l调制方式为D8PSK，速率可达31.5Kbit/sl l下面继续介绍VDL模式2第44页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2概述概述l lV
28、DLVDL模式模式2 2是是ATNATN地空移动通信的主要方式，以面向比特地空移动通信的主要方式，以面向比特的方式传输，传输速率达到的方式传输，传输速率达到31.5kbit31.5kbit。采用。采用ISO8208ISO8208面向面向连接的方式与机载子网、地面子网一起构成了地空统一网连接的方式与机载子网、地面子网一起构成了地空统一网络络l lVDLVDL模式模式2 2作为作为ATNATN的一种移动子网，承载着地空移动通的一种移动子网，承载着地空移动通信中的网络层数据包。规定了地空移动通信的物理层、链信中的网络层数据包。规定了地空移动通信的物理层、链路层和子网层协议。链路层协议由路层和子网层协
29、议。链路层协议由MACMAC子层、子层、DLSDLS和链和链路管理子层组成。其中采用的是路管理子层组成。其中采用的是HDLCHDLC协议的子集协议的子集AVLCAVLC。l l基本结构如下图：第45页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2概述概述 VDL模式模式2协议结构协议结构 第46页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2物理层协议与服务l l物理层为数据链路层的比特数据传送建立、维持和取消连接。l l数据链路层的用户数据通过服务原语传递到物理层，物理层通过甚高频信道将数据送到通信另一端的物理层。l l物理层再通过服务原语将数据传送到数据
30、链路层。第47页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2物理层协议与服务1 1、物理层的功能、物理层的功能收发频率控制：物理层的频率选择根据链路层的请求而定通告功能：通过信号质量指示参数来通告信号质量数据发射功能：指物理层将从链路层收到的数据经过适当地编码通过射频（RF）信道发送数据接收功能：指将接收到的数据解码，使高层应用能够准确读出第48页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2物理层协议与服务2 2、VDLVDL模式2 2的发送特点的发送特点调制方案：采用D8PSK调制，用=0.6升余玄滤波器，将要发送的信息每三个比特组成一个符号作为相位的
31、变化编码：一个进入差分数据编码器的二进制数据流被转换为三个独立的二进制数据流X、Y、Z调制速率：调制速率为10500符号/秒，所以比特率10500*3=31.5Kbit/s 编码相位编码相位 第49页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2物理层协议与服务 训练序列：训练序列：（a a）发射机功率稳定和接收机设置：）发射机功率稳定和接收机设置：即即000000000000000000000000（b b）同步和模糊分辨：）同步和模糊分辨：（c c）保留符号：）保留符号：000000（d d）发射数据长度）发射数据长度（e e）FECFEC帧头帧头FECFEC：l lFE
32、CFEC编码采用系统定长编码采用系统定长RSRS编码。编码。249249字节一帧的数据，可以纠正字节一帧的数据，可以纠正3 3个字节个字节的错误。的错误。l l原始多项式为原始多项式为l l生成多项式为：生成多项式为：第50页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2物理层协议与服务交织（Interleaving）：每一帧数据位包含249个字节，共2498=1992bit3、侦听算法（CSMA）：l l在发送数据或语音包之前运行CSMA时，VDL模式2接收机可以通过能量检测算法来检测信道是否空闲l l信道从忙到空闲的检测及信道从空闲到忙的检测的方法见书第51页，共192页
33、，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2物理层协议与服务4、物理层与链路层的接口：l l物理层与链路层的接口由数据原语、频率改变原语、信道侦听原语、信号质量原语、对等地址原语、信道占用原语组成5、物理层与物理设备接口：l l物理层与物理设备接口由发射原语、接收原语组成注：以上原语见网络总结图：第52页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务l l链路层负责将信息从一个网络实体传送到另一个网络实体，传送错误通告，以及提供如下服务：l l帧的组合与拆分、建立帧同步、抛弃非标准帧、帧差错的检测与控制、RF信道的选择、地址识别、产生帧校验序列。l l
34、链路层通过RF信道提供基本的比特传输。l l链路层的数据在地空收发设备中作为比特流进行传输。第53页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务1、MAC子层：l lMAC子层对共享信道提供对DLS子层透明的获取功能。MAC子层的服务主要包括两个部分：利用P坚持CSMA算法进行多路接入，以及信道拥塞通告服务，具体包括：多址方式：利用CSMA算法让所有的地面站有平等的机会发送数据第54页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务信道拥塞检测：l l当检测出通道拥塞时，MAC子层将向甚高频管理实体（VME）子层通告。l l在
35、试图接入通道之前，MAC子层必须保证信道是空闲的。实现过程：1.1.发射端在试图进行传输之前首先侦听信道，等待信道的空闲。2.2.当确定信道空闲的时候，试图以概率p进行传输，而以概率1p后退等待。在一个最大访问次数M1之后，MAC子层将在信道空闲之后立刻传输包。第55页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务3.3.如果经过计时器TM2时间帧仍未被传送，则MAC子层将检测出拥塞，并通告VME子层。4.4.P坚持CSMA算法允许在达到系统吞吐量最佳、传输延迟最小和冲突最少的时候，所有的基站都有机会进行传输。具体时间如下：MAC子层参数子层参数 第56页，共
36、192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务2、DLSDLS：l lDLSDLS利用利用AVLCAVLC协议支持面向比特的地空通信服务，包协议支持面向比特的地空通信服务，包括：括：a.a.帧顺序：接收端的帧顺序：接收端的DLSDLS子层保证重复的帧被丢弃，且所有的帧子层保证重复的帧被丢弃，且所有的帧都出现且只出现一次。都出现且只出现一次。b.b.差错检测：差错检测：DLSDLS子层保证检测并丢弃所有在传输中出现子层保证检测并丢弃所有在传输中出现差错的帧。差错的帧。c.c.站识别：站识别：DLSDLS子层通过点到点的连接接收且只接收发向它自子层通过点到点的连接接收
37、且只接收发向它自己的帧。己的帧。d.d.广播地址：广播地址可被所有接收者识别和接收。广播地址：广播地址可被所有接收者识别和接收。e.e.数据传送：数据将在数据传送：数据将在VDLVDL信息帧（信息帧（INFOINFO）、用户接口帧（）、用户接口帧（UIUI）、）、标识交换帧（标识交换帧（XIDXID）的信息域中被传送。）的信息域中被传送。第57页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务VDL模式2帧结构：l l模式模式2 2帧结构按照帧结构按照ISO3309ISO3309帧结构，如图：帧结构，如图：VDL模式模式2帧结构帧结构 第58页，共192页，编辑
38、于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务l lVDL模式2帧结构分析：l l地址结构：地址域包括8个字节，每个字节的最小有效比特（LSB）为扩展保留位。l l地址域：地址域包含目的地址域和源地址域。目的地址域包含目的DLS地址或广播地址，源地址域包含一个DLS地址。l l广播地址：广播地址仅做为目的地址用于UI帧和XID帧中，用来广播地面站信息。l l链路控制域：该字节的编码参照ISO4335。第59页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务DLSDLS层与上一层的接口原语层与上一层的接口原语：注：以上原语见网络总结图：注：以上原语
39、见网络总结图：3 3、LMELME：l lDLEDLE存在于数据链路子层中，提供面向连接的点到点存在于数据链路子层中，提供面向连接的点到点的链路。的链路。LMELME用于建立和管理用于建立和管理DLEDLE之间的连接之间的连接 l l一个一个VDLVDL模式模式2 2地面系统包括甚高频地面站，提供与地面系统包括甚高频地面站，提供与ATNATN连接的地面网络和一个连接的地面网络和一个VMEVME，来管理与地面站建，来管理与地面站建立连接的立连接的VDLVDL模式模式2 2飞机。飞机。第60页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务l lLME提供的服务有：
40、提供连接和改变连接通告l l提供连接：每一个地面VME为每一架飞机产生一个LME，同样，每一个机载VME将为每个地面系统产生一个LMEl l改变连接通告：VME将通知中间系统系统管理实体（SME）链路连接的变化第61页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2链路层协议与服务LME的工作过程：l l频率管理过程：频率搜捕过程。l l链路连接过程：机载和地面LME将用如下过程来维护甚高频数据链。LME与上一层的接口：l l提供一系列原语，具体见网络总结，如下图：提供一系列原语，具体见网络总结，如下图：第62页，共192页，编辑于2022年，星期二9/24/2022 63子网
41、层子网层媒体访问控制层物理层物理层队列管理子层逻辑链路控制子层数字链路服务子层3链路管理实体3数字链路服务子层2数字链路服务子层1链路管理实体2链路管理实体1RF_IDLE.indication RF_BUSY.indicationRF_OCC.indicationRF_PDU.transmit RF_PDU.receivePH_IDLE.indicationPH_BUSY.indicationPH_DATA.requestMA_CTS.indicationMA_RTS.requestMA_EVENT_TM2.indication PH_FREQ.requestPH_ADD.requestPH
42、_DATA.indicationPH_OCC.indicationPH_SQP.indDL_RST_DM.requestDL_XID.requestDL_XID.indicationDL_RST_N2.indicationDL_RST_TM2.indicationDL_RST_DM.indicationDL_DISC.indicationDL_RST_N2.indicationDL_RST_TM2.indicationDL_RST_FRMR.indicationTX_EVENT_TM2.indicationTX_QUEUE.requestTX_EVENT_TM2.indicationTX_QU
43、EUE.requestDL_DATA.indicationDL_DATA.request数据链路层数据链路层第63页，共192页，编辑于2022年，星期二9/24/2022 64飞机链路层 甚高频管理实体链路管理实体1逻辑链路子层数据链路实体1地面站链路层逻辑链路子层广播广播XIDXID帧帧DL_XID.indDL_XID.indXID.reqXID.req 甚高频管理实体DL_XID.indDL_XID.indXID.reqXID.req建立建立DLEDLE实体实体DL_UNBLOCK.reqDL_UNBLOCK.req链路管理实体1数据链路实体1广播广播XIDXID帧帧建立建立DLEDLE
44、实体实体broadcastLINK飞机链路层 甚高频管理实体链路管理实体1数据链路实体1逻辑链路子层数据链路实体2broadcastLINK链路管理实体2第64页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2网络层协议与服务l lVDL模式2子网层协议的功能包括：对重复、丢失、无效分组的处理，以及对分组包的路由和转发功能。子网协议被称为子网接入协议：（SNACP）l l其中网协议数据单元（SNPDU）是指当收到链路层帧时，其净荷部分l l包括三个部分：第65页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2网络层协议与服务1、子网层服务：l l按照ISO820
45、8标准，提供的服务包括如下四个方面：子网连接管理：使用相应的分组类型、过程和设施来建立、结束和管理子网连接。关键：连接的双方端点尽可能多地保留连接状态信息分组的拆分和重组：允许子网用户对大的数据单元进行拆分传送，接收将数据端重组第66页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2网络层协议与服务错误恢复：VDL模式2中，采用拒绝帧分组进行通信子网级的错误恢复。这些分组将使发送端子网实体重传错误的数据包。连接流量控制：连接流量控制采用分组序列号和滑动窗口实现。第67页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2网络层协议与服务2、VDL模式2分组格式：l
46、l分组序号采用模8格式。格式遵照ISO8208的规定，选用快速选择设施3、VDL模式2所支持的设施：l l设施包括：l l分组重传；非标准省略包大小；非标准省略窗口大小；流量控制参数协商；快速选择；被叫线地址更改通告；被叫地址扩展第68页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2OPENET仿真实例第69页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2仿真分析1 1、目的：、目的：系统可靠性验证，确保系统的正确运行；系统可靠性验证，确保系统的正确运行；分析系统固有参数对系统性能的影响情况分析系统固有参数对系统性能的影响情况2 2、网络拓扑、网络拓扑：l
47、l飞机节点都包含自己的应用设置，互相独立和向地飞机节点都包含自己的应用设置，互相独立和向地面进行数据通讯。如：飞机与地面站发送和接收消面进行数据通讯。如：飞机与地面站发送和接收消息消息息消息l l理想情况下，飞机数量最多设置为理想情况下，飞机数量最多设置为140140架，仿架，仿真时间周期设置为真时间周期设置为2424小时。小时。l l仿真结果如下：仿真结果如下：第70页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2仿真分析 网络拓扑网络拓扑 第71页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2仿真分析3 3、节点模型、节点模型：l l节点代表了实际的通信
48、实体，如固定节点地面站和移节点代表了实际的通信实体，如固定节点地面站和移动节点飞机，每个节点运行一定的网络协议以便能够动节点飞机，每个节点运行一定的网络协议以便能够进行通信进行通信 l l按照ISO的标准层次设计和OPNET的建模需要各层简化为应用层、子网层、链路层、物理层。l l应用层作用产生包并最终接收包；应用层作用产生包并最终接收包；l l链路层又包括链路层又包括DLSDLS子层、子层、MACMAC子层；子层；l l物理层主要采用了信道设计物理层主要采用了信道设计，收发信机设计的方法，收发信机设计的方法 l lVDLVDL模式模式2 2模型的层次结构如下图：模型的层次结构如下图：第72页
49、，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2仿真分析移动节点模型图移动节点模型图第73页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2仿真分析移动节点模型图 移动节点模型层次图移动节点模型层次图第74页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2仿真分析4、仿真结果：a.a.第一组第一组第一组第一组:吞吐量随飞机数量与吞吐量随飞机数量与数据更新率的变化曲线数据更新率的变化曲线 平均延迟随飞机数量平均延迟随飞机数量与数据更新率的变化曲线与数据更新率的变化曲线第75页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2仿真分析b
50、.第二组，分析报文长度与飞机数量对系统吞吐量的影响第二组，分析报文长度与飞机数量对系统吞吐量的影响 吞吐量随飞机数量与报文长度的变化曲线吞吐量随飞机数量与报文长度的变化曲线第76页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2仿真分析c.第二组，验证并寻找系统实际负载的临界点并得到系统的最佳工第二组，验证并寻找系统实际负载的临界点并得到系统的最佳工作范围作范围 吞吐量随实际负载的变化曲线吞吐量随实际负载的变化曲线 信道效率随实际负载的变化曲线信道效率随实际负载的变化曲线第77页，共192页，编辑于2022年，星期二3.3.1.4VDL模式2仿真结果总结l l对VDL模式2进行