نسل بعدی ارتباطات داده‌ای

نسل بعدی ارتباطات داده‏ای ( Nexcom یا Data Comm ) از برنامه‌های پیش‌ روی سیستم‏های حمل و نقل هوایی است. این برنامه در عین حال که امنیت و ایمنی تجهیزات را بهبود می‏بخشد، حجم ارتباطات بین کنترل‌کننده زمینی با خلبان را به طور قابل توجهی کاهش می‏دهد.

در حریم هوایی فعلی ایالت متحده آمریکا، به دلیل انجام ارتباطات بین هواپیماها از طریق ارتباطات صوتی، امکان بروز خطا وجود دارد. به عنوان نمونه اگر در حین پرواز کنترل‌کننده زمینی تصمیم به تغییر مسیر پرواز بگیرد، نیاز به اجرای تعدادی دستورالعمل برای مسیردهی مجدد بوده تا مسیر جدید پرواز به خلبان اعلام شود. در اجرای مکرر این عملیات از طریق ارتباطات صوتی، احتمال بروز خطا زیاد است. علاوه بر این مکالمات بین خدمه پرواز و کاربران کنترل‌کننده زمینی از طریق ارتباطات صوتی روی عملکرد و بازدهی سیستم مدیریت پرواز نیز تاثیرگذار است. به طور واضح می‌توان گفت ارتباطات صوتی در مقایسه با ارتباطات داده‌ای نیازمند حجم کاری و زمان بیشتری است و در نتیجه آن پاسخگویی به ترافیک هوایی دشوارتر می‌شود.

در حال حاضر با روی کار آمدن ارتباطات داده‌ای، خلبانان و کنترل‌کننده ترافیک هوایی از طریق روشی جدید تحت عنوان Data Comm در حال تبادل اطلاعات هستند. این سیستم اکنون در بسیاری از هواپیماها به کار رفته و آن‌ها قادر به ارسال و دریافت دستورالعمل‌های پرواز با استفاده از پیام‌های متنی دیجیتال هستند. سیستم مذکور با سایر تجهیزات اویونیکی هواپیما ارتباطات مستقیم را برقرار کرده و به طور خودکار تولید، دریافت، مسیریابی و انتقال پیام را انجام می‌دهد. در آینده‌ای نزدیک خلبانان و کنترل‌کننده ترافیک هوایی قادر به تبادل اطلاعات زیادی از جمله دستورالعمل‌ها، درخواست‌ها و گزارشات از طریق پیام‌های متنی به جای گفت‌و‌گو روی فرکانس‌های رادیویی خواهند بود. بنابراین نتیجه عملکرد این فناوری کاهش قابل توجه در حجم کاری کنترل‌کننده و خدمه پرواز است.

فواید NexComm (Data Comm)

طراحی سیستم Data Comm بر اساس فناوری‌های نوین دنیای الکترونیک و کامپیوتر فواید بسیاری را برای اپراتورها و کنترل‌کننده‌ها فراهم می‌کند. همین موضوع توجه بسیاری از نهادهای منطقه‌ای و بین‌المللی از جمله FAA را به خود جلب کرده است.

از نظر اقتصادی انتظار می‌رود با اجرای سیستم Data Comm در یک چرخه 30 ساله، حدود 10 میلیارد دلار در هزینه اپراتورها و حدود 1 میلیارد دلار در هزینه‌های عملیاتی صرفه‌جویی شود. همچنین صرفه‌جویی قابل توجه در زمان از دیگر مزایای عمده Data Comm به شمار می‌رود. به عنوان مثال برای تغییر مسیر پرواز یک هواپیما با استفاده از ارتباطات صوتی ممکن است دو تا سه برابر بیشتر از ارتباطات داده‌ای Data Comm زمان صرف شود. این مسئله با وجود افزایش ترافیک هوایی در برخی از مناطق نگران‌کننده است. همچنین در برخی از فرودگاه‌ها دستورالعمل‌های ناوبری باید چند بار قبل از برخاستن هواپیما اعلام شود؛ در حالی که با استفاده از برنامه Data Comm ارسال و دریافت دستورالعمل‌ها با سرعت و به صورت الکترونیکی انجام می‌شود تا از تاخیر در ارتباطات جلوگیری شود.

از سوی دیگر ارتباطات صوتی ممکن است باعث بروز خطاهای عملیاتی شود. به عنوان مثال در کنترل ترافیک هوایی پیام مبنی بر آزاد کردن ترافیک هوایی برای یک هواپیما ممکن است توسط هواپیمایی دیگر شنیده شود یا انتقال پیام به علت تراکم فرکانس‌های رادیویی با تاخیر صورت گیرد. بنابراین از طریق ارتباطات داده‌ای و بدون نیاز به صرف هزینه‌های زیاد در بخش‌هایی مانند زیرساخت‌ها، تعمیر و نگهداری و آموزش می‌توان با کاهش حجم کاری، ظرفیت ترافیک هوایی را افزایش داد. در نتیجه منابع مورد نیاز برای بهبود سرویس‌های مدیریت ترافیک هوایی کاهش پیدا می‌کنند.

علاوه بر این استفاده از داده‌های بلادرنگ هواپیما توسط سیستم‌های زمینی برای رسم مسیرهای 4 بعدی (ناوبری عمودی و افقی، سرعت زمینی و ناوبری طولی)، پیش‌بینی و برنامه‌ریزی دقیق مدیریت انتقال پیام و عملیات کنترل ترافیک هوایی تاکتیکی را امکان‌پذیر می‌کند.

تحمل بالای سیستم Data Comm در رویدادهای غیر منتظره از دیگر مزایای این سیستم به شمار می‌رود. در ارتباطات صوتی امکان بروز اختلالات الکترومغناطیسی بسیار بیشتر از ارتباطات داده‌ای است. طبق طراحی‌های انجام شده در سیستم Data Comm تاثیرات الکترومغناطیسی بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته و همچنین برای تضمین صحت اطلاعات تبادل شده، امکان افزونگی (Redundancy) ارسال داده‌ها از مبدا به مقصد پیش‌بینی شده است. همچنین در پروتکل‌های در نظر گرفته شده برای سیستم Data Comm امکان رله کردن اطلاعات توسط هواپیماهای دیگر نیز وجود دارد. با استفاده از این ویژگی ارسال پیام به اهدافی که خارج از محدوده پوشش سیگنال فرستنده قرار دارند امکان‌پذیر شده است.

علاوه بر این مزایا، Data Comm موجب استفاده بهینه از حریم هوایی و هواپیماها می‌شود. با داشتن اطلاعات دقیق‌تر از وضعیت پرواز هر هواپیما بصورت بلادرنگ، امکان طرح‌ریزی دقیق‌تر ترافیک هوایی و به دنبال آن کاهش فاصله بین هواپیماها فراهم می‌شود. با چنین تغییراتی ضمن افزایش ایمنی، طول زمان پروازها کاهش یافته و  همچنین باعث کاهش مصرف سوخت هواپیماها و پاسخگویی به ترافیک هوایی آینده خواهد شد.

آینده Data Comm

با کمک شرکت هاریس

[1] و طبق برنامه FAA، یکپارچه‌سازی Data Comm در ایالات متحده تا سال 2019 به پایان خواهد رسید. با این وجود در حال حاضر حدود 60 فرودگاه در ایالات متحده به زیرساخت‌های این سرویس تجهیز شده و به صورت محدود مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌اند. با تکمیل این برنامه علاوه بر نواحی فرودگاهی، سرویس Data Comm از طریق 20 مرکز در سراسر ایالت متحده اتصال کنترل‌کننده‌های زمینی به هواپیما را در حین پرواز نیز فراهم می‌کنند.

در آینده کنترل‌کننده قادر است دستورالعمل‌های ناوبری جدید را با سرعت به چند هواپیمای در حین پرواز ارسال کند و مسیر هواپیما را در شرایطی مانند رعد و برق و تشخیص سایر خطرات تغییر دهد.

کاربرد Data Comm در DCL

مفهوم ارتباطات دیجیتالی کنترل‌کننده و خدمه پرواز فناوری جدیدی نیست. پیش از این مشابه به همین عملیات بر روی حریم‌های هوایی اقیانوسی با فناوری FANS قابل انجام بوده است اما کاربرد آن در محیط فرودگاهی و برای فرایندهای پیچیده تفکیک عملیات خروج هواپیماها از فرودگاه (DCL[2]) گامی جدید خواهد بود.

همکاری شرکت هاریس به عنوان یکی از تولیدکنندگان تجهیزات زمینی با اداره هوانوردی فدرال و درک بهتر از مزایای ارتباطات متنی دیجیتال، حرکت به سوی Data Comm را سرعت بخشیده است. در آگوست 2015 یک برج کنترل ترافیک هوایی (ATC) برای اولین بار شروع به ارائه خدمات DCL از طریق ارتباطات متنی دیجیتالی کرد.

با تست این سیستم در دو فرودگاه ممفیس[3] و نیوآرک[4] نهادهای مرتبط به تعدادی از مزایای Data Comm در DCL پی بردند. در این رابطه جاش کندریک[5] مدیر عامل بخش فنی شرکت FedEx به عنوان یکی از بهره‌برداران این پروژه اولین و مهم‌ترین مزیت Data Comm را امنیت می‌داند. کندریک می‌گوید: «خطاهای انسانی در ارتباطات صوتی کنترل‌کننده و خلبان به خوبی مستند شده است. اما در این روش، قابلیت بارگذاری کامل اطلاعات DCL بر روی سیستم مدیریت پرواز وجود داشته و بنابراین خطاهای ارتباط صوتی کاملا حذف می‌شود». دومین مزیت این روش از دید آقای کندریک، امکان اصلاح DCL توسط کنترل‌کننده در شرایط خاص (مثلا تغییر شرایط آب و هوایی) است. در نتیجه حجم کاری موجود در ارتباطات صوتی بطور عمده کاهش پیدا می‌کند.

اجرا و پیاده‌سازی DCL در سیستم اویونیکی FANS اولین مرحله از برنامه Data Comm است و به دنبال آن سرویس‌های مخابرات داده دیجیتالی حین مسیر پرواز آغاز خواهد شد. اکنون این روش برای 20 مرکز کنترل ترافیک هوایی فعال در مسیر در حال توسعه است و ارتباطات مهم را بین کنترل‌کننده و خلبان هواپیما برقرار می‌کند.

شبیه‌ساز کنترل ترافیک هوایی با ارتباطات داده‌ای

در حال حاضر برخی از هواپیماها با سیستم‌های اویونیکی FANS تجهیز شده‌اند و همین امر موجب شده تا بخشی از ناوگان حمل و نقل‌های هوایی آماده پذیرش Data Comm باشند. طبق گزارش FAA، تا اواخر سال 2016 بیش از 800 هواپیما به تجهیزات FANS تجهیز شده و طبق برنامه امید است تا سال 2019، 1900 هواپیما از این سیستم استفاده کنند.

اینفوگرافی از سیستم Data-Comm در صنعت هوانوردی و اویونیک

 

اتصال و امنیت

با وجود برنامه‌ریزی‌های انجام شده در رابطه با پروتکل‌ها و نحوه برقراری ارتباطات در سیستم Data Comm، برخی از محققان و صاحب‌نظران نگرانی‌هایی در رابطه با امنیت آن دارند. رئیس شرکت AirSatOne که ارائه‌دهنده خدمات مخابرات ماهواره‌ای (Satcom) به اپراتورهای هواپیماهای تجاری است، اینطور بیان می‌کند: «اتصالات VHF (هوا به زمین) برای Data Comm به دلیل حساسیت زیاد به تراکم ایمن نیستند. این در حالی است که ارتباطات ماهواره‌ای به سختی ردیابی شده و ذاتا بسیار امن هستند». او همچنین به تفاوت‌های مهم در عملیات مخابرات ماهواره‌ای و لینک داده VHF اینطور اشاره می‌کند: « در حال حاضر امکان اتصال لینک داده مخابراتی FANS 1/A، سیستم اطلاعات پرواز هوابردی[6] (AFIS)، سیستم گزارش‌دهی، آدرس دهی و مخابرات هواپیما[7] (ACARS) و Data Comm همگی از طریق یک لینک مجزا ماهواره‌ای به کابین وجود دارد. در نتیجه از طریق آن پیام‌های ATC با اولویت بالاتر نسبت به سایر اطلاعات ارسال می‌شوند. همچنین به دلیل مجزا بودن لینک مخابراتی، استفاده از آن در کابین خلبان بر روی پهنای باند کابین تاثیر نمی‌گذارد و ارتباطات مهم در عرشه پرواز فراهم می‌شود».

 

پانویس ها:

[1] Harris Corp

[2] Departure Clearance

[3] Memphis

[4] Newark

[5] Josh Kendrick

[6] Airborne Flight Information System

[7] Aircraft Communications, Addressing and Reporting System