کاربرد مجموعه پروتکل‌های اینترنت در سرویس‌های ایمنی هوایی

[1] (IPS) که اغلب با عنوان TCP/IP شناخته می‌شود، به منظور ایجاد زیرساخت‌های یک شبکه کارآمد و قوی در صنعت مخابرات و کامپیوتر ایجاد شدند. موفقیت استفاده از این پروتکل‌ها در بخش تجاری موجب شد تا زمینه‌ بهره‌مندی از آن در صنعت هوایی نیز فراهم شود. از اینرو اداره هوانوردی فدرال اقدام به طرح پروژه‌هایی برای ورود IPS به سیستم‌های اویونیک و تجهیزات زمینی مرتبط با هوانوردی کرد. این مجموعه از پروتکل‌ها در صنعت هوانوردی برای برنامه‌های کاربردی ایمنی در سرویس‌های ترافیک هوایی و مخابرات عملیاتی هوانوردی[2] (AOC) در نظر گرفته می‌شود. در واقع هدف اصلی از به کارگیری IPS در اویونیک، استفاده از تجهیزات تجاری مرسوم در بازار (CoTS) برای پشتیبانی از سرویس‌های مخابراتی ایمن هوا به زمین است. در زیر یک نمودار سطح بالا از برنامه‌های کاربردی هواپیما و شبکه‌های موجود در آن، سرویس‌های شبکه، زیرشبکه‌های هوا به زمین و برنامه‌های کاربردی زمینی نشان داده شده است. در این نمودار پروتکل‌های مبتنی بر IPS با رنگ آبی مشخص شده‌اند. همانطور که در نمودار مشخص است در طرح اداره هوانوردی فدرال، IPS از برنامه‌های کاربردی قدیمی مانند سرویس گفت‌وگوی[3] IPS که نیاز به‌روزآمد شدن و تطبیق دارند، پشتیبانی می‌کند. علاوه بر این برنامه‌های کاربردی آینده صنعت هوایی که قابلیت توسعه و بسط دارند‌، مورد حمایت IPS قرار گرفته‌اند. برنامه‌های هدف IPS به صورت خلاصه در زیر آورده شده است.

• برنامه‌های کاربردی لینک داده ATS که از سرویس‌های ترافیک هوایی در حریم هوایی اقیانوس و قاره‌ها به عنوان بخشی از شبکه مخابرات هوانوردی[4] (ATN) آینده پشتیبانی می‌کند. همچنین IPS ممکن است یک سرویس شبکه برای هواپیماهای تجهیز شده به FANS-1/A فراهم کند.
• برنامه‌های کاربردی مخابرات عملیاتی هوانوردی که از ایمنی و نظم و ترتیب پرواز هواپیماها پشتیبانی می‌کند. در حال حاضر این برنامه شامل خدماتی از AOC است که روی سیستم ACARS[5] اعمال شده و برای انتقال روی پروتکل IP سازگار هستند. همچنین خدمات سیستم خودکار اطلاعات دیجیتالی فرودگاه و سیستم نظارت بر وضعیت هواپیما به تازگی از طریق IPS قابل ارائه خواهند بود.

بنابراین می‌توان گفت سرویس شبکه IPS برای پشتیبانی از ایمنی، عملکرد و امنیت این برنامه‌های کاربردی در حریم هوایی توسعه یافته است. از اینرو این شبکه برای همه مراحل پرواز از جمله فرودگاه، ناحیه کنترل ترمینال، حین مسیر و حریم هوایی اقیانوس‌ها بکار گرفته می‌شود. شبکه IPS سیستم‌های موجود در بخش هوایی به زمینی را بطور جداگانه روی یک شبکه داخلی به هم متصل می‌کند. این شبکه شامل یک گروه از شبکه‌های کوچک‌تر به هم پیوسته است که از مجموعه پروتکل‌های IPv6 استفاده می‌کنند. ارتباطات بین سیستم‌های هوایی به زمینی، توسط ارائه دهندگان سرویس‌های مخابرات هوایی مانند SATCOM یا AeroMACS انجام می‌شود.

 

معماری IPS

تخصیص توابع IPS برای سیستم‌های اویونیک در انواع هواپیماهای یک نسل بطور مشابه انجام می‌شود. اما در هواپیماهایی با معماری متفاوت در تلفیق سیستم‌های اویونیک، نحوه اعمال توابع IPS متفاوت خواهد بود. از اینرو دو نوع معماری اصلی برای اجرای IPS در نظر گرفته شده است.

• معماری قدیمی A429 که ارتباط بین تجهیزات تنها روی گذرگاه‌های نقطه به نقطه ARINC 429 مستقر شده است.
• معماری مبتنی بر A664 (AFDX و رابط‌های اترنت) که ممکن است شامل برخی از رابط‌های ARINC 429 نیز باشد.

 

همانطور که در معماری این فناوری مشخص است، IPS مجموعه‌ای از پروتکل‌های اینترنت همه منظوره است که برای مدیریت ارتباطات در صنعت اویونیک بکار گرفته می‌شود. این فناوری توسط سیستم سرویس‌های ایمنی هواپیما به عنوان یک مسیریاب پیام برای ارسال و دریافت پیغام‌های ایمنی تجهیزات و سیستم‌های عرشه پرواز و همچنین پایانه‌های داخل کابین مسافران استفاده می‌شود. فناوری IPS در اویونیک، قابلیت‌هایی مشابه با سیستم ACARS و پروتکل‌های ATN-OSI را فراهم می‌کند. اگر چه در حال حاضر شرایط به گونه‌ای است که اغلب از استاندارد ARINC 429 برای لینک مخابراتی هوا به زمین استفاده می‌شود، با این حال فناوری IPS امکان ارتباط با تعداد زیادی از رادیوهای هواپیما را مشابه با فناوری اترنت خواهد داشت.

در حال حاضر فناوری IPS از همه برنامه‌های کاربردی و سیستم‌های موجود که از ACARS و پروتکل ATN-OSI استفاده می‌کنند، پشتیبانی می‌کند. طبق طراحی‌های انجام شده، فناوری IPS همچنین از قابلیت‌های آینده صنعت هوایی همچون برنامه‌های کاربردی ATN-B2 و فراتر از آن حمایت خواهد کرد. پلتفرم سخت‌افزاری این معماری ممکن است بر اساس پیاده‌سازی‌های خاص و نوع هواپیما متفاوت باشد. با این حال استفاده از رابط‌های شاخص و پرکاربرد صنعت اویونیک در سخت‌افزار پلتفرم، می‌تواند آن را برای استفاده در بسیاری از معماری‌ها سازگار کند.

نقشه راه IPS برای سرویس‌های ایمنی هوانوردی

اخیرا دو شرکت بزرگ تولیدکننده هواپیما در جهان (بوئینگ و ایرباس) در حال بررسی راهکارهای بکارگیری IPS به عنوان یک زیرساخت شبکه مبتنی بر پروتکل اینترنت در هواپیماهای خود هستند. بنابراین تحقیقات گسترده‌ای برای تکامل این فناوری از سوی تولیدکنندگان تجهیزات اویونیک، نهادهای تنظیم مقررات و همچنین ارائه دهندگان سرویس‌های مخابرات هوا به زمین آغاز شده است. برای اولین بار در اواسط سال 2016 استاندارد ARINC 658 توسط کمیته مهندسان الکترونیک هوایی (AEEC) منتشر شد. این استاندارد نقشه راه اولیه برای ایجاد یک مجموعه پروتکل اینترنت برای سرویس‌های ایمنی هوانوردی ارائه کرد. این استاندارد همچنین شرایط معماری‌های اویونیک در دهه‌های 2000 و 2010 میلادی را بررسی و رسیدگی‌های لازم را برای یکپارچه‌سازی IP در گذرگاه داده ARINC 429 و معماری‌های اویونیک ARINC 664 و هماهنگ‌سازی با لینک داده زیر شبکه‌های بین المللی را به عهده گرفته است. علاوه بر این در استاندارد ARINC 658 پیش‌بینی‌های لازم در نظر گرفته شده است تا با سیستم‌های هواپیماهای کنونی و تجهیزات زمینی ناوبری، کنترل‌کننده‌های ترافیک هوایی و تامین کننده سرویس ارتباطات داده‌ای سازگار باشد. در حال حاضر پروتکل IP برای اشتراک‌گذاری بسته‌های داده در سطح زمین که شامل اطلاعات ایمنی مانند موقعیت، سرعت و ارتفاع هواپیما هستند و بخشی از ارتباطات داده‌ای هوا به زمین در هواپیماهای مدرن استفاده می‌شود.

هدف از انتشار استاندارد ARINC 658 بهره‌گیری از فناوری IPS به منظور پشتیبانی از اشتراک گذاری اطلاعات مخابراتی، ناوبری و نظارتی است. این عملیات بر اساس برنامه‌های مدرن‌سازی مدیریت ترافیک هوایی[6] (ATM)، برنامه‌های نسل بعد FAA و برنامه‌های SESAR و CARATS از طریق تعدادی لینک داده روی هواپیما انجام می‌شود. طرح 20 ساله ایکائو برای ارتقاء سیستم‌های هوایی روی چهار حوزه اصلی عملیات فرودگاهی، سیستم‌ها و داده‌های سازگار سراسری، ظرفیت بهینه و پروازهای انعطاف‌پذیر و مسیرهای پرواز کارآمد تمرکز دارد. از اینرو IPS یک زیرشبکه جدید برای تبادل اطلاعات ایمنی و اطلاعات پرواز بین هواپیما و سیستم‌های زمینی را در اختیار قرار می‌دهد که همراه با گسترش پهنای باند و دسترسی به زیرشبکه‌های مورد نیاز برای پشتیبانی از رشد ترافیک هوایی است.

در این میان شرکت راکول کالینز از سال 2013 به دلیل مالکیت زیر ساخت‌های سرویس‌های هوابردی ARINC جایگاه ویژه‌ای در توسعه فناوری IPS کسب کرده است. همچنین این شرکت از نظر ساخت رادیو هواپیما و تجهیزات مسیریاب، سیستم مدیریت پرواز، نمایشگرهای لمسی کابین خلبان و دیگر سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای عرشه پرواز دارای رتبه خوبی در صنعت اویونیک است. بنابراین می‌توان انتظار داشت در سال‌های آینده و با توسعه بیشتر IPS، شرکت راکول‌کالینز از پیشگامان ارائه خدمات و تجهیزات این فناوری باشد.

لینک‌های داده هوا به زمین

به دلیل وجود سیستم‌های زمینی و ارتباطات لینک داده هوا به زمین بخشی از مجموعه پروتکل‌های IPS به سیستم گزارش‌دهی و آدرس‌دهی ارتباطات هوانوردی هواپیما (ACARS) و سیستم ارتباطات دیجیتال هوا به زمین تعلق دارد. این بخش انتقال پیام‌های کوتاه بین هواپیما و ایستگاه‌های زمینی را از طریق ایستگاه‌های رادیویی و ماهواره‌ای پشتیبانی می‌کند. بر اساس استاندارد ARINC 618، سیستم ACARS می‌تواند پیام‌هایی با حجم 5/3 کیلوبایت را از طریق هر زیرشبکه انتقال دهد. در استاندارد مذکور پیش‌بینی ارسال پیام‌هایی با حجم بیش از 5/3 کیلوبایت نیز شده است. این پیام‌ها به منظور پشتیبانی از طرح‌های عملیات‌های مبتنی بر زمان[7] و ناوبری مبتنی بر عملکرد ارسال می‌شوند.

توسعه IPS در ایرباس و بوئینگ

دو شرکت ایرباس و بوئینگ از چند سال گذشته چشم اندازهای فناوری IPS را مورد ارزیابی قرار داده‌اند. آن‌ها قرار است از این فناوری به عنوان راه‌حلی مناسب برای زیر ساخت‌های شبکه‌هایی که بر اساس IP تاسیس شده‌اند، استفاده کنند. در این باره ایرباس اشاره می‌کند که هنوز نقشه راه خود را برای بهره‌گیری از این فناوری تعریف نکرده است. اما مسئولان شرکت بوئینگ عنوان کرده‌اند که قصد به کارگیری از IPS را در نسل جدید هواپیماهای خود دارند؛ اگرچه تصمیم‌گیری‌های نهایی به طور کامل پس از وضع استانداردهای بین‌المللی اخذ خواهند شد.

جرج ساکون مهندس ارشد فناوری و سیستم‌های اویونیک بوئینگ در رابطه با رویکرد جدید این شرکت می‌گوید: «حرکت به سمت فناوری IPS با یکی کردن پروتکل‌های ارتباطی در معماری چند پشته‌ای فعلی موجب ساده‌سازی سیستم‌های اویونیک خواهد شد. از اینرو تلاش زیادی برای بکارگیری IPS روی برنامه‌های کاربردی فعلی وجود دارد.» آقای لوک امبرگر مدیر تحقیقات لینک‌های مخابراتی شرکت ایرباس عقیده دارد تعیین نقشه راه صحیح برای IPS تنها پس از وضع استانداردهای بین‌المللی امکان‌پذیر بوده و برنامه این شرکت در حال حاضر تحقیق و توسعه روی مقدمات فناوری است. در حال حاضر تحقیقات روی آزمایش‌های پرواز با فناوری IPS ادامه دارد و از نظر عملکرد ماهواره‌ای، مطالعات در زمینه‌هایی از جمله پویایی، امنیت و پشتیبانی مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این میان بوئینگ تمایل به تحقیقات بیشتری روی فناوری IPS دارد. شرکت هواپیماسازی ایرباس اولین اولویت خود را تاسیس یک استاندارد و نقشه راه قانونی و پیشرفت در موضوعات کلیدی مانند جنبه‌های امنیت سایبری، یکپارچه‌سازی IPS در معماری‌های اویونیک فعلی و تعریف محدودیت‌های هوانوردی از جمله صلاحیت نرم‌افزار، صحت‌سنجی و اعتبارسنجی قرار داده است.

نتیجه‌گیری

با توجه به دامنه وسیع کاربرد فناوری IPS در شبکه ACARS، زیرساخت‌های شبکه مخابرات هوانوردی[8] (ATN) و همچنین برنامه‌های آینده هوانوردی جهان مانند NextGen و SESAR، انتظار می‌رود توسعه آن با شتاب بیشتری ادامه یابد. از سوی دیگر فواید زیاد فناوری مذکور برای اکثر بازیگران صنعت هوایی (شرکت‌های سازنده هواپیما، تولیدکنندگان تجهیزات اویونیک و شرکت‌های هواپیمایی) زمینه را برای سرمایه‌گذاری مطمئن در این فناوری فراهم کرده است.

منابع:

www.aviation-ia.com

www.icao.int

واژه نامه:

[1] Internet Protocol Suite

[2] Aeronautical Operational Communications

[3] Dialog Service

[4] Aeronautical Telecommunication Network

[5] Aircraft Communications Addressing and Reporting System

[6] Air traffic management

[7] time-based operations

[8] Aeronautical Telecommunication Network