摘要：隨著民航航班量的增長，空管調(diào)度資源需求及業(yè)務(wù)傳輸量也在不斷增加。文章通過研究TDMoIP技術(shù)原理及關(guān)鍵問題，探討該技術(shù)在空管中的應(yīng)用方式，驗證能解決目前空管傳輸技術(shù)問題的過渡需求。

關(guān)鍵詞：空管；TDM；TDMoIP；VoIP

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.033

中圖分類號：V 35" " " " " "文獻標(biāo)志碼：A" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-0-03

Abstract： With the growth of civil aviation flight volume， the demand for air traffic control scheduling resources and business transmission volume are also increasing. This article studies the principle and key issues of TDMoIP technology， discusses its application in air traffic control， and verifies that it can solve the transitional needs of current air traffic control transmission technology.

Key words： air traffic control; TDM; TDMoIP; VoIP

隨著北京大興機場、成都天府機場的投運，各地區(qū)終端中心、區(qū)管中心的建設(shè)在緊鑼密鼓地進行中，新的通信技術(shù)在民航網(wǎng)絡(luò)中不斷運用，構(gòu)建安全、高效、智能、協(xié)同的空管系統(tǒng)和設(shè)備，一直是空管技術(shù)人員的追求。

1" 空管業(yè)務(wù)需求及傳輸現(xiàn)狀

甚高頻通信和自動監(jiān)視信號是空管的核心業(yè)務(wù)，其信號的源頭均建立在空管臺站，通過傳輸技術(shù)將信號匯聚起來供管制席位使用?；诳展軜I(yè)務(wù)的低速率性以及信號的低誤碼率、高穩(wěn)定、高可靠性的要求，傳統(tǒng)空管傳輸采用的時分復(fù)用（Time Division Multiplexing，TDM）技術(shù)，是將不同的信號相互隔離在不同的時間段內(nèi)，沿著同一個信道傳輸；在接收端再用某種方法，將各個時間段內(nèi)的信號提取出來還原成原始信號[1]。TDM將信道劃分為不同的時隙，每個時隙等同于為一個固定業(yè)務(wù)提供了固定的通道，在該業(yè)務(wù)沒有信號收發(fā)時也為其保留通道，符合空管業(yè)務(wù)的需求。傳統(tǒng)的TDM設(shè)備組網(wǎng)方式如圖1所示，設(shè)備呈點對點組網(wǎng)方式，不同空管臺站業(yè)務(wù)獨立承載，互不干擾。設(shè)備間的中繼鏈路一般采取租用兩家不同網(wǎng)絡(luò)運營商專線的方式，形成鏈路冗余保障。近年來空管也建設(shè)了屬于自己的底層傳輸網(wǎng)絡(luò)，可提供近地空管臺站的傳輸專線鏈路。

空管甚高頻通信系統(tǒng)使用Eamp;M信令，是一種模擬通信系統(tǒng)。TDM設(shè)備采用脈沖編碼調(diào)制解調(diào)技術(shù)完成模擬語音信號的A/D轉(zhuǎn)換，并傳遞E和M信令信號，實現(xiàn)內(nèi)話系統(tǒng)與遙控電臺的組網(wǎng)，該方式在多年的運用中被證明是可靠穩(wěn)定的。但由于TDM組網(wǎng)為點對點的模式，在新建空管臺站或空管場所時，各地勢必要新增成對的TDM設(shè)備，這對資源是極大的浪費。

2" 基于IP網(wǎng)絡(luò)的TDMoIP技術(shù)

高速IP網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)給通信領(lǐng)域帶來了一次革命，為了實現(xiàn)分組網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)演進，同時又能支持傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)，業(yè)界引入了新的技術(shù)TDMoIP[2]。它基于時分復(fù)用技術(shù)和IP技術(shù)，使得E1/T1信號在IP網(wǎng)絡(luò)上進行“透明”傳輸，使語音等信號不受新技術(shù)可能帶來的影響。

2.1 壓縮及延遲

最基礎(chǔ)的TDMoIP技術(shù)就是把每一個El/T1數(shù)據(jù)幀封裝進一個IP包里，同時在前綴增加相應(yīng)的包頭。IP的載荷長度為24字節(jié)或者31字節(jié)。不管是使用TCP或者UDP+RTP方式來實現(xiàn)IP報文的轉(zhuǎn)發(fā)，都需要在載荷前增加40字節(jié)的包頭，這大大降低了傳輸?shù)男省?/p>

第一，可以通過將包頭進行壓縮的方式來解決因IP包頭開銷過大產(chǎn)生的帶寬利用率不高的問題。第二，將連續(xù)的多個幀組合在一起，形成一個超長幀再封裝在一個包里，相當(dāng)于增加其載荷信息量。這種包方式必然會導(dǎo)致一定的緩沖延遲，但相比VoIP系統(tǒng)的延遲來說這點延遲時間是微不足道的[3]。第三，可以先對TDM數(shù)據(jù)幀進行編碼處理，再將其封裝進IP包里。

2.2 信令轉(zhuǎn)發(fā)

TDM可分為不成幀、成幀、成復(fù)幀三種，其中，不成幀方式下時隙全為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，采用TDMoIP技術(shù)時不需要考慮其信令，可以直接進行透明傳輸。另外兩種TDM中，帶內(nèi)信令、隨路信令和共路信令都可在TDM幀結(jié)構(gòu)內(nèi)，可被TDMoIP自動轉(zhuǎn)發(fā)或者從信令網(wǎng)關(guān)中獲取。

2.3 丟包和亂序

由于路徑遠近以及路徑的開銷不同，IP網(wǎng)絡(luò)中的IP包并不是按照輸入端口的順序到達目的端口的。而且IP網(wǎng)絡(luò)是“盡力而為”的網(wǎng)絡(luò)，可能會因為中繼故障、流量超限等原因直接丟棄IP報文。針對這種情況，可在接收端前設(shè)置抖動緩沖器，根據(jù)接收到的IP包的序號先進行預(yù)排序，這樣可以克服因亂序造成的影響，若發(fā)現(xiàn)丟包，可通過插入填補等方法來進行解決。

2.4 時鐘同步

IP網(wǎng)不帶時鐘機制，同時IP包的延時具有隨機性。接收端和發(fā)送端定時上的不一致，將會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失或者擁塞，同樣當(dāng)用戶的數(shù)據(jù)通過不同的網(wǎng)絡(luò)時難以給發(fā)送端和接收端提供一個共同的網(wǎng)絡(luò)時鐘，因此需要在接收端恢復(fù)出和原先時鐘在頻率和相位上同步的定時信息[4]。表1列舉了常用的兩種時鐘同步技術(shù)，并對比了二者優(yōu)缺點。

3" TDMoIP技術(shù)在空管中的應(yīng)用

結(jié)合上述技術(shù)特點分析，可將TDMoIP技術(shù)應(yīng)用于空管中。

第一，使用TDMoIP設(shè)備組網(wǎng)作為底層傳輸設(shè)備，為TDM設(shè)備提供中繼鏈路。相比PDH、SDH，TDMoIP可通過二層、三層交換機或路由器來實現(xiàn)組網(wǎng)，且網(wǎng)絡(luò)便于擴充，新增節(jié)點后對整網(wǎng)的業(yè)務(wù)不會產(chǎn)生影響，也幾乎可無限新增；IP網(wǎng)絡(luò)具有強大的路由功能，某中繼或設(shè)備網(wǎng)元發(fā)生故障，可通過備用路由重新尋址；同時當(dāng)TDMoIP作為傳輸設(shè)備使用時，可靈活調(diào)度El/T1交叉。另外，TDMoIP可結(jié)合相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)無線微波傳輸功能，相比于傳統(tǒng)微波設(shè)備，TDMoIP可以實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，比成對使用的方式更加靈活；TDMoIP業(yè)務(wù)的時鐘信息從網(wǎng)絡(luò)上恢復(fù)得來，不存放于IP報文里，信號即使被竊取，也不能提取出完整的E1/T1數(shù)據(jù)信息，安全性能更高。

作為底層傳輸網(wǎng)絡(luò)是TDMoIP最為基礎(chǔ)的應(yīng)用，其底層傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活，易拓展且健壯性強，可為TDM用戶提供良好的傳輸服務(wù)，同時設(shè)備價格低廉。但其網(wǎng)絡(luò)容量、傳輸距離不能滿足網(wǎng)絡(luò)運營商服務(wù)的龐大用戶群體、業(yè)務(wù)量巨大、遠距傳輸?shù)男枨螅瑫r基于光通信技術(shù)廣泛發(fā)展，目前在網(wǎng)絡(luò)運營商的底層傳輸組網(wǎng)中多采用OTN及MSTP設(shè)備。在空管中，空管臺站TDM設(shè)備大多依靠網(wǎng)絡(luò)運營商底層鏈路，且當(dāng)采用TDMoIP作為底層傳輸時，并沒有解決TDM組網(wǎng)的缺陷，只是改變了底層技術(shù)方案。但空管雙鏈路冗余以及網(wǎng)絡(luò)運營商豐富的底層鏈路調(diào)度能力完全能滿足TDM設(shè)備的鏈路保障需求。

第二、使用TDMoIP技術(shù)實現(xiàn)類VoIP功能。VoIP是建立在IP技術(shù)上的分組化、數(shù)字化技術(shù)，對模擬語音信號進行A/D轉(zhuǎn)換后通過壓縮和打包處理，通過IP網(wǎng)絡(luò)將報文發(fā)送到接收端，再通過解碼解壓處理，D/A轉(zhuǎn)換為模擬語音?？展苌醺哳l通信的主要設(shè)備為局端內(nèi)話系統(tǒng)與遠端遙控電臺，空管席位通過內(nèi)話系統(tǒng)控制遙控電臺發(fā)出語音信號，遙控電臺經(jīng)天線將語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波傳送給飛行員。由圖3可知，若內(nèi)話系統(tǒng)及遙控電臺具備數(shù)模轉(zhuǎn)換、IP地址映射功能，其間通信采用全IP化技術(shù)，那么就稱之為理想的VoIP技術(shù)。

但在空管實踐中，目前在用的甚高頻通信系統(tǒng)大多為傳統(tǒng)設(shè)備，不直接具備VoIP功能，即使新型的VoIP甚高頻通信系統(tǒng)已在建設(shè)及測試使用，完全替代傳統(tǒng)系統(tǒng)仍需較長的時間。與現(xiàn)有的TDM組網(wǎng)相比，IP網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)有很大的優(yōu)勢，能滿足空管各地間的靈活組網(wǎng)需求，減少資源浪費，同時以太網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，可與底層傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通用性對接。在IP設(shè)備中對模擬甚高頻信號應(yīng)用TDMoIP技術(shù)，實現(xiàn)類VoIP功能，可實現(xiàn)IP設(shè)備對TDM設(shè)備的替代，也是一種應(yīng)用方向，可作為VoIP甚高頻通信的過渡方案。

圖4中，當(dāng)內(nèi)話系統(tǒng)和遙控電臺的Eamp;M信號到達IP網(wǎng)絡(luò)時，由IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換并隔離轉(zhuǎn)發(fā)，在網(wǎng)絡(luò)中全程為IP報文。這樣IP設(shè)備即實現(xiàn)了TDM設(shè)備的功能，且在網(wǎng)內(nèi)為甚高頻信號單獨建立固有的虛擬通道，信號間互不干擾，滿足空管業(yè)務(wù)需求。但這種方式的缺點是甚高頻虛擬通道會一直占用相應(yīng)帶寬，沒有實現(xiàn)VoIP的彈性帶寬占用，對傳輸資源有一定的浪費。

第三，業(yè)務(wù)接入設(shè)備由TDM設(shè)備向TDMoIP設(shè)備轉(zhuǎn)變。目前很多廠家都開發(fā)了TDMoIP設(shè)備，這些設(shè)備不但可以提供多種業(yè)務(wù)接入板卡，滿足不同用戶的需求，同時設(shè)備間采用IP分組網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)靈活組網(wǎng)，節(jié)約設(shè)備資源。

如圖5所示，用可支持多業(yè)務(wù)接入的TDMoIP設(shè)備來完成各類用戶的TDM接入，底層傳輸網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)運營商的MSTP網(wǎng)絡(luò)。此方法可優(yōu)化空管接入網(wǎng)絡(luò)，符合空管調(diào)度資源發(fā)展需求。需要提醒的是，在TDMoIP組網(wǎng)中要注意QoS，使用流量控制等手段對重要業(yè)務(wù)提供有力的保障，防止流量突增帶來的業(yè)務(wù)中斷影響。

在空管中，還存在很多TDM組網(wǎng)設(shè)備，雖然IP通信是目前及未來很長一段時間主流的通信方式，空管在對技術(shù)設(shè)備進行升級的時候也應(yīng)兼容原有的系統(tǒng)和設(shè)備，以確保業(yè)務(wù)的安全有效性作為最高衡量標(biāo)準(zhǔn)。

4" 結(jié)束語

傳統(tǒng)的TDM組網(wǎng)技術(shù)有很大的局限性，TDMoIP技術(shù)能完美適配目前空管TDM設(shè)備向IP設(shè)備的過渡，合理運用該技術(shù)能為下一步空管接入網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化升級打好基礎(chǔ)，為空管業(yè)務(wù)一體化發(fā)展提供有力的支撐。

參考文獻

[1] 邱暉曄．基于波導(dǎo)光柵的鞋基集成光器件研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2014.

[2] 張偉，李林燦，郭旻，等．TDMoIP關(guān)鍵技術(shù)以及IP電路仿真[J]．微計算機信息，2011（2）：238-239，242.

[3] 康愷．TDMoIP技術(shù)的一種實現(xiàn)方案-E1仿真卡[D]．成都：電子科技大學(xué)，2004.

[4] 劉偉．EloverIP電路仿真適配器的研究與實現(xiàn)[D]．西安：西安電子科技大學(xué)，2010.