1.2 Các ứng dụng trên mạng ATN
Hình 1.2 Các ứng dụng trên mạng ATN 1.2.1Ứng dụng đất-đất G/G
1.2.1.1 Ứng dụng AMHS
Ứng dụng AMHS cho phép các điện văn ATS được trao đổi giữa những người sử dụng dịch vụ. Hai dịch vụ AMHS chính là:
- ATS Message Service: Là dịch vụ nhận và chuyển điện văn dạng AMHS trên mạng ATN.
- ATN Pass Through Service: Là một phương tiện truyền điện văn AFTN trên mạng ATN.
1.2.1.2 Ứng dụng AIDC
Ứng dụng AIDC cho phép trao đổi thông tin giữa các trung tâm ATS nhằm hỗ trợ cho các chức năng kiểm sốt khơng lưu (ATC). Như thơng báo các máy bay tiếp cận vùng thông báo bay (FIR) cũng như chuyển quyền kiểm sốt và quyền trao đổi thơng tin với máy bay đối với các trung tâm ATS.
1.2.2 Ứng dụng không-địa A/G
1.2.2.1 Ứng dụng CM
Ứng dụng CM cho phép hệ thống trên máy bay và hệ thống trên mặt đất hoặc hai hệ thống trên mặt đất được trang bị thích hợp trao đổi và cập nhật thơng tin ứng dụng giữa chúng với nhau. Tức là, ứng dụng CM cung cấp khả năng thiết lập logo giữa hệ thống ATS tại mặt đất với hệ thống trên máy bay hoặc giữa hai ATS tại mặt đất với nhau. Khi một liên kết thích hợp được thiết lập, thì giữa các hệ thống trên có thể trao đổi thơng tin ứng dụng cụ thể (ADS, CPDLC, FIS).
1.2.2.2 Ứng dụng CPDLC
CPDLC là ứng dụng cho phép kiểm sốt viên khơng lưu và phi cơng trao đổi các thông tin hoạt động bay bằng điện văn thông qua đường truyền dữ liệu.
1.2.2.3 Ứng dụng ADS
Ứng dụng ADS được thiết kế dùng để báo cáo tự động đến người sử dụng các thơng tin về vị trí máy bay. Các thơng in này được cung cấp từ hệ thống dẫn đường và hệ thống thu GPS trên máy bay.
Máy bay cung cấp thông tin cho người sử dụng ở một trong bốn trường hợp sau:
- Hợp đồng theo yêu cầu: Máy bay cung cấp thơng tin về vị trí cho hệ thống tại mặt đất ngay lập tức khi có yêu cầu.
- Hợp đồng theo định kỳ: Máy bay cung cấp thơng tin về vị trí cho hệ thống tại mặt đất định kỳ theo khoảng theo khoảng thời gian nhất định (ví dụ 30 phút máy bay phát cho hệ thống dưới mặt đất một lần).
- Hợp đồng theo sự kiện: Máy bay cung cấp thơng tin về vị trí cho hệ thống tại mặt đất khi máy bay phát hiện các sự kiện nào đó.
- Hợp đồng khẩn nguy: Máy bay cung cấp thơng tin về vị trí cho hệ thống tại mặt đất khi có nguy hiểm xảy ra. Một hợp đồng theo sự kiện hay hợp đồng theo định kỳ phải tồn tại trước một hợp đồng khẩn nguy được thiết lập.
Một hệ thống trên máy bay có khả năng cung cấp hợp đồng tới ít nhất bốn trung tâm kiểm sốt khơng lưu (ATC) ở mặt đất cùng một lúc. Ngồi ra, nó cũng có thể cung cấp đồng thời một hợp đồng theo yêu cầu, một hợp đồng theo sự kiện, một hợp đồng theo định kỳ với mỗi một hệ thống tại mặt đất.
1.2.2.4 Ứng dụng FIS
Ứng dụng FIS cho phép phi công yêu cầu và nhận thông tin ATIS từ các hệ thống FIS ở mặt đất qua đường truyền dữ liệu. Ứng dụng FIS được thiết kế để cho phép các dịch vụ FIS được cung cấp tới phi công qua việc trao đổi bản in giữa các hệ thống trên máy bay và các hệ thống FIS ở mặt đất.
Máy bay yêu cầu dịch vụ bằng cách phát bản tin yêu cầu tới hệ thống FIS ở mặt đất. Có hai loại hợp đồng có thể được thiết lập theo yêu cầu của phi công.
- FIS Demand Contract: Hệ thống FIS ở mặt đất cung cấp thơng tin khi có u cầu
- FIS Update Contract: Hệ thống FIS ở mặt đất cung cấp thông tin và cập nhật cho các thông tin này.
1.3. Các thành phần chủ yếu của ATN
Thành phần chủ yếu của mạng ATN là các mạng con (Subnetworks), ATN routers (ISs) và các hệ thống đầu cuối (ESs) được mơ tả dưới hình vẽ sau:
Hình 1.3 Minh họa các thành phần chủ yếu của ATN1.3.1. ATN routers 1.3.1. ATN routers
ATN routers là các hệ thống trung gian (IS), về mặt cấu trúc ATN router được phân thành ba lớp tương ứng với ba tầng thấp nhất trong mơ hình tham chiếu OSI thực hiện chức năng truyền dữ liệu, định tuyến và liên kết các mạng con khác nhau. Vì thế các hệ thống cuối có thể trao đổi thông tin với nhau ngay cả khi chúng không được kết nối trực tiếp vào cùng một mạng con.
Việc trao đổi dữ liệu giữa các routers thông qua các giao thức định tuyến. Các giao thức định tuyến thì khác các giao thức truyền dữ liệu người sử dựng. Thông tin định tuyến và thông tin dữ liệu người sử dụng được truyền qua cùng một mạng.
ATN router thực hiện truyền các gói dữ liệu người sử dụng qua đường đi thích hợp nhất, bằng cách thu thập các yêu cầu dịch vụ cụ thể được đóng trên header của các gói dữ liệu. Khi truyền các gói dữ liệu qua mạng, router sẽ chọn lựa mạng con thích hợp để truyền dựa vào sự xem xét về liên kết, an toàn, chất lượng dịch vụ.
1.3.1.1 Phân loại ATN router.
• Phân loại theo giao thức được hỗ trợ : gồm có 2 loại Router
- Router nội miền: Là các router chỉ sử dụng trong một miền định tuyến ATN
và là vấn đề nội bộ.
- Router liên miền: Là các routers định tuyến liên miền (Boụndary
Intermediate System-BIS) được yêu cầu dùng cho mạng ATN để liên kết dịch vụ thông tin đã được định chuẩn đến các miền định tuyến kế cận và các routers cùng loại khác trong miền định tuyến của chúng.
Điều này có nghĩa BISs có thể kết nối đến các BISs khác trong cùng một miền cũng như các BISs trong miền khác. Các BISs liên miền có khả năng áp dụng chính sách định tuyến khi thơng tin lộ trình là tới các BISs khác trong các miền lân cận. Nếu các BISs bao gồm cả chức năng liên miền và chức năng nội miền thì phần nội miền là vấn đề của nội bộ.
BISs dùng để liên kết các mạng với nhau và trong trường hợp riêng là giữa các miền định tuyến khác nhau. Khái niệm "BIS" có thể dùng thay thế cho tên thường dùng "Router". Một nghiên cứu quan trọng trong sự phát triển kỹ hoạt định tuyến là các vai trị khác nhau mà các routers sử dụng trong mơi rương ATN.
• Phân loại theo chức năng liên kết
- Backbone BISs(BBISs): BBISs là router mà định tuyến chủ yếu cho các gói
pDUs (Protocol Data Unit) giữa các miền định tuyến. Các BBISS thường vận hành ở mức độ cao và luân chuyển luồng dữ liệu hiệu quả giữa các miền. Các BBISS có thể có các ESS kết nối vào nó, nhưng thơng thường được giới hạn chỉ dành cho kết nối giữa router to router.
Các BBISs có thể chia tách nữa thành các BBISs khu vực (Regional BBISs) và các BBISs liên khu /vực (InterRegional BBISs). BBISs khu vực là các routers backbone mà chỉ kết nối với các routers bên trong khu vực. BBISs liên khu vực cũng là các routers backbone nhưng nó chỉ kết nối đến các
BBISs trong khu vực khác. Một router chất lượng cao có thể hoạt động cả hai chức năng BBIS khu vực và BBIS liên khu vực nếu đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật và độ tin cậy.
Nói một cách đầy đủ về kỹ thuật định tuyến, ta phải nhấn mạnh rằng các router bên ngoài khu vực mà các BBISs liên khu vực kết nối với nó, trong thực tế đều là những BBISs liên khu vực thuộc miền khác.
Việc kết nối ra ngoài của các BBISs thường yêu cầu dung lượng các đường truyền cao do sự hợp nhất những luồng dữ liệu từ những routers backbone. - End BIS: Các BISS tận cùng được kết nối đến một hay nhiều BBIS và cung
cấp các dịch vụ định tuyến cho một miền định tuyến duy nhất. Ngồi ra, BIS tận cùng khơng hoạt động như một router chuyển tiếp nhằm chuyển các gói PDUS giữa các miền định tuyến khác nhau. Các EBISS thường được nối đến các ESS.
• Phân loại theo lớp chức năng sử dụng liên miền
Theo chức năng sử dụng liên miền, ta còn phân loại ATN router thành ba lớp : - Ground-Ground Router: Là router được dùng để liên kết các mạng con được
đặt cố định trên mặt đất.
- Air-Ground Router (đặt tại mặt đất): Là router được dùng để liên kết các mạng con được đặt cố định trên mặt đất và các mạng con di động trên không. - Airbone Router: Là router phù hợp với các thiết bị trên máy bay.
1.3.1.2 So sánh OSI Router và ATN Router.
Sự khác nhau chủ yếu giữa OSI router chuẩn và ATN router liên miền là: - Ứng dụng các chính sách định tuyến cụ thể trong việc hỗ trợ thông tin liên lạc
di động.
- Sử dụng gắn thẻ an toàn cho việc định tuyến ATN.
- Áp dụng kỹ thuật nén dữ liệu để sử dụng hiệu quả đường truyền A/G. 10
- Cung cấp lộ trình khởi đầu và kết thúc.
Chú ý rằng ATN router liên miền là một OSI router, nhưng OSI router thì khơng là ATN router liên miền.
1.3.1.3 Cấu trúc ATN router theo OSI và các giao thức.
Trong hình 1.4 bên dưới, IS là ATN router thể hiện theo mơ hình tham chiếu OSI của ISO. ATN router chỉ gồm ba lớp thấp của mơ hình OSI là: lớp vật lý (Physical), lớp liên kết dữ liệu (Data link) và lớp mạng (Network).
Hình 1.4 Mơ hình liên kết IS ES theo OSI.
Các giao thức dùng cho từng tầng được mô tả trong bảng 1. 1.
Tầng Giao thức sử dụng
Mạng (Network) IDRP, CLNP, SNDCF, X.25, PLP Liên kết dữ liệu (Data link) LAPB
Vật lý (Physical) Giao tiếp vật lý với mạng chuyển mạch gói
Bảng 1.1 Giao thức dùng trong ATN router.
Trong đó:
- IDRP (InterDomain Routing Protocol): Tuân theo chuẩn ISO/IEC 10747, là giao thức dùng để trao đổi thơng tin phục vụ tìm đường giữa các routers ở các miền khác nhau.
- CLNP (Connectionless Network Protocol): Tuân theo chuẩn ISO/IEC 84731, là giao thức trao đổi thông tin trên mạng không yêu cầu kết nối.
- SNDCF (SubNetwork Dependent Convergence Function): Tuân theo chuẩn ISO/IEC 84733, xử lý các chức năng lệ thuộc vào mạng con đang kết nối đến. - X 25 PLP (X 25 Packet Layer Protocol): tuân theo chuẩn ISO/IEC 8208, là
giao thức dùng xử lý và đóng gói dữ liệu dạng X 25.
- LAPB (Link Access Procedure, Balanced): tuân theo chuẩn ITUT X 25, Là thủ tục truy xuất lớp data link với cơ chế mạch cân bằng.
1.3.2 Hệ thống cuối ATN
Trên hình 1.4, các hệ thống cuối ATN là các ESs thể hiện theo mơ hình tham chiếu OSI của ISO.
Hệ thống cuối ATN trao đổi dữ liệu với các hệ thống cuối ATN khác trong mạng nhằm cung cấp các dịch vụ thông tin liên lạc giữa hai đầu cuối (end to end) cho các ứng dụng của ATN. Hệ thống cuối ATN có cấu trúc hồn tồn tn thủ theo mơ hình phân lớp (7 lớp) OSI của ISO .
1.3.3Các mạng con ATN
Hình 1.5 Cấu trúc tổng thể mạng ATN.
Môi trường liên lạc dữ liệu của ngành hàng khơng được phân tích trên hình 1.5 được xem là một kiến trúc liên mạng. Một kiến trúc liên mạng cung cấp
tính linh hoạt cao nhất trong thiết kế, quản lý và điều khiển từng mạng con độc lập đồng thời cho phép mỗi mạng con được sử dụng tối ưu trong môi trường riêng của nó, có nghĩa là một mạng tồn cầu thống nhất phục vụ tất cả các quá trình trên máy bay và dưới mặt đất mà không bắt buộc một mức chuẩn hóa cao và quản lý nghiêm ngặt. Trong hình 1.5 các mạng con thơng tin được biểu diễn bởi các hình bầu dục và các bộ xử lý ứng dụng kết nối với mạng con biểu diễn bằng các hình hộp chữ nhật. Việc truyền dữ liệu giữa hai đầu cuối người sử dụng của hệ thống mạng dữ liệu của ngành hàng không được thực hiện qua sự liên kết của các mạng con bằng cách cung cấp một đường truyền liên tục giữa các đầu cuối người sử dụng tương ứng. Dữ liệu qua mạng ATN được hỗ trợ bằng ba dạng mạng con thông tin sau:
- Mạng con mặt đất (Ground - ground subnetworks). - Mạng con không địa (Air - ground subnetworks). - Mạng con trên không (Avionics subnetworks).
1.3.3.1 Mạng con mặt đất
Các mạng con mặt đất thông thường là các mạng LANs thường dùng để liên kết ESs và ESs, WAN thường dùng cho liên kết giữa ISs và ISs. Ngoài ra, mạng trao đổi dữ liệu chung của ICAO dựa trên dịch vụ thông tin X25 cũng được sử dụng như mạng con ATN. Mục đích của các mạng con này là dùng để kết nối các quá trình ứng dụng khác nhau trên mặt đất cũng như cho phép kết nối các quá trình ứng dụng ở mặt đất với các quá trình truyền dữ liệu tại mặt đất nhằm để truy cập các quá trình ứng dụng thường trú trên máy bay. Hình 1.5 cho thấy các mạng con dữ liệu trên mặt đất chung hay dành riêng cũng đều được liên kết với các mạng con ATS trên mặt đất.
1.3.3.2 Mạng con không - địa
Mạng con khơng địa có nhiệm vụ đảm bảo việc kết nối giữa các người sử dụng mạng con mặt đất với các người sử dụng mạng con trên không. Mạng con không địa thực hiện chức năng này bằng cách truyền các thông báo đến mạng con trên không từ mạng con mặt đất và ngược lại. Mạng con không địa bao gồm:
- Mạng con radar thứ cấp mode S . - Mạng con VHF datalink.
- Mạng con truyền dữ liệu qua vệ tinh. - Mạng con HF datalink.
Hình 1.5 trên cũng chỉ ra bất kỳ mạng con khơng địa nào cũng có thể liên kết với các mạng con ATS trên mặt đất cũng như với các dịch vụ dùng chung hay dành riêng trên mặt đất.
1.3.3.3 Mạng con trên không
Tương tự các hệ thống trên mặt đất, các mạng LAN sẵn có trên máy bay là các mạng con trên không. Mạng con này dùng để liên kết các hệ thống thiết bị trên máy bay để phục vụ cho việc liên lạc với mặt đất qua mạng con khơng địa tương ứng.
1.3.4Cấu trúc mạng ATN theo mơ hình OSI
Hình 1.6 Cấu trúc mạng ATN theo mơ hình OSI
Hình 1.6 chỉ rõ cấu trúc mạng ATN theo mô hình OSI và so sánh các lớp giao thức của ATN với TCP/IP.
1.4 Định tuyến và quản lý địa chỉ trong mạng ATN
1.4.1 Mơ hình ATN internet.
ATN bao gồm các thành phần chức năng: - Các hệ thống cuối ES
- Các hệ thống trung gian IS. - Các đường truyền thông tin.
Liên kết các thành phần chức năng trên tạo thành mạng ATN intemet.
Hình 1.7 Mơ hình ATN intemet.
Trong hình 1.7 ta thấy bất kỳ hai hệ thống cuối người sử dụng nào cũng đều liên kết được với nhau qua mạng ATN. Các liên kết giữa các ISS là các đường trục chính tạo nên mạng ATN.
1.4.2 Các u cầu định tuyến.
ATN là mạng có tính sẵn sàng cao và đáng tin cậy. ATN được xem là liên mạng không kết nối sử dụng giao thức vận chuyển end-to-end, giao thức này
luôn đảm bảo rằng tất cả dữ liệu người sử dụng đều được phát đi ngay cả khi gói dữ liệu bị mất trong q trình chuyển tiếp.
Vì vậy, việc thiết kế liên mạng tập.trung vào duy trì tính sẵn sàng của đường truyền thơng tin ngay cả khi có sự cố xảy ra trên mạng. Để đạt được điều này thì tính dự phịng được đưa vào liên mạng để sao cho ln ln có ít nhất hai đường truyền thơng tin giữa bất kỳ hai điểm trong liên mạng. Vì thế khi có sự cố xảy ra trên một đường thì đường khác sẵn sàng cho việc sử dụng. Kết quả là, cần thiết có một cơ chế phát hiện khi có lỗi truyền dẫn xảy ra để đảm bảo rằng các gói dữ liệu bị ảnh hưởng được định tuyến sang hướng khác Vì vậy thơng tin động cần được cung cấp trên các đường dự phòng và điều này thực hiện bởi các routers trong liên mạng. Thông tin này được trao đổi giữa các routers qua giao thức trao đổi thông tin định tuyến.