【摘要】目前，由于科技进步和通信技术的日新月异，ACARS系统越来越广泛地应用于我国各民航飞机上。该系统以地空数据链通信技术为支撑实现地空之间的数据传输。本文首先分析了我国目前民航公司地空数据链传输系统，在此基础上对网络通信特性做了深入探讨，并据此给出了个人对未来地空数据链传输系统的发展方向以及规划目标的意见和建议。本文中就地空数据链系统的发展规划所做的讨论，希望能够为其他相关理论研究提供一定的参考和借鉴。
【关键词】地空数据链；民航；通信
一、地空数据链应用层
应用层消息主体主要由传感器图像消息、控制指令以及管理指令三部分组成，按标准格式封装。标准格式的传感器图像消息由图像数据以及图像辅助数据两部分构成，其中图像辅助数据用于对传感器图像数据的格式以及高度、方位、经纬度、时间、精度、气象状况等属性进行传递。
控制指令是指链路管理指令，通常由指控系统发布通过应用层发送；管理指令通常由侦察系统/传感器系统通过RS422口发布，是侦察管理系统的管理控制指令。控制指令与管理指令均在按消息标准定义后进行发布，如TADIL J消息格式。
二、地空数据链传输层
面向连接的协议TCP与无连接的协议UDP构成传输层的两个重要协议。TCP协议服务对象包括需要进行数据传输或接收的应用程序，作用为为其提供面向连接的、可靠的数据通信。通过完善的确认机制，TCP能够确保数据传输准确性及数据包传输过程中按序到达；这种运输服务在提供可靠的、面向连接数据传递服务的同时，也增加了许多诸如流量控制、计时器确认、连接管理等的额外开销。UDP协议所提供的通信则是无连接的，传输中不提供数据包的确认机制，因此只在少量的、即时数据传输时应用。UDP协议下，数据包发送无需事先建立连接，发送完成后无连接需要释放，数据包传输过程没有采用任何流控制或者错误控制，即使数据包传输中被破坏也不再重传，因此UDP传输与TCP相比具有不增加额外开销，执行速度快。
由于时延对语音、图像数据的影响不是十分敏感，因此本系统中均无需进行确认，由主站发送到从站的广播消息也无需进行确认，需要确认的是控制信息以及其它相关数据。根据业务的不同要求，在传输层采用不同的协议。对图像业务使用UDP，面对其它数据、控制消息则使用TCP，以实现端到端的可靠传送。
TCP传输层协议的面向连接的可靠传输设计起初是针对有线网络的。鉴于有线网络链路具有很高的可靠性，因此传统TCP默认丢包情况的产生归因于网络拥塞。而无线网络由于链路的误码率较高，节点移动现象均会导致丢包现象产生，而且按顺序从源节点发出的数据包可能由于频繁的路由失败和重建而由不同的路由进行转发，导致使目的节点所接收的数据包出现顺序错乱现象，源节点也会因此重复收到雷同的确认信息。标准TCP协议默认绝大部分的丢包是由网络拥塞导致，忽略其他可能引起丢包的因素，因此若直接将标准TCP应用到无线网络中，考虑到无线网络中频繁发生的传输错误、路由失败/重建等因素，则标准TCP会经常误判网络产生拥塞，自主启动拥塞控制，使得原本并未拥塞的网络性能急剧降低。
三、地空数据链网络层
在通信链路中，由一个中心站平台和相关从站构成一个单网，不同单网之间通过另外一个中转平台进行连接。信息通过单网之间的链路跨接点连通，达到远距离传输的目的。在多网结构中，需要采用网络层的形式，满足网络互联和分组路由选择的需要。本部分对不同网络层分组格式进行说明，并介绍编址方案以及在多网结构中如何进行路由寻址的算法。
1.分组格式
网络层中的所有数据都被按照标准的TCP/IP数据包分组格式进行统一封装，TCP/IP数据报分组格式自动生成包含10个字节的数据包头部。借助于分组格式中的标识和标志、偏移量字段等，一个数据分组在传送时能够可以再被分段和重组。
2.分段重组
数据链路层在数据封装时，根据帧的大小不同，在每个地空数据网络中都存在一个最大传输单元（MTU），每个数据段的大小都与这个最大传输单元相适应。这样在地空数据链网络层的数据都以MTU的大小为基准拆分成若干数据段，所有的分段的长度都与MTU相等（最后一个数据段除外）。这些数据段加上头部便可以独立地进行传输。在网络层报头中，用一位标志位来指明是否是数据报的最后一段。该数据段中的数据在分段前的数据报中的位置可由网络层报头中的偏移量确定。在接收端，相同具有相同标识位的分段被还原为原来的数据报文。
四、数据链路层
1.通信技术及容量
目前主要有3种多址分配方式实现信道的接入分配频分多址接入（（FDMA）、时分多址接入（TDMA）和码分多址接入（CDMA）。这3种多址接入方式的原则是把共享的一条信道（或链路）分割成若干个相互独立的子信道，每个子信道又分配给一个 （或多个）用户节点专用。
FDMA是在频域上把给定的频段分割成若干个子频段，每个频段表示一个子信道，不同信道在频率轴上是不重叠的：TDMA是在时域上划分信道，每个子信道使用不同的时隙，虽然不同子信道在时间轴上互不重叠，但在频率轴上可能重叠，它将每个传送周期分为多个时隙，每个传送周期由一个帧同步头开始，把每个时隙分配个各个网络节点使用。各个网络节点以帧同步到达为计时起点，计算发射延时，延时至本节点发射时间时，发射自己的数据包。为了避免不同传输时延造成的码元重叠，一般帧间留有一段保护时间：与频分和时分复用相比，CDMA既不在频域上也不在时域上划分子信道，而是在伪随机码上区分各子信道。选择一组适当的伪随机码，使其相干特性具有一良好的正交性，就可用一条伪码来代表一个子信道，这些子信道在频域上和时域上都可能是重叠的。
2.链路层差错控制
因为数据传输准确性要求较高，在传输突发信息帧与广播控制消息时选择通过前向纠错与选择性重传的双重传输方式，从而达到数据链路层的控制和纠错。如果初步的数据校验以及纠错无法将传输中的所有错误纠正过来，则需要向信息发出端反馈信息，要求重新收发该数据帧。
传输数据集报头类消息时，需要根据子帧类型对该信息进行判断，若判定该消息需要进行确认，迅速将等待确认的从站地址插入到该轮询消息中，确认消息（ACK）则由该从站在数据上行时间间隙发送。若出现确认消息传输超时或者丢失的现象，则需要重新发送报头消息，重新发送的次数在数据帧中已有定义。传输中继类消息时，同样需要根据其子帧类型对其进行判断，若判定需要确认时则如上采取类似的确认流程。
参考文献
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作者简介：郭飞（1981—），女，现供职于中国民航科学技术研究院，从事民用航空飞行程序、飞机性能、航行技术等研究。