Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống xử lý điện văn dịch vụ không lưu mở rộng cho ngành hàng không dân dụng việt nam

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống xử lý điện văn dịch vụ không lưu mở rộng cho ngành, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Mạnh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Nhật Thăng
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
• Đề tài: Mô Hình Thực Nghiệm Hệ Thống Xử Lý Điện Văn Dịch Vụ Không Lưu Cho Ngành Hàng Không Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG HÀNG KHÔNG
• 1.1. Hệ thống mạng viễn thông hàng không - ATN
• 1.1.1. Tổng quan về mạng ATN
• 1.1.2. Quá trình hình thành khái niệm mạng ATN
• 1.1.3. Định nghĩa về mạng ATN
• 1.1.4. Lợi ích của mạng ATN
• 1.1.5. Đặc điểm, cấu trúc, mô hình của mạng ATN
• 1.1.5.1. Quá trình nghiên cứu, lựa chọn tiêu chuẩn cho mạng ATN
• 1.1.5.2. Đặc điểm, cấu trúc, mô hình của mạng ATN/OSI
• 1.1.5.3. Đặc điểm, cấu trúc, mô hình của mạng ATN/IPS
• 1.1.6. Các ứng dụng trên mạng ATN
• 1.1.7. Các hệ thống truyền tải điện văn hàng không
• 1.1.7.1. Tổng quan về hệ thống truyền tải điện văn hàng không
• 1.1.7.2. Hệ thống AFTN
• 1.1.7.3. Hệ thống AMHS
• 1.1.7.4. So sánh hệ thống AFTN và AMHS
• 1.1.8. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN VĂN HÀNG KHÔNG TẠI VIỆT NAM
• 2.1. Thực trạng các hệ thống truyền tải điện văn hàng không
• 2.1.1. Tổng quan chung về hệ thống
• 2.1.2. Quy mô, phạm vi kết nối
• 2.1.2.1. Quy mô, phạm vi kết nối hệ thống AFTN tại Việt Nam
• 2.1.2.2. Quy mô, phạm vi kết nối hệ thống AMHS tại Việt Nam
• 2.1.3. Quá trình triển khai hệ thống AMHS và chuyển đổi khai thác từ hệ thống AFTN sang AHMS
• 2.1.4. Phân tích, đánh giá thực trạng hệ thống truyền tải điện văn hàng không hiện nay
• 2.1.4.1. Các kết quả thực thi hệ thống truyền tải điện văn hàng không
• 2.1.5. Nhận xét, phân tích và đánh giá
• 2.1.6. Yêu cầu và phương hướng nâng cao chất lượng truyền tải điện văn
• 2.1.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG AMHS MỞ RỘNG
• 3.1. Thực tế triển khai hệ thống AMHS mở rộng
• 3.2. Các tiêu chuẩn áp dụng khi thực thi hệ thống AMHS mở rộng
• 3.3. Tình hình triển khai hệ thống AMHS trên thế giới
• 3.4. Đánh giá tính phù hợp, khả thi khi triển khai AMHS mở rộng tại Việt Nam
• 3.5. Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống AMHS mở rộng cho ngành Hàng không dân dụng Việt Nam
• 3.5.1. Các yêu cầu khi xây dựng mô hình hệ thống thực nghiệm AMHS mở rộng
• 3.5.1.1. Yêu cầu chung
• 3.5.1.2. Yêu cầu đối với phần mềm UA
• 3.5.1.3. Yêu cầu đối với phần mềm CM
• 3.5.1.4. Yêu cầu đối với phần mềm SUP AFTN
• 3.5.1.5. Yêu cầu đối với phần mềm SUP AMHS
• 3.5.1.6. Yêu cầu đối với phần mềm AFTN/AMHS Gateway
• 3.5.2. Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống AMHS mở rộng trên nền tảng hệ thống AMHS cơ bản
• 3.5.2.1. Cấu hình phần cứng hệ thống
• 3.5.2.2. Phần mềm sử dụng trên hệ thống
• 3.5.2.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống mở rộng
• 3.5.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống AMHS mở rộng và đánh giá các kết quả
• 3.5.4. Phương án và lộ trình triển khai hệ thống AMHS mở rộng cho ngành Hàng không dân dụng Việt Nam
• 3.6. Kết luận chương 3
• DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mạng viễn thông hàng không

Mạng viễn thông hàng không đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và điều hành bay. Hệ thống ATN (Aeronautical Telecommunication Network) là nền tảng cho việc trao đổi thông tin giữa các cơ quan hàng không. Mạng ATN cho phép truyền tải dữ liệu kỹ thuật số, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các dịch vụ không lưu. Việc áp dụng các công nghệ mới trong mạng ATN giúp cải thiện khả năng kết nối và giảm thiểu lỗi trong quá trình truyền tải thông tin. Theo định nghĩa của ICAO, mạng ATN là một kiến trúc mạng toàn cầu dành riêng cho ngành hàng không, cho phép kết nối giữa các hệ thống dữ liệu khác nhau. Điều này giúp nâng cao hiệu quả trong việc quản lý không lưu và đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của ngành hàng không.

1.1. Đặc điểm và lợi ích của mạng ATN

Mạng ATN được coi như mạng Internet của ngành hàng không, cho phép kết nối giữa các hệ thống dữ liệu khác nhau. Lợi ích của mạng ATN bao gồm việc giảm bớt lỗi trong giao tiếp, sử dụng hiệu quả các kênh thông tin, và khả năng kết nối hai đầu cuối bất kỳ trong mạng thông tin dữ liệu toàn cầu. Hệ thống này cũng giúp giảm bớt công việc cho phi công và kiểm soát viên không lưu nhờ vào việc sử dụng các bản tin được định dạng sẵn. Mạng ATN không chỉ cải thiện tính an toàn mà còn nâng cao hiệu quả trong việc quản lý không lưu, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành hàng không.

II. Thực trạng các hệ thống truyền tải điện văn hàng không tại Việt Nam

Việt Nam hiện đang sử dụng hai hệ thống truyền tải điện văn chính là AFTN và AMHS. Hệ thống AFTN đã được triển khai từ lâu nhưng đang dần được thay thế bởi AMHS, một hệ thống hiện đại hơn với khả năng truyền tải đa phương tiện. Việc chuyển đổi từ AFTN sang AMHS không chỉ giúp nâng cao chất lượng truyền tải mà còn đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao về thông tin trong ngành hàng không. Thực trạng hiện tại cho thấy, mặc dù hệ thống AMHS đã được triển khai, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ và đảm bảo an toàn thông tin. Cần có các giải pháp cải tiến để tối ưu hóa quy trình truyền tải điện văn, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của ngành hàng không Việt Nam.

2.1. Phân tích thực trạng hệ thống AMHS tại Việt Nam

Hệ thống AMHS tại Việt Nam hiện đang hoạt động song song với AFTN, tuy nhiên, việc triển khai AMHS vẫn còn gặp nhiều khó khăn. Các yêu cầu về chất lượng dịch vụ và an toàn thông tin chưa được đáp ứng đầy đủ. Cần có sự đầu tư mạnh mẽ vào cơ sở hạ tầng và công nghệ để cải thiện khả năng truyền tải và bảo mật thông tin. Việc phân tích thực trạng hệ thống AMHS sẽ giúp xác định các điểm yếu và từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến phù hợp, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống truyền tải điện văn trong ngành hàng không.

III. Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống AMHS mở rộng

Mô hình thực nghiệm hệ thống AMHS mở rộng được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành hàng không dân dụng Việt Nam. Mô hình này không chỉ cải thiện khả năng truyền tải thông tin mà còn tích hợp các công nghệ mới, giúp nâng cao hiệu quả và an toàn trong quản lý không lưu. Các yêu cầu khi xây dựng mô hình bao gồm việc đảm bảo tính tương thích với các hệ thống hiện có, cũng như khả năng mở rộng trong tương lai. Việc triển khai mô hình thực nghiệm sẽ cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho việc đánh giá hiệu quả của hệ thống AMHS mở rộng, từ đó đưa ra các quyết định phù hợp cho việc phát triển hệ thống trong tương lai.

3.1. Các yêu cầu khi xây dựng mô hình thực nghiệm

Khi xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống AMHS mở rộng, cần xác định rõ các yêu cầu về phần mềm và phần cứng. Các phần mềm như UA, CM, SUP AFTN, và SUP AMHS cần được thiết kế để đảm bảo tính tương thích và hiệu quả trong việc truyền tải thông tin. Cấu hình phần cứng cũng cần được tối ưu hóa để đáp ứng yêu cầu về hiệu suất và an toàn. Việc xây dựng mô hình thực nghiệm không chỉ giúp kiểm tra tính khả thi của hệ thống mà còn cung cấp các dữ liệu quan trọng cho việc cải tiến và phát triển hệ thống AMHS trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành hàng không dân dụng Việt Nam đang chứng kiến sự gia tăng nhanh chóng về lưu lượng bay và nhu cầu trao đổi thông tin quản lý, điều hành bay với dung lượng và chất lượng ngày càng cao. Theo ước tính, hệ thống truyền tải điện văn hàng không hiện tại tại Việt Nam xử lý khoảng 30.000 điện văn mỗi ngày, với phạm vi kết nối rộng khắp trong nước và quốc tế. Tuy nhiên, hệ thống truyền tải điện văn truyền thống AFTN đã bộc lộ nhiều hạn chế về công nghệ như giới hạn độ dài điện văn, khả năng mở rộng kênh truyền và thiếu tính bảo mật, không đáp ứng được yêu cầu phát triển trong tương lai. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống xử lý điện văn dịch vụ không lưu mở rộng (AMHS mở rộng) nhằm thay thế và nâng cao hiệu quả truyền tải điện văn trong ngành hàng không dân dụng Việt Nam. Nghiên cứu tập trung trong giai đoạn từ năm 2015 đến 2021, với phạm vi áp dụng tại các trung tâm điều hành bay và các đầu cuối kết nối trong nước và quốc tế. Việc triển khai hệ thống AMHS mở rộng không chỉ giúp nâng cao tốc độ truyền tải, khả năng xử lý đa dạng định dạng dữ liệu mà còn tăng cường tính bảo mật và khả năng mở rộng hệ thống, góp phần đảm bảo an toàn, hiệu quả trong quản lý không lưu và điều hành bay.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mạng viễn thông hàng không (ATN): Được định nghĩa bởi ICAO là kiến trúc mạng kết nối toàn cầu dành riêng cho ngành hàng không, hỗ trợ trao đổi dữ liệu kỹ thuật số giữa các hệ thống không lưu và mặt đất. Mạng ATN bao gồm hai mô hình chính là ATN/OSI và ATN/IPS, trong đó ATN/IPS dựa trên giao thức IP hiện đại, hỗ trợ IPv6, BGP-4 và các tiêu chuẩn bảo mật IPsec.

• Hệ thống truyền tải điện văn hàng không: Bao gồm hai hệ thống chính là AFTN (Aeronautical Fixed Telecommunication Network) và AMHS (Air Traffic Service Message Handling System). AFTN sử dụng công nghệ chuyển bản tin store-and-forward với giới hạn độ dài điện văn 1800 ký tự, trong khi AMHS dựa trên tiêu chuẩn ITU-T X.400, hỗ trợ đa dạng định dạng dữ liệu, bảo mật và khả năng mở rộng cao.

• Khái niệm CNS/ATM: Mạng ATN là thành phần quan trọng trong hệ thống CNS/ATM (Communication, Navigation, Surveillance/Air Traffic Management), hỗ trợ quản lý không lưu an toàn và hiệu quả thông qua các dịch vụ thông tin, dẫn đường và giám sát.

Các khái niệm chính bao gồm: điện văn không lưu, mô hình OSI, giao thức IP, bảo mật mạng IPsec, chuyển đổi điện văn AFTN sang AMHS, và các tiêu chuẩn quốc tế ICAO.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa phân tích tài liệu, khảo sát thực trạng và xây dựng mô hình thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu từ Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam, Cục Hàng không Việt Nam, các báo cáo kỹ thuật, tiêu chuẩn ICAO và ITU-T, cùng các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến hệ thống truyền tải điện văn hàng không.

• Phương pháp phân tích: Phân tích so sánh giữa hệ thống AFTN và AMHS hiện tại, đánh giá thực trạng triển khai tại Việt Nam, phân tích các yêu cầu kỹ thuật và nghiệp vụ để xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống AMHS mở rộng. Sử dụng phương pháp mô hình hóa hệ thống, kiểm thử phần mềm và đánh giá hiệu suất qua các chỉ số như tốc độ truyền tải, dung lượng xử lý, độ tin cậy và bảo mật.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2019-2021, bao gồm khảo sát thực trạng (2019), thiết kế và xây dựng mô hình thực nghiệm (2020), thử nghiệm và đánh giá kết quả (2021).

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình thực nghiệm được xây dựng dựa trên hệ thống AMHS hiện có tại Việt Nam với các đầu cuối đại diện cho các trung tâm điều hành bay lớn như Nội Bài, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh, cùng các kết nối quốc tế với Thái Lan, Singapore, Hồng Kông và Lào.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất truyền tải điện văn: Hệ thống AMHS mở rộng cho phép xử lý lưu lượng lên đến 100 điện văn mỗi giây, gấp nhiều lần so với hệ thống AFTN chỉ đáp ứng khoảng 30.000 điện văn/ngày. Tốc độ truyền tải trên AMHS đạt mức Mbps, trong khi AFTN chỉ đạt tối đa 9600 bps.

2. Khả năng mở rộng và đa dạng định dạng: AMHS mở rộng hỗ trợ truyền tải không giới hạn độ dài điện văn, đồng thời cho phép đính kèm file và truyền đa phương tiện như âm thanh, hình ảnh, trong khi AFTN chỉ truyền được văn bản thuần túy với giới hạn 1800 ký tự.

3. Tính bảo mật và độ tin cậy: AMHS áp dụng các tiêu chuẩn bảo mật IPsec và xác thực điện văn, đảm bảo an toàn dữ liệu trong quá trình truyền tải. Hệ thống có khả năng lưu trữ tối thiểu 100.000 điện văn trong hàng đợi và truy xuất dữ liệu trong vòng 1 tháng, nâng cao độ tin cậy so với AFTN.

4. Khả năng kết nối và quản lý mạng: Mô hình thực nghiệm AMHS mở rộng cho phép kết nối linh hoạt với các hệ thống trong nước và quốc tế, hỗ trợ quản lý lỗi, giám sát hiệu suất và đồng bộ hóa thời gian chuẩn, giúp nâng cao hiệu quả vận hành.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự vượt trội của AMHS mở rộng so với AFTN là do ứng dụng các công nghệ viễn thông hiện đại, tiêu chuẩn quốc tế mới và khả năng tích hợp đa dạng dịch vụ không lưu. So với các nghiên cứu trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương, kết quả thử nghiệm tại Việt Nam tương đồng với các quốc gia như Singapore và Thái Lan, cho thấy tính khả thi và phù hợp của mô hình AMHS mở rộng. Việc chuyển đổi từ AFTN sang AMHS mở rộng không chỉ đáp ứng yêu cầu về tốc độ và dung lượng mà còn nâng cao tính bảo mật, giảm thiểu rủi ro mất mát dữ liệu, đồng thời tạo nền tảng cho phát triển các dịch vụ truyền thông đa phương tiện trong ngành hàng không. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tốc độ truyền tải, dung lượng xử lý và tỷ lệ lỗi giữa hai hệ thống, cũng như bảng thống kê các loại điện văn và định dạng được hỗ trợ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai đồng bộ hệ thống AMHS mở rộng trên toàn quốc: Đẩy nhanh tiến độ thay thế hoàn toàn hệ thống AFTN bằng AMHS mở rộng trong vòng 2 năm tới, nhằm nâng cao hiệu quả truyền tải điện văn và đáp ứng nhu cầu phát triển ngành hàng không.

2. Nâng cấp hạ tầng mạng và đường truyền: Đầu tư mở rộng băng thông MPLS và các đường truyền Ethernet tốc độ cao tại các trung tâm điều hành và đầu cuối, đảm bảo độ ổn định và giảm độ trễ dưới 20ms, phục vụ cho việc truyền tải đa phương tiện.

3. Tăng cường bảo mật và quản lý an ninh mạng: Áp dụng các giải pháp bảo mật IPsec, xác thực điện văn và giám sát an ninh mạng liên tục, nhằm bảo vệ dữ liệu điện văn khỏi các nguy cơ tấn công và mất mát thông tin.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành, quản lý và bảo trì hệ thống AMHS mở rộng cho cán bộ kỹ thuật và điều hành, đảm bảo vận hành hiệu quả và xử lý sự cố kịp thời.

5. Xây dựng quy trình chuyển đổi và dự phòng: Thiết lập quy trình chuyển đổi từ AFTN sang AMHS mở rộng có kiểm soát, đồng thời duy trì hệ thống dự phòng nóng để đảm bảo tính liên tục trong hoạt động truyền tải điện văn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý hàng không dân dụng: Giúp hoạch định chiến lược phát triển hạ tầng truyền thông không lưu, nâng cao hiệu quả quản lý và điều hành bay.

2. Các nhà cung cấp dịch vụ không lưu và kỹ thuật hàng không: Hỗ trợ trong việc triển khai, vận hành và bảo trì hệ thống truyền tải điện văn hiện đại, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật viễn thông, công nghệ thông tin: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về mạng viễn thông hàng không, mô hình AMHS và các tiêu chuẩn liên quan.

4. Các nhà phát triển phần mềm và giải pháp công nghệ cho ngành hàng không: Tham khảo để phát triển các ứng dụng, phần mềm hỗ trợ truyền tải điện văn đa phương tiện, bảo mật và quản lý mạng.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống AMHS mở rộng khác gì so với AMHS cơ bản?
   AMHS mở rộng hỗ trợ truyền tải đa dạng định dạng dữ liệu như file đính kèm, âm thanh, hình ảnh, trong khi AMHS cơ bản chỉ truyền được văn bản text. Ngoài ra, AMHS mở rộng có các chức năng bảo mật nâng cao và sử dụng thư mục Directory để quản lý địa chỉ.

2. Tại sao cần thay thế hệ thống AFTN hiện tại?
   AFTN có giới hạn độ dài điện văn, tốc độ truyền thấp, không hỗ trợ đa phương tiện và thiếu bảo mật. Điều này không đáp ứng được nhu cầu phát triển của ngành hàng không hiện đại với lưu lượng và đa dạng thông tin ngày càng tăng.

3. Quá trình chuyển đổi từ AFTN sang AMHS diễn ra như thế nào?
   Quá trình chuyển đổi gồm 4 giai đoạn: thử nghiệm, khai thác dự phòng, khai thác chính và ngừng hoạt động AFTN. Tại Việt Nam, quá trình này kéo dài từ 2015 đến dự kiến hoàn thành sau năm 2020, với việc AMHS dần thay thế hoàn toàn AFTN.

4. Hệ thống AMHS có đảm bảo an toàn thông tin không?
   Có. AMHS sử dụng các tiêu chuẩn bảo mật IPsec, xác thực điện văn và các cơ chế quản lý an ninh mạng để bảo vệ dữ liệu trong quá trình truyền tải, đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật thông tin.

5. Làm thế nào để đảm bảo tính liên tục khi chuyển đổi hệ thống?
   Việc duy trì hệ thống dự phòng nóng, sao lưu dữ liệu liên tục và thiết lập quy trình chuyển đổi có kiểm soát giúp đảm bảo tính liên tục và ổn định trong hoạt động truyền tải điện văn khi chuyển đổi từ AFTN sang AMHS.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình thực nghiệm hệ thống AMHS mở rộng phù hợp với yêu cầu phát triển của ngành hàng không dân dụng Việt Nam.
• Hệ thống AMHS mở rộng vượt trội về tốc độ truyền tải, khả năng xử lý đa dạng định dạng dữ liệu và bảo mật so với hệ thống AFTN truyền thống.
• Việc triển khai AMHS mở rộng góp phần nâng cao hiệu quả quản lý không lưu, đảm bảo an toàn và đáp ứng nhu cầu phát triển trong tương lai.
• Quá trình chuyển đổi từ AFTN sang AMHS cần được thực hiện đồng bộ, có kế hoạch rõ ràng và đầu tư nâng cấp hạ tầng mạng.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện triển khai toàn quốc, đào tạo nhân sự và tăng cường bảo mật hệ thống nhằm đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả.

Luận văn kêu gọi các cơ quan quản lý, nhà cung cấp dịch vụ và các bên liên quan phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất để nâng cao chất lượng truyền tải điện văn không lưu, góp phần phát triển ngành hàng không dân dụng Việt Nam bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG HÀNG KHÔNG 1. Hệ thống mạng viễn thông hàng không - ATN 1. Tổng quan về mạng ATN 1. Quá trình hình thành khái niệm mạng ATN Quản lý không lưu (Air Traffic Management - ATM) là việc quản lý các vùng trời và hoạt động một cách an toàn, hiệu quả và điều hòa thông qua việc phối hợp cung cấp các phương tiện và dịch vụ với các bên liên quan có các chức năng dựa trên mặt đất và trên tàu bay [4].

Để đảm bảo thực hiện ATM, có 03 dịch vụ đóng vai trò rất quan trọng đó là thông tin, dẫn đường, giám sát hàng không (Communication, Navigation, Surveillance - CNS), chức năng của các dịch vụ này như sau: - Dịch vụ thông tin hàng không gồm 2 loại đó là thông tin lưu động hàng không và thông tin cố định hàng không. Dịch vụ này cung cấp các thông tin liên lạc giữa người lái và kiểm soát viên không lưu và giữa những đơn vị liên quan đến các hoạt động điều hành bay, sân bay, khai thác tàu bay và nhà chức trách hàng không. - Dịch vụ dẫn đường hàng không bao gồm các hệ thống phụ trợ dẫn đường vô tuyến phát ra các tín hiệu tạo các mốc và chỉ hướng cũng như cự ly của tàu bay so với đài dẫn đường trong quá trình bay đường dài, tiếp cận và hạ cánh. - Dịch vụ giám sát được thực hiện thông qua các hệ thống radar giám sát nhằm giúp cho kiểm soát viên không lưu có thể nhìn thấy các vị trí của các tàu bay trên màn hình radar tại bàn kiểm soát không lưu.

Tuy nhiên, hạ tầng kỹ thuật phục vụ quản lý không lưu hiện nay đã bộc lộ nhiều mặt hạn chế do việc triển khai các hệ thống cung cấp dịch vụ này sử dụng trên những hệ thống đường truyền riêng rẽ, chưa phối hợp với nhau nhau tạo thành một thể thống nhất; việc quản lý, giám sát, xây dựng chiến lược bảo mật tổng thể cho toàn hệ thống gặp nhiều khó khăn. Khi lưu lượng bay đạt tới một ngưỡng nào đó, những hạn chế này sẽ là rào cản khiến hệ thống sẽ không đủ an toàn và hiệu quả để đáp ứng các yêu cầu của quản lý không lưu [4]. Luan van 3 Năm 1983, ICAO đã thành lập Ủy ban đặc biệt về các hệ thống dẫn đường hàng không trong tương lai (Special Committee on Future Air Navigation Systems (FANS)) với mục đích nghiên cứu, xác định và đánh giá các công nghệ mới trong lĩnh vực hàng không (dẫn đường hàng không, thông tin, công nghệ vệ tinh…) và để đưa ra các khuyến nghị về sự phát triển của ngành hàng không dân dụng. Các kết quả nghiên cứu lớn của Ủy ban FANS tập trung vào các hệ thống CNS cho ATM, trong đó tập trung nghiên cứu mô hình CNS/ATM mới ứng dụng các công nghệ viễn thông hiện đại và nổi bật là liên kết dữ liệu và vệ tinh.

Tại Hội nghị dẫn đường hàng không lần thứ 10 năm 1991, ICAO đã đưa ra khái niệm về hệ thống CNS/ATM toàn cầu. Khái niệm này tiếp tục được hoàn thiện và chính thức được áp dụng vào năm 1993. Theo định nghĩa của ICAO, CNS/ATM là các hệ thống thông tin, dẫn đường, giám sát, sử dụng các công nghệ số, bao gồm các hệ thống vệ tinh cùng với nhiều mức tự động khác nhau, áp dụng để hỗ trợ hệ thống quản lý không lưu hợp nhất trên toàn cầu. Cùng với sự ra đời của CNS/ATM, các khái niệm về thành phần của hệ thống CNS/ATM cũng dần được hình thành trong đó có mạng ATN.

Có thể nói, mạng ATN là thành phần quan trọng, không thể tách rời của CNS/ATN. Vệ tinh dẫn đường Vệ tinh thông tin Giám sát Mạng viễn thông Hình 1.1: Khái niệm CNS/ATM Luan van 4 1. Định nghĩa về mạng ATN Theo định nghĩa của Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO, mạng ATN là một kiến trúc mạng kết nối toàn cầu dành riêng cho ngành hàng không. Mạng ATN cho phép trao đổi dữ liệu kỹ thuật số địa - địa, không - địa và các mạng con dữ liệu hàng không để đảm bảo cho sự an toàn của dẫn đường hàng không và duy trì liên tục, hiệu quả, khai thác kinh tế cho các dịch vụ không lưu [5].

Lợi ích của mạng ATN Mạng ATN được coi như mạng Internet của ngành hàng không, cho phép kết nối giữa các hệ thống dữ liệu khác nhau, các khu vực, quốc gia trên một nền tảng cơ sở hạ tầng kết nối thống nhất, có tính mở, tính an toàn, dự phòng, bảo mật và đáp ứng đầy đủ yêu cầu các dịch vụ. Trước đây, mỗi khi triển khai một dịch vụ, một ứng dụng thì cần phải tạo một kết nối mới, kênh truyền mới, ATN được tạo ra để loại bỏ sự cần thiết phải có kênh truyền độc lập đó. Với ATN, sẽ có một kết nối vật lý dùng chung thay vì các kết nối riêng rẽ được tạo ra mỗi khi cần. ATN cũng sẽ cung cấp một mạng chuẩn hoá cho thông tin liên lạc giữa các hãng hàng không và các cơ sở ATS.

ATN cung cấp cơ sở hạ tầng truyền số liệu cần cho việc thực hiện tự động hoá ATM. So với các hệ thống thông tin thoại truyền thống, ATN và các ứng dụng ATM có các lợi ích sau: - Thông tin dưới dạng dữ liệu rõ ràng và đầy đủ hơn dẫn tới giảm bớt lỗi nói và nghe hiểu. - Các kênh thông tin được sử dụng một cách hiệu quả hơn làm giảm số lượng kênh vô tuyến đất đối không và giảm các kênh riêng trên mặt đất. - Có khả năng kết nối hai đầu cuối bất kỳ (trên máy bay hoặc trên mặt đất) trong mạng thông tin dữ liệu toàn cầu.

- Giảm bớt công việc cho phi công, kiểm soát viên và các bộ phận liên quan trong ATM do đã có các bản tin được định dạng sẵn và được lưu trữ. Luan van 5 Mạng ATN Nhà cung cấp dịch vụ Trung tâm ATC Trung tâm AOC thông tin hành khách Hình 1.2: Tổng quan mạng ATN 1. Đặc điểm, cấu trúc, mô hình của mạng ATN 1. Quá trình nghiên cứu, lựa chọn tiêu chuẩn cho mạng ATN Ban đầu, ICAO đã lựa chọn mô hình OSI do ISO và IUT-T khởi xướng để làm các tiêu chuẩn tham chiếu cho tất cả các kết nối dữ liệu liên quan tới quản lý không lưu (kết nối địa-địa, không-địa).

Kết quả là, ICAO đã phát triển tiêu chuẩn mạng ATN để ứng dụng trong hàng không dân dụng theo mô hình OSI hay còn gọi là ATN/OSI. Các tiêu chuẩn này đã được công bố vào thập niên 90. Tiếp theo đó, ICAO đã xem xét khả năng sử dụng chồng giao thức IP để làm giải pháp thay thế để đáp ứng được với những yêu cầu ngày càng phát triển của hàng không dân dụng. Sự xem xét này được đưa ra kể từ khi IP đang dần dần trở thành giải pháp tiêu chuẩn toàn cầu cho toàn bộ mạng viễn thông kể từ năm 2000.

Sau quá trình nghiên cứu, ICAO đã tiếp tục công bố các tiêu chuẩn mạng ATN dựa theo chồng giao thức IP (Internet Protocol Suite) hay còn gọi là ATN/IPS. Hiện tại, việc áp dụng ATN/OSI hay ATN/IPS còn tùy thuộc vào điều kiện, cơ sở hạ tầng và chiến lược của từng khu vực. Tuy nhiên, theo xu hướng hiện tại, Luan van 6 ATN/IPS sẽ dành cho các mạng kết nối địa - địa trong khi đó ATN/OSI sẽ tiếp tục hỗ trợ cho mạng kết nối không địa, đặc biệt là cho VDL Mode 2. Đồng thời, việc nghiên cứu các tiêu chuẩn ATN/OSI cho mạng kết nối không - địa đang được tiếp tục thực hiện và sẽ sớm được đưa vào áp dụng [5].

Đặc điểm, cấu trúc, mô hình của mạng ATN/OSI Hệ thống đầu cuối Hệ thống đầu cuối ATN cuối - cuối Thực thể ứng Thực thể ứng dụng Dịch vụ kết nối ATN dụng cuối - cuối Dịch vụ liên kết Dịch vụ liên kết tầng trên Mạng Internet ATN cuối - cuối tầng trên Dịch vụ viễn Hệ thống trung Hệ thống trung Dịch vụ viễn thông Internet gian (IS) gian (IS) thông Internet Hình 1.3: Cấu trúc mạng ATN/OSI theo ICAO Hệ thống cuối (End system): Có khả năng kết nối với các hệ thống cuối khác bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp, để cung cấp dịch vụ kết nối cuối - cuối cho các ứng dụng không - địa, địa - địa hoặc cả hai; tuân thủ theo kiến trúc 7 tầng của mô hình OSI; hỗ trợ một hoặc nhiều ứng dụng ATN và hỗ trợ kết nối qua mạng ATN bằng cách cung cấp các chế độ dịch vụ truyền tải hướng kết nối hoặc phi kết nối hoặc sử dụng cả hai. Các thực thể ứng dụng (Application Entity): là một thành phần trong quá trình xử lý của ứng dụng liên quan đến việc kết nối trong môi trường OSI, một ứng dụng có thể được hỗ trợ bởi nhiều thực thể ứng dụng (tuân thủ theo ISO/IEC 9545). Dịch vụ truyền thông tầng trên (Upper layer communications service): tương ứng với tầng phiên (tầng 5), tầng trình bày (tầng 6) và một phần của tầng ứng dụng (tầng 7) trong mô hình OSI. Nó cho phép các ứng dụng ATN xác định kết nối ngang Luan van 7 hàng bằng cách xác định giao thức cần thiết để thiết lập liên kết giữa các ứng dụng, mã hóa và truyền dữ liệu và để giải phóng các liên kết theo thứ tự hay đột ngột.

Dịch vụ truyền thông Internet (Internet communications service) được tạo ra từ kiến trúc định tuyến Internet bao gồm nhiều thành phần, chức năng như miền định tuyến, miền quản trị… Dịch vụ truyền thông Internet dựa trên giao thức phi kết nối ISO (CLNP), giao thức truyền hướng kết nối ISO (Class4) và giao thức trao đổi thông tin định tuyến liên miền (inter-domain routing information exchange protocol). Nó hỗ trợ cho nhiều kiểu loại mạng con địa - địa và không - địa của mạng ATN, đảm bảo khả năng hoạt động liên kết của hệ thống trung gian (Intermediate systems) và các mạng con ATN tích hợp. Nó cũng cung cấp các cơ chế ưu tiên, định tuyến dựa trên chính sách, trao đổi thông tin định tuyến và kỹ thuật nén cho phép sử dụng hiệu quả băng thông có sẵn. Dịch vụ truyền thông Internet có chức năng tương ứng với 04 tầng dưới của mô hình OSI bao gồm tầng vận chuyển (tầng 4), tầng mạng (tầng 3), tầng liên kết dữ liệu (tầng 2), tầng vật lý (tầng 1).

Hệ thống trung gian (Intermediate system): là các bộ định tuyến trong mạng ATN và được phân loại như sau: Bảng 1.