粤ICP备17011316号
畅行航空网/NiceFlt

波音B787飞机的蜂窝无线传输功能的原理和应用

来源:海航技术 云永旺
分享到:

波音B787飞机的蜂窝无线传输功能的原理和应用

引言:


基于Boeing公司先进的e-Enabling理念,梦想客机787实现了整机网络化,且飞机网络与地面设备之间亦可通过无线或有线的方式进行联接和数据传输。

787飞机与地面设备的无线联接技术,大致可分为基于机场终端Wi-Fi网络的联接和基于GSM移动网络的联接。两者的区别主要有:


1. 基于机场Wi-Fi:联接速度较快,受限于停机位Wi-Fi信号覆盖范围;

2. 基于GSM:联接速度较慢,GSM信号覆盖范围极大,基本不受机场地域的影响。


终端蜂窝系统(TerminalCellular System),以下简称TCS,正是第三方供应商在787飞机上配置的基于GSM移动网络应用的,用于实现机载网络与地面网络进行无线联接的系统。

概述:

  1. 飞机的起落架着地后,TCS启动,其SIM卡自动搜寻相应通讯运营商的GSM网络;

2. 运营商(或漫游运营商)的移动网络为飞机的TCS分配一个IP地址和DNS地址;

3. 机载E化设备(主要指飞机的核心网络)通过TCS,联接地面网关(含防火墙),进而联接地面E化服务器(包括LSAP软件库、EFB的BEGSS服务器)。

工作原理:


机载TCS系统,主要的组件是TCU(Terminal Cellular Unit),基本硬件构成是天线、SIM卡和主机模块,软件构成为TCS AMI、CIS AMI软件(均为自定义的客户化配置软件)。


安装在TCU中的SIM卡,与手机中的SIM卡是一样的,通过全球移动通信系统(GSM)信号,接入通信运营商(中国联通或中国移动)的网络接入点(APN),即可完成IP地址的获取,从而登入Internet。


接入GSM网络的机场四字代码(包括漫游机场)、APN等数据,都需事先在TCU AMI软件中完成配置。


发布在Internet中的域名服务器(DNS),比如LSAP软件库的地址,由于已经事先被定义在CIS AMI软件中,因此787飞机在登入Internet后,即可通过防火墙联接该DNS。


功能应用:


机载核心网络以及EFB可以通过TCS联接地面E化设备,主要应用在以下方面:

1. 完成软件无线上传/删除,远程准确控制机载硬盘里的软件备件构型;

2. 完成飞机日志/状态报告的无线下传,有利于飞机数据的全时监控,也便于及时清理和控制机载硬盘容量;

3. 无线更新电子飞行包(EFB)数据包(包括机场终端图、飞行手册、性能数据库等);

4. 完成其它扩展信息的空地实时共享,比如eCMF/eFTS/eFCS/ELB/EFF等。

应用案例:


海航引进的787-9机型,在生产线上已经全部选装了TCS功能。TCS需要安装航空公司客户化的软件,并辅之以相关的地面E化设备才能激活使用。


飞机自引进后较长一段时间内,TCS功能都无法正常激活,无论是AMI软件的配置,还是地面服务器和网关的设置,都逐项做了检查,并没有发现异常。多次从飞机上获取CSM(Controller Server Module)和CIS(Crew Information System)的系统日志,波音的工程师也并没有在日志文档中找到更有帮助的信息。


TCS故障久攻不下,意味着移动通信的前沿技术无法深度惠及工程管理和飞机的例行维护工作。面对如此深度隐蔽的故障,海航技术的E化工程师决定深入生产一线持续跟踪排查。


飞机核心网络对于LSAP软件例行上传与安装的支持功能,一直保持正常;但执行核心网络CSM和CIS的系统测试时,测试结果不稳定,即有时显示TEST PASSED,有时显示TEST FAILED。对于飘忽不定的故障现象和故障代码,通过与其它飞机对串机载网关组件EGM(Ethernet Gateway Module),依然无法准确定位故障源。


经过连续几天的跟踪观察, E化工程师留意到一个现象:787飞机每天都会自动发起一个Key Request(如右图)。根据工程师的经验,这种现象是不正常的。因为飞机身份证书的请求只能通过手动发起,而不是由飞机自动发起。


作为飞机身份证书的宿主,CSM是787飞机核心网络的重要部件,其主要功能有:


网络管理(Network Manager)

OAS(OnboardAuthentication Service)在无线联接功能方面的保证;

核心网络数据装载;

控制机载网关EGM;

其它网络管理功能。

核心网络应用(CNAS--Core Network Applicationssystem)

CNAS负责监控核心网络的启动、运行、关闭等状态。

机载认证服务(OAS)


OAS利用机载数字证书对飞机的其它联接用户(有线或无线)进行安全认证。


从这架的实际情况分析,飞机每天自发生成一个身份证书的请求,意味着CSM无法保持稳定的飞机身份证书,即飞机在与其它用户(如TCS)发生网络联接时,OAS无法提供身份认证服务,故而此联接无法完成。


因此,可以判定原装机的CSM可能存在内部逻辑故障。在更换CSM组件并完成相应软件的安装和系统测试后,该飞机的TCS功能终于被成功激活。

总结:


随着Boeing e-Enabling理念的全球推广,Airbus及其它飞机生产厂家也已陆续推出相应的E化产品。为顺应机载设备的集成和网络化需求,SONY等原来的磁盘一线生产厂家也早已停产3.5英寸的磁盘。新一轮的技术革新已经在全民航推广使用。


TCS功能对E化理念是极好的补充。随着GSM网络带宽的扩展,以及机载设备带宽的扩展,该项新技术的应用给飞机维修控制和运行管理带来的流程优化日趋显著。


机载软件装载方式的极大变化,不但减少了磁盘等媒介或工具的调运和存储成本,而且提高了软件装载的速度,从而使机队软件升级的周期大大缩短。


航空公司的工程师在地面可通过TCS,获取787飞机的CPL数据,使FDR的数据得到完整的、及时的下载,从而提升对QAR的监控率。


EFB航图等数据包通过TCS实现无线更新,既减免了飞行员查阅纸质手册的工作负荷,又能使航空公司得以减配纸质资料,从而减轻飞机重量,节约燃油消耗。


总之,作为从事飞机维修和工程管理的工程师,面对当下航空业新技术快速推广的形势,我们应迅速了解和接受新的管控理念,支持和推动航空维修的发展。


留言提交