航 空 用 VHFデータリンクの 伝 送 遅 延 解 析 と 予 測 監 視 通 信 領 域 住 谷 泰 人 北 折 潤 石 出 明
航 空 機 の 運 航 No.2 測 位 衛 星 通 信 衛 星 航 法 (Navigation) 位 置 情 報 等 監 視 情 報 等 通 信 (Communication) 音 声 /データ 航 法 施 設 監 視 (Surveillance) 監 視 レーダ 空 港 管 制 機 関 (ATM) 飛 行 情 報 等 航 空 用 ネットワーク 網 航 空 地 球 局 ENRI
はじめに No.3 背 景 と 目 的 VHF 帯 データリンクの 性 能 調 査 シミュレータを 用 いた 性 能 解 析 解 析 結 果 と 予 測 まとめ
背 景 と 目 的 No.4 円 滑 な 航 空 交 通 流 のための 運 用 改 善 CARATS( 国 土 交 通 省 航 空 局 ) Collaborative Actions for Renovation of Air Traffic Systems 将 来 の 航 空 交 通 システムのロードマップ CARATS 航 空 通 信 アドホック 会 合 航 空 局 データリンクサービスプロバイダ 航 空 会 社 ENRIなど データリンク 調 査 将 来 的 なデータリンク 利 用 / 情 報 共 有 VHFデータリンクを 用 いたATC 通 信 : 音 声 /データの 併 用 へ
航 空 通 信 システム 関 連 のCARATSの 取 組 CARATS 通 信 アドホック 関 連 のEN OI(2013 年 度 ) 施 策 ID 施 策 名 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 EN14 EN15 OI13 OI19 OI29-2 VHF データリンク 将 来 の 通 信 装 置 継 続 的 な 上 昇 / 降 下 の 実 現 合 流 地 点 における 時 刻 ベースの 順 序 付 け 間 隔 設 定 (メタリング) FANS1/A+ POA/VDLM2(AOA) データリンクによるCDO( 陸 域 ) CCO メタリングフィックスでの 運 用 定 型 通 信 の 自 動 化 による 処 理 能 力 の 向 上 / 管 制 承 陸 域 CPDLC(FANS1/A + (POA/M2) 認 ( 航 空 路 ) 陸 域 CPDLC 意 思 決 定 年 次 航 空 交 通 量 (2025 年 ): 現 在 の 約 1.4 倍 ~ 国 土 交 通 省 交 通 政 策 審 議 会 航 空 分 科 会 資 料 より 性 能 要 件 を 満 足? * POA: Plain Old ACARS ACARS: Aircraft Communications Addressing and Reporting System VDLM2: VHF Digital Link Mode 2 AOA: ACARS over Aviation VHF Link Control AeroMACS: Aeronautical Mobile Airport Communication System LDACS: L-band Datalink Aeronautical Communication System CCO: Continuous Climb Operations CDO: Continuous Descent Operations CPDLC: Controller Pilot Data Link Communication No.5 EN: Enabler OI: Operational Improvement ATN Baseline2 AeroMACS,LDACS 高 度 化 (ATNB2 等 ) 時 刻 指 定 を 行 うCDO 高 度 化 (ATNB2 等 ) 高 度 化 (ATNB2 等 ) 意 思 決 定 の 目 安 ( 状 況 次 第 で 変 更 の 可 能 性 )
データリンク 性 能 シミュレーション No.6 データリンク: 上 限 を 超 えると 輻 輳 利 用 不 可 上 限 の 確 認 / 事 前 予 測 シミュレータ 利 用 : 航 空 機 数 を 運 用 限 界 以 上 に 増 加 航 空 機 を 用 いた 限 界 算 出 は 困 難 ( 運 用 / 航 空 機 数 上 限 ) シミュレーションパラメータ: 航 空 機 数 メッセージ 長 メッセージ 間 隔 など VHFデータリンク 性 能 伝 送 遅 延 スループット 相 互 運 用 性 接 続 確 率 など トラフィックデータの 統 計 分 析 シミュレーションパラメータ シミュレーションパラメータ VDLM2 POA プロトコルモデル プロトコルモデル ソフトウェア: OPNET OS: Windows 伝 送 性 能 解 析 シミュレータ
シミュレーションモデル 例 ~ 航 空 機 60 機 No.7
日 本 のVHFデータリンクの 特 徴 VDLM2 POA 周 波 数 (MHz) 136.975 131.450, 131.250, 131.950 帯 域 (khz) 25 変 調 方 式 D8PSK AM-MSK 伝 送 速 度 (bps) 31500 2400 伝 送 単 位 ビット キャラクタ 誤 り 訂 正 機 能 あり なし No.8 VDLM2の 覆 域 日 本 の 地 上 局 配 置 *アビコムジャパン 社 webサイトより. 上 図 : http://www.avicom.co.jp/services/data_link/data_01.html 左 図 : http://www.avicom.co.jp/services/data_link/data_03.html
トラフィックデータの 解 析 例 通 信 量 と 航 空 機 数 の24 時 間 推 移 No.9
VGSの200NM 覆 域 調 査 分 析 対 象 とシミュレーションパラメータ 調 査 対 象 最 大 トラフィックの 地 上 局 時 間 帯 新 しいATC 施 策 の 該 当 範 囲 (200NM 覆 域 内 FL150 以 上 ) シミュレーションパラメータ VDLM2 POA 項 目 ATC AOC+ATC AOC 周 波 数 変 更 他 の 施 策 同 時 混 在 環 境 AOC メッセージ 長 [byte] 474 40 20 31.5 322 550 航 空 機 数 53 213 22 1 時 間 あたりのメッセージ 数 374 452 332 784 2285 234 メッセージ 間 隔 [ 秒 ] 9.6 8 10.8 4.6 1.6 15.4 No.10 分 析 対 象 データ 新 しいATC 施 策 に 伴 うATCデータ/AOCデータ メッセージ 長 航 空 機 数 メッセージ 数 メッセージ 間 隔
シミュレーションパラメータの 算 出 例 ~AOC No.11 覆 域 内 のVDLM2 航 空 機 数 :53 機 807 [ブロック/ 時 ] より 374 [メッセージ/ 時 ] 2.158 [ブロック/メッセージ] 1ブロック = 220[byte] より 平 均 メッセージ 長 = 474 [byte] メッセージ 間 隔 = 3600[ 秒 ]/374 = 9.6 [ 秒 /メッセージ] ATC 各 施 策 に 基 づくメッセージ 数 該 当 航 空 機 数 :トラフィックデータより 抽 出 メッセージ 長 : 施 策 毎 に 想 定 AOCとATC 混 在 環 境 :ATCとAOCの 航 空 機 数 に 基 づく 比 例 関 係 を 仮 定
シミュレーション 解 析 例 :AOC 10 試 行 のうちの1 試 行 POA: 航 空 機 数 20 機 VDLM2: 航 空 機 数 60 機 各 航 空 機 の 伝 送 遅 延 時 間 No.12 再 送 による 伝 送 遅 延 非 定 常 定 常 * RTCA,EUROCAEに 基 づく 伝 送 遅 延 時 間 95%の 許 容 値
伝 送 遅 延 時 間 95% 値 と 航 空 機 数 の 関 係 (POA) No.13 95% 値 (10 試 行 分 ) 22 機 >10 秒 * RTCA,EUROCAEに 基 づく 伝 送 遅 延 時 間 95%の 許 容 値 POA: 新 しいATC 施 策 の 導 入 は 厳 しい
伝 送 遅 延 時 間 95% 値 と 航 空 機 数 の 関 係 (VDLM2) No.14 ATC 通 信 : 優 先 機 能 有 (95% 値 AOC 遅 延 ) 53 機 110 機 150 機 95% 値 (10 試 行 分 ) RTCA,EUROCAEに 基 づく 伝 送 遅 延 時 間 95%の 許 容 値 現 在 の 航 空 機 数 :53 機 VDLM2 装 備 機 数 ( 装 備 率 100%):110 機 2025 年 ( 約 1.4 倍 ):150 機 VDLM2は 性 能 要 件 を 満 足
まとめ No.15 CARATS: 将 来 の 航 空 交 通 システムのロードマップ 円 滑 な 航 空 交 通 流 のための 運 用 改 善 VHF 帯 データリンクの 性 能 検 討 ~ 新 しいATC 施 策 の 対 応 可 能 性 シミュレータを 用 いた 性 能 解 析 と 予 測 ~ENRIの 役 割 トラフィックデータに 基 づく 統 計 分 析 シミュレーションパラメータ 航 空 機 数 メッセージ 長 メッセージ 間 隔 性 能 基 準 (RTCA/EUROCAE): 伝 送 遅 延 時 間 95% 値 10 秒 を 利 用 シミュレーション 解 析 結 果 POA: 新 しいATC 施 策 の 適 用 は 厳 しい VDLM2: 新 しいATC 施 策 の 適 用 可 : 現 在 の 航 空 機 数 での 遅 延 :3 秒 程 度 2025 年 頃 を 想 定 した 予 測 結 果 : 基 準 を 満 足
今 後 の 予 定 No.16 複 数 のアプリケーションへの 対 応 現 在 のシミュレーション: 単 一 アプリケーション ATC 通 信 とAOCのトラフィックをまとめた 平 均 パラメータ 将 来 のシミュレーション: 複 数 のアプリケーション ATC 施 策 毎 AOCアプリケーション 毎 のパラメータ ATC 通 信 優 先 機 能 etc. データ 収 集 及 び 貴 重 なご 意 見 等 にご 協 力 いただました CARATS ATM WG 及 び 通 信 Adhoc 並 びに 国 土 交 通 省 航 空 局 をはじめとする 航 空 関 係 者 の 皆 様 に 感 謝 の 意 を 表 します