ACARSについて

ACARS Aircraft Communications Addressing and Reporting System)とは、無線または衛星による地対空の小容量メッセージの送信に供されるデジタル・デ−タリンクシステムである。そのプロトコルはAeronautical Radio, Inc社によって1978年に音声通信に変わる物として制定され、テレックスのフォーマットを採用、その後SITASociété Internationale de Télécommunications Aéronautiques)社が世界規模の地上データネットワークと無線局を設置してACARSサービスの提供を開始した。ACARSは、今後20年の間に航空会社の共通IP通信プロトコルであるAeronautical Telecommunications Network (ATN)に交代するとされている。

 

ACARSの歴史

データ通信が供されるようになるまで、地対空通信はVHFまたはHF帯の音声通信に頼っていた。多くの場合、それは専用の無線通信士を必要とし、デジタルメッセージは航空テレタイプなどのシステムから再送されていた。これらの労力を減らし、データの統一性を向上させるため、航空業界は1980年代後半にACARSを採用した。(1980年前半にも採用した航空会社があったが、世界的に広がりを見せるのは80年代後半)

 

ACARSというと、しばしばアビオニクス(aviation electronics)やLine-replaceable unit機器の一つと混同されるが、ACARSとは地上と機上の総合的なシステムの総称である。機上では、ACARSシステムはアビオニクスコンピューターであるMU(ACARS Management Unit)とCDU(コントロールディスプレイユニット)で構成され、MUはVHF帯の電波で地上とデジタルメッセージの交信ができるように設計されている。地上では、ACARSはデータリンクメッセージのやりとりが出来る無線通信機をつないだネットワークで構成され、メッセージを航空会社各社に配信できる。初期のACARSはARINCの597スタンダード準拠だったが、80年代にデジタルデータ・バスインターフェース機器を搭載する機に向けて、724準拠にアップデートされ、後に90年代の全てのデジタル機器搭載機の主要仕様である724Bにリバイスされた。同時に724BのMUは、ARINC739準拠のMCDUと740準拠のプリンターを使うflight management systemとの共通運用ができるように業界標準プロトコルとして統合された。この新ARINCは次世代ACARSのMUであるCMUシステムに供される758と呼ばれることになる。

 

OOOI イベント

 

ACARSの重要な役割の一つとして、機の主要な運行上のイベント(フライトフェーズ)を自動的に検知して報告することが挙げられる。これは業界ではOOOIイベント(Out of the gate=ゲート出発, Off the ground=離陸, On the ground=着陸、 Into the Gate=ゲート到着)と呼ばれ、機に装着したセンサー(ドア、パーキングブレーキ、ストラットスイッチセンサーなど)によってACARS MUがそのアルゴリズムに従って判断する。おのおののフライトフェーズの開始に当たり、MUはその内容、開始時間、その他搭載燃料量や行き先などの情報を含んだデジタルメッセージを地上局に送信する。これらのメッセージは、フライトフェーズによって定められた異なるレートでクルーに支払われる、航空会社の給与自動計算にも使われる。

FMS インターフェース

 

地上へのイベント報告の他に、ACARSの主要システムは他の搭載アビオニクスをサポートするよう拡張された。80年代後半から90年代初めに掛けて、ACARS MUとFlight management systems (FMS)間のデータリンクインターフェースが開発された。このインターフェースは地上からACARS MUに向けたフライトプランや天候情報をFMSに転送することを可能にした。これにより、航空会社はFMS情報を飛行中に変更し、クルーは最新の天候情報を元に飛行プランの変更ができるようになった。

 

メンテナンス用データのダウンロード

 

90年代始めにFDAMS/ACMSとACARS MU間のインターフェースが開発されると、航空会社間にさらにデータリンクの使用が広まった。エンジン、機体や運用パフォーマンス状態を解析するFDAMS / ACMSシステムがACARS MUを通じてリアルタイムに地上に送信できるようになったからである。これにより、担当者が地上で機体からこれらのシステムのデータを吸い出す手間がなくなり、リアルタイムでモニターできる情報を元に、既に飛行している間にその機の整備プランを立てることもできるようになったのである。

 

インタラクティブ クルー インターフェース

 

前述の機能は、クルーの動きに合わせて、ACARS MUが自動的に関連アビオニクスシステムと連携して行うものだが、ACARS機能の発展に連れて、ACARS MUはコクピットにあるCDUとも直接インターフェースされた。このMCDUやMIDUとも呼ばれるCDUは、クルーに今日のEメールのようなメッセージの送受信を可能にした。この通信を簡易にするため、ACARSサービスプロバイダーと航空会社は協力して、MCDU画面にクルーが使える機能を提供した。これにより、クルーは地上に要求する情報や地上に送るレポートの種類を柔軟に選択できるようになった。例えばクルーが特定の場所の、知りたい天候情報を指定すると、地上コンピューターがその情報を返信し、クルーは画面表示やプリントでそれを読むことが出来る。航空会社はこのため天候、風向、クリアランス情報、乗り換え便案内など新しい情報を次々とサポートするようになり、ACARSシステムは各航空会社のニーズに合わせて特化することになった。これにより、各航空会社は専用のACARSアプリケーションを持つことになり、今では或る航空会社は75ものMCDUスクリーンをクルーが持つことになり、他の社では12しか持たないこともある。さらに各会社の地上コンピューターは異なるため、ACARS MUから送られるメッセージのコンテンツとフォーマットも各会社によって異なるものとなり、クルーとシステムは自由にこれらのメッセージを自動または手動で地対空、空対地間で交換している。

 

ACARSの通信

 

VHFサブネットワーク

 

VHF地上無線局ネットワークは、リアルタイムに世界中どこからでも通信出来るように構築されているが、VHF通信は見通し距離しか行えないので、航空機は地上の無線局(RGS:Remote Ground Stationsとのみしか交信することができない。交信範囲は高度によって変わるが、高々度であれば通常200マイル(約320km)程度である。従い、VHF通信はVHF地上ネットワークが設置された陸地上空にのみ使えるものである。

衛星とHFサブネットワーク

 

衛星通信は極地のような高緯度域を除き、世界中を交信範囲に持つ。短波(HF)データリンクは比較的新しいネットワークで、その設置は1995年に始まり2001年に終了した。HFデータリンクは新しい極地ルートに対する役割を担い、これを搭載する機は地上局(ATCセンターと航空会社の運用本部)と通信しながら極地ルートを飛ぶことが出来る。ARINCはHFデータリンクの唯一のプロバイダーである。

データリンクメッセージの種類

 

ACARSメッセージは3種類に大別される。

ATCメッセージは機と地上管制間の通信に使用される。これらはARINC623準拠で、クルーがクリアランスの要求をし、管制官がこれを承認するときに使われる。

AOCとAACメッセージは機とそれを管理する地上間で使用される。どちらも使用者が設定できるが、ARINC618のガイダンスに準じる物か633に準拠せねばならない。メッセージの内容は燃料消費、エンジンパフォーマンスデータ、機の位置からフリーテキストまで、多岐に渡る。

通信の例:

 

出発遅れを通報するダウンリンク

 

パイロットが管制の都合でデパーチャーに遅れがでることを、彼の所属するキャリアの運行センターに通報したいとしよう。彼はまずCMU MCDUスクリーンに遅れの予想時間と理由を入力、終わったらMCDU上のSENDキーを押す。CMUはそれを検知し、遅れの情報を含んだメッセージを生成する。この情報には機体レジ、発着地の空港名、元の到着予定時間とディレイ後のETAが含まれ、それを既存のHF,SATCOMまたはVHFといったCMUに関連付けられている無線機に向けて送信する。VHFネットワーク向けであれば、VHF信号でこの信号を送り、RGS(遠隔地地上局)で受信される。

殆どのACARSメッセージは一般的に100〜200文字(キャラクター)長である。これらは1ブロックの送信で行われ、メッセージ本体は220文字以上のキャラクターは使えない。このため220文字以上のダウンリンクメッセージは複数のブロックに分けてこれを送信するが、16ブロック以上の送信は禁止される。地上局はこれらのブロックを全て受信してからデータをプロセスして配信する。また、ACARSは送信エラーのリトライをサポートしたり、サービスプロバイダーが変わったときにメッセージの再送信をさせたりするプロトコルを含んでいる。

遠隔地上局RGSが完全なメッセージを受けると、それをDSP(datalink service provider)のメインコンピューターシステムに転送する。DSPの地上ネットワークは有線でRGSとDSPを結んでおり、航空会社やその他の配信先に転送するためのルーティングテーブルを含んだ情報を用いる。このテーブルはDSPによって維持されており、該当する機体と、それが処理できるメッセージの種類を特定する。航空会社はこのため、自社のACARSシステムが処理できる情報をプロバイダーに提供し、プロバイダーはそれを更新しなければならない。CMUが送るメッセージのヘッダーにはそれぞれにはラベルがついており、DSPはこれでメッセージを選別して各航空会社のコンピューターシステムに転送、それを受けたコンピューターが最終的な処理をする。この航空会社のプロセスではメッセージの再フォーマット、将来の解析のためのデータベース化、さらに運行・整備・技術・経理といった各部署にメッセージの転送を行う。この例の、ディレイのメッセージの場合、航空会社のネットワークで運行部門と行き先の関連施設にディレイに関する情報が転送される。

フライトクルーが送信キーを押してから、航空会社のコンピューターがそれを処理するまでの時間は様々だが、通常は6〜12秒程度である。CMUから地上に向けて送るメッセージをダウンリンクメッセージと呼ぶ。

天候情報のアップリンク

 

機に上げるメッセージ(アップリンクメッセージと呼ばれる)も、送信プロセスはダウンリンクと同様のイメージである。例えば天候情報の要求ダウンリンクに対し、航空会社のコンピューターが作る情報には、ヘッダーに機体のレジ、そして要求された天候情報が含まれる。これがDSPのメインシステムに送られる。DSPは地上ネットワークを通じて対象機に近い地上局にそのメッセージを流し、地上局がVHF周波数でそれを送信する。機に搭載のVHF無線機がこれを受けるとCMUに転送、レジを確認してからメッセージをプロセスする。

CMUによるアップリンクメッセージのプロセスは各キャリアの要求によって異なっている。一般的にはアップリンクはFMSやFDAMSといった他のアビオニクスコンピューターに転送されるかCMUによって処理される。天候情報といった、CMUが行き先の情報の場合、クルーが指定のMCDUスクリーンで、受信した全てのアップリンクメッセージのリストからこれを選別して読み取るか、MCDUのPRINTボタンを押してコクピットプリンターに印刷する。

FDAMS メッセージダウンリンク

 

FDAMSメッセージは、前述の出発遅れのダウンリンクと似た方法で送出される。例えばFDAMSが飛行中のエンジンの異常(揺れやオイルの温度の異常上昇など)を知らせるモニターアルゴリズムを搭載していれば、異常を検知したらエンジン異常メッセージをARINC619準拠プロトコルで自動的に作成、CMUに送り、そこから地上に送信される。一般的にこのような情報はルーティングテーブルで航空会社の整備部門に直接配信されるよう設定されており、整備ではリアルタイムに機の異常を知ることが出来る。

ACARSデータリンクシステムの基本構成

 

ACARSデータリンクシステムには、3つの基本的な構成がある。

航空機搭載機器

機上のデータリンクシステムの心臓部はACARS Management Unit (MU)である。旧バージョンのMUはARINC Characteristic 724B 準拠とされ、新しい物はCommunications Management Unit (CMU) で、ARINC Characteristic 758である.

航空機搭載機器はエアボーンエンド・システムとルーターで構成される。エンドシステムはACARSダウンリンクとアップリンクの行き先の元となる。MU/CMUはルーターで、最も有効な空対地サブネットワークのルートを決定する機能を持つ。また多くの場合、MU/CMUはAOCメッセージのエンドシステムとしての役割を果たす。代表的なエアボーンエンド・システムはFMS、データリンクプリンター、メンテナンスコンピューターとキャビンの端末で構成されており、それらの機能は:

ACARSメッセージは空対地サブネットワーク3つのうちの1つで送られる。

MU/CMUのルーター機能は、空対地メッセージ送出に当たり、どのサブネットワークを使うかを決定する。地上の運行担当者は、CMUにルーティングテーブルを提供し、最良のサブネットワークを選ばせる。

 

データリンク・サービスプロバイダー(DSP)

DSPの役割は地対空、空対地のメッセージを配達することにある。ACARSネットワークは点対点のテレックス・ネットワークをモデルにしているので、全てのメッセージは中央処理場に集約される。そこからDSPは地上局と有線ネットワークを用いて、適切なエンドシステムにあててメッセージを転送する。コンピューター化以前は、メッセージは中央処理場でテレタイプのテープにパンチングされ、それを送信先に接続されたテレックスに個別に移して発信していたが、今はコンピューターがそれを自動で行うものの、運用モデルは以前のままである。

現在、世界には地上ネットワークサービスプロバイダーが2社 (ARINC SITA)あるが,特定の国にはこれら2社の援助を受けて独自のネットワークを持つものがある。ARINCは中国のCAACやタイ、南米と協力して全世界でVHFネットワークを運用している。SITA は欧州、中東、南米とアジアで長い実績を持ち、最近ではARINCと競合してUSAのネットワークも開始した。近年までは一つのエリアは単一のプロバイダーによってサポートされていたが、今では2社が競合するエリアをカバーするネットワークを設置するようになった。

 

地上局システム

 

地上局はダウンリンクの行き先であり、アップリンクの発信場所である。一般的に地上局システムはCAA/FAAのような政府機関か航空会社の運用本部にある。 CAAエンドシステムはクリアランスのような管制サービスを提供し、航空会社の運用本部は効率的な運行の為にゲート割り当て、整備、乗客サービスに関する情報などを提供する。かつて航空会社は過去の形態に基づく独自のメッセージを管理するホストシステムを構築していたが、最近では地上ホスティング管理のために、いくつか新しい製品が登場している。そのひとつがSITA AIRCOM Server[2]で、現在では最大級を含む40以上の航空会社がこれを採用している。これはエンドユーザーにダウンリンクの受信、アップリンクの送信、メッセージの再フォーマット、メッセージの配信その他を可能にさせる、多くの機能を持つ。また、Rockwell Collins, HERMES[3] はメッセージの照合、解析と再フォーマットを行い、エアラインコンピューター、ACARSネットワークや自社の他機宛のメッセージデリバリーも行え、航空運行の統合であるeFlightコンセプトに向けて拡張している。反面、よりコストパフォーマンスの高い製品もこの市場に浸透しつつあり、例えばAviIT LtdArchimedes AirboardはACARSのグランドサーバーとしてUAEのEtihad AirwaysやUKのBMI等の航空会社に採用されている。

ARINCの仕様

 

CMUによるプロセスや基礎的なハードウエアの規格は ARINC specificationsに拠る. 以下はACARSシステムの多くの側面に関連する主なARINCの仕様である。

 

 

ARINC 607

アビオニック機器の設計ガイダンス。ARINC758 CMU設置に要求されるAircraft Personality Module (APM)について規定。

ARINC 429

ARINC429(LRU機器間のデータ送信)放送データの受信と送出に掛かる規格. ARINC 429は一方通行の通信データバスである (データバスのワンペアが送信データ、もう一つのペアが受信データ)

ARINC 618

ACARS CMUと地上VHFシステム間の通信のための地上・機上プロトコル、並びにACARS CMUの送受信するフォーマットを規定。このフォーマットはタイプAメッセージと呼ばれる。この規格は将来のVDL Mode 2 AOAの運用のためにアップデートされた。

ARINC 619

ACARS CMUがFMS,FDAMS,キャビン端末、メンテナンスコンピューター、SATCOMシステム、HFボイスデータ無線機といった他のアビオニクス機器とのインターフェースをカバーするファイルプロトコルについて規定する。

ARINC 620

地上間通信のプロトコル。サービスプロバイダー間や航空会社、他の地上システムを通るメッセージのフォーマットを含む。

ARINC 622

最近のACARSリンクを通したATCアプリケーションメッセージ送出のプロセスについて規定、ARINC 623 ATC メッセージを含む。

ARINC 623

この仕様はACARS MU / CMU システムが作り、受信できるATC関連メッセージを特定する(FMSがプロセスするFANS−1やFANS−Aメッセージは含まない))

ARINC 629

ARINC629(LRU機器間のデータ送信)放送データの受信と送出に掛かる規格. ARINC 629はB777民航機用に開発された. ARINC 429は双方向の通信データバスである。

ARINC 724B

ARINC 724B 接続を使用するACARS MU向け規格。.

ARINC 739

マルチパーパスコクピットディスプレイユニットのインターフェース規格。

ARINC 740

コクピットプリンター用インターフェース規格。

ARINC 744

ARINC 758

ARINC 758接続のCMU用規格。CMUの進化にともなう機能レベルを特定する。現在のACARS機能を運用する初期のCMUの規格レベルはOA.

ARINC 823

2部からなる規格で、地対空メッセージ交換データリンクのセキュリティ保護フレームネットワークについて規定する。セキュリティサービスには秘密、データの整合、メッセージの確証が含まれる。第一部はセキュリティプロトコルであるACARSメッセージセキュリティ、第二部ではAMSの適切な運用に必要な暗号化キーの交換マネージメントについて規定する。

 

グローサリー(用語集)

ACARS : Aircraft Communications Addressing and Reporting System

ACMS  : Aircraft Condition Monitoring System

AMS : ARINC 823で規定のACARSメッセージセキュリティ

AOA :  ACARS Over AVLC. VDL Mode 2の開発により, ACARS プロトコルはVDLモード2の、より高いデータレートが使えるように変更され、AOAはACARSプロトコルがATNプロトコルに移行する過渡期用のもの。

 

ATN : Aeronautical Telecommunications Network. ACARSはフライトの増加に連れ肥大化するデータリンクを担いきれなくなり、将来ATNに移行するとされる。ATNはデータ認証やセキュリティ、リアルなインターネットアクセス等が可能で、ATN導入については欧州が、ACARSを産んだ米国をリードしている。

 

AVLC : Aviation VHF Link Control. 航空データリンク通信プロトコルの一つ。

CDU : Control Display Unit

CMF : Communications Management Function. CMUを動かすソフトウエアで、時に統合アビオニクスコンピューターのソフトパティション。

CMU : Communications Management Unit. MUの後継で、MUより多機能。

FDAMS : Flight Data Acquisition and Management System

FMS : Flight Management System.

HF : High Frequency. 短波。3〜30MHzの周波数を指す。

LRU : Line Replaceable Unit. アビオニクス機器のブラックボックスで、メンテのために機体を地上に降ろすことなく交換が可能。

MCDU : Multifunction Control Display Unit. テキストメッセージだけを表示、クルーも入力ができる機器。設定がされていれば入力ポートとしてCMUやFMSでも使える。

MIDU : Multi-Input Interactive Display Unit (コクピットCDUとしても使用).

MU : Management Unit. ACARS MUとも。アビオニクスLRUとして、地上との通信のルーターのように使われる。

POA : Plain Old ACARS. VDL Mode 2導入以前のACARSプロトコルセット.

SATCOM : Satellite Communications. 衛星通信を利用したサブネットワーク。機上の機器はサテライトデータユニット、高出力アンプ、指向性可変アンテナ。代表的なシステムではデータリンクの他、音声通信チャンネルも複数持つ。

 

VDL : VHF Data Link

VHF : Very High Frequency.超短波。30〜300MHzの周波数。

 

注:訳者は航空業界に勤務する者では無いため、翻訳について業界用語などの知識に乏しく、誤訳の可能性があるが、文責は負わない。本書はあくまで趣味としてACARS通信のデコードを楽しむエアバンドリスナーのためにhttp://en.wikipedia.org/wiki/ACARSを要約して作成された

2008年11月3日

訳者:堀出目九太郎