DME

Présentation du DME

Le DME (Distance Measuring Equipment), est une aide radioélectrique destinée à donner, en lecture directe à bord de l’avion, la distance oblique entre un avion et une station au sol dûment sélectionnée et identifiée (transpondeur sol). L’information de la distance est obtenue à partir de la mesure à bord de l’avion du temps de propagation aller-retour des impulsions UHF émises par l’interrogateur au bord et renvoyées par le transpondeur au sol. Pourtant, l’information la plus intéressante pour le pilote n’est pas la distance oblique 𝐷 0 mais la distance en projection sur l’horizontale 𝐷 𝐻 . Une correction peut être effectuée en connaissant la différence d’altitude entre l’avion et le transpondeur sol (A-Z). La bande de fréquences attribuée au DME est 960 à 1215Mhz.

ILS marker

Des radio-bornes sont utilisées pour alerter le pilote de sa distance par rapport à la piste d’atterrissage. Cette information est présentée au pilote de façon visuelle et auditive. Le système ILS peut avoir jusqu’à trois radiobalises : intérieure, intermédiaire et extérieure, selon la distance par rapport au seuil de la piste. Ces radiobalises opèrent à une fréquence de 75MHz et elles sontmodulées avec des tons différents.

ILS Glideslope et Localizer

Le Glideslope fournit la trajectoire optimale par rapport à la piste d’atterrissage, sur le plan vertical (idéalement trois dégrées). Il fonctionne dans la bande 329.15-335 MHz. Le signal du localiseur émis du sol permet au pilote de trouver le centre de la piste d’atterrissage sur le plan horizontal. Il opère dans la bande 108.10-111.95 MHz. Les signaux des deux systèmes présentent unepolarisation horizontale.

Types de communication aéronautique

Dans la première partie l’annexe 10 de l’OACI définit quatre catégories de communications aéronautiques sol bord : ATSC (Air Traffic Services Communication), AOC (Aeronautical Operationnal Control), AAC (Aeronautical Admnistrative Communication), APC (AeronauticalPassenger Communication). [1] [5]

ATSC

Cette catégorie regroupe toutes les communications entre un pilote et les services de contrôle aérien ATC (Air Traffic Control) nécessaires pour assurer la sécurité, la rapidité et l’efficacité du vol. Cela inclut par exemple le contrôle de la circulation aérienne, les renseignements météorologiques et les reports de position.
Pour assurer ces services, les contrôleurs aériens utilisent bien sur les communications vocales pour transmettre leurs instructions aux pilotes. Mais il existe aussi de nombreuses applications qui utilisent des liaisons de données numériques. [6]
On peut citer par exemple les communications contrôleur-pilote par liaison de donnée CPDLC, la surveillance dépendante automatique ADS (Automatic Dependent Surveillance) ou les services d’informations de vol par liaison de données.

AOC

Cette classe comprend les communications nécessaires à l’exercice de l’autorité sur le commencement, la continuation, le déroulement ou l’achèvement du vol pour des raisons desécurité, de régularité et d’efficacité. Les communications opérationnelles permettent la gestionsureet efficace des vols.
Certaines communications effectuées par les compagnies aériennes relèvent de cette catégorie, par exemple des messages concernant la maintenance, les niveaux de carburant, l’heure de départ exacte ou encore l’heure d’arrivée estimée. Les classes ATSC et AOC sont généralement qualifiées de « critiques », et elles doivent répondre à des contraintes particulières en termes de qualité de service.

AAC

Les communications administratives sont les communications entre les pilotes et les compagnies aériennes qui ne sont liés ni à la sécurité ni à l’efficacité du vol. Cela inclut par exemple des informations sur le personnel navigant (planning, logements…), les passagers (liste des passagersà bord, correspondances…) ou la gestion de la cabine (demande de nettoyage, rapport d’incident…).

APC

Ces communications regroupent l’ensemble des services de communication directement proposés aux passagers. Par exemple des communications téléphoniques ou un accès à internet.

Systèmes de communications de données existants pour le contrôle aérien

Comme illustré dans la figure 1.09, on distingue deux catégories de systèmes de communication de données numériques pour le contrôle aérien. Il s’agit des liaisons directes avec le sol et les liaisons par satellite.
Les performances requises pour les communications aéronautiques sont exprimées sous la forme de RCP (Required Communication Performance) qui est définie par l’OACI. Les performancesattendues sont exprimées par un ensemble de paramètres et leur valeur requise. On peut citer par exemple :
 la disponibilité (Availability), la probabilité qu’une transaction opérationnelle puisse être initiée,
 le temps de transaction (TT95), le temps maximum pour qu’une transaction opérationnelle soit terminée pour 95% des cas,
 l’intégrité (Integrity), le taux maximum acceptable d’erreurs non détectées pendant une transaction opérationnelle.
Mais ce qui caractérise surtout ces paramètres, c’est le niveau d’exigence qu’ils fixent par leur valeur. Effectivement, compte-tenu des enjeux et du niveau de sûreté légitimement attendu pendant les vols, il est normal d’exiger des systèmes de communications de très hautes performances. Il est à noter que compte-tenu des niveaux de disponibilité attendus pour l’ATSC par exemple, les avions sont équipés généralement au moins de 2 (ou plus) systèmes de communication sol bord.

Inmarsat

Inmarsat a été fondé en 1979. C’était à l’origine une organisation internationale. Elle a ensuite été privatisée en 1999. Inmarsat possède et opère aujourd’hui trois constellations complètes de satellites géostationnaires. Les satellites Inmarsat offrent une couverture globale entre +/- 80° de latitude environ. Les pôles ne sont pas couverts.
Le système Inmarsat utilise deux bandes de fréquences : 1525-1559 Mhz pour la réception et 1626,5-1660,5 Mhz pour l’émission. Il utilise la bande C pour les services fixes. Il offre aujourd’hui trois services distincts en bande L pour le domaine aéronautique : Classic-Aero, Swift64 et SwiftBroadband. Seul le service Classic-Aero est approuvé par l’OACI (Organisation de l’Aviation Civile Internationale) pour les communications critiques du cokpit. Il est supporté par toutes les générations de satellites Inmarsat. [1]
La figure 1.10 montre la couverture des services aéronautiques Inmarsat.

Solutions par liaison directe avec le sol

Plain Old ACARS

Le plain Old ACARS (Aircraft Communication Addressing and Reporting System) est un système de communication de données numériques qui a été en 1978 par ARINC. Il permet l’envoi de messages relativement simples entre les avions et le sol, sous forme de chaînes de caractères. Les premières applications étaient destinées aux compagnies aériennes. L’interface radio utilise des canaux VHF de 25 kHz destinés initialement aux communications vocales entre 118 et 136 Mhz. Il utilise une modulation d’amplitude AM-MSK (Minimum Shift Keying), un accès au canal par CSMA (Carrier Sense Multiple Acess). Il offre un débit de 2,4 kbps. Ces transmissions dans la bande VHF ont une portée de 200 km.

VDL1

VDL1 (VHF Data Link mode 1) a été conçue pour remplacer le Plain Old ACARS. Elle a été lepremier système datalink standardisé par l’OACI. Malheureusement, elle n’a jamais été implémentée car ses performances étaient trop faibles par rapport à la VDL mode 2. Elle a donc été retirée de l’annexe 10 de l’OACI.

VDL2

La VDL2 (VHF Data Link mode 2) est le principal système de communication datalink déployé dans les zones continentales. Elle a été spécifiée en 1997 par l’OACI afin de servir de support à l’ATN (Aeronautical Telecommunication Network). Elle repose sur un réseau de stations sol offrant une portée d’environ 200 km pour un débit binaire de 31,5 kbps. A u niveau de la couche physique, la VDL2 utilise une modulation de phase D8PSK (Differentially encoded 8 Phase Shift Keying). Elle utilise le protocole AVLC (Aviation VHF Link Control) pour sa couche de liaison, et un protocole basé sur CSMA pour sa sous couche MAC (Medium AccessControl).

VDL3

La VDL3 (VHF Data Link mode 3) est développée aux Etats-Unis avec le soutien de la FAA (Federal Aviation Administration). Elle est candidate pour devenir le futur moyen de communication pour les communications vocales et les communications de données du domaine ATC. Elle utilise le TDMA (Time Division Multiple Access). Des slots sont ainsi assignés aux avions par la station sol pour la voix et les données. Elle offre un débit de 31,5 kbps.

VDL4

La VDL4 (VHF Data Link mode 4) a été standardisée par l’OACI en 2001. Elle utilise le STDMA (Self-organized Time Division Multiple Access). Elle va principalement être utilisée pour les applications de navigation et de surveillance ADS-B (Automatic Dependent SurveillanceBroadcast). Elle offre un débit de 19,2 kbps.

HFDL

La HFDL (High Frequency Data Link) a été développée  afin de permettre aux avions situés horsdes zones de couverture VHF (par exemple zones océaniques, déserts) d’effectuer destransmissions datalink. Grâce au fait que les transmissions dans la bande HF suivent la courbure de la terre, ce système permet de très grandes portées et offre une couverture globale avec un petit nombre de station sol. La contrepartie de cette grande portée est que les débits proposés sont très faibles (de 300 à 1800 bps).
La méthode de partage utilisée par HFDL est le TDMA (Time Division Multiple Access) avec des trames de 32 secondes divisées en 13 sous-trames, ce qui conduit à des délais pouvant dépasser la minute. HFDL utilise trois types de modulation de phase: BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 8PSK. Le choix de modulation utilisée dépend du rapport signal sur bruit reçu. Avec ces caractéristiques, la HFDL n’offre pas de bonnes performances, que ce soit en termes de capacité ou de délai d’acheminement des messages. [1]

Les moyens de communications pour les passagers

Les communications aéronautiques pour les passagers ne sont pas soumises aux mêmes exigences de disponibilité, d’intégrité et de continuité que les  communications du contrôle aérien car elles n’impactent pas la sûreté de l’avion. Le développement de nouveaux moyens de communication est donc simplifié et il existe un grand nombre de solutions pour les compagniesaériennes.

Solutions par satellite

Connexion-by-Boeing

La première solution qui a été commercialisée pour les communications sol-bord des passagers est Connexion-by-Boeing. Il s’agit, comme son nom l’indique, d’un système développé par Boeing, qui permettait d’offrir une connexion Internet aux avions civils. Les passagers pouvaient alors se connecter via une connexion Wi-Fi ou Ethernet. Le système se composait d’une antenne à pointage électronique ou mécanique en bande Ku embarquée dans l’avion, de plusieurs répéteurs loués sur des satellites ainsi que de stations sol. Connexion-by-Boeing a été mis en service pour la première fois le 17 mai 2004 par la compagnie Lufthansa. D’autres compagnies se sont ensuite équipées : AllNippon Air-ways, Japan Airlines et Scandinavian Airlines System, China Airlines, Singapore Airlines, Asiana Airlines, Korean Air, El Al et Etihad Airlines. Cela représentait au total environ 150 avions. Malheureusement, le 17 août 2006, Boeing a annoncé l’arrêt du service Connexion byBoeing pour des raisons économiques, tout en promettant d’aider ses clients à un arrêt le moins brutal possible.

Panasonic Avionics Corporation – eXConnect

Depuis 2008, Panasonic Avionics Corporation 4 propose aussi une solution pour fournir Internet par satellite aux avions civils. Le système se nomme eXConnect et utilise les satellites géostationnaires d’Intelsat. Il permet de fournir un accès Internet haut-débit aux passagers en exploitant le système existant GlobalConnexSM d’Intelsat. La flotte d’Intelsat étant composé de 53 satellites en orbites géostationnaires, la capacité du système de Panasonic pourra plus facilement s’adapter à une éventuelle hausse de la demande que celle du système d’ARINC, qui doit se contenter de répéteurs sur les 7 satellites Inmarsat de troisième et quatrième générations.

Solutions par liaison directe avec le sol

Aircell

Aircell est la seule entreprise aux États-Unis à être autorisée par la FCC (Federal Communications Commission) et la FAA à utiliser des fréquences pour des communications avec un avion en vol. Aircell a en effet acheté aux enchères une bande de fréquence de 3 MHz pour 31,7 millions de $. Le système d’Aircell se nomme Gogo Inflight. Dès 2007, les compagnies American Airlines et Virgin America ont passé des accords avec Aircell pour équiper quelques-uns de leurs avions de ce système. En janvier 2008, le premier avion d’American Airlines fut équipé. En août 2008, Delta Airlines a annoncé qu’elle allait équiper tous ses avions du système d’Aircell. Chez American Airlines, le système Gogo Inflight est facturé 12,95$ sur les vols de plus de 3 heures.

Wi-Sky

Wi-SKY travaille sur une solution d’accès Internet à bord des avions en vol grâce à la technologie sans fil. Wi-SKY veut fournir un accès à plus de 10 Mbps à tous les avions en vol au-dessus des États-Unis. La technologie sans fil utilisée sera basée sur le Wi-MAX, avec quelques modifications pour répondre aux exigences : utilisation de l’OFDM (Orthogonal Division Frequency Multiplexing), antenne intelligente à pointage électronique, réutilisation de fréquence, … Le débit, obtenu par calcul, serait de 10 Mbps à une distance de 50 miles, soit environ 80 km. A des distancesplus courtes, les débits offerts pourraient même atteindre 25 Mbps. Wi-SKY a déjà démontré qu’ellepouvait garantir un débit minimum de 1100 kbps en uplink et en downlink en utilisant un spectre d’une largeur de 80 MHz, ce qui répond aux exigences de la FCC, qui demande un débit de 768 kbps en uplink et en downlink pour être considéré comme ”haut débit”. Le système de Wi-SKY, baptisé Wi-SKY Inflight, n’est cependant pas encore disponible pour les avions commerciaux. Il nécessite le déploiement de stations sol sur tout le territoire américain, en respectant une distance maximale entre deux stations sols d’environ 150 km.

Table des matières
REMERCIEMENTS 
TABLE DES MATIERES 
NOTATIONS ET ABREVIATIONS 
INTRODUCTION GENERALE 
CHAPITRE 1 LES COMMUNICATIONS DANS L’AVIATION CIVILE
1.1 Introduction
1.2 Origines
1.3 Les limites des capacités vocales
1.4 Evolution des besoins en datalink
1.5 Réseau ATN
1.6 Systèmes de radionavigation
1.6.1 VOR
1.6.1.1 Présentation du VOR
1.6.1.2 Gammes de fréquences et puissances émises
1.6.1.3 Transmission de l’indicatif et de la phonie
1.6.1.4 Equipement à bord
1.6.2 DME
1.6.2.1 Présentation du DME
1.6.2.2 Classification du système DME
1.6.2.3 Méthode de mesure de distance
1.6.2.4 Fonctionnement du schéma synoptique du DME
1.6.3 ILS
1.6.3.1 ILS marker
1.6.3.2 ILS Glideslope et Localizer
1.7 Types de communication aéronautique
1.7.1 ATSC
1.7.2 AOC
1.7.3 AAC
1.7.4 APC
1.8 Systèmes de communications de données existants pour le contrôle aérien
1.8.2 Solutions par satellite
1.8.2.1 Inmarsat
1.8.2.2 Iridium
1.8.3 Solutions par liaison directe avec le sol
1.8.3.1 Plain Old ACARS
1.8.3.2 VDL1
1.8.3.3 VDL2
1.8.3.4 VDL3
1.8.3.5 VDL4
1.8.3.6 HFDL
1.9 Les moyens de communications pour les passagers
1.9.1 Solutions par satellite
1.9.1.1 Connexion-by-Boeing
1.9.1.2 Panasonic Avionics Corporation – eXConnect
1.9.2 Solutions par liaison directe avec le sol
1.9.2.1 Aircell
1.9.2.2 Wi-Sky
1.10 Limites
1.10.1 Limites des solutions par satellite
1.10.1.1 Capacité
1.10.1.2 Couverture
1.10.1.3 Coût
1.10.2 Limites des solutions par liaison directe avec le sol
1.10.2.1 Capacité
1.10.2.2 Couverture
1.10.2.3 Coût d’installation et d’exploitation
1.11 Futures communications aéronautiques
1.11.1 Inmarsat 5
1.11.2 Iridium next
1.11.3 L’infrastructure de communication du projet SESAR
1.11.4 AeroMACS
1.11.5 Satellite IRIS
1.11.6 L-DACS
1.12 Conclusion
CHAPITRE 2 LES RESEAUX AD HOC AERONAUTIQUES 
2.1 Introduction
2.2 Présentation des réseaux ad hoc
2.2.1 Définition
2.2.2 MANET aux VANET et VANET aux MANET
2.3 Quelques projets de recherche
2.3.1 Le projet ATENAA
2.3.2 Le projet NewSky
2.4 Caractéristiques des AANET
2.4.1 Mobilité
2.4.2 Portée de liens
2.4.3 Nombre de nœuds
2.5 Intérêts des AANET
2.5.1 Couverture en zones étendues
2.5.2 Peu d’infrastructure requise
2.6 Types d’antennes
2.6.1 Configuration typique des antennes dans l’avion
2.6.2 Bande aéronautique HF
2.6.3 Antennes VOR
2.6.4 Antennes ILS
2.6.5 Antennes DME
2.6.6 Système d’alerte de trafic et d’évitement de collision-contrôle aérien
2.6.7 Communications VHF
2.6.8 Placement des antennes
2.6.9 Antennes multifonctionnelles à profile bas
2.7 Modèle de propagation
2.8 Méthode d’accès
2.9 Interférences MAI
2.10 Routage
2.10.1 Les protocoles proactifs
2.10.1.1 DSDV
2.10.1.2 BATMAN
2.10.2 Les protocoles réactifs
2.10.2.1 DSR
2.10.2.2 AODV
2.10.3 Les protocoles hybrides
2.11 Conclusion
CHAPITRE 3 ETUDE DE PERFORMANCES DES RESEAUX AD HOC AERONAUTIQUES EN ZONE OCEANIQUE 
3.1 Introduction
3.2 Etude de faisabilité
3.2.1 Présentation du FIR Antananarivo
3.2.2 Nombre moyen d’avion en survol au-dessus du FIR Antananarivo
3.3 Simulation du bilan de liaison
3.3.2 Paramètres de simulation pour le bilan de liaison
3.3.3 Présentation de l’application
3.3.4 Résultats
3.4 Simulation avec OMNET++
3.4.1 Présentation du logiciel de simulation OMNET++
3.4.2 Paramètres de simulation
3.4.2.1 Délai de bout-en-bout (End-to-End delay)
3.4.2.2 Taux de paquets livrés (Packet Delivery Ratio PDR)
3.4.2.3 Débit (Throughput)
3.4.3 Evaluation des performances avec du trafic UDP
3.4.4 Evaluation des performances avec du trafic TCP
3.4.5 Analyse des résultats
3.5 Conclusion
CONCLUSION GENERALE 
ANNEXE 1 MODELE OSI 
ANNEXE 2 DATALINK POUR LA NAVIGATION ET LA SURVEILLANCE 
ANNEXE 3 ACCES MULTIPLE 
BIBLIOGRAPHIE 
FICHE DES RENSEIGNEMENTS