基于证据理论的通信系统安全风险评价

基于证据理论的通信系统安全风险评价

邹会斌 刘晔

民航吉林空管分局 吉林长春 130000

摘要：一般情况民航机上网络系统供应商有三种类型：传统航电娱乐系统供应商、通讯运营商跨界拓展到机上网络领域、互联网企业。由于其来源和背景不同，优势和劣势也各有不同，而作为最终面对终端旅客的航空公司应该具有统一的标准，为自己的创新业务选择好的合作伙伴那才是一个事半功倍的基础。作为率先从事国内航空公司机上网络，地空卫星、ATG地空基站方式所有项目的研发测试过程的亲历者，在此尝试根据自身观察和经验，对目前中国民航机上WiFi网络系统的评价做一归纳总结，基于证据理论下对已经在联通、移动和电信部署的 5G 是否会影响中国的航空安全做了评估研究，供各航空业创新领域专业人士借鉴。

关键词：信息安全；通信系统；风险评估

1信息安全重要性

所谓“安全第一”，对于民航创新业务是一个底线，而简单机械的强调安全第一，往往会在一定程度上限制民航创新业务的发展，尤其是互联网技术创新应用的融合发展，要做到即周全又不死板是一个高标准的要求。机上网络属于航空公司为后舱旅客提供的公众互联网服务，无论是广域网还是局域网都必须符合国家网络信息安全的要求，而国家工信部也将这部分的接入和安全责任划归到一类基础运营商范围，必须得到行业主管部门的认可或由指定的运营商作为合作伙伴负责安全监管。内容安全，这个部分更应该被中国航空公司重点考量，除了关注版权内容的购买、获取、制作、传输、交付过程中的防盗版，可追溯的要求外，更需要关注国家广电总局、宣传主管单位和国家网信办对“新媒体”的管理规范，真正落实中共中央领导对于“新媒体也必须姓党”的要求，对于卫星电视直播业务国家广电总局对其播控设备、软件和资质有严格的规范，涉及“三网融合”，可以说机上空间虽小，却是中国互联网业务的焦点，业务管辖的冲突和矛盾也最为集中。总结下来，安全性是机上网络项目和系统软硬件评价标准的底线，也可以说是“一票否决”条件，也是所有从事创新项目的负责人说服公司高层决策者的必要论证过程，不可忽视和松懈。

2无线通信技术

2.1无线电的频率和频段

无线电技术的背景是空间中传播的电磁波——发送端将信号释放到空间中，接收端在空间中搜寻信号。无线电信号的一种固有机制叫做频率。我们可以通过电路将不同频率的无线电信号分开，这一机制叫做滤波器。滤波器分为高通滤波（只允许频率高于某一阈值的无线电信号通过）和低通滤波（只允许频率低于某一阈值的无线电信号通过），通过组合高通和低通滤波器可以筛选出一个特定频率区间的无线电信号——我们称之为频段（Band）。

通过事先约定频段，发送方和接收方就可以在公共空间中传输信息，而无须处理大量干扰。比如，我们常见的收音机（调频 FM 广播），就使用 87.5 MHz 到 108.0 MHz 的频率。因此，当你打开收音机将数字调到特定频率时，就可以听到音乐或者新闻了。我们在这里就将 108.0 MHz （一般为了方便需加减 0.05 MHz）称为「频段」。

2.2信息的传输速度和传输量

一般而言，我们将无线电分为信号波和载波：在 FM 中，载波是 87.5 MHz 的信号，信号是最高 20 kHz 的信号（也就是被麦克风转化的人类的声音）。有三种因素会影响一个无线电频段能够同时传输的信息量。

2.2.1信息的编码格式

例如，FM 广播承载的是冗余度很高的语音信息，因此能够承载的信息传输速度很低——大概一分钟 200 个汉字左右。通过调整信息编码方式（数字广播），可以提高效率。

2.2.2无线电频段的频率

频率提高意味着单位时间内能够记录的变化越多——而变化本身就代表着信息。例如，1 Hz 的数字无线电信号，一秒钟只能传递 2 种可能（高/低）；但是如果是 2 Hz，就可以传递 4 种可能（高高、高低、低高、低低）了，可以传播的信号呈指数级增长。

2.2.3同时采用多个频段

最早的 2G 技术（GSM）在 900（E-GSM）/1800（DCS）（欧亚常用）/850（CLR）/1900（PCS）（北美常用） MHz 频率附近使用上下行各 25 MHz 的频宽。3G 除了 2G 频段外也开始使用 2100（IMT） MHz 等频率更高的频段，并将频宽扩增到 60MHz。4G 继续使用3G频段，通过改进信息编码获得更快的速度。其中一种改进是将编码方式从 FDD（码分多址）转为 TDD（时分多址），这使得上下行可以在 2500（S Band） MHz 附近共用一个 100 MHz 的频宽。5G 计划在既有的所有频段（850/900/1800/1900/2100/2500 MHz）的基础上，再引入包括 3700 MHz 附近的 C Band和 28 GHz 左右的毫米波频段在内的新频段。对于 5G 而言，这三种频段各有优缺点。无线电波的频率越高，一方面传输速度越快，一方面传输损耗越大。因此，运营商在部署 5G 基站时，必须谨慎地取得平衡：使用既有的频率较低的频段（1.8 GHz 左右），覆盖比较好、功耗比较低、也不需要购买新的频率资源就可以获得 5G 的技术革新带来的传输速度的提升，但这一提升是有物理学极限的，因此速度始终比较慢；使用毫米波频段（28 GHz 左右），速度比较快，但是覆盖很差（需要更高的基站布设成本）、功耗也比较高。C Band 是试图解决这个问题的一个平衡——它的频率适中，因此性能和功耗都可以接受，深受运营商的喜爱。

2.3 Band 和无线电高度计的冲突

无线电高度计在 1938 年就投入使用。它的原理很简单——向地面发射信号、接收地面反射的信号，测量信号来回所需的时间。由于电磁波的传播速度已知，所以就可以算出传播距离（也就是离地高度）。实际使用中，无线电高度计使用在 4.2 GHz 和 4.4 GHz 之间来回变化的信号。无线电高度计对于民航业的重要性在于，它是确保航空器不撞到地面的重要保护设施。如果无线电高度计使用的信号受到干扰，飞行器就会计算出错误的高度信息。严重情况下，飞行器和飞行员可能高估离地高度，从而撞上地面。因此，这一设施必须要严格保护。

2.4 GHz 到 4.4 GHz 的频率

GHz 到 4.4 GHz 的频率，是由国际电信联盟（ITU）在ITU-R M.2059-0建议书中划定的称之为 ARNS（航空无线电导航服务）的频段。在建议书中，ITU指出了无线电高度计在干扰（这种干扰可能造成过载、灵敏度下降，甚至测量出虚假的高度）面前的脆弱性。因为所有无线电高度仪天线必须要指向地球表面，使得系统容易受到进场期间发射的所有可能干扰源的影响。由于它们位于飞机上，高度仪天线无法利用对地球表面上很多可能干扰源进行遮挡或屏蔽。相反，它实际上可以在所有可能的辐射源从建筑物中泄露和从在何建筑之外工作的装置直接发射时“看到”它们。

结论：

5G为什么不影响中国的航空安全，很简单——因为中国的 5G 现阶段不使用 3.6 GHz 到 4.8 GHz 的 C 频段。中国各运营商现时获得国家无线电频谱管理中心分配使用的频段如下：

总而言之，国外部分机场5G信号影响飞机无线电高度表的新闻里，提到的5G是指部分特定频段的5G公共网络，而“航空5G”不会发生类似情况。“民航任何的技术创新应用都不会以牺牲安全或削弱安全作为代价。通过合理设置新技术的演进路线与实施方案，恰恰可以促进安全、提升安全。”