Những năm vừa qua, cùng với sự phát triển kinh tế, khoa học và công nghệ,  thế giới chứng kiến sự gia tăng không ngừng của các hoạt động Hàng không. Sự gia tăng nhánh chóng của các phương tiện và mật độ giao thông hàng không trên toàn thế giới đòi hỏi nâng cao năng lực, an toàn và hiệu quả trong hoạt động hàng không nói chung và ngành quản lý bay nói riêng.

Việc khai thác các hệ thống ATM truyền thống đã bộc lộ các nhược điểm như trao đổi dữ liệu theo phương thức điểm - điểm, khó khăn khi kết nối các dịch vụ với nhau, tính bảo mật kém, sự chia sẻ thông tin, tài nguyên liên quan đến lĩnh vực Quản lý bay hạn chế do sử dụng các “ngôn ngữ” dữ liệu khác nhau về cấu trúc, vv…..Hệ thống quản lý thông tin mở rộng (SWIM) sẽ khắc phục được hầu hết các nhược điểm đó, đem lại một môi trường mở, chia sẻ thông tin/tài nguyên dễ dàng.  Quản lý tin tức hàng không thông qua hệ thống mở rộng (SWIM cung cấp một cơ sở hạ tầng thích hợp dựa trên nền tàng Internet và đảm bảo tính sẵn có của thông tin cần thiết cho các ứng dụng do người dùng quản lý. SWIM sẽ giúp phát triển các ứng dụng nâng cao cho người dùng, có khả năng chia sẻ, tìm kiếm chính xác thông tin bất cứ nơi nào có đơn vị cung cấp.

      Trong những năm qua, việc nghiên cứu về khái niệm và giải pháp của SWIM đã diễn ra ở các giai đoạn phát triển khác nhau ở các quốc gia thành viên ICAO. Các chương trình hiện đại hóa như: Hiệp hội hợp tác để đổi mới Hệ thống không lưu (CARATS) của Nhật Bản, Hệ thống quản lý bay thế hệ mới của Trung Quốc (CNAS), Hệ thống vận tải hàng không thế hệ tiếp theo (NextGen) của Hoa Kỳ và Tổ chức nghiên cứu về quản lý bay trong hệ thống bầu trời chung châu Âu (SESAR) đều xem xét việc thực hiện SWIM như là một yêu cầu cơ bản cho hệ thống ATM trong tương lai.

Việc triển khai thực hiện SWIM dựa trên ba yếu tố quan trọng: ứng dụng (Application), thông tin, chính sách (Information) và cơ sở hạ tầng (Infrastructure).

Những yếu tố cơ bản để triển khai mô hình SWIM

Theo lộ trình nâng cấp khối các hệ thống hàng không -ASBU (trong Kế hoạch không vận toàn cầu của ICAO – Doc 9750), lộ trình triển khai SWIM được thể hiện theo hình dưới đây:

Việc triển khai SWIM được thực hiện chủ yếu trong các mô-đun B1- SWIM và B2- SWIM. Ngoài ra, các mô-đun liên quan đến nâng cao chất lượng dịch vụ thông qua quản lý và tích hợp tin tức hàng không dạng số (B0-DATM và B1-DATM) cũng như mô-đun tăng cường tính năng khai thác là những thành phần quan trọng của SWIM.

B1-SWIM: Thực hiện các dịch vụ SWIM (ứng dụng và hạ tầng) để thiết lập mạng (Intranet) hàng không dựa trên các tiêu chuẩn về mô hình dữ liệu và giao thức IP (Internet Protocol). Giai đoạn này thực hiện từ năm 2019.

B2-SWIM: Thực hiện kết nối toàn bộ với tàu bay, cho phép tham gia đầy đủ vào các quá trình quản lý không lưu thông qua việc trao đổi dữ liệu bao gồm cả dữ liệu khí tượng. Giai đoạn này thực hiện từ năm 2025.

Mô hình triển khai SWIM trên thế giới:

1. Châu Âu:

 Tại Châu Âu, Eurocontrol đã triển khai quản lý thông tin theo phương thức mặt đất/ mặt đất (Ground/ Ground) cơ bản, triển khai nền tảng phân phối thông tin và triển khai cơ sở hạ tầng để cho phép việc khai thác mô hình hệ thống quản lý thông tin mở rộng (SWIM) thông qua Tổ chức nghiên cứu về quản lý bay trong hệ thống bầu trời chung châu Âu (SESAR).

Mô hình SWIM nhằm mang lại lợi ích kinh tế trực tiếp từ hoạt động quản lý bay bằng cách đảm bảo các thông tin phù hợp sẽ sẵn có với chất lượng đúng cho đúng người khai thác vào đúng thời điểm. Với tính chất xuyên suốt của nó, SWIM bao gồm tất cả các thông tin quản lý bay: chuyến bay, sân bay, khí tượng, luồng không lưu và giám sát.

Mô hình trao đổi tin tức hàng không thông qua hệ thống mở rộng SWIM

SESAR cho phép người cung cấp, người khai thác và các cơ quan quản lý truy cập vào dịch vụ thông qua SWIM Registry : http://eur-registry.swim.aero/. Các dịch vụ có thể được tìm thấy (như dịch vụ cho phép dự báo thời tiết cho một sân bay, dịch vụ giám sát không lưu...) với thông tin định tính và hợp nhất.

SWIM Registry cũng là nguồn tham khảo thông tin dữ liệu và các chức năng quản lý thông tin. Thông tin dữ liệu bao gồm các mô hình, tiêu chuẩn dữ liệu chung được sử dụng như mô hình trao đổi dữ liệu (Information Exchange Model) về tin tức hàng không (AIXM), tin tức chuyến bay (FIXM), tin tức khí tượng (WXXM), các chức năng quản lý thông tin liên quan đến phân phối, quản lý chất lượng, bảo trì thông tin, quản lý người dùng để cho phép trao đổi, chia sẻ dữ liệu chung hoặc độc lập giữa các nhóm người dùng dựa trên nền tảng cơ sở hạ tầng thông tin.

Cơ sở hạ tầng được xây dựng dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn áp dụng giao thức mạng IP (Internet Protocol). Liên kết không/địa (air/ground) là một ví dụ về cơ sở hạ tầng cho kết nối SWIM khi các nhà khai thác tàu bay tham gia vào nhóm khai thác SWIM.

Về lộ trình phát triển SESAR chia làm 3 giai đoạn được phát triển từ năm 2005 đến nay dưới tên gọi là B2B Services (SWIM Pioneers) cung cấp hiệu suất lên đến 1.5 triệu thông tin một ngày

2. Trung Quốc:

 Với việc tăng trưởng nhanh chóng vận tải hàng không ở Trung Quốc và khu vực Châu Á / Thái Bình Dương, Trung Quốc đã đưa ra một số nghiên cứu để đáp ứng những thách thức mà các hệ thống quản lý bay hiện tại phải đối mặt.Trong đó dự án nghiên cứu SWIM ban đầu (Initial SWIM Study Project) một hệ thống thử nghiệm được phát triển dựa trên hệ thống quản lý luồng giao thông(TFM system) đã triển khai tại Sân bay quốc tế thủ đô Bắc Kinh. Một hệ thống bao gồm nhiều hệ thống phối hợp đưa quyết định CDM, cơ sở dữ liệu khí tượng, cơ sở dữ liệu hoạt động sân bay và hệ thống thông tin chuyến bay được kết nối với hệ thống SWIM thử nghiệm để xuất bản và phân phối thông tin.

Hệ thống quản lý luồng giao thông khu vực Bắc Kinh

Mục tiêu của dự án là nghiên cứu và đánh giá mô hình SWIM, các công nghệ quan trọng,các cơ sở hạ tầng của các hệ thống ATM thế hệ tiếp theo và các tính năng của hệ thống SWIM ban đầu.

Mô hình trao đổi thông tin dữ liệu chuẩn (AIXM, WXXM và FIXM) được chia sẻ và trao đổi thông tin giữa các đơn vị dịch vụ không lưu (ATS), các hãng hàng không và các sân bay. Kiến trúc chức năng của SWIM đã được thiết kế theo các kiến trúc hướng dịch vụ (Service-Oriented Architecture -SOA).

 Hệ thống giải quyết các vấn đề liên quan đến việc tích hợp mà không cần phải xóa bỏ những giải pháp có sẵn (ESB) sẽ là trung tâm của hệ thống có tác dụng định tuyến bản tin dựa trên nền XML qua lại giữa các hệ thống ứng dụng. Để giảm thiểu tác động đến các hệ thống vận hành, hệ thống thử nghiệm sử dụng được tùy biến giữa ESB và các ứng dụng, cung cấp giao diện kế thừa cho các hệ thống có sẵn và tự động chuyển đổi thông tin trên nền XML với các thông tin truyền thống.

Mô hình hệ thống SWIM thử nghiệm

Về mặt kỹ thuật, SWIM là một hệ thống quản lý thông tin bao gồm cơ sở hạ tầng kỹ thuật, sản phẩm các ứng dụng trong lĩnh vực quản lý bay thông qua các giao diện đã được chuẩn hóa. Để hỗ trợ các ứng dụng ATM và SWIM trong tương lai, Trung Quốc đang có kế hoạch nâng cấp mạng lưới thông tin dữ liệu mặt đất/ mặt đất (G/G) mở rộng bao phủ và hỗ trợ dựa trên giao thức mạng internet (IP).

3. Hoa Kỳ

Cục Quản lý Hàng không Liên bang (FAA) đã triển khai, phát triển Hệ thống vận tải hàng không thế hệ tiếp theo (Next Generation Air Transport System - NextGen) nhằm tăng cường khả năng vận chuyển hàng không, tăng cường an toàn không phận, giảm sự chậm trễ của các chuyến bay và hành khách, tiết kiệm nhiên liệu, giảm các tác động bất lợi đến môi trường từ ngành hàng không.

Việc phát triển Hệ thống Quản lý Thông tin rộng (SWIM) sẽ mang lại lợi ích chia sẻ dữ liệu cho NextGen, dữ liệu chia sẻ được cung cấp lên mạng xương sống (Backbone). Nền tảng chia sẻ thông tin này cung cấp một điểm truy cập cho dữ liệu hàng không, những đơn vị cung cấp dữ liệu, người khai thác có thể truy cập, tìm kiếm thông tin mà họ cần thông qua một kết nối duy nhất.

Mô hình trao đổi thông tin ứng dụng Backbone

Dưới góc độ của FAA, SWIM là nền tảng chia sẻ thông tin luôn được cập nhật kịp thời giữa các phi công, các kiểm soát viên không lưu, các hãng hàng không, quân đội, cơ quan chính phủ và những người khai thác khác của hệ thống không phận quốc gia Hoa kỳ (US National Airspace System- NAS).

SWIM sẽ cung cấp thông tin linh hoạt và an toàn, cần thiết cho việc chia sẻ thông tin khác nhau, chẳng hạn như: tình trạng hoạt động của sân bay, thông tin về thời tiết, dữ liệu chuyến bay, trạng thái của không phận…

Cấu trúc chia sẻ thông tin thế hệ mới

+Sử dụng các tiêu chuẩn FIXM, AIXM và iWXXM trong trao đổi thông tin của cộng đồng hàng không quốc tế.                                                          

Ngoài ra FAA còn cung cấp 1 số sản phẩm trên SWIM như : hệ thống phân phối tín hiệu đầu cuối (SWIM Terminal Data Distribution System- STDDS), dịch vụ xuất bản dữ liệu chuyến bay (Flight Data Publication Service -FDPS), hệ thống thời tiết được tích hợp đầu cuối  (Integrated Terminal Weather System -ITWS).

4. Khu vực ASEAN:

Trong khuôn khổ hợp tác giữa ASEAN và Hoa Kỳ, Hoa Kỳ đã đề xuất tại cuộc họp nhóm công tác vận tải hàng không ASEAN lần thứ 34 (ATWG/34) vào tháng 10/2016 làm việc với các nước thành viên ASEAN trong việc phát triển SWIM bằng cách trợ giúp trình diễn liên quan đến tất cả các thành viên ASEAN. Tiếp theo đề xuất này, Singapore và Thái Lan đã và đang làm việc với Mỹ để phát triển SWIM trong phạm vi trình diễn của ASEAN nhằm giới thiệu các lợi ích hoạt động của SWIM và trình bày tổng quan về trình diễn này tại Hội nghị tiểu Nhóm kỹ thuật Vận tải Hàng không ASEAN lần thứ 14 (ATTC/14) và cuộc họp lần thứ nhất của Nhóm công tác SWIM Châu Á/Thái Bình Dương của ICAO (SWIM TF/1) vào tháng 3,5/2017. Sau đó, tiến trình lập kế hoạch trình diễn đã được cập nhật tại Cuộc họp tiểu Nhóm kỹ thuật vận tải Hàng không ASEAN lần thứ 15 (ATTC/15) vào tháng 9/2017.    

Tiếp theo đó, Các Quốc gia khu vực ASEAN đã thống nhất các kịch bản thử nghiệm SWIM; chia nhóm theo từng kịch bản và phân công xây dựng kịch bản dữ liệu, lưu đồ luồng dữ liệu và kịch bản thử nghiệm, thống nhất về thời gian, địa điểm để thử nghiệm 2 lần tại AeroThai và Singapore. Về phương án kỹ thuật thử nghiệm, hệ thống SWIM khu vực ASEAN là một bộ phận trong cấu trúc dịch vụ thông báo tin tức toàn cầu (GEMS). Phần lớn các Quốc gia khu vực sử dụng sản phẩm cung cấp bởi Harris trong quá trình thử nghiệm.

Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam đã chủ trì thử nghiệm kịch bản 5 (Đổi đường bay trong giai đoạn tiền chiến thuật do đóng cửa đường bay điều kiện CDR), các Quốc gia tham gia gồm: Việt Nam, Lào, Thái Lan. Kịch bản mô phỏng chuyến bay TLM181 của Hãng hàng không Thai Lion cất cánh từ sân bay Quốc tế Nội Bài (VVNB) đến sân bay Quốc tế Đôn Mường (VTBD). Đường bay theo kế hoạch là MC–R474–NOHET–UDN–Y1–PIPOB. Trong đó Y1 là đường bay điều kiện CDR. Khi gần đến thời điểm thực hiện chuyến bay, Wing 1 của Không quân Hoàng gia Thái Lan có kế hoạch sử dụng khu vực VT-D30 ngoài dự kiến, do đó phải đóng cửa đường Y1. Cơ quan Quân sự Thái Lan hiệp đồng với Trung tâm Quản lý không phận Bangkok để phát hành NOTAM về việc đóng cửa này. Bộ phận OCC của Hãng Thai Lion thay đổi đường bay cho chuyến bay TLM181 và nộp kế hoạch bay thay đổi FPL CHG, đường bay mới sẽ là MC – R474 – CMP – W21 – NOBER. Kịch bản trên sẽ đem lại các lợi ích như: Nâng cao khả năng dự đoán và lập kế hoạch và quản lý tài nguyên được kích hoạt bằng cách truy cập liền mạch vào thông tin bổ sung và kịp thời có sẵn trong FIXM, so với môi trường hiện tại sử dụng điện văn ATS; Nâng cao nhận thức tình huống giữa các bên liên quan dẫn đến việc phối hợp ra quyết định; Nâng cao khả năng xử lý thông tin tự động dẫn đến cách tiếp cận làm việc hiệu quả hơn và giảm khối lượng công việc trong quá trình điều hành chuyến bay.

Một số vấn đề khi triển khai SWIM:

Trước hết có thể khẳng định, với sự tăng trưởng của các hoạt động hàng không trong tương lai, mô hình SWIM không còn là xu hướng mà sẽ được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Việc triển khai SWIM tăng cường tính an toàn, điều hòa, hiệu quả cho các hoạt động bay và là cơ sở để triển khai dịch vụ quản lý luồng không lưu qua đó giúp tăng năng suất, hiệu quả, giảm khí thải và hiệu ứng nhà kính, vv….

SWIM sử dụng kiến trúc hướng dịch vụ SOA (Service – Oriented Architecture), để tìm hiểu về kiến trúc này có thể tưởng tượng khi tham gia SWIM mỗi tổ chức, dịch vụ (user) sử dụng một kết nối duy nhất tới SWIM và tất cả các thông tin được trao đổi, chia sẻ thông qua SWIM.  Điều này trong thực tế có thể ví dụ như tại Singapore, sử dụng một thẻ EZ link có thể dùng đi tất cả các loại phương tiện công cộng (Metro, bus), thanh toán khi mua hàng….tức người sử dụng chỉ quan tâm tới lớp trên cùng (service) còn các lớp kỹ thuật ở dưới được “làm mờ” và hiển nhiên chúng phải có sự kết nối, chia sẻ thông tin ở các cấp độ khác nhau.

Đối với SWIM, kiến trúc SOA thể hiện ở cách phân loại đối tượng: Cung cấp dịch vụ (producer) và sử dụng dịch vụ (consumer):

Một user (là cá nhân hay tổ chức) đều có thể vừa là sản xuất thông tin, public vào cơ sở dữ liệu chung vừa có thể là người sử dụng (consumer) để lựa chọn các thông tin thích hợp để sử dụng. Hãy thử tưởng tượng trong tương lai tất cả các thành viên tham gia quá trình quản lý hoạt động bay đều là một “node” của SWIM theo mô hình dưới đây:

Về mặt khái niệm khai thác (ConOps), SWIM bao gồm thông tin (information), Quản lý dữ liệu (Data Management) và Cơ sở hạ tầng (Infrastructure). Kèm theo đó là các vấn đề cần giải quyết như: thông tin ở đây là thông tin gì, các thông tin muốn được trao đổi, sử dụng rộng rãi bắt buộc phải sử dụng cùng một format dữ liệu thống nhất, theo mô hình trao đổi thông tin SWIM (FIXM, AIXM, IWXXM); việc quản lý dữ liệu tập trung cần chú ý tới vấn đề gì? Quản lý tập trung hay phân tán, sử dụng trung tâm dữ liệu hay Cloud? vấn đề an toàn, an ninh thông tin (cyber security) và cuối cùng là hạ tầng (IP based network hay sử dụng mạng riêng ảo khu vực CRV).

Việc triển khai SWIM còn gặp một số khó khăn khác, đặc biệt trong hợp tác quốc tế. Chúng ta biết việc quản lý luồng không lưu hay các hoạt động quản lý bay có liên quan đến nhiều thành viên, phụ thuộc chính sách của từng quốc gia, khu vực. Chẳng hạn với các kịch bản như thay đổi đường bay trong giai đoạn tiền chiến thuật, khi áp dụng trên mô hình SWIM, tất cả các bên liên quan bao gồm cả tàu bay sẽ nhận được thông tin thay đổi đường bay update theo thời gian thực và việc quyết định có thể được thực hiện hoàn toàn tự động. Tuy nhiên với một số Quốc gia có các đặc thù về quản lý vùng trời, việc tự động hóa hoàn toàn rõ ràng gặp nhiều thách thức. Tuy vậy, về cơ bản mỗi Quốc gia cần xác định hướng tới quản lý thông tin theo SWIM, trước mắt khi triển khai các dự án đầu tư liên quan như AIM, cơ sở dữ liệu khí tượng hay các hệ thống ATM trong tương lai cần chú ý đến các tiêu chuẩn đáp ứng theo SWIM.

Phạm Hùng Sơn