12月7日是國際民航日。航空旅行的運作不僅僅依賴飛機的硬件，更離不開80年前編寫的“強大的源代碼”，正是這份源代碼，至今仍在驅動著世界運轉。
如果要設計一個由數萬個節點（飛機）組成的網絡，這些節點（飛機）來自不同的供應商（國家），具有不同的規格（法律）和不同的語言，你會如何防止數據包衝突（空中碰撞）並最大限度地提高吞吐量（航班數量）？
如今，我們只需一部護照，就能用智慧型手機購買機票，前往世界另一端，這種「司空見慣」的體驗是建立在奇妙的技術協議之上的。
它的起源可以追溯到1944年12月7日簽署的《國際民用航空公約》（通常被稱為《芝加哥公約》），遠早於網路的「請求評論」（RFC）的出現。這不僅僅是一項國際條約；它是人類成功實施的第一個用於連接物理世界的TCP/IP協定。
在本文中，我們將航空系統逆向工程為一個單一的、龐大的分散式系統，並解釋了其架構的穩健性以及正在消除的「技術債」（空中數位轉型）。
架構：ICAO「根憑證授權單位」和RFC
1944年，芝加哥。隨著第二次世界大戰接近尾聲，來自52個盟國的代表齊聚一堂，召開了一次「規範會議」。這次會議促成了《芝加哥公約》的誕生，並成立了國際民航組織（ICAO）作為其管理機構。
從工程角度來看，國際民航組織更像是W3C（網路標準組織）或 IETF，而不是聯合國機構。
《芝加哥公約》有 19 份技術文件，稱為“附件”，它們是航空業的RFC（規範） 。
- 附件1：人員許可證（認證協定）
- 附件 2：空白規則（交通管制演算法）
- 附件 10：航空通訊（實體層和資料鏈結層的定義）
這些協議被列為「建議協議」（SARPs），但實際上它們是參與網路的強制性要求。任何不遵守這些協議的節點（飛機）都將被拒絕存取世界上任何路由器（空域）。
協定棧：模擬握手技術
為什麼世界各地的空中交通管制員和飛行員無論母語是什麼，都說「英語」？這並不是說他們說的是“英語”，而是他們使用一種嚴格定義的協議，稱為“航空英語”。
讓我們將空中交通管製程序映射到 OSI 網路參考模型。
1. 物理層糾錯：語音編碼
在訊號雜訊比低的類比無線電（甚高頻/高頻）物理層中，位元錯誤（誤聽）是致命的。為了防止「B」和「D」之間以及「M」和「N」之間的誤聽，使用了一種名為「Alpha, Bravo, Charlie…」的語音編碼。它在通信中起著與奇偶校驗或糾錯碼（ECC）相同的作用。
2. “回讀”作為 TCP 握手
航空通訊的核心在於TCP（傳輸控制協定）的可靠性。像UDP那樣「不間斷發送」是不允許的。
- SYN（指示）：管制員“JAL123，爬升至飛行高度層300。”
- 同步確認（回讀）：飛行員“爬升至飛行高度層 300，JAL123。”
- ACK（確認/回傳）：控制器（驗證內容是否匹配，如果沒有錯誤，則建立通訊）
這個「讀回/聽回」過程相當於三次握手。資料完整性在人腦內部的緩衝區進行驗證，然後建立連線。這種冗餘機制已為航空安全（99.999...%）提供了保障，長達80年之久。
技術債：語音通訊的瓶頸
芝加哥條約體係是一個優秀的傳統體系，但它也有其局限性，其中最大的局限性是它的基本設計是基於 20 世紀 40 年代的技術。
如今的空中交通管制仍然依賴「半雙工」語音無線電：當有人通話時，同一頻段上的其他設備無法進行傳輸。這類似於早期乙太網路中使用的CSMA/CD（載波偵聽多路存取/衝突偵測）機制：流量越大，「衝突」的風險就越高，延遲也越嚴重。
此外，每個國家的控制系統（伺服器）都是孤立的，即使飛機移交給鄰國的控制區域，也常常使用電話或專用線路進行傳遞——這在現代雲端時代是一種極其低效的架構。
遷移：重構到雲端“SWIM”
航空業目前正在進行一項名為SWIM（系統級資訊管理）的歷史性系統遷移計畫。
這意味著將架構從傳統的“點對點（獨立無線連接）”轉變為“發布/訂閱模型（發布/訂閱）”。
- 以前（傳統）：飛行員向管制員通報他們的位置，管制員向飛行員通報天氣資訊（一對一通訊）。
- 游泳之後：
- 所有節點，如飛機、機場和氣象雷達，都會向SWIM 雲端（資訊共享平台）發布資訊。
- 需要該數據的用戶（其他飛機或航空公司）可以即時訂閱該數據。
這將把服務導向的架構（SOA）引入空中。飛機位置資訊將以四維軌跡（緯度、經度、高度和時間）的形式共享，使人工智慧能夠計算出所有飛機的最佳航線，從而最大限度地減少空中等待和燃油損失。
結論：誰將制定下一個協議？
1944 年今天在芝加哥簽署的條約是現實世界中最成功的全球平台之一。
但天空正在改變。在未來無人機、電動垂直起降飛行器和其他無人駕駛飛行器充斥的時代，僅靠人聲握手（類似TCP的方式）已遠遠不夠。我們需要的是更快、去中心化的協議，用於自主的機器對機器（M2M）碰撞規避。
12月7日。今天不僅僅是欣賞飛機的日子。
今天，我們要向 80 年前實現「天空操作系統」的前輩們致敬，感謝他們的系統設計能力，並反思我們必須建立的「未來 100 年的新協議」。
[資訊]
國土交通省－未來空中交通系統長期願景（CARATS） （外部）
這是日本航空數位轉型計畫「CARATS」的官方網站。網站內容包括SWIM系統的實施信息，以及2030年實現空中交通管制自動化和升級的路線圖。
國際民航組織（ICAO） （外部）
作為聯合國的一個專門機構，它是《芝加哥公約》（本文的重點）的管理機構。它相當於航空業的W3C或IETF，負責全球航空標準（SARPs）的標準化工作。
