主备空管自动化系统数据同步技术的设计与实现

主备空管自动化系统数据同步技术的设

计与实现［摘要］本文对空管自动化系统数据同步系统的设计进行了说明，对系统的硬件结构、工作模式和同步规则进行了阐述，并用真实数据进行了同步测试。该系统促进了空管自动化备份系统的常态化运行，验证了同步系统技术的有效性。关键词：空管自动化；数据同步；飞行计划；常态化运行；DesignandImplementationofDataSynchronizationTechnologyforAirTrafficControlAutomationMasterorSlaveSystemGONGGuang-wu(GuiZhouAirTrafficManagementSub-burea，Guiyang550001，China)Abstract:ThispaperisexplanedthedesignofdatasynchronizationsystemforATCautomationsystem，includedthehardwarestructure、workingmodeandsynchronizationrules,testedwithactualairtraffic.ItpromotednormalizationworkingforATCautomationslavesystem,andverifiedtheeffectiveofdatasynchronizationtechnology.Keywords:ATCsystem；datasynchronization；flightplan；normalizationworking；引言空管自动化系统(简称自动化)作为空中交通指挥的核心设备，担负着直接面向管制指挥的重大使命，是空中交通管制的核心设备。随着中国航班流量的持续高速增长，空管自动化系统的负载越来越高，功能更加复杂，面临的运行压力也越来越大。为确保不因空管自动化系统异常导致空管指挥中断或者降级，空管体系逐步完成了空管自动化应急系统升级备份系统的建设规划。以此为契机，民航空管局提出了备用自动化系统常态化运行和自动化系统双主用运行的要求。然而，主、备自动化由于不同厂家在系统设计和数据处理上的巨大区别，以及备份自动化缺乏人员实时值守的运行现状，主、备自动化在飞行计划、人机交互数据和综合航迹等方面存在差异。这些差异除了影响自动化本身外，会进一步影响到接收自动化数据的各相关系统(如电子进程单、远程塔台、数字放行和场面监视等)。所以，主、备空管自动化切换过程和切换初期会因数据差异出现“裂缝”，影响备用自动化在内的各相关系统的使用，存在一定的安全隐患。为了实现主、备自动化的“无缝切换”，减少主、备自动化之间数据差异对管制工作的影响，自动化之间的数据双向同步是必需解决的关键技术，是目前自动化双主用运行面临的主要难题。随着《民用航空空中交通管制自动化系统第3部分：飞行数据交换》(MH/T4029.3)规范的提出，解决这一难题有了规范和技术基础。笔者现场有两套自动化系统，分别是空管公司AirNet系统和莱斯公司NUMEN2000系统。笔者所在地区空管局和空管分局以该规范为基础，积极开展这两套系统之间的数据双向同步工作，并系统性的开展技术论证和功能测试，取得了阶段性的成果。本文阐述了笔者现场一种基于“数据转发系统”的主、备自动化数据同步系统的设计，对主、备自动化的数据同步机制进行了探讨，通过实际航班验证了主、备自动化之间FDEXM数据、PSEXM数据和综合航迹的同步结果。1.数据同步系统设计1.数据同步的内容主、备自动化数据同步的主要目标是实现不同自动化系统之间关键数据的一致性。基于相同的关键数据，虽然各个系统的处理过程不同，但最终产生的结果一致。此外，对于人工干预要素，备用自动化应在无人值守的情况下与主用自动

化相同。目前，根据管制实际工作需要和现有的规范，能够同步的关键数据分为三类：一是综合航迹信息，二是飞行计划同步，三是系统运行状态同步。数据同步的具体内容如下表所示：数据名称数报数据规范同步类型据类型，、—、J九乂类型综合航迹标综MHT4008/Aster航迹同步牌信息合航迹ixCat062当日飞行计FDIMH/T4029.3/AD划信息EXMFPLEXP人工飞行计FDIMH/T4029.3/AD划修改信息EXMFPLEXP飞行计划同人工新建、FDIMH/T4029.3/AD步删除、取消飞行EXMFPLEXP计划信息IDELICNL

应答机分配、回收信息PSEXMBSSRMH/T4029.3席位中心点位置、显示范围PSEXMBCWPMH/T4029.3席位应答机、高度过滤规则PSEXMCWPMH/T4029.3系统运行状态同步扇区分合信息PSEXMSECBMH/T4029.3跑道状态PSEXMRWYMH/T4029.3危险区状态PSEXMRTAMH/T4029.3人工修改QNH信息PSEXMQNHMH/T4029.3表1数据同步内容项MH/T4029.3是使用巴斯科范式作为数据表达方式的数据规范，其基础飞行数据交换报文（FDEXM），即I类报文，是实现飞行计划数据交互的数据格式。而主备空管自动化系统数据交换报文（PSEXM），即B类报文，是实现自动化系统运行状态同步的数据格式。1.数据同步系统数据同步系统主要由连接主、备自动化的通信设备和数据转发平台构成，除了实现主、备自动化系统之间的数据同步外，还可以集中向各相关系统提供飞行计划和雷达数据。在自动化主、备状态发生切换时，各相关系统不需要进行任何操作即可实现数据源的“无缝切换”。1.系统结构图1为数据同步系统的硬件结构。其中，数据转发平台收到主、备自动化系统的同步数据后，并非简单的存储转发，而是先对数据进行检查、匹配和处理后，再作为统一的平台输出。数据输出的格式、速率、通信方式和端口等，都可以通过转发平台控制。其中，需要特别说明的是：图1数据同步系统结构示意图1.主、备自动化通过路由器互联，可不依赖数据转发平台交互同步数据；2.转发平台的两台DCP以冗余的方式连接通信设备；3.转发平台对外输出由接口交换机和NPORT组成，以提供异步和网络两种接入方式；4.防火墙有效隔离了相关系统与自动化系统，确保在用系统运行安全。1.通信配置每台自动化系统的DCP配置生效4条通信链路，分别如下：1.与自动化系统发送和接收综合航迹信息；2.与自动化系统发送和接收MH/T4029.3格式的飞行计划；3.与数据转发平台发送综合航迹信息；4.与数据转发平台发送MH/T4029.3格式的飞行计划。其中，上述链路中与备用自动化系统进行飞行计划收发的通信配置如下：LinkName二sysplan4029//链路名称Type=U〃通信协议为UDPSendPortName二ToBakSendPortNum=28067〃发送端口号SendIP=A1.B1.5.60〃备用自动化DCP的IP地址BaudRate=64000//发送数据的波特率RevPortNum=28066//监听数据端口RevZkNum=0x0120〃系统内部定义的接收消息类型的唯一识别号ToZkNum=0x0711〃系统内部定义的发送消息类型的唯一识别号由于防火墙通信的端口在不同网段，需对防火墙进行RIP协议配置，实现不同网段的数据通信。接口交换机划分为多个Vlan，保证不同的相关系统互相隔离。防火墙与接口交换机的trunk口连接，可以与多个vlan互联。数据转发平台具备冗余的链路配置，每台DCP的输入输出链路配置独立且相同，避免单机故障时影响数据同步。例如，数据转发平台的两台DCP上配置了相同的综合航迹输出链路，其中一条链路的具体配置如下：配置项配置值备注链路所在机器DCP1另一条链路修改配置为DCP2链路标签O2SR输出二所综合航迹信息

通信协议UUDP协议接收地址无接收端口无链路传输速率64000发送地址1A3.B1.C3.XXX接口交换机2的vlan网段发送端口134120发送地址2A2.B1.C3.XXX接口交换机1的vlan网段发送端口234120消息类型CAT062消息类别0x0235系统内部定义的消息唯一识别号表2AIRNET综合航迹输出的链路配置1.数据同步系统的工作方式主、备自动化系统具备独立的数据源，但在系统运行模式上分为“主用”和“备用”两种状态。运行状态的切换由监控席和带班主任席监控，主、备切换后自动化数据处理的方式发生转换。1.同步系统运行模式1.主用状态下自动化两台DCP发送综合航迹信息、飞行计划信息和系统状态信息到转发平台和备用自动化，系统启动自动化应答机分配、SID/STAR分配、自动拍发电报、AIDC、管制席位告警音功能。1.备用状态下自动化两台DCP停止发送同步数据到主用自动化系统和转发平台，但接收和处理综合航迹、飞行计划信息和系统状态信息。系统进行自主的电报、监视数据和飞行计划处理。系统关闭自动化应答机分配、SID/STAR分配、自动拍发电报、AIDC、管制席位告警音功能。1.数据转发平台两台DCP同时收到主用自动化的两路重复的同步数据，只有处于主用状态的DCP可以发送数据，确保不会发送重复的数据。数据转发平台对收到的飞行计划信息进行匹配、存储和处理，按照指定的格式进行转发。自动化切换主备状态后，确保飞行计划的关键输出数据项不变化，不影响相关系统的使用。1.飞行计划同步1.自动化主用状态当飞行计划信息发生变化时，输出新的飞行计划数据。飞行计划的变更包括人工新建、修改、删除和终止飞行计划，也包括电报和监视数据对飞行计划的变更。飞行计划的新建和修改使用MH/T4029.3的IFPL报文，删除计划使用IDEL保卫，终止计划使用ICNL报文。1.自动化备用状态系统正常接收电报，对飞行计划流程实行正常的生命周期管理。当收到主用系统的飞行计划数据时，根据IFPLID字段项、起飞机场、落地机场、预计起飞日期和预计起飞时间与现有飞行计划数据配对。如果匹配成功，则对该飞行计划的数据更新对应的飞行计划；如果匹配失败，则根据IFPL创建计划，并记录主用系统数据的IFPLID字段，具体的同步规则如下图所示：图2飞行计划同步流程图1.综合航迹同步1.自动化主用状态系统在主用或备用模式下，按系统配置的参数对外输出相关数据。1.自动化备用状态系统在备用模式下对收到的综合航迹数据只作为航迹目标和飞行计划相关的辅助数据，不作为监视目标综合处理的数据源。如果接收的综合航迹航班号与系统综合航迹的航班号不一致，系统强制显示接收到的综合航迹的航班号。如果系统有新的航班号对应的飞行计划，系统内部强制进行计划和航迹相关（全标牌同步）；如果系统没有接收到综合航迹航班号对应的飞行计划，系统仅显示航班号（简标牌）。综合航迹的同步规则如下图：图3综合航迹同步流程图1.系统运行状态同步1.自动化主用状态系统分配和释放应答机、人工修改跑道状态、分合扇区、修改席位显示范围和更新危险区状态时，对外输出MH/T4029.3数据规格的B类报文。1.自动化备用状态系统根据收到的扇区信息，把标准扇区名称和席位名称转换为系统内扇区、席位名称，自动完成扇区合并/划分功能和席位显示状态。系统根据收到的各类限制区信息，把标准的限制区名称转换为系统内限制区名称，自动完成限制区的状态更新。系统根据收到的应答机分配和释放消息，根据BSSR报文中的IFPLID和航班号、起降机场，匹配对应的飞行计划，自动完成对应飞行计划的应答机分配和释放。其他系统运行状态消息，直接解析报文后自动修改系统对应状态。1.数据同步系统功能测试1.飞行计划同步1.新增飞行计划如图4所示，在主用系统人工新增一份计划TEST001内容为Callsign：TEST001，ADEP：ZUGY，ADES：ZBAA，FRule：IS，Type：1/B737/M，EQUIP：SR/LB1，ETD：当前时间，TAS：K0800，RFL：S0800，RTE：DCT，EET：0200，ALTN：ZBSJZBTJ。图4新增飞行计划如图5所示，在备用系统检索到了相应的计划。

图5新增飞行计划同步1.修改飞行计划如图6所示，在主用系统修改计划TEST001以下内容为Type：1/A320/M,EQUIP：SW/LB2，ETD：任意时间，TAS：K0520，RFL：S0520，EET：0210，RTE：UGUGUTRNHUY，ALTN：ZBHHZBNY。图6修改飞行计划如图7所示，修改完成后，在备用自动化检索该计划，计划信息已经更新。

图7修改飞行计划同步1.综合航迹同步如图8所示，在主用系统和备用系统挑选同一全标牌航迹，在主用系统上任选一个航迹和原计划去相关。再把该航迹和计划TEST001相关，计划和该航迹人工相关。图8综合航迹手动相关如图9所示，手动相关