浦東機場AWOS通信設備監控系統的開發

王偉清

摘 要

上海浦東四號跑道作為近年新投入使用的跑道，氣象自動觀測設備（AWOS）之間的通信方式已升級為光纖傳輸，與以往大不相同，所以需要開發一套與之相對應的通信設備監控系統來第一時間發現和定位出現故障的網絡設備。

【關鍵詞】民航氣象 AWOS 網絡監控 軟件開發

現如今隨著民航航班量的增加，上海浦東機場跑道資源日益捉襟見肘。2013年全年浦東機場旅客吞吐量已超過4700萬人次，航班準點率再次受到考驗，浦東四跑道甚至五跑道的建設和投入使用迫在眉睫。

1 概況

氣象自動觀測系統（簡稱AWOS），是能自動觀測和傳遞跑道視程、氣壓、溫濕度、露點、風速風向和雨量的一整套氣象要素信息的自動測量設備，一條跑道擁有數個觀測設備同時對跑道氣象要素進行測量和監控，并將計算處理后的數據提供給塔臺管制部門和民航氣象觀測部門使用，以保證飛行安全。

上海浦東機場四跑道AWOS于2014年建設完成并試運行，該系統使用芬蘭VAISALA公司的自動觀測解決方案，在跑道附近設置多套自動觀測設備分別測量氣象要素信息，并通過光纖環網的方式將測量信息傳輸至航管樓內的處理服務器（CDU）中，再由CDU處理后統一發布至用戶使用。

由于氣象設備分布于跑道邊，光交換機也被布置在跑道邊，包括浦東四跑道南北下滑臺，南北跑道中線的延長線近臺和跑道中間邊共計5個點，而光纖環網的設計相較于過去模擬線路接入擁有眾多優點，例如：光纖環網傳輸速度更快；通信延遲更低；光纖相較于模擬線路使用較多的雙絞線更加可靠等。基于光纖環網的優點，當某一段節點與節點之間光纖損壞斷開，環網會變成C形網，但是不影響各節點之間的數據傳輸，所以在一定程度上可以減少數據丟失故障的概率。但也為日常維護檢查造成困難，若某一段光纖故障，系統界面與用戶數據不會顯示異常，維護人員也就無法及時發現故障，造成安全隱患。為了提示已經出現的故障和對故障的快速定位，開發一套針對浦東四跑道AWOS通信設備的監控系統刻不容緩。

2 開發環境與過程

2.1 系統開發環境

監控系統的設計初衷是在現有網絡和硬件資源條件下，使用軟件程序實時讀取和監控四跑道光纖環網各節點路由器的狀態，判斷節點和節點間線路是否正常，若存在故障情況，使用警示音告警和狀態圖示提醒維護人員檢查相關設備。為適配在AWOS維護終端的WINDOWS操作系統長期運行該監控程序，程序基于.NET Framework 4.0框架，并使用C#語言編寫，來最大限度保證程序的可靠性和易維護性。整個開發過程從浦東機場四跑道建設之初就開始籌備，但出于機場AWOS網段的穩定安全考慮，整個過程經過開發完善試運行一年后才正式投入使用，在程序正式接入該網段前通過多次小規模實驗，確保不至于正在使用的設備或者網絡的錯誤。

2.2 數據獲取

浦東四跑道光纖環網使用的終端節點設備使用的是TRANSITION NETWORK的千兆光纖交換機（以下簡稱光交換機），該設備具有4個10/100/1000M自適應RJ-45網口和4個100/1000M單模光纖模塊，具備交換機功能，RJ-45網絡端口連接AWOS設備，光纖部分組成環網，9針串口可以方便維護人員現場通過命令行控制設備，自備維護/監控IP地址用以通過HTTP協議遠程進入系統后臺監控和維護操作，本監控系統即是基于系統后臺網頁來實時監控設備運行狀況。該光交換機后臺擁有顯示實時流量監控portstat.htm頁面，使用讀取字符串的形式對HTML文件進行解讀，通過程序根據流量變化判斷線路的連接狀態。

2.3 軟件判斷方式

若其中某一段物理線路斷開，整個網絡會成為C型網，斷開線路的兩端的光交換機之間的數據交換會通過另外一邊的正常線路經過整個環網進行交換，從頁面中的流量信息中就可以解讀出來，若監控的流量經過一段時間后仍無變化，則程序可判斷該光交換機連接的兩端線路出現問題；若其中一臺光交換機因故障而離線，由于這時無法正常連接進入后臺網頁，并且各交換機的IP地址固定，程序也能判斷出某一臺光交換機由于故障無法正常獲取，發出告警通知設備維護人員。后臺流量信息還包括另外四個RJ-45網絡接口，這些接口連接著跑道內各個地點的氣象觀測設備，所有網絡設備的部署就是為了將這些氣象觀測設備的數據傳送給服務器和用戶，外場設備可能因為物理通信鏈路斷開、設備故障、老化等原因無法向服務器通信，所以通過對RJ-45流量的分析，就可以判斷外場設備是否正常運行，而當服務器判斷設備故障，但是流量監控數據正常，就可以綜合判斷出可能是通信線路出現干擾或破壞，數據出現亂碼等問題。

3 案例

2015年3月21日，監控程序上線正式運行的第三個月，當日氣象設備維護值班員突然收到監控程序告警，浦東四跑道中間點光交換機至南下滑臺的相應端口流量未變化，但浦東四跑道所有氣象數據（包括風速、風向、能見度值）均正常輸出。值班人員立刻判斷出可能為中間或南下滑的光交換機光纖模塊故障或光纖損壞，帶上備用光交換機趕赴四跑道中間氣象觀測點，發現該光交換機至南下滑臺的光纖狀態燈不正常，換上備件光纖模塊后狀態馬上恢復。該故障因為環網的冗余性若非使用監控軟件極難察覺，并且整個故障點的判斷過程從發現告警就已經基本確定，故障的排查也沒有走彎路，為設備維護提供了極大的便利。

4 存在的問題與展望

當然該程序的使用過程中也出現了不少問題，例如程序因為是通過內建預設置進行判斷光交換機位置，當物理網絡連接方式變化，程序無法判斷當前正確的網絡拓撲，只能通過源代碼修改和重新編譯來更新；再例如為了避免網絡負載過大，程序內對各個光交換機的網頁刷新是建立在固定輪詢頻率上的（現為一分鐘一次），所以并不能嚴格稱之為實時監控，作為程序的開發者，我認為使用光交換機上的9針維護端口可以更加安全有效地進行監控操作，并接入環網網絡而非單獨組成網絡，但這需要增加通信設備來傳送至監控終端，無疑增加了網絡節點、系統復雜度和預算。希望今后有更完善的方式來使用該類軟件進行更有效地監控四跑道甚至發展延伸到所有使用類似拓撲結構的網絡環境中，為生產和維護提供便利。

參考文獻

[1]馬駿.C#程序設計及應用教程（第2版）[J].大陸，2009.

[2]杜勇.光纖環網在首都機場電力自動化系統中的應用[J].工程建設與設計，2010（11）：76-79.

作者單位

民航華東空管局氣象中心 上海市 200335