一種空管自動化系統間數據同步實現方法

陳勇勇,王振飛,張佳靜

(南京萊斯信息技術股份有限公司 空中交通管理系統與技術國家重點實驗室,江蘇 南京 210016)

一種空管自動化系統間數據同步實現方法

陳勇勇,王振飛,張佳靜

(南京萊斯信息技術股份有限公司 空中交通管理系統與技術國家重點實驗室,江蘇 南京 210016)

在民用航空領域,隨著民用航空的高速發展,空管自動化系統及相應的輔助系統(電子進程單系統、航管系統)發揮著越來越大的作用.文章研究了一種空管自動化系統間數據同步實現方法,系統間能夠自動獲取對方的管制數據,實現自動交互,在管制主用系統出現故障時,能夠順利平滑地過渡到備份系統,達到減輕一線管制員的工作負擔、保障空管運行安全的目的.

民用航空;自動化系統;同步實現;空管運行

1 系統間數據同步方案簡介

隨著民航領域各個管制單位的空管自動化系統建設需求,每個管制單位基本都具備自動化系統一主一備的模式,他們中有些具備簡單數據的主備同步功能,有些不具備.即使是有同步功能,系統間交互的信息接口也是種類紛繁復雜,各家自成一體.這種模式不利于數據同步功能的應用和推廣,對于民航領域的技術維護人員來說,也是一大難題[1].為解決這一難題,2015年8月,中國民用航空局出臺了《民用航空空中交通管制自動化系統第3部分,飛行數據交換》的標準及規范,目的是規范空管自動化系統間飛行數據交互統一.民航空管局規定了空管自動化系統間數據交換報文(Flight Data Exchange Message,FDEXM)格式的內容分三大類.

(1)基礎飛行數據報文,簡稱I類報文(下同報文),此報文用于空管自動化系統及其相關系統間基礎飛行數據交換.

(2)主備空管自動化系統數據交換報文,簡稱B類報文(下同),此報文用于主備空管自動化系統數據交換.

(3)管制單位間飛行數據交換報文,簡稱C類報文(下同).

按照規范中所規定的,所有FDEXM報文均以數據字段"-TITLE"開始(報文頭尾標識除外),其后隨以字段.基礎飛行數據交換報文的關鍵字段為:title+filtim+ifplid+arcid+adep+ades+eobd+eobt,其他字段為可選數據字段[2].報文格式示例:

ZCZC

-TITLE IFPL

-FLITIM 010909

-IFPLID 2013110001

-ARCID CSN6435

-ADEP ZYTL

-ADES ZUUU

-EOBD 20130301

-EOBT 0850

-SSRCODE A1270

NNNN

當創建一份或修改飛行計劃時,應對外發送一份完整的IFPL報文,報文結構為:

"ZCZC"+"-TITLEIFPL"+filtim+ifplid+[addr]+adep+ades+[adesold]+0{altnz}2+arcid+[arctyp]+[ceqpt]+[com]+

0{comment}+[cfl]+[dat]+[depz]+[destz]+eobd+[eobdold]+eobt+[pkc]+[ata]+[atd]+[pssrcode]+[fpctst]+[nav]+[nbarc]+[opr]+[per]+[arcaddr]+[reg]+[rmk]+[sector]+[secdest]+[seqpt]+[sel]+[spla]+[splc]+[spld]+[sple]+[splj]+[splj]+[spln]+[splp]+[splr]+[star]+[sid]+[spls]+[ssrcode]+[sts]+[typz]+[txt]+[wktrc]+[ttleet]+[fltrul]+[flttyp]+[altrnt1]+[altrnt2]+0{eetfir}+[rtepts]+0{eettpt}+{rwy}+[route]+{rfl}+0{(speed|match)}+[rtepts]+0{atsrt}+0{dct}+[xfl]+…...+"NNNN".[3]

2 系統數據同步的實現及應用

管制單位主備系統間數據同步整體流程,如圖1所示.

圖1 管制單位主備系統同步流程

2.1 發送端-主用系統

針對空管自動化系統,其各自的硬件環境和設備也不盡相同,首先需要解決消息交互問題.在系統實現方面,采用IEEE 802.3標準定義的以太網接口.在硬件環境配置方面,系統間傳輸應至少支持TCP/IP協議.

本系統內的信息采取可擴展標記語言(Extensible Markup Language,XML)格式來傳輸關鍵信息,如圖2所示.

圖2 系統內部處理流程

本系統在生成飛行計劃信息時,需配置發送至的目標系統.首先,在本系統應用層配置發送至外系統的目標系統的路由地址.例如本系統的自定義路由地址名稱為BDEATC,備用系統的自定義路由地址名稱為BDEBAK,航管系統的自定義路由地址名稱為BDEFIS,電子進程單系統的自定義路由地址為BDEEFS.各類4029報文需要發送給哪些外部系統,可以通過配置參數進行配置.

系統內的有效信息通過XML格式進行傳輸,系統內部利用XML格式信息傳輸的優勢在于系統的可擴展性.在未來,系統數據內容長度和個數都充滿不確定性,系統利用XML格式可以很好地兼容未來行業對系統的需求,減少基礎信息變化而修改數據結構的難度.

該計劃內容XML格式如下[4]:

UDOLACJTOLUGAGOPUGIMBZDSTOKATOSULEMOLIVEVIOLABERBABAKER

本系統內應用進程所產生的有效數據,需要發送給與之交互的外系統,此時在發送的消息塊中加入目的地址.如主系統的計劃信息,需要發送給EFS系統,發送的計劃信息中,需要按照信息接口約定,在信息頭中填入目的系統的路由地址.該信息在系統內部按照信息約定,到達接口進程,接口進程解析收到的XML數據塊,分析出該數據塊為哪類報文格式.按照參數配置,接口進程可以獲取該類報文需要發送給外系統的路由地址,在解析完畢XML計劃內容后,再將各字段內容按照4029.3中規定的報文格式進行組裝.在組裝報文的同時,由于有些計劃的航路報告點會很多,此時需要對組裝的報文進行壓縮處理,以節省網絡鏈路資源,提高傳輸速度.在組裝報文結束后,同時將獲取的外系統的路由地址放置在消息隊列中,再分批發送給傳輸進程.

傳輸進程在收到該消息隊列后,首先解析目的地址,再根據目的地址獲取相鄰外系統的IP地址,然后將該消息放入消息堆棧中,通過TCP協議傳輸至外系統的傳輸進程[5].其流程信息,如圖3所示.

2.2 接收端-備用系統

在接收系統中,其流程概況如圖4所示.

圖3 本系統向外系統輸出數據信息流程

圖4 接收方系統內部處理流程

在接收該數據的系統中,傳輸進程會將網絡鏈路上的數據獲取,然后再將完整的數據塊原封不動地發給接口進程.接口進程收到該數據塊,需要對該數據塊進行解壓縮處理,獲取到對方主系統發送過來的報文內容.接口進程對報文內容作進一步解析,獲取飛行計劃各字段的具體內容,其再將該計劃所有字段內容組裝為本系統內部能夠識別的XML通用格式.

應用進程收到外系統的數據信息,其為內部XML格式,解析該XML內容.解析出的內容需要與本系統的計劃信息進行比對,對本系統的計劃進行增刪改操作.該XML中,有一項為Identifier字段,該字段是發送方系統內的唯一識別號.在本系統中,需要優先匹配該唯一識別號,如果本系統中有該標識,代表之前某一時刻收到過對方系統的該信息,那么直接可以對本系統進行數據操作.如果發現收到信息中,該唯一號沒有匹配的計劃,需要將該信息按照相應的存儲條件進行存儲操作.如果該唯一標識為空,那么該標識不能作為判斷匹配的依據,需要重新尋找匹配條件.本系統中采取的是多字段匹配計劃原則,選取計劃中的某些字段進行聯合比對,本系統實現中選取航班號,起飛機場,目的機場字段相同,起飛或落地時間在某一段適應性參數范圍內,方能認為這兩條計劃信息匹配,才會按照發送過來的數據塊更新本系統的數據信息.否則,接收過來的數據信息直接丟棄處理.

系統中各模塊間的信息處理流程如圖5所示.

3 數據同步案例介紹

以某地空管中心為例,其現場有4套空管運行系統,其網絡拓撲圖如圖6所示.

其中ATC 2000為主用系統,ATC 3000為備份系統,STP為塔臺電子進程單系統,FIS為航管信息系統.傳輸進程的通信鏈路配置為TCP Server(TS)或TCP Client(TC)類型,其中TS類型為外系統向本系統發起連接,TC類型為本系統向外系統發起連接.雙方的通信鏈路一旦建立,將一直保持連通狀態,應用數據即可在該鏈路上進行相互傳送.

圖5 接收系統數據處理流程

圖6 系統間網絡拓撲

對于系統間需要傳輸哪些數據,可以在應用層進行相應的配置,如4029.3中I類數據,B類數據需要從主用系統發送到備用系統,此時在配置中需將I類數據和B類數據同時配置成輸送到備用系統,而如果只將I類數據輸送給航管系統,此時只需將I類數據配置發送給航管信息系統.

配置文件可配置如下:

通過這個配置,即可靈活配置出各類信息,需發往哪些系統.而且通過這個文件,解決了多系統相互交互情況,并且可以方便開發者和用戶理清信息在系統間相互傳遞的路徑.

該現場4套系統間的信息流如圖7所示.

4 結語

在民航局給出了空管自動化數據交互的規范后,各系統供應商按照統一標準來實現各自的同步功能,改變之前各家自行一體的模式,使得在各個管制中心,來自不同廠商的系統間的同步工作能更好地開展起來.當然,在開展這個工作中,也遇到了一些問題,不同系統的設計理念和設計思路也是不盡相同,這在選擇獲取同步數據,該如何同步到本系統中,但又不會影響現行系統的正常運行,帶來了一定的困難和技術難題.本文提供空管自動化系統間數據同步方法,并有效地成功實現,為管制中心空管自動化系統間數據系統提供方法和借鑒,解決了空管自動化系統間實時數據無法交互的問題,有效地提高空管系統互操作性、實時同步性,極大地降低空管系統整體運行風險,提高空管運行的安全性,保障航班運行安全.

圖7 多系統間信息流

[1]中國民用航空局.MH/T 4007-2012 民用航空飛行動態固定電報格式[S].2012-10-10.

[2]中國民用航空局.MH/T 4029.2-2012 民用航空空中交通管制自動化系統第2部分:技術要求[S].2012-06-29.

[3]中國民用航空局.MH/T 4029.3 民用航空空中交通管制自動化系統第3部分:飛行數據交換[S].2015-04-08.

[4]凱尼漢,里奇.C程序設計語言[M].徐寶文,李志,譯.2版.北京:機械工業出版社,2004.

[5]史蒂文斯.芬納,魯道夫.Unix網絡編程[M].北京:人民郵電出版社,2015.

A method of data synchronization implementation between different air traffic control automation systems

Chen Yongyong, Wang Zhenfei, Zhang Jiajing
(Nanjing LES Information Technology Co., Ltd., State Key Laboratory of Air Traffic Management System and Technology, Nanjing 210016, China)

In the field of civil aviation, with the high speed development of civil aviation, air traffic control automation system and the corresponding auxiliary system(electronic process single system, air traffic control system)play an increasingly important role. This paper studies a method of data synchronization implementation between different air traffic control automation systems. The system can obtain the control data of the other side automatically and implement automatic interaction. When the master system fails, it can smoothly transition to the spare system. To reduce the work burden of front-line controller and ensure the safety of the air traffic control operation.

civil aviation; automation system; synchronization implementation; air traffic control operation

陳勇勇(1989- ),男,江蘇南通人,助理工程師,學士;研究方向:空中交通管理飛行計劃.