自動(dòng)化系統(tǒng)雷達(dá)信號(hào)引接方式探究

包 勵(lì)

（華東空管局，上海 200335）

0 概述

在航空事業(yè)發(fā)展中，空管系統(tǒng)也得到了發(fā)展和完善，其可靠性和自動(dòng)化程度也在逐步提高。但是，由于航空事務(wù)的復(fù)雜化發(fā)展趨勢(shì)，以及人員流動(dòng)和航空班次的日益增多，導(dǎo)致飛行流量也在逐漸增多，給空中交通管制任務(wù)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，這也給空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用提出了更高的要求，自動(dòng)化系統(tǒng)雷達(dá)信號(hào)有效接引也成為其中備受關(guān)注的重要一環(huán)。因?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中，一旦發(fā)生單點(diǎn)故障，將導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)異常，影響空中交管的安全運(yùn)行。雷達(dá)數(shù)據(jù)接引是空中自動(dòng)化系統(tǒng)的前端處理過(guò)程，是原始數(shù)據(jù)獲取和處理的主要途徑，為整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供基本的數(shù)據(jù)支持。基于此，本文將結(jié)合雷達(dá)信號(hào)傳輸方式研究，進(jìn)行常用雷達(dá)數(shù)據(jù)引接技術(shù)探究，并研究了雷達(dá)信號(hào)引接防火墻的構(gòu)建和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)[1]。

1 雷達(dá)信號(hào)的傳輸方式

隨著雷達(dá)相關(guān)技術(shù)研究的深入，技術(shù)應(yīng)用不斷完善。目前，主要采用地面線路和衛(wèi)星線路兩種傳輸方式，其中地面線路是最為常用的。常用的地面雷達(dá)信號(hào)傳輸方式主要有DDN、幀中繼、ATM 以及SDH 等，但是由于采用方式的不同，其在優(yōu)缺點(diǎn)上也有所差異。其中，DDN 不具備交換功能，因此在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的信息傳輸過(guò)程中應(yīng)用廣泛；而幀中繼的交換技術(shù)是分組交換技術(shù)，所以在應(yīng)用過(guò)程中需要借助光纖網(wǎng)絡(luò)，由此具有較高的傳輸速率。DDN 和幀中繼傳輸方式是傳統(tǒng)雷達(dá)信號(hào)傳輸方式，兩者在速率和QOS 保障方面都存在一定的缺陷，因此也在逐漸退出雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)奈枧_(tái)。相對(duì)應(yīng)的ATM 和SDH 等技術(shù)憑借其交換和復(fù)用功能的全面性以及傳輸質(zhì)量的穩(wěn)定性，逐漸得到推廣和應(yīng)用[2]。

因民航空管的特殊性，在民航空管中構(gòu)建了專用的ATM 專網(wǎng)，滿足民航通信業(yè)務(wù)的需求。這不僅為越來(lái)越多的民航提供需要的文字和數(shù)據(jù)信息支持，而且能夠?yàn)槊窈娇罩薪煌ü苤铺峁┱Z(yǔ)音甚至實(shí)時(shí)視頻信息支持。就實(shí)際雷達(dá)信號(hào)傳輸現(xiàn)狀來(lái)看，SDH 技術(shù)在快速增長(zhǎng)的空中交通管制通信業(yè)務(wù)中脫穎而出，在目前的空管業(yè)務(wù)傳輸中應(yīng)用最為廣泛。雖然SDH 是物理層，但是在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中其對(duì)網(wǎng)絡(luò)層開(kāi)放，也就決定其不僅能夠借助綜合復(fù)用設(shè)備的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的復(fù)用，而且還能夠依賴于IP 設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)分組交換。

2 雷達(dá)數(shù)據(jù)引接技術(shù)的探究

2.1 雙通道引接技術(shù)

目前，在雷達(dá)數(shù)據(jù)引接技術(shù)應(yīng)用中，為保障空管系統(tǒng)的信號(hào)源的可用性，雷達(dá)數(shù)據(jù)通常采用衛(wèi)星傳輸和DDN 鏈路傳輸兩個(gè)通道進(jìn)行傳輸。所以要實(shí)現(xiàn)空管自動(dòng)化系統(tǒng)雷達(dá)數(shù)據(jù)引接，在科學(xué)接入雙通道數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行進(jìn)一步的處理。最常用的方式是雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量比選功能，借助該功能能夠篩選出數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的一路數(shù)據(jù)，將其傳輸給處理機(jī)，進(jìn)行下一步的處理，這也就是最常見(jiàn)的雙通道引接技術(shù)（見(jiàn)圖1）。

圖1 雙通道引接技術(shù)示意圖

在雙通道引接中，需要冗余主機(jī)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的前置處理，借助兩臺(tái)前置機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)每一路數(shù)據(jù)的處理。通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)視和冗余設(shè)計(jì)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比和優(yōu)選工作，將得到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)視數(shù)據(jù)處理器，進(jìn)行融合處理，保證自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求[3]。

2.2 冗余雙通道引接技術(shù)

結(jié)合空管自動(dòng)化管理的實(shí)際需求，空管現(xiàn)場(chǎng)管理和空管業(yè)務(wù)對(duì)雷達(dá)信號(hào)引接提出了更高的要求。隨之出現(xiàn)通過(guò)4 個(gè)線路傳輸?shù)睦走_(dá)信號(hào)傳輸方式，這就需要相應(yīng)的雷達(dá)信號(hào)引接技術(shù)，出現(xiàn)冗余雙通道引接技術(shù)（見(jiàn)圖2）。要進(jìn)行一部雷達(dá)的信號(hào)傳輸，需要將兩個(gè)通道分別接入兩臺(tái)前置處理機(jī)，形成4 條通道，兩個(gè)前置機(jī)分別對(duì)兩個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，獲得初步的優(yōu)選信號(hào)，然后傳輸給下一級(jí)雷達(dá)處理機(jī)進(jìn)行二次優(yōu)化，再進(jìn)行最后的融合處理。

圖2 冗余雙通道引接技術(shù)圖

相比較于雙通道引接技術(shù)，冗余雙通道引接技術(shù)具有跟高的可靠性。假設(shè)其中一條通道發(fā)生故障，抑或者某一前置處理機(jī)發(fā)生故障的情況，系統(tǒng)仍然能夠獲取到需要的雷達(dá)數(shù)據(jù)，極大程度地提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.3 網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)引接技術(shù)

空管自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程中，在一些大型區(qū)管系統(tǒng)中需要大量接入雷達(dá)數(shù)據(jù)，如果依然采用雙通道引接技術(shù)或者冗余雙通道引接技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)引接，就需要大量的引接設(shè)備支持，線纜等相關(guān)硬件設(shè)備也將大量增加，使得系統(tǒng)的復(fù)雜程度提高，構(gòu)建成本大大增加。所以，根據(jù)大型區(qū)管系統(tǒng)實(shí)際需求，可以采用網(wǎng)絡(luò)化引接方式，使其既能夠保證一定的雷達(dá)數(shù)量，又能夠保證系統(tǒng)可靠性的同時(shí)一定程度上降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度。網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)引接技術(shù)在采用網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的接入和質(zhì)量分析，并接入系統(tǒng)工作網(wǎng)作進(jìn)一步的融合處理（見(jiàn)圖3）。網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)引接技術(shù)在保證引接雷達(dá)數(shù)量的同時(shí)，也進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的可靠性，有效降低了投資成本，也為后期技術(shù)人員的檢修和維護(hù)提供了便利[4]。

圖3 網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)引接技術(shù)圖

3 雷達(dá)信號(hào)引接防火墻的構(gòu)建

雷達(dá)信號(hào)引接技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，首先要注重防火墻的構(gòu)建，常用的如包過(guò)濾的路由器、應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)等方式。

3.1 包過(guò)濾的路由器

包過(guò)濾的路由器在應(yīng)用中，首先將接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析和初步判斷，確定是否符合接收的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)接收是參照包過(guò)濾原則進(jìn)行的，只有符合包過(guò)濾規(guī)則的數(shù)據(jù)才會(huì)被該路由器接收，如果不符合規(guī)則將被拒絕。

過(guò)濾規(guī)則是根據(jù)服務(wù)進(jìn)行制定的，尤其是對(duì)特定的服務(wù)進(jìn)行包過(guò)濾。由于大多數(shù)的服務(wù)監(jiān)聽(tīng)都需要借助指定的TCP/UDP來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以往往會(huì)導(dǎo)致堵塞。由此，包過(guò)濾路由器在這個(gè)過(guò)程中就能夠發(fā)揮作用，能夠有效監(jiān)測(cè)并棄掉包含特定TCP/UDP 的目標(biāo)端口的包。

包過(guò)濾路由器過(guò)濾的信息主要是將與服務(wù)不相關(guān)的包過(guò)濾掉，其次就是要過(guò)濾與服務(wù)本身沒(méi)有關(guān)系的攻擊。但是，此類攻擊由于接收到的僅僅是信息的包頭，所以是難以進(jìn)行識(shí)別，需要在原有的過(guò)濾預(yù)原上添加必要的附加條件。需保證在接收的信息通過(guò)路由表、IP 以及偏移量等相關(guān)信息的對(duì)比和檢查，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸[5]。

3.2 應(yīng)用層的網(wǎng)關(guān)

應(yīng)用層的網(wǎng)關(guān)在應(yīng)用中比較可靠，其允許內(nèi)部的網(wǎng)管對(duì)包過(guò)濾進(jìn)行比較。但是，用戶不能直接登錄到網(wǎng)關(guān)上，需要借助一定的應(yīng)用服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因此，要想保證應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的性能和安全性，還需要進(jìn)行硬件的更新和升級(jí)，進(jìn)一步提高相關(guān)的服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全配置的平衡管理。

3.3 防火墻構(gòu)建基本準(zhǔn)則

要科學(xué)構(gòu)建防火墻，在關(guān)注防火墻配置的基本準(zhǔn)則的同時(shí)，還需要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的安全策略。

所以，防火墻在構(gòu)建過(guò)程中，要拒絕未授權(quán)和許可的內(nèi)容。將經(jīng)過(guò)防火墻的所有信息、服務(wù)以及應(yīng)用等都進(jìn)行詳細(xì)審查，保證接收內(nèi)容的安全性。此外，在防火墻的構(gòu)建中對(duì)注意審查出來(lái)的且被拒絕的信息能夠有效消除潛在危害。

3.4 防火墻構(gòu)建安全策略

任何一個(gè)單位或者企業(yè)要做好安全防護(hù)，都需要構(gòu)建科學(xué)合理的防火墻。所以，在防火墻的構(gòu)建中首先要確定需要保護(hù)的范圍，確定合理的網(wǎng)絡(luò)安全策略，保證其能夠?yàn)榘踩治龊惋L(fēng)險(xiǎn)管控提供必要的支持。

4 雷達(dá)信號(hào)引接網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)

4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖4 為信號(hào)引接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

4.2 數(shù)據(jù)交互區(qū)硬件組成

數(shù)據(jù)交互區(qū)是內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡區(qū)域，承載著引接平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互工作，并且還要為本地的網(wǎng)絡(luò)用戶提供必要的服務(wù)支持。數(shù)據(jù)交互區(qū)不僅要有效隔離系統(tǒng)內(nèi)部和外部，而且同時(shí)要保證網(wǎng)絡(luò)的安全。

在雷達(dá)信號(hào)引接中需要兩臺(tái)DMZ 來(lái)完成向上和向下的數(shù)據(jù)引接，分別與數(shù)據(jù)引接平臺(tái)和系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)連接。然后通過(guò)旁路連接的方式，分別連接CDM 系統(tǒng)和EFS 系統(tǒng)。外部數(shù)據(jù)在進(jìn)入交互服務(wù)處理器經(jīng)過(guò)分析處理之后，在進(jìn)入需要進(jìn)入的系統(tǒng)。本地的WEB用戶在接入交換機(jī)之后，則需要進(jìn)行隔離才能夠接入DMZ 網(wǎng)絡(luò)，并且只有訪問(wèn)數(shù)據(jù)交互服務(wù)器的權(quán)限[6]。

4.3 網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)

要保證網(wǎng)絡(luò)安全，首先在物理連接方面，雷達(dá)信號(hào)引接過(guò)程中所有接入的外部信息都需要經(jīng)過(guò)“信息引接防火墻”，保證系統(tǒng)和外界系統(tǒng)能夠完全隔離。同時(shí)，信息源在防火墻上不能互通，這在很大程度上避免了不同數(shù)據(jù)源通過(guò)三層方式進(jìn)行相互訪問(wèn)，保證了網(wǎng)絡(luò)安全。

各信息源通過(guò)交換機(jī)上配置的不同VLAN，以二層方式引接到防火墻上，但是不同信息源卻也被VLAN隔離，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和接收。該過(guò)程中轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和數(shù)據(jù)交互服務(wù)器之間的通過(guò)獨(dú)立的VLAN互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)外部信息源的數(shù)據(jù)分發(fā)，保證系統(tǒng)的多重保護(hù)。外部系統(tǒng)要和CDM/EFS 進(jìn)行交互，可以以二層方式接入對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，通過(guò)通信程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和處理。同時(shí)，防火墻嚴(yán)格限制IP 端口的開(kāi)放，防火墻的數(shù)據(jù)引接和交互必須經(jīng)過(guò)特定的端口。

5 結(jié)論

本文首先分析了雷達(dá)信號(hào)的傳輸方式，深入探討了目前幾種自動(dòng)化雷達(dá)信號(hào)引接方式，掌握雷達(dá)信號(hào)引接過(guò)程和方式的基礎(chǔ)上，研究了雷達(dá)信號(hào)引接防火墻的構(gòu)建和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)，希望能夠?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)雷達(dá)信號(hào)引接提供一定的參考。

圖4 信號(hào)引接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖