王偉清

摘 要

上海浦東四號(hào)跑道作為近年新投入使用的跑道，氣象自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備（AWOS）之間的通信方式已升級(jí)為光纖傳輸，與以往大不相同，所以需要開(kāi)發(fā)一套與之相對(duì)應(yīng)的通信設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)和定位出現(xiàn)故障的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】民航氣象 AWOS 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 軟件開(kāi)發(fā)

現(xiàn)如今隨著民航航班量的增加，上海浦東機(jī)場(chǎng)跑道資源日益捉襟見(jiàn)肘。2013年全年浦東機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量已超過(guò)4700萬(wàn)人次，航班準(zhǔn)點(diǎn)率再次受到考驗(yàn)，浦東四跑道甚至五跑道的建設(shè)和投入使用迫在眉睫。

1 概況

氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱AWOS），是能自動(dòng)觀測(cè)和傳遞跑道視程、氣壓、溫濕度、露點(diǎn)、風(fēng)速風(fēng)向和雨量的一整套氣象要素信息的自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，一條跑道擁有數(shù)個(gè)觀測(cè)設(shè)備同時(shí)對(duì)跑道氣象要素進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控，并將計(jì)算處理后的數(shù)據(jù)提供給塔臺(tái)管制部門和民航氣象觀測(cè)部門使用，以保證飛行安全。

上海浦東機(jī)場(chǎng)四跑道AWOS于2014年建設(shè)完成并試運(yùn)行，該系統(tǒng)使用芬蘭VAISALA公司的自動(dòng)觀測(cè)解決方案，在跑道附近設(shè)置多套自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備分別測(cè)量氣象要素信息，并通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)的方式將測(cè)量信息傳輸至航管樓內(nèi)的處理服務(wù)器（CDU）中，再由CDU處理后統(tǒng)一發(fā)布至用戶使用。

由于氣象設(shè)備分布于跑道邊，光交換機(jī)也被布置在跑道邊，包括浦東四跑道南北下滑臺(tái)，南北跑道中線的延長(zhǎng)線近臺(tái)和跑道中間邊共計(jì)5個(gè)點(diǎn)，而光纖環(huán)網(wǎng)的設(shè)計(jì)相較于過(guò)去模擬線路接入擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，例如：光纖環(huán)網(wǎng)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?；诠饫w環(huán)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)某一段節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間光纖損壞斷開(kāi)，環(huán)網(wǎng)會(huì)變成C形網(wǎng)，但是不影響各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，所以在一定程度上可以減少數(shù)據(jù)丟失故障的概率。但也為日常維護(hù)檢查造成困難，若某一段光纖故障，系統(tǒng)界面與用戶數(shù)據(jù)不會(huì)顯示異常，維護(hù)人員也就無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，造成安全隱患。為了提示已經(jīng)出現(xiàn)的故障和對(duì)故障的快速定位，開(kāi)發(fā)一套針對(duì)浦東四跑道AWOS通信設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)刻不容緩。

2 開(kāi)發(fā)環(huán)境與過(guò)程

2.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和硬件資源條件下，使用軟件程序?qū)崟r(shí)讀取和監(jiān)控四跑道光纖環(huán)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)路由器的狀態(tài)，判斷節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間線路是否正常，若存在故障情況，使用警示音告警和狀態(tài)圖示提醒維護(hù)人員檢查相關(guān)設(shè)備。為適配在AWOS維護(hù)終端的WINDOWS操作系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行該監(jiān)控程序，程序基于.NET Framework 4.0框架，并使用C#語(yǔ)言編寫，來(lái)最大限度保證程序的可靠性和易維護(hù)性。整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程從浦東機(jī)場(chǎng)四跑道建設(shè)之初就開(kāi)始籌備，但出于機(jī)場(chǎng)AWOS網(wǎng)段的穩(wěn)定安全考慮，整個(gè)過(guò)程經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)完善試運(yùn)行一年后才正式投入使用，在程序正式接入該網(wǎng)段前通過(guò)多次小規(guī)模實(shí)驗(yàn)，確保不至于正在使用的設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)的錯(cuò)誤。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

浦東四跑道光纖環(huán)網(wǎng)使用的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備使用的是TRANSITION NETWORK的千兆光纖交換機(jī)（以下簡(jiǎn)稱光交換機(jī)），該設(shè)備具有4個(gè)10/100/1000M自適應(yīng)RJ-45網(wǎng)口和4個(gè)100/1000M單模光纖模塊，具備交換機(jī)功能，RJ-45網(wǎng)絡(luò)端口連接AWOS設(shè)備，光纖部分組成環(huán)網(wǎng)，9針串口可以方便維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)命令行控制設(shè)備，自備維護(hù)/監(jiān)控IP地址用以通過(guò)HTTP協(xié)議遠(yuǎn)程進(jìn)入系統(tǒng)后臺(tái)監(jiān)控和維護(hù)操作，本監(jiān)控系統(tǒng)即是基于系統(tǒng)后臺(tái)網(wǎng)頁(yè)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況。該光交換機(jī)后臺(tái)擁有顯示實(shí)時(shí)流量監(jiān)控portstat.htm頁(yè)面，使用讀取字符串的形式對(duì)HTML文件進(jìn)行解讀，通過(guò)程序根據(jù)流量變化判斷線路的連接狀態(tài)。

2.3 軟件判斷方式

若其中某一段物理線路斷開(kāi)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)成為C型網(wǎng)，斷開(kāi)線路的兩端的光交換機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換會(huì)通過(guò)另外一邊的正常線路經(jīng)過(guò)整個(gè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行交換，從頁(yè)面中的流量信息中就可以解讀出來(lái)，若監(jiān)控的流量經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后仍無(wú)變化，則程序可判斷該光交換機(jī)連接的兩端線路出現(xiàn)問(wèn)題；若其中一臺(tái)光交換機(jī)因故障而離線，由于這時(shí)無(wú)法正常連接進(jìn)入后臺(tái)網(wǎng)頁(yè)，并且各交換機(jī)的IP地址固定，程序也能判斷出某一臺(tái)光交換機(jī)由于故障無(wú)法正常獲取，發(fā)出告警通知設(shè)備維護(hù)人員。后臺(tái)流量信息還包括另外四個(gè)RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口，這些接口連接著跑道內(nèi)各個(gè)地點(diǎn)的氣象觀測(cè)設(shè)備，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的部署就是為了將這些氣象觀測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器和用戶，外場(chǎng)設(shè)備可能因?yàn)槲锢硗ㄐ沛溌窋嚅_(kāi)、設(shè)備故障、老化等原因無(wú)法向服務(wù)器通信，所以通過(guò)對(duì)RJ-45流量的分析，就可以判斷外場(chǎng)設(shè)備是否正常運(yùn)行，而當(dāng)服務(wù)器判斷設(shè)備故障，但是流量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)正常，就可以綜合判斷出可能是通信線路出現(xiàn)干擾或破壞，數(shù)據(jù)出現(xiàn)亂碼等問(wèn)題。

3 案例

2015年3月21日，監(jiān)控程序上線正式運(yùn)行的第三個(gè)月，當(dāng)日氣象設(shè)備維護(hù)值班員突然收到監(jiān)控程序告警，浦東四跑道中間點(diǎn)光交換機(jī)至南下滑臺(tái)的相應(yīng)端口流量未變化，但浦東四跑道所有氣象數(shù)據(jù)（包括風(fēng)速、風(fēng)向、能見(jiàn)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(jī)光纖模塊故障或光纖損壞，帶上備用光交換機(jī)趕赴四跑道中間氣象觀測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)該光交換機(jī)至南下滑臺(tái)的光纖狀態(tài)燈不正常，換上備件光纖模塊后狀態(tài)馬上恢復(fù)。該故障因?yàn)榄h(huán)網(wǎng)的冗余性若非使用監(jiān)控軟件極難察覺(jué)，并且整個(gè)故障點(diǎn)的判斷過(guò)程從發(fā)現(xiàn)告警就已經(jīng)基本確定，故障的排查也沒(méi)有走彎路，為設(shè)備維護(hù)提供了極大的便利。

4 存在的問(wèn)題與展望

當(dāng)然該程序的使用過(guò)程中也出現(xiàn)了不少問(wèn)題，例如程序因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)內(nèi)建預(yù)設(shè)置進(jìn)行判斷光交換機(jī)位置，當(dāng)物理網(wǎng)絡(luò)連接方式變化，程序無(wú)法判斷當(dāng)前正確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌荒芡ㄟ^(guò)源代碼修改和重新編譯來(lái)更新；再例如為了避免網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過(guò)大，程序內(nèi)對(duì)各個(gè)光交換機(jī)的網(wǎng)頁(yè)刷新是建立在固定輪詢頻率上的（現(xiàn)為一分鐘一次），所以并不能嚴(yán)格稱之為實(shí)時(shí)監(jiān)控，作為程序的開(kāi)發(fā)者，我認(rèn)為使用光交換機(jī)上的9針維護(hù)端口可以更加安全有效地進(jìn)行監(jiān)控操作，并接入環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)而非單獨(dú)組成網(wǎng)絡(luò)，但這需要增加通信設(shè)備來(lái)傳送至監(jiān)控終端，無(wú)疑增加了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)復(fù)雜度和預(yù)算。希望今后有更完善的方式來(lái)使用該類軟件進(jìn)行更有效地監(jiān)控四跑道甚至發(fā)展延伸到所有使用類似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為生產(chǎn)和維護(hù)提供便利。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

民航華東空管局氣象中心 上海市 200335