陳勇勇,王振飛,張佳靜

(南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司 空中交通管理系統(tǒng)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210016)

一種空管自動(dòng)化系統(tǒng)間數(shù)據(jù)同步實(shí)現(xiàn)方法

陳勇勇,王振飛,張佳靜

(南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司 空中交通管理系統(tǒng)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210016)

在民用航空領(lǐng)域,隨著民用航空的高速發(fā)展,空管自動(dòng)化系統(tǒng)及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)(電子進(jìn)程單系統(tǒng)、航管系統(tǒng))發(fā)揮著越來(lái)越大的作用.文章研究了一種空管自動(dòng)化系統(tǒng)間數(shù)據(jù)同步實(shí)現(xiàn)方法,系統(tǒng)間能夠自動(dòng)獲取對(duì)方的管制數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交互,在管制主用系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),能夠順利平滑地過(guò)渡到備份系統(tǒng),達(dá)到減輕一線管制員的工作負(fù)擔(dān)、保障空管運(yùn)行安全的目的.

民用航空;自動(dòng)化系統(tǒng);同步實(shí)現(xiàn);空管運(yùn)行

1 系統(tǒng)間數(shù)據(jù)同步方案簡(jiǎn)介

隨著民航領(lǐng)域各個(gè)管制單位的空管自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)需求,每個(gè)管制單位基本都具備自動(dòng)化系統(tǒng)一主一備的模式,他們中有些具備簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)的主備同步功能,有些不具備.即使是有同步功能,系統(tǒng)間交互的信息接口也是種類紛繁復(fù)雜,各家自成一體.這種模式不利于數(shù)據(jù)同步功能的應(yīng)用和推廣,對(duì)于民航領(lǐng)域的技術(shù)維護(hù)人員來(lái)說(shuō),也是一大難題[1].為解決這一難題,2015年8月,中國(guó)民用航空局出臺(tái)了《民用航空空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)第3部分,飛行數(shù)據(jù)交換》的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,目的是規(guī)范空管自動(dòng)化系統(tǒng)間飛行數(shù)據(jù)交互統(tǒng)一.民航空管局規(guī)定了空管自動(dòng)化系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換報(bào)文(Flight Data Exchange Message,FDEXM)格式的內(nèi)容分三大類.

(1)基礎(chǔ)飛行數(shù)據(jù)報(bào)文,簡(jiǎn)稱I類報(bào)文(下同報(bào)文),此報(bào)文用于空管自動(dòng)化系統(tǒng)及其相關(guān)系統(tǒng)間基礎(chǔ)飛行數(shù)據(jù)交換.

(2)主備空管自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換報(bào)文,簡(jiǎn)稱B類報(bào)文(下同),此報(bào)文用于主備空管自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換.

(3)管制單位間飛行數(shù)據(jù)交換報(bào)文,簡(jiǎn)稱C類報(bào)文(下同).

按照規(guī)范中所規(guī)定的,所有FDEXM報(bào)文均以數(shù)據(jù)字段"-TITLE"開始(報(bào)文頭尾標(biāo)識(shí)除外),其后隨以字段.基礎(chǔ)飛行數(shù)據(jù)交換報(bào)文的關(guān)鍵字段為:title+filtim+ifplid+arcid+adep+ades+eobd+eobt,其他字段為可選數(shù)據(jù)字段[2].報(bào)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(dāng)創(chuàng)建一份或修改飛行計(jì)劃時(shí),應(yīng)對(duì)外發(fā)送一份完整的IFPL報(bào)文,報(bào)文結(jié)構(gòu)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(tǒng)數(shù)據(jù)同步的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

管制單位主備系統(tǒng)間數(shù)據(jù)同步整體流程,如圖1所示.

圖1 管制單位主備系統(tǒng)同步流程

2.1 發(fā)送端-主用系統(tǒng)

針對(duì)空管自動(dòng)化系統(tǒng),其各自的硬件環(huán)境和設(shè)備也不盡相同,首先需要解決消息交互問(wèn)題.在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面,采用IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)定義的以太網(wǎng)接口.在硬件環(huán)境配置方面,系統(tǒng)間傳輸應(yīng)至少支持TCP/IP協(xié)議.

本系統(tǒng)內(nèi)的信息采取可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(Extensible Markup Language,XML)格式來(lái)傳輸關(guān)鍵信息,如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)內(nèi)部處理流程

本系統(tǒng)在生成飛行計(jì)劃信息時(shí),需配置發(fā)送至的目標(biāo)系統(tǒng).首先,在本系統(tǒng)應(yīng)用層配置發(fā)送至外系統(tǒng)的目標(biāo)系統(tǒng)的路由地址.例如本系統(tǒng)的自定義路由地址名稱為BDEATC,備用系統(tǒng)的自定義路由地址名稱為BDEBAK,航管系統(tǒng)的自定義路由地址名稱為BDEFIS,電子進(jìn)程單系統(tǒng)的自定義路由地址為BDEEFS.各類4029報(bào)文需要發(fā)送給哪些外部系統(tǒng),可以通過(guò)配置參數(shù)進(jìn)行配置.

系統(tǒng)內(nèi)的有效信息通過(guò)XML格式進(jìn)行傳輸,系統(tǒng)內(nèi)部利用XML格式信息傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)的可擴(kuò)展性.在未來(lái),系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)容長(zhǎng)度和個(gè)數(shù)都充滿不確定性,系統(tǒng)利用XML格式可以很好地兼容未來(lái)行業(yè)對(duì)系統(tǒng)的需求,減少基礎(chǔ)信息變化而修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的難度.

該計(jì)劃內(nèi)容XML格式如下[4]:

UDOLACJTOLUGAGOPUGIMBZDSTOKATOSULEMOLIVEVIOLABERBABAKER

本系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用進(jìn)程所產(chǎn)生的有效數(shù)據(jù),需要發(fā)送給與之交互的外系統(tǒng),此時(shí)在發(fā)送的消息塊中加入目的地址.如主系統(tǒng)的計(jì)劃信息,需要發(fā)送給EFS系統(tǒng),發(fā)送的計(jì)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(tǒng)的路由地址.該信息在系統(tǒng)內(nèi)部按照信息約定,到達(dá)接口進(jìn)程,接口進(jìn)程解析收到的XML數(shù)據(jù)塊,分析出該數(shù)據(jù)塊為哪類報(bào)文格式.按照參數(shù)配置,接口進(jìn)程可以獲取該類報(bào)文需要發(fā)送給外系統(tǒng)的路由地址,在解析完畢XML計(jì)劃內(nèi)容后,再將各字段內(nèi)容按照4029.3中規(guī)定的報(bào)文格式進(jìn)行組裝.在組裝報(bào)文的同時(shí),由于有些計(jì)劃的航路報(bào)告點(diǎn)會(huì)很多,此時(shí)需要對(duì)組裝的報(bào)文進(jìn)行壓縮處理,以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)鏈路資源,提高傳輸速度.在組裝報(bào)文結(jié)束后,同時(shí)將獲取的外系統(tǒng)的路由地址放置在消息隊(duì)列中,再分批發(fā)送給傳輸進(jìn)程.

傳輸進(jìn)程在收到該消息隊(duì)列后,首先解析目的地址,再根據(jù)目的地址獲取相鄰?fù)庀到y(tǒng)的IP地址,然后將該消息放入消息堆棧中,通過(guò)TCP協(xié)議傳輸至外系統(tǒng)的傳輸進(jìn)程[5].其流程信息,如圖3所示.

2.2 接收端-備用系統(tǒng)

在接收系統(tǒng)中,其流程概況如圖4所示.

圖3 本系統(tǒng)向外系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)信息流程

圖4 接收方系統(tǒng)內(nèi)部處理流程

在接收該數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中,傳輸進(jìn)程會(huì)將網(wǎng)絡(luò)鏈路上的數(shù)據(jù)獲取,然后再將完整的數(shù)據(jù)塊原封不動(dòng)地發(fā)給接口進(jìn)程.接口進(jìn)程收到該數(shù)據(jù)塊,需要對(duì)該數(shù)據(jù)塊進(jìn)行解壓縮處理,獲取到對(duì)方主系統(tǒng)發(fā)送過(guò)來(lái)的報(bào)文內(nèi)容.接口進(jìn)程對(duì)報(bào)文內(nèi)容作進(jìn)一步解析,獲取飛行計(jì)劃各字段的具體內(nèi)容,其再將該計(jì)劃所有字段內(nèi)容組裝為本系統(tǒng)內(nèi)部能夠識(shí)別的XML通用格式.

應(yīng)用進(jìn)程收到外系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息,其為內(nèi)部XML格式,解析該XML內(nèi)容.解析出的內(nèi)容需要與本系統(tǒng)的計(jì)劃信息進(jìn)行比對(duì),對(duì)本系統(tǒng)的計(jì)劃進(jìn)行增刪改操作.該XML中,有一項(xiàng)為Identifier字段,該字段是發(fā)送方系統(tǒng)內(nèi)的唯一識(shí)別號(hào).在本系統(tǒng)中,需要優(yōu)先匹配該唯一識(shí)別號(hào),如果本系統(tǒng)中有該標(biāo)識(shí),代表之前某一時(shí)刻收到過(guò)對(duì)方系統(tǒng)的該信息,那么直接可以對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作.如果發(fā)現(xiàn)收到信息中,該唯一號(hào)沒有匹配的計(jì)劃,需要將該信息按照相應(yīng)的存儲(chǔ)條件進(jìn)行存儲(chǔ)操作.如果該唯一標(biāo)識(shí)為空,那么該標(biāo)識(shí)不能作為判斷匹配的依據(jù),需要重新尋找匹配條件.本系統(tǒng)中采取的是多字段匹配計(jì)劃原則,選取計(jì)劃中的某些字段進(jìn)行聯(lián)合比對(duì),本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中選取航班號(hào),起飛機(jī)場(chǎng),目的機(jī)場(chǎng)字段相同,起飛或落地時(shí)間在某一段適應(yīng)性參數(shù)范圍內(nèi),方能認(rèn)為這兩條計(jì)劃信息匹配,才會(huì)按照發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)塊更新本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息.否則,接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息直接丟棄處理.

系統(tǒng)中各模塊間的信息處理流程如圖5所示.

3 數(shù)據(jù)同步案例介紹

以某地空管中心為例,其現(xiàn)場(chǎng)有4套空管運(yùn)行系統(tǒng),其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖6所示.

其中ATC 2000為主用系統(tǒng),ATC 3000為備份系統(tǒng),STP為塔臺(tái)電子進(jìn)程單系統(tǒng),FIS為航管信息系統(tǒng).傳輸進(jìn)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(tǒng)向本系統(tǒng)發(fā)起連接,TC類型為本系統(tǒng)向外系統(tǒng)發(fā)起連接.雙方的通信鏈路一旦建立,將一直保持連通狀態(tài),應(yīng)用數(shù)據(jù)即可在該鏈路上進(jìn)行相互傳送.

圖5 接收系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

圖6 系統(tǒng)間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

對(duì)于系統(tǒng)間需要傳輸哪些數(shù)據(jù),可以在應(yīng)用層進(jìn)行相應(yīng)的配置,如4029.3中I類數(shù)據(jù),B類數(shù)據(jù)需要從主用系統(tǒng)發(fā)送到備用系統(tǒng),此時(shí)在配置中需將I類數(shù)據(jù)和B類數(shù)據(jù)同時(shí)配置成輸送到備用系統(tǒng),而如果只將I類數(shù)據(jù)輸送給航管系統(tǒng),此時(shí)只需將I類數(shù)據(jù)配置發(fā)送給航管信息系統(tǒng).

配置文件可配置如下:

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

該現(xiàn)場(chǎng)4套系統(tǒng)間的信息流如圖7所示.

4 結(jié)語(yǔ)

在民航局給出了空管自動(dòng)化數(shù)據(jù)交互的規(guī)范后,各系統(tǒng)供應(yīng)商按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)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(gè)管制中心,來(lái)自不同廠商的系統(tǒng)間的同步工作能更好地開展起來(lái).當(dāng)然,在開展這個(gè)工作中,也遇到了一些問(wèn)題,不同系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思路也是不盡相同,這在選擇獲取同步數(shù)據(jù),該如何同步到本系統(tǒng)中,但又不會(huì)影響現(xiàn)行系統(tǒng)的正常運(yùn)行,帶來(lái)了一定的困難和技術(shù)難題.本文提供空管自動(dòng)化系統(tǒng)間數(shù)據(jù)同步方法,并有效地成功實(shí)現(xiàn),為管制中心空管自動(dòng)化系統(tǒng)間數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供方法和借鑒,解決了空管自動(dòng)化系統(tǒng)間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)法交互的問(wèn)題,有效地提高空管系統(tǒng)互操作性、實(shí)時(shí)同步性,極大地降低空管系統(tǒng)整體運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),提高空管運(yùn)行的安全性,保障航班運(yùn)行安全.

圖7 多系統(tǒng)間信息流

[1]中國(guó)民用航空局.MH/T 4007-2012 民用航空飛行動(dòng)態(tài)固定電報(bào)格式[S].2012-10-10.

[2]中國(guó)民用航空局.MH/T 4029.2-2012 民用航空空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)第2部分:技術(shù)要求[S].2012-06-29.

[3]中國(guó)民用航空局.MH/T 4029.3 民用航空空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)第3部分:飛行數(shù)據(jù)交換[S].2015-04-08.

[4]凱尼漢,里奇.C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言[M].徐寶文,李志,譯.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[5]史蒂文斯.芬納,魯?shù)婪?Unix網(wǎng)絡(luò)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(xué)士;研究方向:空中交通管理飛行計(jì)劃.