［李自義］

1 引言

空中交通管制語音交換系統(tǒng)（air traffic control voice communication switching system），又稱空管內話系統(tǒng)，是航空運輸中最主要、最基本的保障手段，直接關系到航空運輸安全性和可靠性。內話系統(tǒng)通過對有線通信、無線通信等資源的有機集成，為管制人員提供統(tǒng)一、便捷的操作手段，使其可以在一個界面上對需要使用的頻率或者電話進行選擇，減少管制員設備終端數量，提高工作效率，能夠有效保障飛行員、管制部門、機場保障部門、場面車輛之間地空話音通信。SCHMID 內話系統(tǒng)是目前空管系統(tǒng)使用主流內話系統(tǒng)之一，其席位采用了環(huán)路的拓撲結構，當環(huán)路上某一節(jié)點出現故障或中斷時環(huán)路上的其他席位可以正常使用。內話環(huán)路的設計對后期設備的運行維護以及環(huán)路故障時對管制的影響等兩方面起著重要的作用，本文從多個維度綜合考慮影響環(huán)路的設計各種因素，提出了內話環(huán)路設計的優(yōu)化方案，這對空管系統(tǒng)SCHMID 內話系統(tǒng)建設時具有一定的參考價值，同時便于設備保障人員的后期維護。

2 SCHMID 內話系統(tǒng)結構與技術原理

2.1 SCHMID 內話系統(tǒng)結構

SCHMID ICS200/60 型內話系統(tǒng)，使用了基于標準E1 2.048 Mbit/s PCM 總線的時分交換技術[1]，依靠強大的微處理器和數字信號處理器，用軟件實現的最佳信號選擇和自動發(fā)射機跟隨等頻率管理功能，大大減輕了管制部門的工作量，有效地提高了空中/地面通信的工作效率和安全性。SCHMID 系統(tǒng)由中央交換處理子系統(tǒng)、外部接口、席位、監(jiān)控維護子系統(tǒng)等設備組成，中央交換處理子系統(tǒng)是系統(tǒng)核心模塊，提供數據交換功能；外部接口單元是系統(tǒng)和外部數據交換的接口；席位單元是供管制員使用的終端設備；監(jiān)控單元對系統(tǒng)進行監(jiān)控、維護和配置。外部接口單元通過2 Mbit/s E1 總線與服務器組相連，管制員席位通過雙2 Mbit/s E1 環(huán)路與服務器組相連，管理終端通過以太網LAN 與服務器組相連，系統(tǒng)結構如圖1 所示[2]。

圖1 SCHMID 內話系統(tǒng)結構

2.2 E1 時隙與幀結構

SCHMID 內話系統(tǒng)是基于E1 時隙交換的語音通信系統(tǒng)，E1 系統(tǒng)是PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy，準同步數字體系）體系中包含一種主要的通信系統(tǒng)，ITU-T建議的E1 系統(tǒng)主要應用于歐洲，中國也采用E1 系統(tǒng)。E1 系統(tǒng)（30/32 路PCM 通信系統(tǒng)）是一個時分復用傳輸系統(tǒng)，每個用戶占用一個指定的時隙，在規(guī)定的時間內，進行通話。30/32 路PCM 通信系統(tǒng)基于G.711 語音編碼協(xié)議，抽樣周期為8 000 次/秒，采用A 律13 折線非均勻量化8 位編碼，單路語音信號的速率為64 Kbit/s。多路語音信號成幀時，每一秒鐘包括8 000 個幀，每一幀包括32個時隙（Time Slot：TS），其中30 個時隙用來傳輸話音，TS0 為同步時隙，TS16 用來傳輸信令。標準的E1 系統(tǒng)的幀結構符合ITU-T G.704 標準規(guī)范，如圖2 所示。

圖2 30/32 路PCM 通信系統(tǒng)幀結構

每一幀包括32 個時隙，而真正用來傳送話音信息的是30 路，把每16 幀叫作一個復幀。第0 幀（FO）的TS16 用作復幀同步，其它每一幀的TS16 傳送兩個話音通道的信令，每16 幀輪流傳送一次，可傳輸完所有30 個話路的信令。E1 信號1 個信道1 個時隙為8 bit，1 個信道1 秒鐘為8 000 s*8 bit=64 kbit/s，32 個信道1 秒鐘為64 kbps*32=2.048 Mbit/s。

2.3 SCHMID 內話系統(tǒng)時隙分配機制

在SCHMID 內話系統(tǒng)中，外部接口單元與服務器組相連的2 Mbit/s E1 的時隙分配方式為固定時隙分配，在接口機框添加板卡時通過軟件配置確定板卡中的業(yè)務所占的時隙。內話席位通過冗余的雙2 Mbit/s E1 與雙服務器分別相連，內話席位環(huán)路接口遵守G.703/G.704ITU_T 標準，按照PCM30/32 的定義，時隙0 被用于同步，時隙16用于隨路信令CAS，其他30 個時隙用于語音通信，兩個E1 線路總共60 個信道中，一個信道被用于數據傳輸，其他59 個用于話音傳輸[3]。數據傳輸信道使用64 Kbit/s 多點HDLC，用于配置數據下發(fā)、操作信息和狀態(tài)信息傳輸，協(xié)議符合主從原則，并通過通信服務器進行管理。在內話席位環(huán)狀連接的情況下，每一個內話席位環(huán)最多能有50個席位，每個環(huán)至多支持59 個語音通道，環(huán)路時隙按照靜態(tài)分配和動態(tài)分配相結合的方式進行分配時隙的，即在環(huán)路中所有席位“Radio Page”中的無線信道分配固定的時隙，其他的時隙可動態(tài)的分配給從“Radio Add Page”頁面中新添加到“Radio Page”的無線信道或新建立的電話通信。分配給無線信道的時隙通常被環(huán)上的所有席位共同使用，只占用環(huán)路中的1 個時隙。

3 內話席位環(huán)路設計因素和原則

3.1 內話席位環(huán)路設計需要考慮的因素

內話席位環(huán)路的設計取決于席位數量、席位的位置分布、席位使用的無線通道數量、席位有線通信的話務量、系統(tǒng)的服務器資源、管制席位功能冗余等各種因素。

在內話席位數量方面，席位配置根據《MHT4028.1-2021 民用航空空中交通管制服務地空通信設備配置第1部分：語音通信》規(guī)定，管制席位和備份席位應配置兩套主用內話系統(tǒng)席位設備[4]，在一個物理管制席位上兩套內話席位中，一套內話席位設備主要用于地空通信，指揮飛機，另外一套內話席位設備主要用于地地通信，與其他管制區(qū)或航空公司進行航班移交和電話協(xié)調，以進近1 號扇區(qū)為例，主用內話系統(tǒng)席位設置APP01A 和APP01B，APP01A 用于對空指揮，APP01B 用于電話協(xié)調。

在席位位置分布上，SCHMID 內話席位分布于區(qū)域管制室、進近管制室、塔臺管制室、飛行服務室、流量管理室、運行管理中心、設備監(jiān)控機房等不同地點。內話環(huán)路信號為E1 信號（接口阻抗120 歐姆），根據YDT5095《同步數字系列（SDH）長途光纜傳輸工程設計規(guī)范》，E1（2 Mbit/s）信號對于接口阻抗是120 歐，外護套單對/單管電纜外徑在5.0mm、單芯內導體外徑0.6±0.01mm 時最大使用長度為300 米。當傳輸距離超過300 米時建議使用專門的傳輸設備進行傳輸，如光端機、微波或SDH 光傳輸系統(tǒng)。區(qū)域管制室、進近管制室、流量管制室、運行管理中心距離中心機房內話系統(tǒng)服務器均不足300 米，可使用電纜直連方式；塔臺管制室和飛行服務室距航管小區(qū)超過3 公里，只能增加傳輸設備進行E1 信號的傳輸。

在席位使用的無線通道方面，以某空管單位A 為例區(qū)域管制室共使用6 個主用頻率、2 備用頻率、2 個公共頻率和5 個短波頻率；進近管制室共使用6 個主用頻率、3 備用頻率和2 個公共頻率；塔臺管制室共使用5 個主用頻率、2 備用頻率和1 個公共頻率。

在席位有線通信的話務量方面，除管制區(qū)內各管制室的內部電話協(xié)調外，區(qū)域管制室主要與周邊其他管制區(qū)、航空公司和其他空域用戶進行電話協(xié)調；進近管制室外部電話使用相對較少；塔臺管制室主要與機場、航空公司進行電話協(xié)調。經過長期的統(tǒng)計結果，某空管單位A 同一時間的電話通信連接不超過8 個。

在內話系統(tǒng)的服務器資源方面，系統(tǒng)包含2 組互為熱備份的服務器，每組服務器最多可配置8 塊服務器卡，每塊服務器卡有24 個E1 接口，其中E1-1～E1-8 用于席位環(huán)路，E1-9～E1-24 用于連接外部接口單元。每塊服務器卡可提供2 個席位環(huán)路，每個環(huán)路最多可設置50 個內話席位，系統(tǒng)席位的容量為8*2*50=800 個。但在實際建設中，服務器的配置要結合實際的席位需求和接入無線和有線資源的數量進行配置，某空管單位A 主用內話系統(tǒng)服務器組配置了4 塊服務器卡，可支持的最大環(huán)路數量為8 個。

管制席位功能冗余方面，在同一個席位，對空指揮席位和電話協(xié)調席位互為備用席位，可以通過席位分離功能實現兩個管制員共用一個席位。同時根據不同管制室應急接管方案，塔臺管制室不可用時，使用進近管制室席位進行指揮；進近管制室不可用時，使用區(qū)域管制室席位進行指揮；區(qū)域管制室不可用時，使用進近管制室席位進行指揮。

3.2 內話環(huán)路設計原則

SCHMID 內話系統(tǒng)環(huán)路的設計是一個復雜的過程，需要考慮的因素很多，設計的目的就是為了分散風險，便于維護，環(huán)路相關線路中斷或設備故障時對管制工作影響最小。為了達到這個目的，內話席位環(huán)路設計建議遵循以下原則。

（1）按照管制席位位置劃分環(huán)路。各管制室與中心機房服務器的距離不同，傳輸方式也不同，位置相同或相近的席位配置在同一的環(huán)路上，可減少傳輸網絡的復雜性，有利于設備維護。根據此原則可以在塔臺管制室席位和飛行服務室席位各設置一個環(huán)路；區(qū)域管制室、進近管制室和流量管理室距離較近，每個管制室即可單獨組成環(huán)路，又可混合組成多個環(huán)路。

（2）互為備份的席位配置在不同的環(huán)路上。在一個管制席位上對空指揮內話席位和電話協(xié)調內話席位是互為備份的，當因一個環(huán)路故障，該環(huán)路上所有席位均不能正常使用時，可以使用本席位另一個內話席位，確保管制工作的連續(xù)性。因此同一管制席位的兩臺內話席位配置在不同的環(huán)路上可以避免因環(huán)路原因造成該管制席位的兩個內話席位均不能使用的風險，提高了設備的冗余性。

（3）各環(huán)路資源應均衡。環(huán)路資源的均衡不僅體現在環(huán)路席位數量上的均衡，還包括環(huán)路無線資源的均衡，其核心是確保各環(huán)路時隙數量和數據處理能力的均衡，提高系統(tǒng)的可靠性。在環(huán)路時隙方面，要進行各環(huán)路時隙的計算，確保極端使用的情況下不會出現環(huán)路時隙飽和而不能正常通信的情況。極端使用的情況為環(huán)路所有席位配置的無線通路均在使用，環(huán)路所有席位均在進行有線電話通話，計算方法為：N+MR＜59，其中N 為席位數量，MR為環(huán)路所有席位配置的無線通道之和，既包含席位“Radio Page”中的無線信道，也包含“Radio Add Page”中的無線信道，但不同席位無線通道相同的不重復計算。

（4）同一環(huán)路的左右環(huán)應使用不同的傳輸設備和傳輸媒質。SCHMID 內話系統(tǒng)席位采用環(huán)路拓撲結構，當單邊環(huán)路中斷時，環(huán)路中的席位可以正常工作。在環(huán)路遠距離傳輸時，需要增加額外的傳輸設備，當同一環(huán)路左、右環(huán)路均使用同一設備傳輸時，設備故障會造成左、右環(huán)路均中斷，環(huán)路所有席位均無法使用，這就使系統(tǒng)環(huán)路的冗余設計失去了意義。同時在條件允許的情況下，同一環(huán)路的左、右兩環(huán)可以使用不同的傳輸媒質，如左環(huán)使用光纖傳輸，右環(huán)使用微波傳輸；左環(huán)使用光纖的東路由線路，右環(huán)使用光纖的西路由線路等。

（5）保持系統(tǒng)有一定的擴展性。設計環(huán)路時要預留一定的接口資源，當運行過程中需要增加席位或環(huán)路時進行擴環(huán)，確保系統(tǒng)具有一定的可擴展性。

4 內話席位環(huán)路的優(yōu)化方案

以空管單位A 主用內話系統(tǒng)為例，系統(tǒng)共設置70 個內話席位，每個服務器組配置了4 塊服務器卡，最大支持8 個環(huán)路，考慮到后期擴展只使用了6 個環(huán)路，環(huán)路詳細設置圖3 所示。

圖3 主用內話系統(tǒng)席位環(huán)路配置圖

區(qū)域管制室、進近管制室共有51 個席位，共設有4個環(huán)路，環(huán)路均采用E1 環(huán)路線直接與內話系統(tǒng)服務器相連，為保證傳輸效果，E1 環(huán)路線采用雙屏蔽的7 類雙絞線。區(qū)域進近環(huán)1 共設有12 個席位，主要為進近管制對空指揮席位；區(qū)域進近環(huán)2 共設有13 個席位，主要為區(qū)域管制對空指揮席位；區(qū)域進近環(huán)3 共設有13 個席位，主要為進近管制電話協(xié)調席位；區(qū)域進近環(huán)4 共設有13 個席位，主要為區(qū)域管制對空指揮席位。區(qū)域進近4 個環(huán)路的席位數量基本相同，每個環(huán)路極限使用時隙均小于環(huán)路時隙容量，不會造成通信阻塞；同時區(qū)域進近對空指揮席位和電話協(xié)調席位均不在同一個環(huán)路上，且環(huán)路也不在同一塊服務器板卡上，確保了環(huán)路中斷和單服務器板卡故障不會對整個管制席位的工作造成影響。塔臺管制室共有14個席位，由于位置原因單獨成環(huán)，塔臺環(huán)路的左環(huán)傳輸采用2M 倒換器（SDH+微波）與服務器A 相連，SDH 和微波為熱備份，同時設有SDH 的冷備鏈路，當2M 倒換器故障時啟用冷備鏈路；塔臺環(huán)路的右環(huán)傳輸使用瑞斯康達光端機與服務器B 相連。飛行服務室共有5 個席位，由于位置原因也單獨成環(huán)，飛服環(huán)路的左環(huán)傳輸采用SDH 與服務器A 相連，同時設有光端機的冷備鏈路，當SDH 鏈路中斷時啟用冷備鏈路；飛服環(huán)路的右環(huán)傳輸使用瑞斯康達光端機與服務器B 相連。

5 結論

內話系統(tǒng)主要用于民航空中交通管制員的對空指揮和管制協(xié)調，是民航空管的核心設備。隨著航班量的不斷增加，管制員對內話系統(tǒng)的依賴越來越強，如何保證內話席位的正常使用成為設備維護人員重點思考的問題。SCHMID 內話系統(tǒng)席位的環(huán)路結構的優(yōu)化設計對保障管制的正常使用有很大的作用，本文從基于E1 的時隙交換原理，結合多年運行的實際，綜合考慮了環(huán)路設計的各種因素，提出了內話席位環(huán)路的優(yōu)化建議方案，大大減少了環(huán)路單點設備故障對管制運行的影響，對空管各設備運行單位具有一定的借鑒作用。