華東地區廣域信息管理平臺建設策略研究

劉丹

摘 要：近年民航空管業務量與日俱增，空管系統協同工作要求越來越高，而傳統的信息共享與交換方式因其存在諸多弊端，已無法滿足這些要求。本文針對傳統信息系統互聯存在的問題，介紹了廣域信息管理技術，分析了廣域信息管理平臺建設的意義及優勢，論述了中國民航開展廣域信息管理平臺建設的適時性及必要性，研討了華東地區廣域信息管理平臺的建設策略。

關鍵詞：信息交互 信息共享 廣域信息管理 企業服務總線 一體化系統

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0037-04

近年民航業迅速發展，民航空管業務量與日俱增，空管系統協同工作要求越來越高，管理和決策過程中需要掌握的信息量及信息種類也越來越多，而傳統的信息共享與交換方式因其存在諸多弊端，已無法滿足這些要求。因此必須改善技術手段，實現空管信息資源的全面共享和交換，使得空管信息資源能夠被有效、充分、靈活的使用和管理，通過提高空管信息資源的綜合應用能力，繼而提高民航系統運行的安全和效率。

1 廣域信息管理平臺建設意義

1.1 現有空管信息系統現狀

（1）線路點對點傳輸，設備資源浪費。

傳統的空管系統間通信架構采用網狀結構（如圖1所示），各系統間通過專用線路進行點對點傳輸，接口重復、復雜，設備資源浪費，且不利于擴展，如圖中需要增加P6系統，為獲得所需信息，或向其他系統提供信息，P6必須向其他系統一對一建立連接，其他在用系統也必須增加相應接口，同新建系統建立連接，隨著系統數量的不斷增加，信息需求的不斷增加，通信鏈路呈幾何級數增加的趨勢必定無法接受。

（2）信息缺乏共享，形成信息孤島。

傳統系統之間的信息交換和共享，缺乏統一的基礎通信平臺支持，信息資源沒有得到充分共享和利用，系統間容易產生數據一致性、準確性、及時性方面的隱患，嚴重影響了系統作用的發揮，形成了許多“信息孤島”。

（3）缺乏統一信息處理標準。

現有空管系統缺乏統一的信息處理標準，各系統的信息交互格式、方式差異很大，新系統的應用研發全部需要從零開始，造成重復建設，增加開發成本。

（4）原有硬件設備和新的系統整合困難。

當前空管信息化網絡中，很多原有硬件設備的型號較為陳舊，與新服務器設備在連接時，存在著硬件兼容問題。

1.2 廣域信息管理平臺優勢

由于傳統網絡存在的諸多弊端，無法滿足空管業務的發展需求，因此，為解決航空運輸量的快速增長與空中交通管理保障能力之間矛盾日益突出的問題，歐美等主要航空發達國家早在20世紀末期就開始研究和發展新一代空中交通管理系統，其中廣域信息管理（SWIM，System Wide Information Management）是該系統發展的基礎和關鍵技術之一。

廣域信息管理平臺，是一種從信息層面整合空中交通管理相關系統，實現新型空管業務信息共享與交換的體系架構、基礎平臺。廣域信息管理的基本理念是，依托統一的信息平臺，把原有空管信息化“點對點”的鏈形連接變為“一對多”的星形連接，最大限度地實現資源共享。系統互聯方式如圖2所示。

在傳統方式中，信息系統采用點到點連接，因此，當業務流程或需求發生變化時，這種方式必須投資升級硬件以建立新的連接。在廣域信息管理平臺中，當業務流程或需求發生變化時，可通過更新交換策略方式方便的調整信息服務，對已建立的連接影響很小。

采用廣域信息管理技術具有以下優勢：

（1）協同運行，提高各系統整體運行效率。

廣域信息管理平臺可為民航信息系統建設提供更為科學的建設理念。能為不同的用戶提供一個可以統一的信息交互平臺，從而實現各民航相關單位的基于信息化技術的協同運行，提高各系統的整體運行效率。

（2）節省運行維護成本。

廣域信息管理平臺是松耦合的、面向服務的體系結構，新系統要獲取其它系統數據，只需要通過一個接口，連接到廣域信息管理平臺，而無需與其它系統進行點到點互連，從而大大降低了運行維護成本。

（3）降低系統開發成本，方便業務拓展。

廣域信息管理平臺能夠提供統一的、標準的信息服務，不僅可以避免信息系統重復建設，降低開發成本，而且能提供更為靈活的系統應用擴展。

2 廣域信息管理技術

2.1 廣域信息管理平臺層次結構

廣域信息管理平臺架構可以分為三層，分別為公共數據傳輸層（CDT，Common Data Transport），公共信息管理層（CIM，Common Information Management），及用戶應用層。（如圖3）

（1）公共數據傳輸層。

底層為公共數據傳輸層CDT（Common Data Transport）。CDT主要為通過數據接口、新數據采集等方式向數據中心輸送數據做準備。主要涉及空管、航空公司、機場、監視和通信網管等部分業務和非業務數據等。其中，空管以ATC空管自動化處理系統、氣象、情報、航班動態和流量管理等為主；航空公司以AOC或SOC飛行運控管理系統相關信息為主，包括簽派、飛行計劃等；機場以機場綜合運行管理系統信息為主，包括航班信息處理、機場資源分配、指揮調度等。

（2）公共信息管理層。

中間層為公共信息管理CIM（Common Information Management），CIM為廣域信息管理平臺提供了支撐信息共享的平臺，負責數據構造與共享機制的建立。CIM負責數據的融合、共享和交換處理，實現數據的集中存儲、安全、冗災、備份和其它管理。

該部分實現民航各單位應用系統之間的原始數據存儲管理，這些原始數據除了底層中提供的數據外，還要其他相關數據，具體主要包括航班動態、氣象、航行情報、流量、運行監控、安全管理、航空公司AOC或SOC飛行運控管理系統和機場綜合運行管理系統等有關信息數據，通過邏輯關系進行融合、交換、共享處理，形成虛擬數據中心，為空管、航空公司、機場、軍方活動和社會公眾等提供信息服務做準備，同時完成對數據安全、備份的管理。endprint

（3）用戶應用層。

用戶應用層完成對各類關鍵數據與業務的分析和信息交換，為各業務單位或領導層提供決策支持、運行協調、運行指揮以及信息發布，為終端用戶即空管、航空公司、機場、軍方活動和社會公眾等提供有關信息數據服務。

廣域信息管理平臺是面向服務的體系結構（Service—Oriented Architecture，SOA）。是一種松耦合的、靈活的和分布式的信息集成方式。SOA架構將應用系統作為信息服務，用統一的標準集成進服務總線，注冊在廣域信息管理平臺上。各系統作為廣域信息管理平臺的服務與其他系統完成數據交互。

2.2 廣域信息管理平臺一致性

（1）標準一致性。

①數據一致性：主要包括廣域信息管理平臺采用統一的數據描述標準，數據傳輸標準，數據查詢標準等。

②SOA服務接口一致性：主要包括廣域信息管理平臺采用統一的服務描述標準、服務發現標準等。

③服務消息和傳輸一致性：廣域信息管理平臺采用統一的消息標準、消息傳輸標準。

（2）廣域信息管理平臺規劃一致性。

廣域信息管理平臺采用統一的安全標準、服務質量標準、策略標準、企業級服務管理標準等。

（3）政策一致性。

廣域信息管理平臺采用統一的戰略決策、服務設計決策、業務運行時決策等。

3 華東地區廣域信息管理平臺建設策略

3.1 航班信息一體化系統整體改建為廣域信息管理平臺

3.1.1 一體化系統介紹

航班信息一體化系統于2007年開始建設，其核心功能是為相關單位提供相應的生產服務及生產輔助信息服務，如航班動態信息等。系統由浦東塔臺子系統、飛行計劃處理子系統、流量管理子系統等子系統組成，各應用子系統之間目前通過用企業服務總線（ESB，Enterprise Service Bus）軟件實現的數據交換平臺進行簡單地數據交換，由通信中間件保證信息傳輸的準確性、及時性和安全性（如圖4）。

3.1.2 一體化系統可以改造為廣域信息管理平臺原因分析

（1） 一體化系統規劃理念與廣域信息管理平臺相同。

一體化系統規劃設計理念，就是提供航班生命周期空管信息的集成、共享，民航信息共享、協同高效工作的理念，順應民航空管信息技術發展方向。

（2） 一體化系統具有較強的信息集成能力。

一體化系統內已引接多個空管運行系統信息接口，集成較多空管系統信息，包括電報信息、氣象信息、航行情報信息、航班計劃信息、航班動態信息、航班實時航跡信息、流控信息、機場橋位信息等，并且一體化系統即將延伸至華東各地，系統具有較強的信息集成潛力。

（3）一體化系統具有生產衍生信息產品的能力。

經一體化系統的集成，更多具有關聯性的信息被充分整合處理，一體化系統具有生產更具價值的衍生信息產品的能力。

（4）一體化系統與SWM具有相似的技術架構。

一體化系統具有與廣域信息管理平臺系統相似的技術特點，都采用SOA架構、都采用ESB總線進行數據交互。

綜上所述，無論從引接的數據、集成的信息、提供的服務、面向的用戶、系統的設計理念等方面考慮，一體化系統都是華東地區開展廣域信息管理平臺研究最適合的切入點。

3.1.3 一體化系統改造為廣域信息管理平臺后總體架構設計

一體化系統具有與廣域信息管理平臺相似的技術特點，如兩系統都采用統一的數據標準，都是基于ESB總線的SOA架構，都采用消息機制進行數據交互。因此，可以以一體化系統為基礎進行廣域信息管理平臺建設，通過對一體化系統的升級改造，使一體化系統滿足廣域信息管理平臺相關技術規范。改造后總體結構如下（如圖5）。

最上面的是空管任務功能，利用中間的廣域信息管理平臺服務功能來操作，底層是信息技術基礎設施功能（如網絡和安全功能），這些對保障更高層的運行是非常重要的。

空管任務功能提供的具體功能有塔臺子系統、流量子系統、飛行計劃處理子系統等空管內部系統以及空軍、華東管理局等空管外部系統。

將一體化系統改造為廣域信息管理平臺，一體化各子系統之間的信息交互通過服務來完成，每個子系統執行一個或多個服務功能，用于實現一系列服務的傳遞，這些服務可以被其他子系統進行調用；企業服務總線通過對消息內容的路由，靈活配置由源系統到目的系統之間的數據交換通道，使其成為各空管子系統之間的通信紐帶。

另外，由于一體化系統需要向非空管用戶發布數據，因此外部系統與一體化系統的連接接口也需要滿足相關的廣域信息管理平臺規范，外部系統和空管系統之間信息交互也可通過一體化系統企業服務總線，以服務方式完成。空管系統和外部用戶系統之間的信息交互需要通過邊界保護機制，進行安全控制。

（1）接口管理。

通過對資源的描述、接入、調用，操作，提供一個標準的能共同操作的手段，使得用戶和廣域信息管理平臺服務提供者之間通信一致。保證在廣域信息管理平臺環境下協同工作的能力。接口管理定義將保持一系列的對接口的定義、描述和發現等標準。通過服務注冊庫（Registry）實現服務的發布、發現以及元數據管理。

（2）消息服務。

通過消息代理實現消息傳輸核心服務，消息代理實現消息服務核心功能，包括消息的發布/訂閱、請求/響應、消息路由/消息可靠傳輸等。

（3）安全管理。

安全管理主要包括企業級安全、邊界保護、廣域信息管理平臺核心安全等模塊。其中企業級安全包括安全的網絡數據傳輸、入侵檢測與回應等；邊界保護主要用于控制空管系統與非空管系統的數據交互。核心安全保證廣域信息管理平臺核心服務可以被所有在邊界保護控制下的系統訪問，可以進行會話級與消息級的身份認證授權管理、密鑰管理等，保證信息機密性與完整性。endprint

（4）企業服務管理（ESM）。

支持管理廣域信息管理平臺顯示的由各空管系統提供的服務，同時也支持管理廣域信息管理平臺本身的核心服務。

3.2 華東地區獨立建設廣域信息管理平臺

3.2.1 信息系統通過廣域信息管理平臺互聯方案設計

華東地區獨立建設廣域信息管理平臺，民航相關信息系統（如航空公司業務信息系統、機場業務信息系統、一體化系統、流量管理系統、情報系統、自動化系統、氣象系統、第三方使用者等）作為信息交換、共享的信息源及使用者，通過定制開發的適配器，與廣域信息管理平臺互聯。

廣域信息管理平臺內會設置對應各不同系統的SWIM-box。SWIM—box是廣域信息管理平臺的核心模塊，其中既包含了廣域信息管理平臺節點間的數據交換與共享、安全服務、可靠性服務、管理服務等諸多服務功能，又有按照航班信息、氣象信息、監視信息和航行情報信息等諸多空管業務領域進行對象化建模的信息域。通過SWIM—box，可以將千差萬別的各個空管業務系統所能提供的服務，整合到一個統一的服務平臺之上，同時也能為現有的以及新建的業務系統提供其所需要的各類空管業務服務。

但各信息系統（如一體化系統）與廣域信息管理平臺存在接口標準、消息標準、以及數據安全等方面的問題，所以，各信息系統需經過適配器進行接口轉換、消息轉換、數據過濾等操作后，經過適配器翻譯成廣域信息管理平臺能夠接受的數據格式、消息格式，方能與廣域信息管理平臺上其他系統進行信息交互。

各信息系統（包括一體化系統）與廣域信息管理平臺的互聯方案如圖6所示。

3.2.2 數據發布流程

各信息系統以服務方式注冊到廣域信息管理平臺，通過廣域信息管理平臺向其他系統發布數據。廣域信息管理平臺中的服務的操作包括：

（1）服務發布。

為了使服務可訪問，各系統需要向廣域信息管理平臺發布服務描述，以使服務請求者可以發現和調用它。

（2）服務查詢。

服務請求者定位服務，方法是查詢服務注冊中心來找到滿足其標準的服務。

（3）服務綁定和調用。

在檢索完服務描述之后，服務請求者根據服務描述中的信息來調用服務。

以下將以空軍運控系統引接一體化系統航班信息為例闡述數據發布流程：

一體化系統通過適配器連接到廣域信息管理平臺后，需預先將自己的服務和接口契約發布到廣域信息管理平臺服務注冊中心。（其中廣域信息管理平臺服務注冊中心是服務發現的支持者。它包含一個可用服務的注冊庫，并允許感興趣的服務請求者查找服務提供者接口）以便服務請求者可以發現和訪問該服務。

當空軍運控系統需要讀取一體化系統航班計劃信息時，空軍運控系統應用程序作為服務請求者，通過發送消息發起對廣域信息管理平臺注冊中心中的服務的查詢，這些消息由廣域信息管理平臺企業服務總線（service bus）轉換后發送給一體化系統。一體化系統根據接口契約自動執行來自空軍運控系統的服務請求。

3.3 將一體化系統改造為廣域信息管理平臺與華東地區獨立建設廣域信息管理平臺方案優缺點分析

3.3.1 安全性

如果將一體化系統改造為廣域信息管理平臺，空管系統與外部系統都集成進企業總線，各系統作為廣域信息管理平臺的服務實現數據交互。因此，需建立完善的邊界保護機制，相較于華東地區獨立建設廣域信息管理平臺，將一體化系統改造為廣域信息管理平臺方案對安全性要求更高。

3.3.2 穩定性

一體化系統為基礎建設廣域信息管理平臺，需對一體化系統進行較大范圍的改造、升級，以使得一體化系統符合廣域信息管理平臺規范，工作量較大，且易引發在用一體化系統的運行不穩定。而華東地區獨立建設廣域信息管理平臺，各空管系統（包括一體化系統）作為服務接入廣域信息管理平臺。以一體化系統為例，各空管系統只需開發一個與廣域信息管理平臺通信的適配器即可，對一體化系統影響較小，且投產后外部系統不會影響一體化系統內部運行，有利于一體化系統運行穩定性。

3.3.3 經濟性

以一體化系統為基礎建設廣域信息管理平臺，可以充分利用一體化系統現有服務器、磁盤陣列、光纖交換機、網絡交換機、傳輸鏈路等底層通信設施，且可以充分利用一體化系統集成的電報、情報、雷達、流量管理等綜合空管信息資源，可節省建設投資成本。而華東地區獨立建設廣域信息管理平臺，所有設施設備均要重新建設。

3.4 華東地區廣域信息管理平臺建設原則

廣域信息管理平臺建設涉及系統多，技術標準復雜，研發、建設周期長，協同難度大，因此，在建設實施過程中需要用科學統籌的思想和方法進行指導，廣域信息管理平臺建設建議考慮以下策略。

3.4.1 統籌規劃、分步實施原則

由于將來廣域信息管理平臺的應用與實施涉及各種空管信息系統，業務數據種類繁多，業務服務千差萬別，因此廣域信息管理平臺的研發、部署、應用不是一個能夠一蹴而就的過程，需要進行統籌規劃、分步實施。從歐美對其新一代空管系統的研發經驗來看，大都將廣域信息管理平臺的研究與部署工作面向未來20年進行規劃。因此，華東廣域信息管理平臺建設也需要有一個規劃、實踐、推廣的過程，基于一體化系統空管信息集成優勢，小規模探索、實踐廣域信息管理平臺技術，待經驗豐富、技術成熟、內外因條件滿足后，適時進行系統擴展、技術推廣。

3.4.2 標準統一原則

廣域信息管理平臺中信息共享與交換的實現主要依賴于各參與系統信息模型與標準的一致性，即在系統實現中必須采用統一的信息交換模型與標準，如采用統一的方法來描述和發布服務，采用統一的消息格式，采用統一的安全戰略，采用規定的消息產品和協議等。因此，建立統一的信息模型及標準，是后續研發工作中首先需要研究與確定的一個戰略重點。endprint

3.4.3 技術合作原則

廣域信息管理平臺技術作為整套空管信息交換服務平臺，具有完整的體系架構，需要一系列關鍵技術的支持，包括：空管運行系統信息交換技術標準、空管系統信息采集路由技術、空管系統信息一致性服務、廣域信息管理平臺信息安全技術、廣域信息管理平臺管理技術等。對于華東空管研究與應用廣域信息管理平臺技術，沒有必要所有工作親力親為，建議采用合作研究或直接引進已有研究成果的方法，縮短研究周期、減少研究經費。

4 結論

近年為提高空域使用效率、保證航班正點率等目的，國內近年掀起了建設各種管理/信息系統、輔助系統的高潮，如流量管理系統、航班計劃管理系統等，系統運行需要其他系統進行數據交互，從而，空管管理/信息系統開始互聯。

而傳統的信息系統點到點互聯方式存在設備資源浪費，管理困難，資源缺乏共享等問題，已變成空管業務發展的瓶頸。

因此，中國民航在當前大規模進行空管信息系統建設的同時，加強各信息系統間的信息交換與共享，完善各業務信息系統數據結構和接口標準，提高信息交換效率，并確保信息在交換與共享過程中的安全，就變得極為重要和迫切。前瞻性地同步研究、建設廣域信息管理平臺，具有極好的適時性。

華東地區廣域信息管理平臺建設，可通過兩種方式實現，一種是基于現有一體化系統進行改造，將一體化系統改造為廣域信息管理平臺，另外一種是華東地區獨立建設廣域信息管理平臺，各系統以服務方式注冊到廣域信息管理平臺，通過廣域信息管理平臺完成數據交互。兩種方式從安全性、穩定性、經濟性等方面各有優缺點。

本文旨在通過引入廣域信息管理概念，使華東地區空管信息系統建設、信息系統互聯更加標準化、規范化，提高系統間的信息共享能力，另一方面希望通過對廣域信息管理技術的研究，可以為廣域信息管理平臺在華東地區的應用、推廣奠定基礎。

參考文獻

[1] 羅晶.ESB-service MIX消息技術的研究[J].計算機學報，2006.

[2] 張志偉，隋品波，郭長國.分布對象中間件異步消息的研究與實現[J].計算機學報，2004（12）：1626-1632.

[3] David A Chappell.Enterprise Service Bus[J].OReilly Media，2004.

[4] Roy W.Schulte“Predicts 2003：Enterprise Service Buses Emerge”Dec.9.2002.

[5] Rick Robinson “Understand Enterprise Service Bus scenarios and solutions in Service-Oriented Architecture”. 15 Jun 2004.

[6] Erl，Thomas.Service-Oriented Architecture（SOA）：Concepts，Technology， and Design[J].Prentice-Hall，2005.

[7] System Wide Information Management （SWIM） Governance Policies Version Number 1.1.endprint

3.4.3 技術合作原則

廣域信息管理平臺技術作為整套空管信息交換服務平臺，具有完整的體系架構，需要一系列關鍵技術的支持，包括：空管運行系統信息交換技術標準、空管系統信息采集路由技術、空管系統信息一致性服務、廣域信息管理平臺信息安全技術、廣域信息管理平臺管理技術等。對于華東空管研究與應用廣域信息管理平臺技術，沒有必要所有工作親力親為，建議采用合作研究或直接引進已有研究成果的方法，縮短研究周期、減少研究經費。

4 結論

近年為提高空域使用效率、保證航班正點率等目的，國內近年掀起了建設各種管理/信息系統、輔助系統的高潮，如流量管理系統、航班計劃管理系統等，系統運行需要其他系統進行數據交互，從而，空管管理/信息系統開始互聯。

而傳統的信息系統點到點互聯方式存在設備資源浪費，管理困難，資源缺乏共享等問題，已變成空管業務發展的瓶頸。

因此，中國民航在當前大規模進行空管信息系統建設的同時，加強各信息系統間的信息交換與共享，完善各業務信息系統數據結構和接口標準，提高信息交換效率，并確保信息在交換與共享過程中的安全，就變得極為重要和迫切。前瞻性地同步研究、建設廣域信息管理平臺，具有極好的適時性。

華東地區廣域信息管理平臺建設，可通過兩種方式實現，一種是基于現有一體化系統進行改造，將一體化系統改造為廣域信息管理平臺，另外一種是華東地區獨立建設廣域信息管理平臺，各系統以服務方式注冊到廣域信息管理平臺，通過廣域信息管理平臺完成數據交互。兩種方式從安全性、穩定性、經濟性等方面各有優缺點。

本文旨在通過引入廣域信息管理概念，使華東地區空管信息系統建設、信息系統互聯更加標準化、規范化，提高系統間的信息共享能力，另一方面希望通過對廣域信息管理技術的研究，可以為廣域信息管理平臺在華東地區的應用、推廣奠定基礎。

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[6] Erl，Thomas.Service-Oriented Architecture（SOA）：Concepts，Technology， and Design[J].Prentice-Hall，2005.

[7] System Wide Information Management （SWIM） Governance Policies Version Number 1.1.endprint

3.4.3 技術合作原則

廣域信息管理平臺技術作為整套空管信息交換服務平臺，具有完整的體系架構，需要一系列關鍵技術的支持，包括：空管運行系統信息交換技術標準、空管系統信息采集路由技術、空管系統信息一致性服務、廣域信息管理平臺信息安全技術、廣域信息管理平臺管理技術等。對于華東空管研究與應用廣域信息管理平臺技術，沒有必要所有工作親力親為，建議采用合作研究或直接引進已有研究成果的方法，縮短研究周期、減少研究經費。

4 結論

近年為提高空域使用效率、保證航班正點率等目的，國內近年掀起了建設各種管理/信息系統、輔助系統的高潮，如流量管理系統、航班計劃管理系統等，系統運行需要其他系統進行數據交互，從而，空管管理/信息系統開始互聯。

而傳統的信息系統點到點互聯方式存在設備資源浪費，管理困難，資源缺乏共享等問題，已變成空管業務發展的瓶頸。

因此，中國民航在當前大規模進行空管信息系統建設的同時，加強各信息系統間的信息交換與共享，完善各業務信息系統數據結構和接口標準，提高信息交換效率，并確保信息在交換與共享過程中的安全，就變得極為重要和迫切。前瞻性地同步研究、建設廣域信息管理平臺，具有極好的適時性。

華東地區廣域信息管理平臺建設，可通過兩種方式實現，一種是基于現有一體化系統進行改造，將一體化系統改造為廣域信息管理平臺，另外一種是華東地區獨立建設廣域信息管理平臺，各系統以服務方式注冊到廣域信息管理平臺，通過廣域信息管理平臺完成數據交互。兩種方式從安全性、穩定性、經濟性等方面各有優缺點。

本文旨在通過引入廣域信息管理概念，使華東地區空管信息系統建設、信息系統互聯更加標準化、規范化，提高系統間的信息共享能力，另一方面希望通過對廣域信息管理技術的研究，可以為廣域信息管理平臺在華東地區的應用、推廣奠定基礎。

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[6] Erl，Thomas.Service-Oriented Architecture（SOA）：Concepts，Technology， and Design[J].Prentice-Hall，2005.

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