民航通信中線路倒換保護的作用

謝 威

（民航西北空管局通信網絡中心，西安 710082）

技術研究

民航通信中線路倒換保護的作用

謝 威

（民航西北空管局通信網絡中心，西安 710082）

本文通過對民航通信線路的分類，同時根據倒換保護技術的特點，探討了民航通信系統中如何應用線路倒換保護技術，以及在應用線路倒換保護技術時應該注意的問題，分析了現有線路倒換保護技術的原理和分類，并結合這些技術特點及民航通信對線路倒換保護技術的性能要求，有針對性地提出了線路倒換保護技術在民航通信中使用的意義和作用。

線路倒換；E1；光纜；以太網；SDH；完好率；倒換時間

1 引言

民航通信主要包括航空管制通信和航務管理通信與其他通信。航空管制通信主要指民航地空臺與航空器電臺建立用于空中交通管制、通報飛行動態、傳遞飛行情報等的無線電通信。航務管理通信分高頻和甚高頻通信。高頻航務管理通信主要用于航空公司與在國外或國內航線上飛行的航空器之間的通信；甚高頻航務管理通信主要用于航空公司與在機場區域內飛行的航空器之間的通信。由此可見，民航通信對于飛機的飛行安全具有及其重要的影響，對于現代航空業來說，目前民航運輸飛行“大流量、高增長”已成常態，對空指揮波道十分繁忙。長時間的陸空通信失效和較為嚴重的無線電干擾事件，往往都發生在飛行流量較大、空域結構復雜的地區，對當地的管制指揮工作造成了較大被動，存在較大的安全隱患、繁忙密集的航班量，都對于民航通信提出了更高的安全保障要求，每時每刻民航通信都要保持暢通。而這些都為民航通信的基礎線路、設備等提出了更高的要求。為此，民航總局近年不斷提升安全保障指標，通信導航監視設備月平均運行正常率不低于99%，月平均設備完好率不低于90%；分類設備運行正常率要達到以下要求：無線通信99.98%，有線通信99.97%，導航設備99.98%，雷達99.98%，自動化系統99.99%。面對這些硬性指標要求，空管自身與飛行量增長不相匹配的是空管系統內部的保障能力依然不足，來自系統內部的壓力有增無減。“人員、設備、技術手段”等方面都很難在短時期內得到較大程度的提升。

如何破解這些發展中的難題，那就是對設備基礎線路做好充分的倒換保護，為設備做好充分的熱備機制，唯有如此才能解決這些發展中的尖銳矛盾。

2 民航通信線路分類與特點

民航空管的業務簡單地可分為話音業務和數據業務，民航空管通信直接服務于機場和航空公司有關部門。為了保障飛行安全，民航通信主要是地對地通信和地對空通信。在民航地面通信中主要有VHF臺信號的傳輸、雷達站數據的傳輸、內話信號的傳輸。這些信號的特點是低速率，其對帶寬的占用資源不大，但有一個特點就是數據的實時性要求高。隨著民航管制網絡的建設，基本上各大區管都建成了以大型機場為中心的光環網，用于承載場區的所有信息。在網絡建設時充分考慮了網絡的安全性與可靠性，利用了環網的重要特性。在實踐中將網絡節點連成一個環形網，可以進一步改善網絡的生存性和成本，一個環形自愈環也稱自愈環網。

根據SDH自愈環業務保護的基礎不同，SDH自愈環可以劃分為通道保護倒換環和復用段保護倒換環兩大類。從功能結構觀點來劃分，通道保護倒換環也稱為子網連接保護，復用段保護倒換環也稱為路徑保護。對于通道保護倒換環，業務信息的保護是以每個通道為基礎的，根據環內的每個通道信號質量的優劣決定是否倒換；對于復用段保護倒換環，業務量的保護是以復用段為基礎的，根據每一節點間的復用段信號質量的優劣決定是否倒換，當復用段出現故障時，節點間的所有復用段業務信號都倒換到保護回路。兩者的重要區別：前者往往使用專用保護，即正常情況下保護段也在傳業務信號，保護時隙為整個環專用；后者往往使用公用保護，即正常情況下保護段是空閑的，保護時隙由每對節點共享。

以西安咸陽機場的網絡為例，其建設充分考慮了對網絡可靠性的需求，如圖1所示。

圖1 咸陽機場的網絡

由圖1看出，在場區使用了環網極大地提升了網絡的可靠性，但是雷達站、VHF臺站基本都分布在場區外，這些信號傳輸都是采用單一光纜或E1線路進行引接。雷達站等都是通過單路由進行引接，在單一傳輸設備的情況下，如何在現有網路中實現備份路由的自動保護倒換呢？由圖1可以看到，在民航通信網絡中，特別是從雷達站、VHF臺等處向環內引接信號的線路主要有光纜線路、E1線路（2M中繼）、以太網線路。在單一信號輸入源的情況下如何實現對這些進環的支路線路的保護及其重要。因此，引入線路倒換保護技術。從圖1中可以看出，在民航通信中的線路保護倒換主要涉及光路的保護倒換及E1線路（2M中繼）、以太網線路。

保護倒換可以按照因果關系理解，保護是目的或者原因，倒換便是動作或結果。保護的對象是網絡中運行的業務，正常情況下，業務流按照規劃好的路徑傳輸，這個規劃好的路徑在保護的角度理解就是工作路徑。如果工作路徑上某一點出現問題，業務流就會中斷，導致整個業務失敗，使用的業務的用戶就會受到影響。

3 民航線路倒換保護的性能要求

依據中國民用航空通信導航監視系統運行、維護規程，第十六條從主用機交換人工或自動到備用機工作的換機時間不能超過表1所示要求。我國民用航空通信導航監視系統運行、維護規程要求，在選擇線路保護倒換設備時要充分考慮是否滿足表1中要求。

表1 中國民用航空通信導航主備切換時間

4 民航E1線路的倒換保護

E1線路（2M中繼）是民航通信中極為常用的線路類型，雷達、VHF、內話等重要業務都會使用E1線路（2M中繼），因此，加強對E1線路（2M中繼）的倒換保護是極其必要的。為了確保這些電路可靠傳輸，通常的做法是：提供兩條傳輸線路，當任一線路出現問題時，通過人工操作切換到另一條線路上去。由于切換不及時，數據丟失時間過長，因此不能滿足民航通信的需求。一些廠家研發了E1線路（2M中繼）自動切換設備，自動切換設備采用“并發選收”系統，自動選擇質量高的線路信號，并使得切換在微秒級時間內完成。工作原理框圖如圖2、圖3所示。

圖2 E1線路自動切換發送端

圖3 E1線路自動切換接收端

在圖2中發送端，來自用戶設備的發信碼“E1發”，經再生及驅動后產生發信碼“E1A發”和“E1B發”，分別送往傳輸設備A和傳輸設備B，從而完成“并發”之功能。

在圖3中接收端，來自傳輸設備A和傳輸設備B的收信碼分別為“E1A收”和“E1B收”，將其進行再生，產生“E1'A”收和“E1'B收”，經由質量檢測，倒換條件及倒換控制選擇后的信號為E1'收，將“E1'收”送往用戶設備，從而完成“選收”之功能。該類E1線路（2M中繼）自動切換設備一般倒換時間≤35ms，完全滿足民航通信線路換機需求。

5 民航線路的光纜倒換保護

光纜已經成為民航通信中最重要的線路類型，幾乎承載了民航通信的所有信號。特別是在骨干網絡中，光纜或光纖的中斷所引起的后果更加嚴重，因為其上承載了更多的業務數據，而且光纜的恢復周期長，因此會導致大面積的業務數據丟失，嚴重影響航班飛行安全。

光路自動切換保護系統可實現“光路故障后自動切換保護”和“主動路由應急調度”兩種應用。前者為自動切換保護功能，即在光纜線路發生中斷后，系統能夠在毫秒級的時間內自動將故障光纖路由切換至備用路由，保證通信業務無阻斷；后者為主動路由應急調度功能，由光切換網管中心發出指令進行路由切換調度。常用的1+1保護原理如圖4所示。

一般倒換時間≤15ms，最大值≤50ms，其切換時間指標完全滿足民航通信線路切換的時間需求。1+1雙發選收保護方式發送端光功率按照一定的分光比例分送至T1和T2端口，發送光功率一分為二，沿主備光纖同時傳輸，接收端對R1和R2兩路光功率進行檢測，根據功率狀況和設定的切換條件與接收端相連通的工作通路。

圖4 1+1保護原理圖

6 以太網線路倒換保護

在民航通信中，氣象、轉報、雷達自動化、ATC等信號基本使用以太網進行傳輸，因此，對以太網線路倒換保護也是十分重要的。

以太網技術具有簡單、高效和低成本等特點，正迅速從局域網主要組網技術向城域網和廣域網組網技術發展。然而，難以提供快速的業務保護和故障恢復機制是阻礙其在城域網內大規模部署的主要原因之一。

電信級的可靠性要求體現在各種級別設備的軟、硬件高可靠設計方面，如關鍵模塊和板卡的備用冗余能力等。而網絡高可靠性主要體現在50ms的網絡自愈時間要求等。這些要求對于傳統用于LAN領域的低成本的以太網設備和早期電信級以太網設備來說，都難以全部提供或保證。然而，ITU-T的以太網線性保護（G.8031）和以太網環網保護（G.8032）的出現，給以太網的保護提供了可能。

在傳統的傳送技術中，自愈包括保護和恢復兩個概念。保護是指在故障發生前為工作實體指定了備用資源，并可保證備用實體的帶寬等資源，從而實現在故障發生時的快速自愈。而恢復是不預先分配備用資源，而在故障后再計算和分配備用路徑和帶寬等，因此自愈時間難以保證。比較而言，保護技術對故障反應更快些，但是恢復技術通常能達到更好的資源利用效果。G.8031是ITU-T對基于VLAN的以太網技術定義的線性保護倒換標準。在保護切換機制中，對工作資源都分配相應的保護資源，如路徑和帶寬等。相對于IEEE定義的生成樹保護技術，G.8031定義的保護技術簡單快速，以一種可預測的方式實現網絡資源切換，更易于運營商有效地規劃網絡及明了網絡的活動狀態，可達到電信級的可靠性。因此，民航通信網絡中選擇使用支持G.8031標準的網絡設備，就能實現以太網切換時間不超過50ms的線路倒換支持。

7 結束語

線路保護倒換對空管安全生產的作用及其重要，主要體現在其倒換的時間不超過50ms，完全滿足中國民航通信導航系統運行、維護規程的停機換機時間需求，在民航通信網的建設規劃中要充分考慮線路的切換倒換需求，在實施中根據線路不同的類型靈活使用相關線路保護倒換設備，對提升民航通信線路的保護和維護能力有重要的現實意義。

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The Effect of Line Switching Protection Technology in Civil Aviation Communication System

Xie Wei

(The northwest airtraffic control bureau, Xi'an, 710082)

This paper discussed how to apply line switching protection technology on protection of civil aviation communication system, based on the classification of civil aviation communication lines, at the same time according to the characteristics of line switching protection technology. And talked about some issues need to be paid attention to while employing line switching protection technology. First given some analyses of the current line switching protection technology principles and classification, combined with its technical features and the performance requirements of civil aviation communication system, the significance and effect of applying line switching protection technology to civil aviation communication system was presented, and it’s of great practical significance to improve safety and security of aviation communication system.

line switching; E1; Fiber cable; Ethernet; SDH; intact rate; switching time

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.05.001

TN92，V24

A

1672-7274（2015）05-0001-04