民航空管光纖KVM矩陣應用探討

許蔚樂

（民航華東空管局，上海 200050）

0 引 言

近年來，隨著我國國民經濟的不斷發展，民航事業進入了增長快車道，全年航班量逐年快速增加。為提供更加高效、安全、有序的空中交通管制服務，民航空管部門加大了新技術、新設備的研究和應用。本文通過對多個典型應用案例的分析，探討光纖KVM矩陣技術在民航空管行業可行的應用場景和模式，并結合對多家一線廠商光纖KVM矩陣產品的使用和測試經驗，闡述該項技術目前存在的主要問題，同時提出相應的改進建議。

1 光纖KVM矩陣

1.1 KVM介紹

KVM是英文單詞Keyboard、Video和Mouse的首字母縮寫，也就是鍵盤、視頻和鼠標，是一套基本控制系統的組成部分。KVM最基本的概念是通過一套鍵盤、鼠標和顯示器實現對多臺計算機主機的控制。廣義而言，它是指針對大量數據、信息的管理和控制系統或平臺。

KVM最早是開發出來用于機房維護、管理的技術與配套設備，使機房維護人員能用少量鍵鼠和顯示器實現對數量眾多服務器的切換，以快速定位至所需設備。隨著控制中心、指揮中心等需求的增長，KVM技術也延伸到了這些領域。

為了滿足不斷增長的各行業的不同類型需求，KVM技術也在不斷進化。KVM技術發展到現在，已經經歷了模擬KVM、數字KVM、分布式IP KVM和第四代光纖KVM矩陣4個階段。目前，市場上用于控制中心、指揮中心的主流技術是分布式IP KVM和光纖KVM矩陣。由于分布式IP KVM在穩定性和安全性上存在缺陷，因此下面將主要介紹光纖KVM矩陣。

1.2 光纖KVM矩陣

光纖KVM系統的基本架構包括信號接入端、光纖KVM管控主機和信號管控端3個部分。光纖KVM技術底層采用全光纖架構，配置專用的核心芯片；信號傳輸不再通過網絡交換機，而是通過信號接入端和信號管控端，采用單模/多模光纖、網線等傳輸介質直接接入光纖KVM管控主機；KVM管控主機除了權限管理、音視頻調度、控制信號調度等功能外，多具備板卡熱插拔、自動熱跳轉等，以提升其穩定性和可靠性。總體而言，它具備諸多優點：數據信號和控制信號的傳輸采取私有協議（非IP協議），加強了信息安全性；具備主備瞬間熱跳轉能力，避免了單點故障導致的系統癱瘓；全光纖架構帶來的超大帶寬，保障了信號傳輸的實時性和流暢效果。基于上述優勢，它非常適合于空管、廣電、機場、電信和電力等關鍵應用領域。

2 典型應用案例

2.1 新疆空管局烏魯木齊塔臺光纖KVM矩陣應用

新疆空管局2015年10月在烏魯木齊塔臺施工項目中正式使用光纖KVM矩陣設備，將位于航管樓設備機房內的主機信號傳輸至直線距離近1 km外的T1塔臺供管制員遠程使用，在我國空管行業尚屬首次。經由民航華東空管局安排，筆者于2016年1月對新疆空管局光纖KVM矩陣使用情況進行調研，現將相關情況簡要說明如下。

2.1.1 項目背景

地窩堡機場塔臺始建于1995年，當時每日起降航班架次約為30架次。至2015年8月，每日起降航班架次突破500架次，增長近17倍。隨著航班量的快速增長，塔臺設備量急劇增加，塔臺指揮層和設備環層已經沒有容納更多設備的能力。但是，隨著烏魯木齊區域管制中心項目的推進，區管項目中包含的新增塔臺設備如何安裝成為擺在新疆空管局面前的一道難題。

2.1.2 應用方案

新疆空管局先后提出了3個施工方案，如表1所示。經過仔細比對方案優缺點，最終決定采用方案3，即利用光纖KVM矩陣設備幫助解決面臨的困難。

通過調研發現，光纖KVM矩陣技術在空管行業的應用會帶來一系列好處：設備可以集中到專用機房統一管理，延長了設備使用壽命，也便于設備的維護和排故；實現了人機分離，改善了管制員的工作環境，提升了人員工作效率；可以實現一機多人或一人多機，提升了管制員的信息使用效率，便于實施協同指揮；為面向管制的設備擴容、項目施工提供了極大便利，使得不停航施工成為可能；支持級聯堆疊技術，具備良好的擴展性。

2.2 成都機坪塔臺光纖KVM矩陣應用

2.2.1 項目背景

根據民航局航空器機坪運行管理移交的工作要求，成都雙流國際機場需要組建機坪塔臺管理部門，接手航空器機坪運行管理工作。成都雙流機場最終選擇將原空管老塔臺重新裝修后作為機坪塔臺，這是因為老塔臺空間有限，指揮層和設備環層無法容納所有設備，同時無法滿足未來設備的擴容空間需求。

2.2.2 應用方案

機坪塔臺采用的方案：管制指揮層僅保留顯示器、鍵鼠、光纖KVM矩陣接收設備以及少部分不適合接入矩陣的設備；其他所有設備下沉至各設備機房；通過光纖KVM矩陣將信號延長至管制指揮層。

2.3 上海虹橋和浦東機場塔臺光纖KVM矩陣應用

2.3.1 項目背景

上海虹橋和浦東機場是我國排名前10的兩大繁忙國際機場，虹橋和浦東兩場塔臺（以下簡稱兩場塔臺）日均指揮航班起降超2 100余架次（2019年底數據），與之相對的是兩場塔臺設備量已經遠超設計容量，指揮層或設備環層均已無合適空間容納額外設備。

表1 新疆空管局施工方案對比

2017年上海終端管制中心工程項目開始設備建設，包含對兩場塔臺空管主備自動化設備的更新，意味著在更新項目完工前，兩場塔臺同時會有新老共4套空管自動化系統共存，而塔臺正常運行不能中斷，所有的設備安裝、調試、上線測試都必須在后臺完成。新的設備放哪里，怎么給塔臺使用，是現場設備施工前需要重點考慮的問題。

2.3.2 應用方案

兩場采用的方案：新增設備全部下沉至塔臺裙樓設備專用機房；使用光纖KVM矩陣設備將信號延長至管制指揮層；指揮層在用顯示器具備多信號源輸入和切換功能，顯示信號經KVM矩陣后進入顯示器的空閑輸入端口，需要時通過手動切換顯示；管制控制臺上額外放置一套鍵鼠，用于接收KVM矩陣傳輸過來的鍵鼠信號。

3 應用場景探討

光纖KVM矩陣技術的應用給空管設備建設創造了便利條件，為現場項目實施提供了更多可選項，加上光纖KVM矩陣具備的穩定、可靠、安全、實時性強等特點，使其比較適合民航空管的諸多應用場景。

3.1 老舊塔臺設備更新擴容

目前，我國各地仍有為數眾多的空管塔臺存在因塔臺空間不足導致設備更新擴容實施受阻的情況，若能使用光纖KVM矩陣，將會大大降低施工難度。

3.2 新建塔臺設備安裝

通過使用光纖KVM矩陣，將設備完全下沉至專用設備機房統一管理，延長了設備使用壽命，減少了不必要的故障和隱患，實現了設備的人機分離，提升了管制員工作環境的舒適度，也為將來的設備更新擴容創造了良好條件。

3.3 第二塔臺設備安裝

隨著大型機場的擴建，跑道數量增多，原有塔臺無法滿足機場活動指揮需求，各地開始著手第二塔臺的規劃和建設。一般情況下，第二塔臺的位置離原有塔臺會有一定距離，設備配置和正常塔臺一致。如果仍按以前的設備運維思路，需在第二塔臺安排同樣的配置設備運維人員值守，會造成人員支出的極大增長。如能將第二塔臺設備統一建設在原塔臺設備機房，然后將信號通過光纖KVM矩陣延長至第二塔臺供管制員使用，同時制定好應急預案，就能在保證第二塔臺管制業務運行安全的前提下，縮減不必要的人員開支。

3.4 區域/終端管制指揮中心

通過使用光纖KVM矩陣可以增強區域/終端管制的協作配合，能夠為復雜任務的實施提供技術支撐。

4 存在的問題和改進建議

受華東空管局委托，2017年前后筆者負責對多家一線廠商光纖KVM矩陣產品進行產品測試，同時筆者目前所在部門負責上海虹橋機場塔臺光纖KVM矩陣的運維工作。總體而言，一線品牌光纖KVM矩陣產品之間功能類似，同時具備運行穩定、功能可靠、使用方便的優點。但是，如果站在設備運維角度分析，一線品牌光纖KVM矩陣產品仍存在一些問題。

問題一：光纖KVM矩陣廠商提供的監控軟件不能滿足民航空管24 h的監視需求，系統拓撲圖不夠全面，矩陣主備機運行狀態無法同時顯示，無聲音告警提示，圖像告警不直觀。此外，監控軟件只能實現對矩陣主機、板卡、信號接入端、信號管控端和連接鏈路的狀態監控，無法監控外接顯示器、鍵鼠和主機的信號中斷。

改進建議：各廠家矩陣設備主要模塊和系統通用狀態支持通過SNMP協議傳輸，可以在招投標時明確要求供貨商按照用戶需求開發監控系統。

問題二：光纖KVM矩陣支持主備機自動熱跳轉，穩定性較好，但在整個系統架構中增加了一個關鍵節點，在矩陣主機主備機雙機故障情況下會造成嚴重后果。

改進建議：提前做好應急預案，如保留部分席位不接入矩陣或是準備光纖耦合器，在雙機故障時跳開矩陣主機，使用光耦合器將接收端和管控端光纖直接相連，以盡快恢復信號。

5 結 論

在我國由民航大國向民航強國跨越的關鍵階段，空管堅持“安全第一”的價值觀，所有工作需緊緊圍繞安全這個主題開展，向新技術、新設備要安全也是其中的重要一環。光纖KVM矩陣就是這樣一種新技術、新設備，能夠為空管塔臺和管制中心等設備建設提供更多的方案選項。