北京大興國際機(jī)場A-SMGCS系統(tǒng)測試平臺設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

王文宰

關(guān)鍵詞：A-SMGCS；測試平臺；系統(tǒng)最小化

0 引言

北京大興國際機(jī)場A-SMGCS系統(tǒng)是全國首套以四級標(biāo)準(zhǔn)（ICAO 9380對于場面管理自動化系統(tǒng)的等級劃分）運(yùn)行的高級場面引導(dǎo)和控制系統(tǒng)，為機(jī)場飛行區(qū)內(nèi)的航空器、車輛等目標(biāo)提供監(jiān)視定位、沖突告警、滑行路徑規(guī)劃及燈光引導(dǎo)服務(wù)，是地面管制實(shí)施空中交通指揮的重要工具[1-3]。隨著機(jī)場飛行流量的迅猛增長，管制人員對A-SMGCS系統(tǒng)的依賴也越來越強(qiáng)。因此，A-SMGCS系統(tǒng)運(yùn)行保障面臨的挑戰(zhàn)也不斷增多，包括規(guī)模龐大、技術(shù)集成度高、保障難度大等。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，提高對系統(tǒng)的運(yùn)行保障能力，技術(shù)人員迫切需要一個能夠滿足故障重現(xiàn)、應(yīng)急演練、人員培訓(xùn)、軟硬件測試和新技術(shù)應(yīng)用的測試平臺[4-5]。

文章在現(xiàn)有ASMGCS系統(tǒng)框架基礎(chǔ)上，通過修改和簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、席位配置、服務(wù)器數(shù)量以及軟件部署，設(shè)計(jì)出一種測試平臺的搭建方案。該方案能夠滿足測試平臺與生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)在主要功能上保持一致，同時又符合系統(tǒng)最小化原則來節(jié)約成本。最后通過在實(shí)際環(huán)境中搭建測試，證明了方案的可行性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

A-SMGCS 系統(tǒng)測試平臺整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用C/S（客戶/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，具有分布式、開放式的特點(diǎn)。系統(tǒng)對重要設(shè)備保留了與生產(chǎn)系統(tǒng)相同的雙機(jī)主/從熱備份的體系結(jié)構(gòu)，雙機(jī)系統(tǒng)中某個組成產(chǎn)生故障時，可以進(jìn)行自動無縫隙切換，不影響系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)故障排除后，仍然可以迅速構(gòu)成雙機(jī)系統(tǒng)。

1.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

A-SMGCS系統(tǒng)測試平臺采用局域網(wǎng)作為系統(tǒng)內(nèi)部信息傳遞和交互的基本通道，其中的A網(wǎng)和B網(wǎng)為互為備份的主工作網(wǎng)，C網(wǎng)用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)布、技術(shù)維護(hù)和景象重演，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為1000Mbps，數(shù)據(jù)通信遵循TCP/IP 協(xié)議。系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)由3臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成，與系統(tǒng)的核心服務(wù)器相連接。與生產(chǎn)系統(tǒng)相比，測試平臺去除了連接到各個運(yùn)行現(xiàn)場的子網(wǎng)，核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過光纖只連接到測試平臺現(xiàn)場的子網(wǎng)交換機(jī)，子網(wǎng)交換機(jī)再用網(wǎng)線與現(xiàn)場的測試席位相連。外部鏈路信號從接口交換機(jī)接入，再通過數(shù)據(jù)通信處理機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。測試平臺的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置如表1所示。

1.2 服務(wù)器配置

A-SMGCS系統(tǒng)測試平臺基于系統(tǒng)最小化原則，在保證系統(tǒng)功能完整的前提下，將多個服務(wù)器的功能盡可能集中在一個服務(wù)器上，同時又對重要設(shè)備采用冗余配置。系統(tǒng)服務(wù)器配置如表2所示。

1） 數(shù)據(jù)通信處理DCP

數(shù)據(jù)通信處理機(jī)DCP與生產(chǎn)系統(tǒng)功能基本一致，負(fù)責(zé)對外部的TCP/UDP數(shù)據(jù)接引與輸出。DCP采用冗余結(jié)構(gòu)，由兩個接口交換機(jī)和兩個數(shù)據(jù)通信處理機(jī)（DCP）組成兩套冗余處理設(shè)備，以確保引接信息的可靠傳輸和處理。接口交換機(jī)接入了時鐘數(shù)據(jù)、場監(jiān)雷達(dá)數(shù)據(jù)、多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)、航管雷達(dá)數(shù)據(jù)、自動化綜合航跡數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)、飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)、AFTN電報(bào)、氣象數(shù)據(jù)、停機(jī)位數(shù)據(jù)、數(shù)字放行DCL數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)分別傳送至兩臺DCP，DCP對數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換和有效性檢驗(yàn)處理后再送往其他服務(wù)器。

2） 監(jiān)視數(shù)據(jù)處理SDP

監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器SDP是生產(chǎn)系統(tǒng)中監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理器RFP、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理服務(wù)器SDP、燈光引導(dǎo)處理服務(wù)器GCP、路徑規(guī)劃處理服務(wù)器RTP功能的集合。SDP中監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)接收多種監(jiān)視源數(shù)據(jù)并進(jìn)行融合處理，可對在機(jī)場場面覆蓋范圍內(nèi)活動的航空器和車輛進(jìn)行連續(xù)的定位與標(biāo)識；燈光引導(dǎo)模塊負(fù)責(zé)引導(dǎo)多個航空器在地面滑行，當(dāng)兩個或以上航空器在滑行道口有沖突時，系統(tǒng)自動進(jìn)行放行/阻擋操作，先到的航空器將被放行；路徑規(guī)劃模塊負(fù)責(zé)規(guī)劃航空器在地面的滑行路由。

航管雷達(dá)數(shù)據(jù)和自動化綜合航跡數(shù)據(jù)采用HDLC協(xié)議進(jìn)行封裝，在生產(chǎn)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)經(jīng)由雷達(dá)線路分配器LDW分路后，再接入監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理器RFP，RFP中的通信卡hcc-01支持HDLC協(xié)議的數(shù)據(jù)幀收/發(fā)處理，RFP在對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，最后傳送到SDP進(jìn)行融合處理。測試平臺將RFP的功能集中在SDP中，但是兩者的硬件型號不同，SDP中沒有內(nèi)置的通信卡來接收HDLC數(shù)據(jù)。為解決此問題，測試平臺加入了HDLC協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備（博達(dá)路由器），該設(shè)備可以將HDLC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為UDP數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)接入DCP，再由DCP傳送到SDP。數(shù)據(jù)在測試平臺和生產(chǎn)系統(tǒng)中不同的傳輸方式如圖2所示。

3） 飛行數(shù)據(jù)處理FDP

飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)器FDP主要功能是對飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)信息處理、氣象數(shù)據(jù)處理。相比生產(chǎn)系統(tǒng)，測試平臺的FDP融入了限制計(jì)算與流控處理模塊，該模塊對流量系統(tǒng)發(fā)送的航班流控信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，并根據(jù)流量系統(tǒng)發(fā)送的航班放行信息計(jì)算發(fā)送限制警告信息。

4） 記錄與重演處理DRF

記錄與重演服務(wù)器DRF是生產(chǎn)系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì)分析處理器FSA、記錄與重演服務(wù)器DRF、日志記錄服務(wù)器LGP功能的集合。DRF中記錄與重演模塊負(fù)責(zé)記錄和回放網(wǎng)上數(shù)據(jù)，包括航跡、計(jì)劃、席位設(shè)置燈；統(tǒng)計(jì)分析模塊負(fù)責(zé)接收實(shí)時計(jì)劃信息、航跡信息、路由信息、扇區(qū)劃分信息，進(jìn)行存儲入庫并定時生成報(bào)表；日志記錄模塊負(fù)責(zé)記錄各軟件運(yùn)行時的關(guān)鍵日志。

1.3 席位配置

A-SMGCS系統(tǒng)測試平臺配置了1個系統(tǒng)監(jiān)控席位和3個管制席位。為了全面展示電子進(jìn)程單的所有功能，3個管制席位又根據(jù)電子進(jìn)程單狀態(tài)的不同分為放行許可席、地面管制席、塔臺管制席。

系統(tǒng)監(jiān)控席位負(fù)責(zé)對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、操作以及日志記錄。該席位可以監(jiān)控席位、處理機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、接口、應(yīng)用軟件的運(yùn)行狀態(tài)，操作指定處理機(jī)或軟件退出/重啟，根據(jù)雙機(jī)冗余熱備份的運(yùn)行狀態(tài)，自動或人工進(jìn)行雙機(jī)切換，監(jiān)視整個系統(tǒng)資源的利用情況。測試平臺還將系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)庫管理DBMS配置在系統(tǒng)監(jiān)控席，來代替生產(chǎn)系統(tǒng)中單獨(dú)配置的數(shù)據(jù)管理處理服務(wù)器。

放行許可席位負(fù)責(zé)為離港飛機(jī)發(fā)放放行許可。該席位的電子進(jìn)程單主要狀態(tài)包括：離港航班預(yù)激活狀態(tài)（PRE） 、請求放行狀態(tài)（REQ） 、放行狀態(tài)（CLD） 、數(shù)字放行許可狀態(tài)（PDC） 、準(zhǔn)備完畢狀態(tài)（RDY） 、等待推出狀態(tài)（HLD） ，界面如圖3所示。

地面管制席位負(fù)責(zé)引導(dǎo)飛機(jī)在地面滑行。該席位離港飛機(jī)的電子進(jìn)程單狀態(tài)主要包括：未推出狀態(tài)（NPU） 、推出狀態(tài)（PUS） 、開車狀態(tài)（STR） 、滑行狀態(tài)（TAX） ；進(jìn)港飛機(jī)的電子進(jìn)程單狀態(tài)主要包括：滑行狀態(tài)（TAX） 、入位狀態(tài)（OVE） 、終止?fàn)顟B(tài)（FIN） 、人工取消狀態(tài)（CNL） ，界面圖4所示。

塔臺管制席位負(fù)責(zé)引導(dǎo)離港飛機(jī)上跑道起飛，引導(dǎo)進(jìn)港飛機(jī)降落并脫離跑道。該席位離港飛機(jī)的電子進(jìn)程單狀態(tài)主要包括：上跑道狀態(tài)（LIN） 、起飛完成狀態(tài)（DEP） 、跑道上滑回狀態(tài)（BAK） 、滑跑狀態(tài)（ROL） ；進(jìn)港飛機(jī)的電子進(jìn)程單狀態(tài)主要包括：進(jìn)港航班預(yù)激活狀態(tài)（App） 、聯(lián)系塔臺狀態(tài)（CNT） 、降落狀態(tài)（LND） 、接觸地面狀態(tài)（TCH） 、復(fù)飛狀態(tài)（PUL） ，如圖5所示。

2 軟件平臺

A-SMGCS系統(tǒng)測試平臺使用的操作系統(tǒng)是RedHat Enterprise Linux Server 7.0，軟件版本是V1.0+P9，系統(tǒng)的軟件部署如下：

（1） 系統(tǒng)全部的應(yīng)用軟件存放在各席位和處理器的/home/atc/bin 目錄下。

（2） 系統(tǒng)應(yīng)用軟件所使用的動態(tài)庫存放在各席位和處理器的/home/atc/lib 目錄下。

（3） 在系統(tǒng)啟動時，自動啟動各應(yīng)用軟件，啟動腳本存放在/home/atc/shell 目錄下。

（4） 系統(tǒng)應(yīng)用軟件所使用的數(shù)據(jù)文件存放在各席位和處理器的/home/atc/config 目錄下，系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理界面維護(hù)并分發(fā)。

（5） 系統(tǒng)軟件運(yùn)行記錄的日志存放在/home/atc/log 目錄下。

（6） 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄重演數(shù)據(jù)存放在DRF 的/home/atc/data/record 目錄下。

（7） 系統(tǒng)的景象記錄重演數(shù)據(jù)存放在DRF 的/home/atc/data/x11_record 目錄下。

3 結(jié)束語

目前A-SMGCS系統(tǒng)測試平臺已經(jīng)搭建完成，通過實(shí)際測試證明，測試平臺在裁減備數(shù)量、縮小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，依然具有A-SMGCS系統(tǒng)所有軟件功能。測試平臺雖然設(shè)備數(shù)量比生產(chǎn)系統(tǒng)少，但包含了所有生產(chǎn)系統(tǒng)中所使用設(shè)備型號，且對重要服務(wù)器保留了冗余熱備份的設(shè)計(jì)，可以完整地對生產(chǎn)系統(tǒng)中的故障進(jìn)行重現(xiàn)，在節(jié)約成本的同時，保證了對技術(shù)人員培訓(xùn)的有效性。但是現(xiàn)有測試平臺還是存在一些不足：一是現(xiàn)在配置的管制席位與生產(chǎn)系統(tǒng)相比缺少主任席、通報(bào)協(xié)調(diào)席和流量管理席；二是與其他系統(tǒng)建立的數(shù)據(jù)鏈接沒有生產(chǎn)系統(tǒng)功能全面，這也是后期需要提升和改進(jìn)的方向。