基于基带Modem的报文收发软件设计与实现

张磊，陈齐亚，黎巍，王欢

（中国民用航空西北地区空中交通管理局，西安710082）

基于基带Modem的报文收发软件设计与实现

张磊，陈齐亚，黎巍，王欢

（中国民用航空西北地区空中交通管理局，西安710082）

引入基带Modem作为民航气象报文数据传输设备，给出单用户的网络连接结构，在此基础上，结合串口服务器扩展AFTN线路用户使用范围。基于.NET平台，针对两种不同的网络连接结构，设计并实现民航气象报文接收发送软件。该软件可以灵活配置，分别以串口或者网口的方式完成民航气象报文稳定和准确的传输。

基带Modem；串口服务器；收发报软件；串口通信；网络通信

0　引言

随着我国国民经济的持续增长及西部大开发战略的实施，我国西北民航运输业也得到快速发展。作为民航空中交通管理系统的重要组成部分，航空气象保障能力是保障航空运输安全和正常飞行的重要基础之一。民航气象报文作为民航气象资料中的重要组成部分，报文内容发布的及时性、准确性，以及报文发布方式的稳定性对于民航气象保障显得格外重要。

1　民航西北地区气象中心报文收发方式概况

由于民航报文传输需要通过转报系统的转报机在航空固定电信网(Aeronautical Fixed Telecommunication Network)[1]上进行传输，因此报文的接收与发送必须转换成RS-232串口数据进行收发。目前，民航西北地区气象中心在实际业务中用于向局域网用户提供民航气象报文数据来源的ZLXYYWYX和向观测员发送趋势预报的ZLXYYAYX两条AFTN线路是使用如图1所示的电流环转换器接入转报系统的转报机，从而完成报文的接收与发送工作。电流环转换器可以完成RS-232串口信号与20mA电信号的相互转换，从而解决RS-232串口信号传输距离限制在15米以内的距离问题。通过接入电流环转换器，RS-232串口信号的传输距离可以延长至1000米左右。

图1　电流环转换器

但是，由于目前使用的电流环转换器使用年限较长，设备已经老化，因此存在报文传输稳定性较低等安全隐患。另外，由于电流环转换器属于专用设备，目前正在被新一代网络通信设备所逐步取代，因此市面上已经采购不到现有业务中使用的电流环转换器。

为了杜绝安全隐患，提高民航气象报文传输的稳定性和可靠性，以及传输设备的通用性，本文设计并实现了一种基于基带Modem的报文接收发送软件。

2　民航气象报文接收发送软件

2.1基带Modem简介

基带Modem是一种采用基带传输，用于完成数字信号可靠、稳定传输的通信设备。区别于频带传输，基带传输是指在通信电缆上原封不动地传输由计算机或数据通信终端产生的数字脉冲信号，它是一种十分重要的数据传输方式。基带Modem的功能则是通过形成适当的波形，使数字信号在带宽受限的传输介质上传输时，不会由于波形迭起而产生码间干扰[2]。因此，相对于可以完成模数转换功能的普通Modem，基带Modem是一种用在数字线路中，可以完成数字信号到数字信号高性能传输的通信设备。通过采用基带Modem，信号的传输距离可以达到2000米左右，因此，它被广泛应用于楼宇间、校园内，以及城市内部的数字信号传输。

2.2网络结构

为了解决现有业务系统中由于设备老化落后带来的潜在隐患，本文采用台联电讯设备有限公司型号为TAINET T-336Cx的基带Modem替换现有业务系统中的电流环转换盒作为报文接收发送终端与转报机之间的信号传输设备，从而实现民航气象报文稳定、准确的传输。由于基带Modem只能完成端到端的数字信号高性能传输，因此，在一条AFTN线路上采用基带Modem只能实现一台报文接收发送终端与转报机之间的互联通讯。为了扩展这种点到点的应用为点到面的应用，即在一条AFTN线路上可以同时实现多台报文接收发送终端与转报机之间的报文传输，本文采用串口服务器给出了一种多台报文接收发送终端同时与转报机互联通信的设计方案。

（1）一台报文接收发送终端与转报机互联

TAINET T-336Cx基带Modem是一种高性能，能实现同步/异步，全双工/半双工，可工作于拨号式线路及两线/四线式专线电路的多功能型Modem[3]。本文采用如图2所示的网络结构实现一台报文接收发送终端与转报机之间的报文传输。

图2　一台报文接收发送终端与转报机互联的网络结构

其中，为了保证报文传输线路的稳定性，以及报文传输内容的准确性，本文采用两线式的专线电路对两个基带Modem进行连接。基带Modem的具体配置参数如下表所示：

表1　 TAINET T-336Cx基带Modem参数设置

（2）多台报文接收发送终端与转报机互联

串口服务器是一种通信协议转换器，它能够自动将RS-232/485/422串口数据转换成可以在通用网络设备上传输的TCP/IP网络数据，实现RS-232/485/422串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输[4-5]。串口服务器在硬件结构上一般具备两类接口：一类是标准的RS-232/485/422串行接口；另一类是可以接入局域网的以太网口。经过内部的数据格式转换，串口服务器可以实现串口数据流和网络数据流的相互转化，从而将一个单独的串口设备转变为网络上其他设备所共享的网络设备，大大扩展了串口设备的使用范围。

本文采用MOXA科技股份有限公司型号为Nport 5110的串口服务器搭建了如图3所示的网络结构，以实现多台报文接收发送终端同时与转报机互联通信的目的，从而扩展了每条AFTN线路的使用范围，并提高了使用效率。

图3　多台报文接收发送终端与转报机互联的网络结构

如图3所示，接收民航气象报文时，来自转报机的报文首先经过基带Modem传输，缓存在串口服务器中；然后报文接收发送终端向串口服务器发送Socket链接请求，建立Socket网络传输通道；最后报文经过交换机、路由器等网络传输设备，以TCP/IP数据包的形式到达用户的接收终端。报文发送过程与报文接收过程相反，在此不再赘述。（Nport 5110串口服务器的具体配置信息如图4所示）

图4　 Nport 5110串口服务器参数设置

2.3软件设计与实现

为了达到用户界面友好和程序实现高效的目的，本文基于.NET 4.5平台，采用C#作为程序开发语言，设计并实现了民航气象报文接收发送软件。

针对如图2所示的一台报文接收发送终端与转报机互联的网络结构，由于报文接收发送终端直接与基带Modem通过RS-232串口的方式相连，因此软件需要具备串口通信的能力；对于如图3所示的多台报文接收发送终端与转报机互联的网络结构，由于报文接收发送终端是通过以太网与串口服务器直接通信，因此为了同时适应两种不同的网络结构，本文开发的软件还需要同时具备基于Socket连接的网络通信能力。

（1）串口通信

RS-232通信串口由于其良好的通用性和标准性，在计算机系统和工业控制领域中有着广泛的应用。从.NET 2.0开始，微软就将所有串口操作封装到了Serial-Port类里，以简化与串口相关的程序设计。

采用SerialPort类的对象进行串口通信时，需要通信双方执行共同的协议，即通信双方设置的串口参数相同。串口参数包括波特率，校验方式，数据位和停止位。同时，SerialPort类支持四种事件：DataReceived事件、Disposed事件、ErrorReceived事件和PinChanged事件。其中，DataReceived事件是SerialPort类的数据接收事件，每当串口接收到新数据时，便会触发该事件的响应以完成数据接收操作。图5是本文打开串口函数的部分代码。

图5　打开串口函数代码

（2）网络通信

Socket又称套接字，它为程序提供了与外界通信的端口。通过建立Socket连接，可为通信双方的数据传输提供通道。基于Socket的网络通信，主要可以分为TCP通信模型和UDP通信模型。前者为网络通信提供了一个面向连接、可靠的数据流传输服务，被传输的数据可以无差错、无重复地发送，且按发送顺序在接收端进行接收；后者则提供了一个无连接的数据包传输服务，数据包以独立的方式进行发送，不提供任何质量保证。

为了保证报文准确无误的快速传输，本文采用TCP通信模型。TCP通信模型一般采用客户端/服务器模式，即有一个客户端进程和一个服务器进程。服务器进程一直处在等待监听状态，直到客户端进程主动请求连接。当服务器进程收到客户端进程的Socket连接请求时，服务器进程就响应客户端的请求，建立一个新的Socket，并返回给客户端进程，一旦客户端确认连接，则连接建立，然后就可在该Socket连接上进行数据通信[6]。如图4所示，串口服务器被配置为TCP服务器模式，因此本文只需要实现客户端代码即可实现收发报软件与串口服务器之间的通信。图6是本文建立Socket连接函数的部分代码。

图6　建立Socket连接函数代码

3　程序结果及测试

针对两类不同的网络结构，本文在统一框架下，采用C#程序设计语言开发并实现了民航气象报文接收发送软件。该软件可以根据实际的网络结构和数据通信要求，调整配置参数，采用串口方式或者Socket网络通信方式进行民航气象报文的收发工作。图7和图8即为该软件两种通信方式的配置界面。

图7　串口通信参数配置

图8　网络通信参数配置

图9是在如图3所示的网络结构环境下，采用Socket网络通信方式进行民航气象报文接收时的软件界面。

为了验证本文设计并实现的民航气象报文接收发送软件是否能够准确、稳定、快速地进行民航气象报文的收发工作，本文采用黑盒测试的方法对该软件进行了功能测试，测试的重点包括：软件能否正确的连接串口服务器，并对错误信息进行提示；软件能否准确、完整的接收所有民航气象报文，并将接收到的报文显示在软件界面中，同时按日期分别存储在不同的日志文件中；软件能否成功的向转报机发送格式正确的民航气象请求报等。通过将实际运行测试结果和实验预期测试结果进行对比，本文设计并实现的气象报文收发软件达到了预定的功能需求，可以替换现有业务中的电流环转换盒进行民航气象报文的接收和发送工作。

图9　民航气象报文接收发送软件界面

4　结语

为了杜绝由于电流环转换盒设备老化等因素可能造成的安全隐患，提高民航气象报文传输的稳定性和准确性，本文引入基带Modem作为数据传输设备，给出了一种通过基带Modem进行报文收发的网络结构，并采用C#语言基于串口通信技术实现了报文收发软件。同时，为了扩展AFTN线路的用户使用范围，本文在原有网络结构的基础上，结合串口服务器给出了多用户的网络结构，并在统一的程序框架下，基于网络通信技术实现了报文收发软件。通过用户对软件进行功能测试，本文设计并实现的民航气象报文接收发送软件达到了预定的功能需求，为民航飞行安全提供了有力保障。

[1]张强,于洁.亚太地区航空气象情报交换管理[J].中国民用航空，2015(6)：36-38.

[2]邓翔宇.一种可实现数字基带部分响应系统的研究[J].信息技术，2005，29(6)：72-74.

[3]台联电讯设备有限公司.TAINET T-336Cx/Nx/NDx使用手册[Z].北京，2011.

[4]王卫峰,沈俊杰,苏建良,江芳波,周涛.基于NPort串口服务器的座椅滑道装配线监控系统[J].机电工程，2010，27(10)：98-101.

[5]陈平,郝继飞,周晓飞,赵健,寇立强.基于串口服务器组网的自来水厂供水监控系统[J].湖南科技大学学报:自然科学版，2011，26 (2)：79-83.

[6]范勤学.一种基于Socket的可配置通信工具[C].全国冶金自动化信息网年会，2010.

Design and Implementation of the Civil Aviation Meteorological Message Transmission and Reception Software Based on Base Band Modem

ZHANG Lei，CHEN Qi-ya，LI Wei，WANG Huan
（Air Traffic Management Bureau of Northwest Regional of CAAC，Xi'an 710082）

Introduces base band modem to exchange civil aviation meteorological messages,designs a network structure allowing one user to send and receive messages,in order to expand the number of users,and gives another network structure based on the combination of serial device server.Uses the technique of serial communication and socket communication,designs and implements the civil aviation meteorological message transmission and reception software according to the two different network structures.Experiment shows that the software can stably and accurately transmit and receive civil aviation meteorological messages in the manner of serial communication and socket communication respectively.

Base Band Modem;Serial Device server;Message Transmission and Reception Software;Serial Communication;Socket Communication

1007-1423（2016）16-0039-05DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.16.012

张磊（1988-），男，宁夏回族自治区中卫人，硕士研究生，助理工程师，研究方向为民航气象数据库系统维护与开发

陈齐亚（1975-），男，陕西西安人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为计算机技术管理

黎巍（1974-），男，陕西西安人，本科，高级工程师，研究方向为计算机技术管理

王欢（1989-），女，青海西宁人，硕士研究生，助理工程师，研究方向为民航气象数值预报应用

2016-03-29

2016-05-20