一种空管自动化系统间数据同步实现方法

陈勇勇,王振飞,张佳静

(南京莱斯信息技术股份有限公司 空中交通管理系统与技术国家重点实验室,江苏 南京 210016)

一种空管自动化系统间数据同步实现方法

陈勇勇,王振飞,张佳静

(南京莱斯信息技术股份有限公司 空中交通管理系统与技术国家重点实验室,江苏 南京 210016)

在民用航空领域,随着民用航空的高速发展,空管自动化系统及相应的辅助系统(电子进程单系统、航管系统)发挥着越来越大的作用.文章研究了一种空管自动化系统间数据同步实现方法,系统间能够自动获取对方的管制数据,实现自动交互,在管制主用系统出现故障时,能够顺利平滑地过渡到备份系统,达到减轻一线管制员的工作负担、保障空管运行安全的目的.

民用航空;自动化系统;同步实现;空管运行

1 系统间数据同步方案简介

随着民航领域各个管制单位的空管自动化系统建设需求,每个管制单位基本都具备自动化系统一主一备的模式,他们中有些具备简单数据的主备同步功能,有些不具备.即使是有同步功能,系统间交互的信息接口也是种类纷繁复杂,各家自成一体.这种模式不利于数据同步功能的应用和推广,对于民航领域的技术维护人员来说,也是一大难题[1].为解决这一难题,2015年8月,中国民用航空局出台了《民用航空空中交通管制自动化系统第3部分,飞行数据交换》的标准及规范,目的是规范空管自动化系统间飞行数据交互统一.民航空管局规定了空管自动化系统间数据交换报文(Flight Data Exchange Message,FDEXM)格式的内容分三大类.

(1)基础飞行数据报文,简称I类报文(下同报文),此报文用于空管自动化系统及其相关系统间基础飞行数据交换.

(2)主备空管自动化系统数据交换报文,简称B类报文(下同),此报文用于主备空管自动化系统数据交换.

(3)管制单位间飞行数据交换报文,简称C类报文(下同).

按照规范中所规定的,所有FDEXM报文均以数据字段"-TITLE"开始(报文头尾标识除外),其后随以字段.基础飞行数据交换报文的关键字段为:title+filtim+ifplid+arcid+adep+ades+eobd+eobt,其他字段为可选数据字段[2].报文格式示例:

ZCZC

-TITLE IFPL

-FLITIM 010909

-IFPLID 2013110001

-ARCID CSN6435

-ADEP ZYTL

-ADES ZUUU

-EOBD 20130301

-EOBT 0850

-SSRCODE A1270

NNNN

当创建一份或修改飞行计划时,应对外发送一份完整的IFPL报文,报文结构为:

"ZCZC"+"-TITLEIFPL"+filtim+ifplid+[addr]+adep+ades+[adesold]+0{altnz}2+arcid+[arctyp]+[ceqpt]+[com]+

0{comment}+[cfl]+[dat]+[depz]+[destz]+eobd+[eobdold]+eobt+[pkc]+[ata]+[atd]+[pssrcode]+[fpctst]+[nav]+[nbarc]+[opr]+[per]+[arcaddr]+[reg]+[rmk]+[sector]+[secdest]+[seqpt]+[sel]+[spla]+[splc]+[spld]+[sple]+[splj]+[splj]+[spln]+[splp]+[splr]+[star]+[sid]+[spls]+[ssrcode]+[sts]+[typz]+[txt]+[wktrc]+[ttleet]+[fltrul]+[flttyp]+[altrnt1]+[altrnt2]+0{eetfir}+[rtepts]+0{eettpt}+{rwy}+[route]+{rfl}+0{(speed|match)}+[rtepts]+0{atsrt}+0{dct}+[xfl]+…...+"NNNN".[3]

2 系统数据同步的实现及应用

管制单位主备系统间数据同步整体流程,如图1所示.

图1 管制单位主备系统同步流程

2.1 发送端-主用系统

针对空管自动化系统,其各自的硬件环境和设备也不尽相同,首先需要解决消息交互问题.在系统实现方面,采用IEEE 802.3标准定义的以太网接口.在硬件环境配置方面,系统间传输应至少支持TCP/IP协议.

本系统内的信息采取可扩展标记语言(Extensible Markup Language,XML)格式来传输关键信息,如图2所示.

图2 系统内部处理流程

本系统在生成飞行计划信息时,需配置发送至的目标系统.首先,在本系统应用层配置发送至外系统的目标系统的路由地址.例如本系统的自定义路由地址名称为BDEATC,备用系统的自定义路由地址名称为BDEBAK,航管系统的自定义路由地址名称为BDEFIS,电子进程单系统的自定义路由地址为BDEEFS.各类4029报文需要发送给哪些外部系统,可以通过配置参数进行配置.

系统内的有效信息通过XML格式进行传输,系统内部利用XML格式信息传输的优势在于系统的可扩展性.在未来,系统数据内容长度和个数都充满不确定性,系统利用XML格式可以很好地兼容未来行业对系统的需求,减少基础信息变化而修改数据结构的难度.

该计划内容XML格式如下[4]:

UDOLACJTOLUGAGOPUGIMBZDSTOKATOSULEMOLIVEVIOLABERBABAKER

本系统内应用进程所产生的有效数据,需要发送给与之交互的外系统,此时在发送的消息块中加入目的地址.如主系统的计划信息,需要发送给EFS系统,发送的计划信息中,需要按照信息接口约定,在信息头中填入目的系统的路由地址.该信息在系统内部按照信息约定,到达接口进程,接口进程解析收到的XML数据块,分析出该数据块为哪类报文格式.按照参数配置,接口进程可以获取该类报文需要发送给外系统的路由地址,在解析完毕XML计划内容后,再将各字段内容按照4029.3中规定的报文格式进行组装.在组装报文的同时,由于有些计划的航路报告点会很多,此时需要对组装的报文进行压缩处理,以节省网络链路资源,提高传输速度.在组装报文结束后,同时将获取的外系统的路由地址放置在消息队列中,再分批发送给传输进程.

传输进程在收到该消息队列后,首先解析目的地址,再根据目的地址获取相邻外系统的IP地址,然后将该消息放入消息堆栈中,通过TCP协议传输至外系统的传输进程[5].其流程信息,如图3所示.

2.2 接收端-备用系统

在接收系统中,其流程概况如图4所示.

图3 本系统向外系统输出数据信息流程

图4 接收方系统内部处理流程

在接收该数据的系统中,传输进程会将网络链路上的数据获取,然后再将完整的数据块原封不动地发给接口进程.接口进程收到该数据块,需要对该数据块进行解压缩处理,获取到对方主系统发送过来的报文内容.接口进程对报文内容作进一步解析,获取飞行计划各字段的具体内容,其再将该计划所有字段内容组装为本系统内部能够识别的XML通用格式.

应用进程收到外系统的数据信息,其为内部XML格式,解析该XML内容.解析出的内容需要与本系统的计划信息进行比对,对本系统的计划进行增删改操作.该XML中,有一项为Identifier字段,该字段是发送方系统内的唯一识别号.在本系统中,需要优先匹配该唯一识别号,如果本系统中有该标识,代表之前某一时刻收到过对方系统的该信息,那么直接可以对本系统进行数据操作.如果发现收到信息中,该唯一号没有匹配的计划,需要将该信息按照相应的存储条件进行存储操作.如果该唯一标识为空,那么该标识不能作为判断匹配的依据,需要重新寻找匹配条件.本系统中采取的是多字段匹配计划原则,选取计划中的某些字段进行联合比对,本系统实现中选取航班号,起飞机场,目的机场字段相同,起飞或落地时间在某一段适应性参数范围内,方能认为这两条计划信息匹配,才会按照发送过来的数据块更新本系统的数据信息.否则,接收过来的数据信息直接丢弃处理.

系统中各模块间的信息处理流程如图5所示.

3 数据同步案例介绍

以某地空管中心为例,其现场有4套空管运行系统,其网络拓扑图如图6所示.

其中ATC 2000为主用系统,ATC 3000为备份系统,STP为塔台电子进程单系统,FIS为航管信息系统.传输进程的通信链路配置为TCP Server(TS)或TCP Client(TC)类型,其中TS类型为外系统向本系统发起连接,TC类型为本系统向外系统发起连接.双方的通信链路一旦建立,将一直保持连通状态,应用数据即可在该链路上进行相互传送.

图5 接收系统数据处理流程

图6 系统间网络拓扑

对于系统间需要传输哪些数据,可以在应用层进行相应的配置,如4029.3中I类数据,B类数据需要从主用系统发送到备用系统,此时在配置中需将I类数据和B类数据同时配置成输送到备用系统,而如果只将I类数据输送给航管系统,此时只需将I类数据配置发送给航管信息系统.

配置文件可配置如下:

通过这个配置,即可灵活配置出各类信息,需发往哪些系统.而且通过这个文件,解决了多系统相互交互情况,并且可以方便开发者和用户理清信息在系统间相互传递的路径.

该现场4套系统间的信息流如图7所示.

4 结语

在民航局给出了空管自动化数据交互的规范后,各系统供应商按照统一标准来实现各自的同步功能,改变之前各家自行一体的模式,使得在各个管制中心,来自不同厂商的系统间的同步工作能更好地开展起来.当然,在开展这个工作中,也遇到了一些问题,不同系统的设计理念和设计思路也是不尽相同,这在选择获取同步数据,该如何同步到本系统中,但又不会影响现行系统的正常运行,带来了一定的困难和技术难题.本文提供空管自动化系统间数据同步方法,并有效地成功实现,为管制中心空管自动化系统间数据系统提供方法和借鉴,解决了空管自动化系统间实时数据无法交互的问题,有效地提高空管系统互操作性、实时同步性,极大地降低空管系统整体运行风险,提高空管运行的安全性,保障航班运行安全.

图7 多系统间信息流

[1]中国民用航空局.MH/T 4007-2012 民用航空飞行动态固定电报格式[S].2012-10-10.

[2]中国民用航空局.MH/T 4029.2-2012 民用航空空中交通管制自动化系统第2部分:技术要求[S].2012-06-29.

[3]中国民用航空局.MH/T 4029.3 民用航空空中交通管制自动化系统第3部分:飞行数据交换[S].2015-04-08.

[4]凯尼汉,里奇.C程序设计语言[M].徐宝文,李志,译.2版.北京:机械工业出版社,2004.

[5]史蒂文斯.芬纳,鲁道夫.Unix网络编程[M].北京:人民邮电出版社,2015.

A method of data synchronization implementation between different air traffic control automation systems

Chen Yongyong, Wang Zhenfei, Zhang Jiajing
(Nanjing LES Information Technology Co., Ltd., State Key Laboratory of Air Traffic Management System and Technology, Nanjing 210016, China)

In the field of civil aviation, with the high speed development of civil aviation, air traffic control automation system and the corresponding auxiliary system(electronic process single system, air traffic control system)play an increasingly important role. This paper studies a method of data synchronization implementation between different air traffic control automation systems. The system can obtain the control data of the other side automatically and implement automatic interaction. When the master system fails, it can smoothly transition to the spare system. To reduce the work burden of front-line controller and ensure the safety of the air traffic control operation.

civil aviation; automation system; synchronization implementation; air traffic control operation

陈勇勇(1989- ),男,江苏南通人,助理工程师,学士;研究方向:空中交通管理飞行计划.