南京机场自动气象观测系统传输线路改造可行性分析

李锡珑

摘要：自动气象观测系统是民航气象最重要的组成部分。该系统从跑道边的传感器获取数据，并经过数据采集、传输、处理等环节，将气象数据提供给各用户终端。《空管系统不安全事件标准》中规定，因自动气象观测系统故障，不能提供正确的跑道视程，造成在相应天气标准下无法实施能提供正确的跑道视程，造成在相应天气标准下无法实施Ⅱ类、I类运行，达到2小时（含）以上且不足3小时为气象一般差错，达到3小时（含）以上为气象严重差错。自动气象观测系统数据的稳定性和空管安全密切相关。如何稳定传输数据成为一项重要的课题。本文分析了南京禄口机场线路传输现状，并对改造的方案进行了可行性分析。

关键词：自动气象观测系统;通信传输线路;6450串口服务器

1本场通信线路构成

南京禄口机场自观系统场内场外通过独立光纤和光环网并行传输实现数据交换。传感器输出485信号。该信号接入外场的NPort6450串口服务器（服务端）。6450将485信号转成UDP信号，发送到气象机房内对应的6450的串口服务器（客户端）。UDP信号解析后从对应的串口解析出485信号作为输出信号。该信号通过打线架接入TS16串口服务器，最后发送到自观服务器进行数据分析和处理。其中，6450分为服务端和客户端，使用独立光纤和光环网双路通信。若光环网故障，数据中断时间大约为10秒左右。目前来看，数据传输较为稳定。以二跑道的线路为例，下图为现行二跑道自观数据通信方案。

2传输线路分析

原维萨拉公司沿用了MCU111或者TS16串口服务器，需要接收外场485信号进行数据分析和处理。所以现行方案中外场传感器信号实现了485信号-UDP信号-485信号-UDP信号的转换。在外场的6450串口服务器就已经将485信号转变成为了UDP信号。现有线路传输模式额外协转了两次信号，增加了两个传输节点。从安全的角度来说，增加了设备故障的概率，具有一定的安全隐患。

3优化线路方案

为简化现行的传输方案，提高传输效率，我们设计了一套新方案。新方案中保留了外场的传输线路和6450串口服务器。传输线路依然使用独立光纤和光环网两条互为备份的线路。对于内场通信，将TS16串口服务器和内场所有的6450串口服务器客户端统一替换为网管型MOXA导轨式交换机，实现快速链路备份。在配置环网协议时，所有在环网中的交换机都要被配置成相同的环网协议，并且在环网中的端口都要支持环网协议。该网管交换机具备两个光口和6个电口，利用TURBO RING协议进行数据传输。

TurboRing协议是MOXA推出的全球最快的环状拓扑冗余技术。在现场网络中，基于可靠性考虑，通常会形成冗余链路。通过环网冗余协议，在环路中具备了备份线路的功能。该协议不会形成loop（网络风暴），避免了网络瘫痪。而当主用线路故障时，会立即启用备用线路，保证TURBO RING之间通信的畅通。

下图为新设计的方案。

在硬件设置方面，网管交换机EDS-408A拥有两个SC光口和6个电口，独立光纤和光环网分别接入其中的一个光口和一个电口。我们可以把这两个端口设置为TurboRing协议，Master啟用，6450的电口LAN1和光口设置为TurboRing，Master禁用。在软件设置方面， 6450串口服务器的UDP协议更改为直接发往AVIMET和OBMAN服务器的IP地址对应的端口。在服务器端，需要修改METLED自观系统和VAISALA自观系统的相对应的配置文件。

结语

VAISALA现行传输方案稳定运行多年，可以满足日常运行的需要。根据实际经验，当独立光纤或者光环网中的一路线路故障时，6450串口服务器10秒钟左右可以自动切换到备用线路。但随着民航安全对气象数据的要求越来越高，现行方案逐渐体现出传输效率低、故障恢复时间长的特点。外场数据进行了三次的协议转换才传输到服务器，传输效率并不高。同时，新增的两个通信节点也增加了系统出现故障的概率，增大了安全隐患。

在模拟环境下，新方案是可行的。在新的传输方案中，外场传感器的485数据信号通过6450转成UDP网络数据，直接发送给AVIMET和OBMAN服务器。信号传输模式从485信号-UDP信号-485信号-UDP信号转变为485信号-UDP信号。该方案节约了室内NPort6450和TS16MEI两个通信节点，减少了故障发生的概率。通过执行TURB RING协议，当一条链路故障时，可以毫秒级迅速切换到另一条链路，保证数据不会中断。使用网管型交换机，通过WEB页面管理查看6450传感器的状态，，可以迅速定位故障点，第一时间排查故障，简捷高效。新的方案通过优化传输线路，减少了协议转换次数，提高了数据传输效率，进一步保障了空管飞行的安全。