西南某地空管自动化系统光纤KVM矩阵系统的分析与建议

祁振杰

民航贵州空管分局 贵州 贵阳 550005

引言

光纤KVM矩阵系统是一套通过光纤连接的信号切换于延长设备，此类设备是近年来空管自动化系统项目实施建设中，配套建设的一种新设备，旨在通过信号延长进行设备的主机下沉引接，通过信号交换设备（光前矩阵主机），将多台主机视频输出、鼠标键盘输入、串口、USB、音频输出等信号以矩阵交换的方式进行信号的引接与输出显示。在空管自动化系统中建设实施过程中分析安装、应急、切换过程中对于光纤KVM矩阵系统进行分析，对于该系统的维护以及后续改造实施，有着很强的现实意义。

1 背景与现状

近年来，新建设的空管自动化系统，提出一种“主机下沉”的建设与设计理念，通过将空管系统的终端主机与管制用户观看的显示器分区安装，放置在不同的安装位置，为管制用户提供一种舒适、噪音很小的工作环境。在以往的建设过程中，有使用Adderlink信号延长设备，点对点延长主机与显示端（包含鼠标、键盘、串口、音频等信号），近几年来出现了一种称为“光纤KVM矩阵系统”的信号延长的设备，将终端主机的各种信号从设备机房延长至显示器端，并且可以通过切换、灵活调用不同主机的资源进行显示。

2 光纤矩阵的基本概念

光纤KVM矩阵系统主要包含3个基本概念。

光纤：进行数据传输的介质，通过光纤传输介质将显示器与主机连接在一起。

KVM（Keyboard Video Mouse的缩写），KVM通过直接连接键盘、视频和鼠标、串口、USB端口，能够远程控制与访问计算机资源。

矩阵：以阵列切换的方式将m路信号任意输出至n路设备上的电子装置，输出的信号包含视频、音频、串口、USB等类型。

光纤KVM系统主要由3部分构成：①CUP输入端，将电脑键盘、鼠标、视频、音频、串口、USB等信号转换为光信号进行传输；②KVM主机，信号交换设备；③CON输出端，将光信号还原为键盘、鼠标、音频、串口、USB等信号。这3部分的连接，依靠光纤传输介质相连在一起。

作用描述：主机端矩阵盒子，负责将键盘、鼠标、视频、音频、串口、USB等类型的信号转换为光信号；KVM主机，负责m路输入n路信号输出的交换设备；显示端矩阵盒子，负责将光信号还原为鼠标、键盘、视频、音频、串口、USB等类型的信号。

3 光纤KVM系统的结构说明

西南某地光纤KVM系统建设的结构，如图1所示。

图1 光纤KVM系统结构图

每个服务器主机输出的信号源接入一台CPU输入端（主机端盒子），作用为将视频信号、音频、鼠标、键盘、串口、USB转换成光信号，然后接入至光纤KVM主机中。

其中，CPU输入端（主机端盒子）定制为两个光纤口，光纤口1号通过光纤与光纤KVM主机（主用）进行连接；光纤口2号通过光纤与图1中光纤KVM主机（备用）进行连接；其中，CON输出端（显示器端盒子）也为定制的两个光纤口，光纤口1号通过光纤与光纤KVM主机（主用）的进行连接；光纤口2号通过光纤与图1中光纤KVM主机（备用）进行连接。另外，设计中的每台显示器配备一个定制双光纤口的CON输出端（显示端盒子），用于调出或切换本台光纤KVM主机中接入的信号源用于管理。

4 在自动化系统建设中引入光纤KVM系统的优势分析

在空管自动化系统的建设过程中，引入光纤KVM矩阵系统可以得到多方面优点，如下所示：

4.1 空间利用与分区安装方面[1]

①将显示端与处理端的安装位置分离，即View可视端与Controller控制端分离，有助于统一的施工工艺，避免了塔台、小区管制室的空间因后期各自专业的施工造成管制席位空间的凌乱；②增加了管制员的容膝空间；③处理主机安装在机房，可以减少管制工作场所内的主机运行时的设备噪音，以及在管制工作场所的机柜内免于安装设备空调降温系统。

4.2 灵活性方面

可根据需求配置鼠标键盘跨屏显示，便于显示器与键鼠的整合使管制员操作多种设备更灵活。

4.3 安全性方面

①架构既保证了席位的独立性与系统运行的安全性，同时也满足了席位间的协作需求；②集成塔台系统与综合辅助系统采用分散放置的方式，体现系统分级保障的同时，也为后续的维护与扩容带来极大的便利；

4.4 方便性方面[2]

①运维监控席采用半冗余的方式，在技保人员需要切换其他席位时，可通过光纤KVM矩阵备用链路切换塔台席位远程进行维护；②终端及服务器主机统一安装于机房，设备故障时不用空管小区管制室与设备机房两头跑，提高一定维护人员工作效率；③设计中包含的监控席，可以通过该席位实时定位KVM系统工作状态，提高技术人员监控光纤KVM系统的工作效率。

5 西南某地设备接入光纤矩阵的现状

西南某地接入KVM光纤矩阵的现状描述：在管制大厅中，ACC与APP的管制席位上，每一组（两个）主、备席位的二所系统2台SDD、2台FDD和莱斯系统2台SDD、2台FDD，共计8台机器接入一台32路的光纤KVM矩阵主机，其中二所系统的席位机器具有备用链路（不经过光纤矩阵主机）直接接入席位显示器的功能。

显示端的操作与切换方式：双击“左shift”+O，调出切换界面，可以切换出8台机器，区调其他的席位类似。

切换说明：双击“左shift”（进入触发状态，键盘小键盘上信号灯进入闪烁状态）＋“字母O”。

信号源选择：通过“方向键”按“空格键”或“回车键”皆可确认信号源，其中，“空格键”为确认以视频模式观看此信号源，“回车键”为确认以操作模式控制此信号源。

6 光纤KVM矩阵的应急

西南某地关于光纤KVM矩阵的应急，各类情况均可归为如下4种情况：

6.1 光纤矩阵的“输入端”故障

当判断光纤矩阵“输入端”故障时；或者双击“左shift”+O，切换至所需的系统界面。

6.2 光纤矩阵的“输出端”故障（显示器端）

当判断光纤矩阵“输入端”故障时（现象为：无法切换或者无法调出切换界面），使用当前故障的席位的管制员需要使用就近席位SDD的界面进行指挥；或者直接更换至就近的备用物理席位，并提醒关注带班主任分扇区到对应席位。

6.3 光纤矩阵的“KVM主机故障”

当判断光纤矩阵的“主机故障”时（现象为管制使用的一组席位＜两个物理席位＞的显示器同时黑屏），直接更换至备用物理席位，并提醒关注带班主任分扇区到对应席位。

6.4 光纤矩阵切换至备用链路—显示器边缘显示“蓝色”边框（已切换到备用链路）

双击“左shift”+K+1，切换回主用链路；或者使用光纤的矩阵监控，拖动某主链路的主机在该显示端；另一种方法，拔掉CON输出端的备用链路光纤，使CON输出端切换回主链路。

7 建设以及维护的相关建议

7.1 供电

来自不同的源头电源，空管系统内设备的供电规则需要进行严谨的冗余设计，在单路供电出现异常时，以保障设备的供电依然正常[3]。这对供电的设计提出了更高的要求，KVM光纤矩阵盒子的由两路交流转直流的进行供电。因此供电的直流适配器需要从两路不同的交流PDU取电。

7.2 散热

光交换，使设备的发热量比较大，安装位置时候应该选取在冷风送风口的位置；光纤矩阵主机在实际运行过程中，存在大量的数据交换，致使光纤KVM矩阵主机的发热量比较大，因此安装位置的选择尽量选择在出风口。

7.3 固件版本的统一稳定性

KVM矩阵系统涉及主机端、显示端、主机设备的固件版本，需要尽可能地保障三种设备的固件版本统一。

7.4 安装位置的选择

要便于维护盒子的鼠标、键盘、串口、供电接口、USB接口、光纤接口，布线、安装位置需要为未来维护提供较好的便捷性。

7.5 缺点

7.5.1 网络安全方面：光纤矩阵方面的便捷性，带远程访问，多个终端的访问，权限不好控制，对操作的溯源变得困难（比如事件调查、操作复现等）；多个终端切换访问后，权限不好控制，操作的溯源变得困难。

7.5.2 引入光纤KVM矩阵系统后，增加了系统的故障节点，光纤KVM主机故障、光纤中断、盒子故障、鼠标键盘连接器故障，都将造成空管自动化系统席位暂时无法使用。

8 结束语

总体而言，引入新的辅助设备是把“双刃剑”，需要充分考虑、提前设计完备的安装位置、应急方式、操作便捷性，做好预判保障空管自动化系统的整体安全。