中國(guó)民航下一代TypeX報(bào)文系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)現(xiàn)

于明亮，李永進(jìn)

（中國(guó)民航信息股份有限公司研發(fā)中心，北京 100105）

本文提出了建設(shè)中國(guó)民航下一代TypeX報(bào)文系統(tǒng)的完整解決方案，為國(guó)內(nèi)外的航空公司、機(jī)場(chǎng)和GDS提供TypeX報(bào)文服務(wù)，使中國(guó)民航IT系統(tǒng)間的信息交互標(biāo)準(zhǔn)化，消息的內(nèi)容多樣化，并全面支持民航IT系統(tǒng)的多媒體化。目前國(guó)內(nèi)外民航業(yè)廣泛使用的非實(shí)時(shí)消息采用的是IATA TypeB標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)使用近30年，但是隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展以及各種計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的進(jìn)步，使得TypeB報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)的弊端不斷暴露：報(bào)文長(zhǎng)度受限，格式固定，無法為民航IT系統(tǒng)傳遞復(fù)雜的數(shù)據(jù)；無法支持民航業(yè)的多媒體化；報(bào)文無生命周期管理等，因此中國(guó)民航業(yè)亟需建設(shè)TypeX報(bào)文系統(tǒng)來解決上述問題。

航空業(yè)是信息化最早的行業(yè)之一，為了運(yùn)營(yíng)其全球性的網(wǎng)絡(luò)、保持極高的營(yíng)運(yùn)安全以及實(shí)現(xiàn)IT系統(tǒng)的高度信息自動(dòng)化，需要頻繁地進(jìn)行可靠的B2B通信。但在航空業(yè)誕生時(shí)，還沒有全球統(tǒng)一的開放信息通訊標(biāo)準(zhǔn)，甚至連OSI模型都沒有提出，因此，由IATA制定了民航業(yè)專有的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)消息標(biāo)準(zhǔn)——TypeB報(bào)文協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定了TypeB報(bào)文的尋址、路由、格式等相關(guān)內(nèi)容，滿足了早期民航業(yè)的B2B通信需求。但隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及以及眾多開放信息通信標(biāo)準(zhǔn)的涌現(xiàn)，航空業(yè)的專有標(biāo)準(zhǔn)也在從封閉走向開放，TypeB也面臨著被開放報(bào)文協(xié)議TypeX取代的巨大挑戰(zhàn)[1]。

文中涉及的主要專業(yè)術(shù)語意義如下：

IATA：國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（international air transport association）是一個(gè)由世界各國(guó)航空公司所組成的大型國(guó)際組織，負(fù)責(zé)統(tǒng)一國(guó)際航空運(yùn)輸規(guī)則等事務(wù)。

GDS：全球分銷系統(tǒng)（global distribution system），是應(yīng)用于民航運(yùn)輸及整個(gè)旅游業(yè)的大型計(jì)算機(jī)信息服務(wù)系統(tǒng)。

雙簽碼：2位數(shù)字和字母的組合，代表第三方公司。當(dāng)報(bào)文中出現(xiàn)雙簽碼時(shí)，該報(bào)文產(chǎn)生的傳輸費(fèi)用由雙簽碼代表的公司支付。

PDM（possible duplicate message）：TypeX 報(bào)文中用此屬性標(biāo)識(shí)重復(fù)報(bào)文。

1 建設(shè)TypeX報(bào)文系統(tǒng)必要性

最近十幾年，航空業(yè)的業(yè)務(wù)種類以及業(yè)務(wù)量在爆發(fā)式增長(zhǎng)，航空領(lǐng)域消費(fèi)模式在快速變革，航空領(lǐng)域營(yíng)銷方式以及運(yùn)營(yíng)方式向多元化發(fā)展，在使用TypeB報(bào)文進(jìn)行B2B通信時(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)[2]：

1）報(bào)文長(zhǎng)度受限、格式固定、內(nèi)容擴(kuò)展性差，無法表現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)，無法適應(yīng)航空業(yè)越來越豐富的新應(yīng)用以及快速變化的新需求；

2）報(bào)文不能攜帶多媒體信息，限制了報(bào)文的服務(wù)范圍，無法幫助航空公司、機(jī)場(chǎng)的IT系統(tǒng)向多媒體化發(fā)展，無法為旅客帶來更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗(yàn)；

3）報(bào)文無生命周期管理，報(bào)文傳輸發(fā)生故障時(shí)，難以追溯和恢復(fù)；

4）建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信時(shí)，需要雙邊協(xié)議以使兩方應(yīng)用兼容，降低了系統(tǒng)間交互的效率；

5）歷史原因。報(bào)文大量使用私有網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)傳輸，帶寬成本高；在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，使用MATIP、BATAP等航空業(yè)專有協(xié)議，不利于與公共開放網(wǎng)絡(luò)互連互通；

6）由于TypeB報(bào)文使用自由文本格式，客戶端應(yīng)用在使用TypeB報(bào)文時(shí)，對(duì)報(bào)文的分析是逐個(gè)比特進(jìn)行的，并且處理邏輯大都采用硬編碼，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變化或應(yīng)用需求變更，都會(huì)耗費(fèi)大量的開發(fā)成本和時(shí)間成本，且系統(tǒng)不易維護(hù)。

面對(duì)上述弊端，國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)、航空公司以及GDS在建設(shè)新一代計(jì)算機(jī)訂座、旅客離港、機(jī)票分銷系統(tǒng)以及空地通信、地面保障等最為重要的IT系統(tǒng)時(shí)采用基于開放標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)，并使用XML數(shù)據(jù)格式。隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，基于開放標(biāo)準(zhǔn)的XML消息和web service通信架構(gòu)早已成為目前B2B通信的主流解決方案。使用開放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，開發(fā)人員無需學(xué)習(xí)航空業(yè)專有協(xié)議，可使用多種編程語言、開發(fā)平臺(tái)和自動(dòng)化工具，能得到大量的IT組織和團(tuán)體的支持，這都將大幅降低人力成本。由于XML自描述、結(jié)構(gòu)化以及松耦合的特性，使應(yīng)用的開發(fā)效率大大提高，同時(shí)降低了不同業(yè)務(wù)間整合的難度，也減少了應(yīng)用維護(hù)成本。為了解決TypeB報(bào)文的問題，SITA和ARINC成立了TypeX工作組，將TypeB報(bào)文與XML等開放標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來，起草了TypeX報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)，得到了IATA的支持和認(rèn)可。

2 建設(shè)思路和目標(biāo)

建設(shè)TypeX報(bào)文系統(tǒng)的目的是解決目前TypeB報(bào)文系統(tǒng)面臨的問題，最終完全替代TypeB報(bào)文系統(tǒng)[3]。

建設(shè)思路：

1）借鑒W3C相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及參考IATA TypeX報(bào)文規(guī)范；

2）對(duì)國(guó)外已實(shí)現(xiàn)的TypeX報(bào)文系統(tǒng)的功能，從技術(shù)上提出具體的解決方案；

3）使用成熟的消息中間件以及主流的開發(fā)框架實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)；

4）聯(lián)合國(guó)內(nèi)外各大航空公司、機(jī)場(chǎng)以及GDS，對(duì)接相關(guān)應(yīng)用，對(duì)TypeX報(bào)文系統(tǒng)進(jìn)行功能、性能以及壓力測(cè)試。

建設(shè)目標(biāo)：

1）為國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)、航空公司以及GDS提供符合I ATA TypeX標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文服務(wù)；

2）使報(bào)文系統(tǒng)的接入標(biāo)準(zhǔn)化，報(bào)文系統(tǒng)接口的開發(fā)簡(jiǎn)單化，從而降低系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜肆σ约熬S護(hù)成本；

3）整合民航業(yè)內(nèi)部信息系統(tǒng)，解決信息孤島，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間無縫信息交換。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

3.1 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

TypeX報(bào)文除了具備TypeB報(bào)文的所有功能外，還可對(duì)報(bào)文進(jìn)行回路檢測(cè)、重復(fù)檢測(cè)以及生命周期管理，TypeX報(bào)文使用W3C XML標(biāo)準(zhǔn)，使報(bào)文結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展并能夠攜帶所有類型的數(shù)據(jù)。TypeX報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 TypeX報(bào)文結(jié)構(gòu)Fig.1 TypeX message schema

圖1中，TXM_Header是TypeX報(bào)文的消息頭，包含報(bào)文發(fā)送方、報(bào)文接收方、消息體、系統(tǒng)間會(huì)話、系統(tǒng)間命令以及報(bào)文可靠性等詳細(xì)信息。描述報(bào)文屬性的信息包含在TXM_BodyHeader中，包括發(fā)報(bào)地址、目的地址、報(bào)文經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)信息、報(bào)文的雙簽碼、報(bào)文的群組信息等30多項(xiàng)屬性。

TXM_Body是報(bào)文的消息體，包括TXM_Payload、TXM_Faut、TXM_Report等屬性。其中，TXM_Payload是報(bào)文攜帶的具體消息；TXM_Faut描述了當(dāng)報(bào)文傳輸發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，給發(fā)報(bào)方的相關(guān)錯(cuò)誤信息；TXM_Report描述了當(dāng)報(bào)文傳輸成功的時(shí)侯，給發(fā)報(bào)方發(fā)送的報(bào)告信息。

TXM_Attachment是報(bào)文的附件，可以是2進(jìn)制的各種信息（音頻、視頻、文本、圖片等），也可以是URI信息。

TypeX報(bào)文包含近200個(gè)屬性，但很多屬性是可選的，不同功能的報(bào)文，屬性也不盡相同。

3.2 傳輸節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

為了支持高并發(fā)以及高可用性，將TypeX報(bào)文系統(tǒng)設(shè)計(jì)成節(jié)點(diǎn)分布式，實(shí)現(xiàn)報(bào)文的點(diǎn)到點(diǎn)傳輸和端到端傳輸，并支持同步和異步的消息傳輸。TypeX數(shù)據(jù)在不同節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)氖疽鈭D如圖2所示。

圖2 TypeX報(bào)文通信Fig.2 TypeX message communication

3.3 協(xié)議設(shè)計(jì)

每一個(gè)TypeX傳輸節(jié)點(diǎn)都需要實(shí)現(xiàn)一系列開放協(xié)議，分層展示如圖3所示。

圖3 TypeX報(bào)文節(jié)點(diǎn)Fig.3 TypeX message node

客戶端應(yīng)用：提供TypeX報(bào)文所需的關(guān)鍵信息，如報(bào)文的收發(fā)地址、內(nèi)容等。

TypeX消息代理：此層是客戶端應(yīng)用和消息協(xié)議棧的適配器，根據(jù)客戶端應(yīng)用提供的信息，組裝TypeX報(bào)文，并兼容TypeB報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用間可靠性保障協(xié)議：可使用XATAP（TypeX application to application protocol）協(xié)議來保障TypeX報(bào)文的可靠性傳輸，也可利用持久化隊(duì)列或數(shù)據(jù)庫(kù)來實(shí)現(xiàn)。

會(huì)話管理：目標(biāo)是監(jiān)控、控制以及保持應(yīng)用間的連接?？墒褂肵SM協(xié)議或消息中間件實(shí)現(xiàn)。

消息協(xié)議層：定義消息傳輸模型?？梢允褂肧OAP、JMS 等協(xié)議實(shí)現(xiàn)[4]。

數(shù)據(jù)傳輸層：負(fù)責(zé)消息的實(shí)際傳輸。符合TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議（HTTP、SMTP、FTP、MATIP 等）均可使用[5]。

4 關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

4.1 地址處理

TypeX系統(tǒng)中，除了完全兼容TypeB系統(tǒng)的各類地址以外，還要能夠處理傳真、電報(bào)、短信、URI等類型的地址，實(shí)現(xiàn)與其他通信系統(tǒng)的無縫對(duì)接。

4.2 報(bào)文生命周期管理

TypeB系統(tǒng)中，報(bào)文無生命周期管理。在TypeX報(bào)文中，通過設(shè)置不同的參數(shù)，對(duì)報(bào)文的生命周期進(jìn)行管理。如設(shè)置LifeTime參數(shù)（某個(gè)時(shí)間）后，一旦在此時(shí)間之前，報(bào)文還沒有被送達(dá)，系統(tǒng)將自動(dòng)產(chǎn)生一條報(bào)告，發(fā)送給報(bào)文最初發(fā)送方，通知此報(bào)文沒有成功發(fā)送。設(shè)置ExpirationTime參數(shù)（某段時(shí)間），告知報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)需要存儲(chǔ)此條報(bào)文的時(shí)間。

4.3 實(shí)現(xiàn)XATAP協(xié)議

TypeB系統(tǒng)中，如果報(bào)文發(fā)送3次失敗，則不再繼續(xù)發(fā)送。TypeX系統(tǒng)依靠XATAP協(xié)議，通過在報(bào)文中設(shè)置SerialNumber參數(shù)及XATAP Id來保證報(bào)文在不重復(fù)的前提下一直發(fā)送，直到接收方返回確認(rèn)信息[6]。工作流程如圖4所示。

圖4 XATAP協(xié)議機(jī)制Fig.4 Interaction diagram of XATAP

4.4 回路報(bào)文檢測(cè)

由于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的缺陷，TypeB系統(tǒng)有可能產(chǎn)生“回路報(bào)文”，如圖5所示。

圖5 回路報(bào)文Fig.5 Looping message

圖5中，節(jié)點(diǎn)A為某應(yīng)用轉(zhuǎn)發(fā)一條報(bào)文，其判斷節(jié)點(diǎn)B可將此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，故將此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)B處理，而節(jié)點(diǎn)B判斷節(jié)點(diǎn)A有能力將此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，又將此報(bào)文發(fā)回節(jié)點(diǎn)A。接下來，此條報(bào)文將在節(jié)點(diǎn)A、B之間來回轉(zhuǎn)發(fā)，產(chǎn)生了一條“回路報(bào)文”。由于報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)產(chǎn)生費(fèi)用，此類報(bào)文可能給報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)方造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且同一條報(bào)文在兩個(gè)系統(tǒng)間反復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)，會(huì)浪費(fèi)大量的系統(tǒng)資源，甚至造成系統(tǒng)崩潰。

在TypeX系統(tǒng)中，通過設(shè)置NodeTrace參數(shù)避免“回路報(bào)文”的產(chǎn)生，如圖6所示。

圖6 回路報(bào)文檢測(cè)Fig.6 Looping message detection

圖6中，節(jié)點(diǎn)A在為某應(yīng)用轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文時(shí)，報(bào)文的NodeTrace記錄NodeA，節(jié)點(diǎn)A判斷節(jié)點(diǎn)B可將此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，故將此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)B處理，報(bào)文的NodeTrace記錄NodeA、NodeB，節(jié)點(diǎn)B判斷節(jié)點(diǎn)A有能力將此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，又將此報(bào)文發(fā)回節(jié)點(diǎn)A。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)A發(fā)現(xiàn)報(bào)文的NodeTrace中有NodeA的記錄后，拋出此報(bào)文并報(bào)錯(cuò)，交給系統(tǒng)維護(hù)人員定期處理，避免了“回路報(bào)文”的產(chǎn)生。

4.5 錯(cuò)誤報(bào)文處理

當(dāng)TypeB系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)無法將報(bào)文發(fā)送至目的地時(shí)，沒有完善的機(jī)制通知發(fā)報(bào)方，解決辦法往往是人工介入處理，不符合航空信息系統(tǒng)自動(dòng)化處理的趨勢(shì)。

在TypeX系統(tǒng)中，如果報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)無法將報(bào)文發(fā)送至目的地，將給報(bào)文發(fā)送方自動(dòng)回復(fù)無法轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的具體原因，并攜帶國(guó)際通用的錯(cuò)誤碼供發(fā)報(bào)方系統(tǒng)自動(dòng)處理。

5 應(yīng)用場(chǎng)景

5.1 機(jī)場(chǎng)

國(guó)內(nèi)某大型機(jī)場(chǎng)貨運(yùn)部門，因業(yè)務(wù)需要，裝卸貨人員需要將貨物的運(yùn)單信息手工抄錄至運(yùn)單系統(tǒng)，運(yùn)單系統(tǒng)將運(yùn)單信息分析處理后，生成TypeB報(bào)文，供機(jī)場(chǎng)內(nèi)部其他貨運(yùn)系統(tǒng)查詢、備案以及IT系統(tǒng)間交互使用。但隨著最近幾年貨運(yùn)業(yè)務(wù)量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，上述工作耗費(fèi)極大的人力，并且在人工抄錄過程中極易出錯(cuò)。在系統(tǒng)改造過程中，利用高清相機(jī)將運(yùn)單信息生成圖片，數(shù)據(jù)由相應(yīng)設(shè)備自動(dòng)錄入至運(yùn)單系統(tǒng)，經(jīng)過計(jì)算后，生成TypeX報(bào)文，最后利用TypeX報(bào)文系統(tǒng)，將攜帶圖片信息的TypeX報(bào)文通過多種接口進(jìn)行發(fā)布，不僅機(jī)場(chǎng)內(nèi)部IT系統(tǒng)可以查詢使用，相關(guān)外部人員也可安全高效的訪問此數(shù)據(jù)。

此系統(tǒng)改造后，減少了近80%的運(yùn)單信息錄入人員，降低了機(jī)場(chǎng)的用工成本；有效避免了信息的錯(cuò)誤錄入，提高了系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性；豐富的數(shù)據(jù)接口以及靈活的發(fā)布方式也避免了信息孤島的產(chǎn)生，提高了數(shù)據(jù)的使用效率。

5.2 海關(guān)

某些國(guó)外海關(guān)出于安?？紤]，要求入境的國(guó)際航班提供機(jī)組報(bào)以及旅客PNR報(bào)，并規(guī)定報(bào)文格式為XML。中國(guó)航信在為中國(guó)航空公司完成此需求時(shí)發(fā)現(xiàn)，目前廣泛使用的TypeB報(bào)文由于長(zhǎng)度受限以及報(bào)文格式等原因無法使用，最終采用TypeX報(bào)文為該國(guó)海關(guān)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)。首先從中國(guó)民航的主機(jī)旅客服務(wù)系統(tǒng)下載相應(yīng)航班的機(jī)組報(bào)以及旅客PNR報(bào)，按照某國(guó)海關(guān)的要求，生成相應(yīng)的XML數(shù)據(jù)，利用TypeX報(bào)文系統(tǒng)提供的web service接口，生成TypeX報(bào)文，放入某國(guó)海關(guān)的MQ隊(duì)列中，供其身份識(shí)別系統(tǒng)使用。

此系統(tǒng)的投產(chǎn)，豐富了中國(guó)民航的數(shù)據(jù)傳輸方式，打通了中國(guó)民航業(yè)與國(guó)外海關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸通道，是中國(guó)航空公司走向國(guó)際化的重要組成部分。

6 Type X報(bào)文系統(tǒng)存在的問題

1）TypeX報(bào)文采用XML格式，存在冗余信息，傳輸時(shí)增加帶寬消耗。但由于TypeX報(bào)文在因特網(wǎng)上可以使用數(shù)字簽名和加密技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸可以從昂貴的專網(wǎng)轉(zhuǎn)移至價(jià)格低廉的公共網(wǎng)絡(luò)，因此可以增加公共網(wǎng)絡(luò)的使用來降低帶寬費(fèi)用。

2）歷史的計(jì)費(fèi)模式需要進(jìn)一步探討，由于XML文件本身含有冗余信息，因此不再適合使用比特作為計(jì)費(fèi)單位。

7 結(jié)語

本文在借鑒IATA TypeX標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)外TypeX系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過研究國(guó)內(nèi)外航空公司、機(jī)場(chǎng)對(duì)TypeX報(bào)文傳輸?shù)膶?shí)際需求，結(jié)合目前最新的軟件技術(shù)以及架構(gòu)，提出中國(guó)民航TypeX報(bào)文系統(tǒng)的解決方案，對(duì)TypeX報(bào)文系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案，并列舉了目前已經(jīng)投入服務(wù)的的領(lǐng)域，解決了目前TypeB報(bào)文系統(tǒng)存在的問題。通過闡述TypeX報(bào)文系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，為航空公司、機(jī)場(chǎng)的新一代IT系統(tǒng)建設(shè)的設(shè)計(jì)提供思考的方向。

截至2012年底，中國(guó)的民航旅客運(yùn)輸量已位居世界第二，中國(guó)是民航大國(guó)，但不是民航強(qiáng)國(guó)。中國(guó)在全球民航業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則的制定上參與很少，在航空聯(lián)盟中也鮮有話語權(quán)，在IT系統(tǒng)建設(shè)上也僅限于解決實(shí)際生產(chǎn)需要，前瞻性技術(shù)研究的開展少之又少。TypeX作為TypeB報(bào)文的下一代標(biāo)準(zhǔn)，研究?jī)r(jià)值極高，其應(yīng)用遍布民航旅客服務(wù)、營(yíng)銷、離港以及貨運(yùn)等重要領(lǐng)域，民航各IT系統(tǒng)提前布局TypeX報(bào)文的相關(guān)應(yīng)用顯得尤為重要。

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