浦東機場AWOS通信設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

王偉清

摘 要

上海浦東四號跑道作為近年新投入使用的跑道，氣象自動觀測設(shè)備（AWOS）之間的通信方式已升級為光纖傳輸，與以往大不相同，所以需要開發(fā)一套與之相對應(yīng)的通信設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)來第一時間發(fā)現(xiàn)和定位出現(xiàn)故障的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】民航氣象 AWOS 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 軟件開發(fā)

現(xiàn)如今隨著民航航班量的增加，上海浦東機場跑道資源日益捉襟見肘。2013年全年浦東機場旅客吞吐量已超過4700萬人次，航班準點率再次受到考驗，浦東四跑道甚至五跑道的建設(shè)和投入使用迫在眉睫。

1 概況

氣象自動觀測系統(tǒng)（簡稱AWOS），是能自動觀測和傳遞跑道視程、氣壓、溫濕度、露點、風速風向和雨量的一整套氣象要素信息的自動測量設(shè)備，一條跑道擁有數(shù)個觀測設(shè)備同時對跑道氣象要素進行測量和監(jiān)控，并將計算處理后的數(shù)據(jù)提供給塔臺管制部門和民航氣象觀測部門使用，以保證飛行安全。

上海浦東機場四跑道AWOS于2014年建設(shè)完成并試運行，該系統(tǒng)使用芬蘭VAISALA公司的自動觀測解決方案，在跑道附近設(shè)置多套自動觀測設(shè)備分別測量氣象要素信息，并通過光纖環(huán)網(wǎng)的方式將測量信息傳輸至航管樓內(nèi)的處理服務(wù)器（CDU）中，再由CDU處理后統(tǒng)一發(fā)布至用戶使用。

由于氣象設(shè)備分布于跑道邊，光交換機也被布置在跑道邊，包括浦東四跑道南北下滑臺，南北跑道中線的延長線近臺和跑道中間邊共計5個點，而光纖環(huán)網(wǎng)的設(shè)計相較于過去模擬線路接入擁有眾多優(yōu)點，例如：光纖環(huán)網(wǎng)傳輸速度更快；通信延遲更低；光纖相較于模擬線路使用較多的雙絞線更加可靠等?；诠饫w環(huán)網(wǎng)的優(yōu)點，當某一段節(jié)點與節(jié)點之間光纖損壞斷開，環(huán)網(wǎng)會變成C形網(wǎng)，但是不影響各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸，所以在一定程度上可以減少數(shù)據(jù)丟失故障的概率。但也為日常維護檢查造成困難，若某一段光纖故障，系統(tǒng)界面與用戶數(shù)據(jù)不會顯示異常，維護人員也就無法及時發(fā)現(xiàn)故障，造成安全隱患。為了提示已經(jīng)出現(xiàn)的故障和對故障的快速定位，開發(fā)一套針對浦東四跑道AWOS通信設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)刻不容緩。

2 開發(fā)環(huán)境與過程

2.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計初衷是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和硬件資源條件下，使用軟件程序?qū)崟r讀取和監(jiān)控四跑道光纖環(huán)網(wǎng)各節(jié)點路由器的狀態(tài)，判斷節(jié)點和節(jié)點間線路是否正常，若存在故障情況，使用警示音告警和狀態(tài)圖示提醒維護人員檢查相關(guān)設(shè)備。為適配在AWOS維護終端的WINDOWS操作系統(tǒng)長期運行該監(jiān)控程序，程序基于.NET Framework 4.0框架，并使用C#語言編寫，來最大限度保證程序的可靠性和易維護性。整個開發(fā)過程從浦東機場四跑道建設(shè)之初就開始籌備，但出于機場AWOS網(wǎng)段的穩(wěn)定安全考慮，整個過程經(jīng)過開發(fā)完善試運行一年后才正式投入使用，在程序正式接入該網(wǎng)段前通過多次小規(guī)模實驗，確保不至于正在使用的設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)的錯誤。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

浦東四跑道光纖環(huán)網(wǎng)使用的終端節(jié)點設(shè)備使用的是TRANSITION NETWORK的千兆光纖交換機（以下簡稱光交換機），該設(shè)備具有4個10/100/1000M自適應(yīng)RJ-45網(wǎng)口和4個100/1000M單模光纖模塊，具備交換機功能，RJ-45網(wǎng)絡(luò)端口連接AWOS設(shè)備，光纖部分組成環(huán)網(wǎng)，9針串口可以方便維護人員現(xiàn)場通過命令行控制設(shè)備，自備維護/監(jiān)控IP地址用以通過HTTP協(xié)議遠程進入系統(tǒng)后臺監(jiān)控和維護操作，本監(jiān)控系統(tǒng)即是基于系統(tǒng)后臺網(wǎng)頁來實時監(jiān)控設(shè)備運行狀況。該光交換機后臺擁有顯示實時流量監(jiān)控portstat.htm頁面，使用讀取字符串的形式對HTML文件進行解讀，通過程序根據(jù)流量變化判斷線路的連接狀態(tài)。

2.3 軟件判斷方式

若其中某一段物理線路斷開，整個網(wǎng)絡(luò)會成為C型網(wǎng)，斷開線路的兩端的光交換機之間的數(shù)據(jù)交換會通過另外一邊的正常線路經(jīng)過整個環(huán)網(wǎng)進行交換，從頁面中的流量信息中就可以解讀出來，若監(jiān)控的流量經(jīng)過一段時間后仍無變化，則程序可判斷該光交換機連接的兩端線路出現(xiàn)問題；若其中一臺光交換機因故障而離線，由于這時無法正常連接進入后臺網(wǎng)頁，并且各交換機的IP地址固定，程序也能判斷出某一臺光交換機由于故障無法正常獲取，發(fā)出告警通知設(shè)備維護人員。后臺流量信息還包括另外四個RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口，這些接口連接著跑道內(nèi)各個地點的氣象觀測設(shè)備，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的部署就是為了將這些氣象觀測設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器和用戶，外場設(shè)備可能因為物理通信鏈路斷開、設(shè)備故障、老化等原因無法向服務(wù)器通信，所以通過對RJ-45流量的分析，就可以判斷外場設(shè)備是否正常運行，而當服務(wù)器判斷設(shè)備故障，但是流量監(jiān)控數(shù)據(jù)正常，就可以綜合判斷出可能是通信線路出現(xiàn)干擾或破壞，數(shù)據(jù)出現(xiàn)亂碼等問題。

3 案例

2015年3月21日，監(jiān)控程序上線正式運行的第三個月，當日氣象設(shè)備維護值班員突然收到監(jiān)控程序告警，浦東四跑道中間點光交換機至南下滑臺的相應(yīng)端口流量未變化，但浦東四跑道所有氣象數(shù)據(jù)（包括風速、風向、能見度值）均正常輸出。值班人員立刻判斷出可能為中間或南下滑的光交換機光纖模塊故障或光纖損壞，帶上備用光交換機趕赴四跑道中間氣象觀測點，發(fā)現(xiàn)該光交換機至南下滑臺的光纖狀態(tài)燈不正常，換上備件光纖模塊后狀態(tài)馬上恢復。該故障因為環(huán)網(wǎng)的冗余性若非使用監(jiān)控軟件極難察覺，并且整個故障點的判斷過程從發(fā)現(xiàn)告警就已經(jīng)基本確定，故障的排查也沒有走彎路，為設(shè)備維護提供了極大的便利。

4 存在的問題與展望

當然該程序的使用過程中也出現(xiàn)了不少問題，例如程序因為是通過內(nèi)建預(yù)設(shè)置進行判斷光交換機位置，當物理網(wǎng)絡(luò)連接方式變化，程序無法判斷當前正確的網(wǎng)絡(luò)拓撲，只能通過源代碼修改和重新編譯來更新；再例如為了避免網(wǎng)絡(luò)負載過大，程序內(nèi)對各個光交換機的網(wǎng)頁刷新是建立在固定輪詢頻率上的（現(xiàn)為一分鐘一次），所以并不能嚴格稱之為實時監(jiān)控，作為程序的開發(fā)者，我認為使用光交換機上的9針維護端口可以更加安全有效地進行監(jiān)控操作，并接入環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)而非單獨組成網(wǎng)絡(luò)，但這需要增加通信設(shè)備來傳送至監(jiān)控終端，無疑增加了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、系統(tǒng)復雜度和預(yù)算。希望今后有更完善的方式來使用該類軟件進行更有效地監(jiān)控四跑道甚至發(fā)展延伸到所有使用類似拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為生產(chǎn)和維護提供便利。

參考文獻

[1]馬駿.C#程序設(shè)計及應(yīng)用教程（第2版）[J].大陸，2009.

[2]杜勇.光纖環(huán)網(wǎng)在首都機場電力自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2010（11）：76-79.

作者單位

民航華東空管局氣象中心 上海市 200335