民航空管光纖KVM矩陣應(yīng)用探討

許蔚樂

（民航華東空管局，上海 200050）

0 引 言

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，民航事業(yè)進(jìn)入了增長快車道，全年航班量逐年快速增加。為提供更加高效、安全、有序的空中交通管制服務(wù)，民航空管部門加大了新技術(shù)、新設(shè)備的研究和應(yīng)用。本文通過對(duì)多個(gè)典型應(yīng)用案例的分析，探討光纖KVM矩陣技術(shù)在民航空管行業(yè)可行的應(yīng)用場景和模式，并結(jié)合對(duì)多家一線廠商光纖KVM矩陣產(chǎn)品的使用和測試經(jīng)驗(yàn)，闡述該項(xiàng)技術(shù)目前存在的主要問題，同時(shí)提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。

1 光纖KVM矩陣

1.1 KVM介紹

KVM是英文單詞Keyboard、Video和Mouse的首字母縮寫，也就是鍵盤、視頻和鼠標(biāo)，是一套基本控制系統(tǒng)的組成部分。KVM最基本的概念是通過一套鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)計(jì)算機(jī)主機(jī)的控制。廣義而言，它是指針對(duì)大量數(shù)據(jù)、信息的管理和控制系統(tǒng)或平臺(tái)。

KVM最早是開發(fā)出來用于機(jī)房維護(hù)、管理的技術(shù)與配套設(shè)備，使機(jī)房維護(hù)人員能用少量鍵鼠和顯示器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)量眾多服務(wù)器的切換，以快速定位至所需設(shè)備。隨著控制中心、指揮中心等需求的增長，KVM技術(shù)也延伸到了這些領(lǐng)域。

為了滿足不斷增長的各行業(yè)的不同類型需求，KVM技術(shù)也在不斷進(jìn)化。KVM技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)經(jīng)歷了模擬KVM、數(shù)字KVM、分布式IP KVM和第四代光纖KVM矩陣4個(gè)階段。目前，市場上用于控制中心、指揮中心的主流技術(shù)是分布式IP KVM和光纖KVM矩陣。由于分布式IP KVM在穩(wěn)定性和安全性上存在缺陷，因此下面將主要介紹光纖KVM矩陣。

1.2 光纖KVM矩陣

光纖KVM系統(tǒng)的基本架構(gòu)包括信號(hào)接入端、光纖KVM管控主機(jī)和信號(hào)管控端3個(gè)部分。光纖KVM技術(shù)底層采用全光纖架構(gòu)，配置專用的核心芯片；信號(hào)傳輸不再通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，而是通過信號(hào)接入端和信號(hào)管控端，采用單模/多模光纖、網(wǎng)線等傳輸介質(zhì)直接接入光纖KVM管控主機(jī)；KVM管控主機(jī)除了權(quán)限管理、音視頻調(diào)度、控制信號(hào)調(diào)度等功能外，多具備板卡熱插拔、自動(dòng)熱跳轉(zhuǎn)等，以提升其穩(wěn)定性和可靠性?？傮w而言，它具備諸多優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的傳輸采取私有協(xié)議（非IP協(xié)議），加強(qiáng)了信息安全性；具備主備瞬間熱跳轉(zhuǎn)能力，避免了單點(diǎn)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)癱瘓；全光纖架構(gòu)帶來的超大帶寬，保障了信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和流暢效果?；谏鲜鰞?yōu)勢，它非常適合于空管、廣電、機(jī)場、電信和電力等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域。

2 典型應(yīng)用案例

2.1 新疆空管局烏魯木齊塔臺(tái)光纖KVM矩陣應(yīng)用

新疆空管局2015年10月在烏魯木齊塔臺(tái)施工項(xiàng)目中正式使用光纖KVM矩陣設(shè)備，將位于航管樓設(shè)備機(jī)房內(nèi)的主機(jī)信號(hào)傳輸至直線距離近1 km外的T1塔臺(tái)供管制員遠(yuǎn)程使用，在我國空管行業(yè)尚屬首次。經(jīng)由民航華東空管局安排，筆者于2016年1月對(duì)新疆空管局光纖KVM矩陣使用情況進(jìn)行調(diào)研，現(xiàn)將相關(guān)情況簡要說明如下。

2.1.1 項(xiàng)目背景

地窩堡機(jī)場塔臺(tái)始建于1995年，當(dāng)時(shí)每日起降航班架次約為30架次。至2015年8月，每日起降航班架次突破500架次，增長近17倍。隨著航班量的快速增長，塔臺(tái)設(shè)備量急劇增加，塔臺(tái)指揮層和設(shè)備環(huán)層已經(jīng)沒有容納更多設(shè)備的能力。但是，隨著烏魯木齊區(qū)域管制中心項(xiàng)目的推進(jìn)，區(qū)管項(xiàng)目中包含的新增塔臺(tái)設(shè)備如何安裝成為擺在新疆空管局面前的一道難題。

2.1.2 應(yīng)用方案

新疆空管局先后提出了3個(gè)施工方案，如表1所示。經(jīng)過仔細(xì)比對(duì)方案優(yōu)缺點(diǎn)，最終決定采用方案3，即利用光纖KVM矩陣設(shè)備幫助解決面臨的困難。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，光纖KVM矩陣技術(shù)在空管行業(yè)的應(yīng)用會(huì)帶來一系列好處：設(shè)備可以集中到專用機(jī)房統(tǒng)一管理，延長了設(shè)備使用壽命，也便于設(shè)備的維護(hù)和排故；實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離，改善了管制員的工作環(huán)境，提升了人員工作效率；可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多人或一人多機(jī)，提升了管制員的信息使用效率，便于實(shí)施協(xié)同指揮；為面向管制的設(shè)備擴(kuò)容、項(xiàng)目施工提供了極大便利，使得不停航施工成為可能；支持級(jí)聯(lián)堆疊技術(shù)，具備良好的擴(kuò)展性。

2.2 成都機(jī)坪塔臺(tái)光纖KVM矩陣應(yīng)用

2.2.1 項(xiàng)目背景

根據(jù)民航局航空器機(jī)坪運(yùn)行管理移交的工作要求，成都雙流國際機(jī)場需要組建機(jī)坪塔臺(tái)管理部門，接手航空器機(jī)坪運(yùn)行管理工作。成都雙流機(jī)場最終選擇將原空管老塔臺(tái)重新裝修后作為機(jī)坪塔臺(tái)，這是因?yàn)槔纤_(tái)空間有限，指揮層和設(shè)備環(huán)層無法容納所有設(shè)備，同時(shí)無法滿足未來設(shè)備的擴(kuò)容空間需求。

2.2.2 應(yīng)用方案

機(jī)坪塔臺(tái)采用的方案：管制指揮層僅保留顯示器、鍵鼠、光纖KVM矩陣接收設(shè)備以及少部分不適合接入矩陣的設(shè)備；其他所有設(shè)備下沉至各設(shè)備機(jī)房；通過光纖KVM矩陣將信號(hào)延長至管制指揮層。

2.3 上海虹橋和浦東機(jī)場塔臺(tái)光纖KVM矩陣應(yīng)用

2.3.1 項(xiàng)目背景

上海虹橋和浦東機(jī)場是我國排名前10的兩大繁忙國際機(jī)場，虹橋和浦東兩場塔臺(tái)（以下簡稱兩場塔臺(tái)）日均指揮航班起降超2 100余架次（2019年底數(shù)據(jù)），與之相對(duì)的是兩場塔臺(tái)設(shè)備量已經(jīng)遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)容量，指揮層或設(shè)備環(huán)層均已無合適空間容納額外設(shè)備。

表1 新疆空管局施工方案對(duì)比

2017年上海終端管制中心工程項(xiàng)目開始設(shè)備建設(shè)，包含對(duì)兩場塔臺(tái)空管主備自動(dòng)化設(shè)備的更新，意味著在更新項(xiàng)目完工前，兩場塔臺(tái)同時(shí)會(huì)有新老共4套空管自動(dòng)化系統(tǒng)共存，而塔臺(tái)正常運(yùn)行不能中斷，所有的設(shè)備安裝、調(diào)試、上線測試都必須在后臺(tái)完成。新的設(shè)備放哪里，怎么給塔臺(tái)使用，是現(xiàn)場設(shè)備施工前需要重點(diǎn)考慮的問題。

2.3.2 應(yīng)用方案

兩場采用的方案：新增設(shè)備全部下沉至塔臺(tái)裙樓設(shè)備專用機(jī)房；使用光纖KVM矩陣設(shè)備將信號(hào)延長至管制指揮層；指揮層在用顯示器具備多信號(hào)源輸入和切換功能，顯示信號(hào)經(jīng)KVM矩陣后進(jìn)入顯示器的空閑輸入端口，需要時(shí)通過手動(dòng)切換顯示；管制控制臺(tái)上額外放置一套鍵鼠，用于接收KVM矩陣傳輸過來的鍵鼠信號(hào)。

3 應(yīng)用場景探討

光纖KVM矩陣技術(shù)的應(yīng)用給空管設(shè)備建設(shè)創(chuàng)造了便利條件，為現(xiàn)場項(xiàng)目實(shí)施提供了更多可選項(xiàng)，加上光纖KVM矩陣具備的穩(wěn)定、可靠、安全、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，使其比較適合民航空管的諸多應(yīng)用場景。

3.1 老舊塔臺(tái)設(shè)備更新擴(kuò)容

目前，我國各地仍有為數(shù)眾多的空管塔臺(tái)存在因塔臺(tái)空間不足導(dǎo)致設(shè)備更新擴(kuò)容實(shí)施受阻的情況，若能使用光纖KVM矩陣，將會(huì)大大降低施工難度。

3.2 新建塔臺(tái)設(shè)備安裝

通過使用光纖KVM矩陣，將設(shè)備完全下沉至專用設(shè)備機(jī)房統(tǒng)一管理，延長了設(shè)備使用壽命，減少了不必要的故障和隱患，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的人機(jī)分離，提升了管制員工作環(huán)境的舒適度，也為將來的設(shè)備更新擴(kuò)容創(chuàng)造了良好條件。

3.3 第二塔臺(tái)設(shè)備安裝

隨著大型機(jī)場的擴(kuò)建，跑道數(shù)量增多，原有塔臺(tái)無法滿足機(jī)場活動(dòng)指揮需求，各地開始著手第二塔臺(tái)的規(guī)劃和建設(shè)。一般情況下，第二塔臺(tái)的位置離原有塔臺(tái)會(huì)有一定距離，設(shè)備配置和正常塔臺(tái)一致。如果仍按以前的設(shè)備運(yùn)維思路，需在第二塔臺(tái)安排同樣的配置設(shè)備運(yùn)維人員值守，會(huì)造成人員支出的極大增長。如能將第二塔臺(tái)設(shè)備統(tǒng)一建設(shè)在原塔臺(tái)設(shè)備機(jī)房，然后將信號(hào)通過光纖KVM矩陣延長至第二塔臺(tái)供管制員使用，同時(shí)制定好應(yīng)急預(yù)案，就能在保證第二塔臺(tái)管制業(yè)務(wù)運(yùn)行安全的前提下，縮減不必要的人員開支。

3.4 區(qū)域/終端管制指揮中心

通過使用光纖KVM矩陣可以增強(qiáng)區(qū)域/終端管制的協(xié)作配合，能夠?yàn)閺?fù)雜任務(wù)的實(shí)施提供技術(shù)支撐。

4 存在的問題和改進(jìn)建議

受華東空管局委托，2017年前后筆者負(fù)責(zé)對(duì)多家一線廠商光纖KVM矩陣產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品測試，同時(shí)筆者目前所在部門負(fù)責(zé)上海虹橋機(jī)場塔臺(tái)光纖KVM矩陣的運(yùn)維工作?？傮w而言，一線品牌光纖KVM矩陣產(chǎn)品之間功能類似，同時(shí)具備運(yùn)行穩(wěn)定、功能可靠、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。但是，如果站在設(shè)備運(yùn)維角度分析，一線品牌光纖KVM矩陣產(chǎn)品仍存在一些問題。

問題一：光纖KVM矩陣廠商提供的監(jiān)控軟件不能滿足民航空管24 h的監(jiān)視需求，系統(tǒng)拓?fù)鋱D不夠全面，矩陣主備機(jī)運(yùn)行狀態(tài)無法同時(shí)顯示，無聲音告警提示，圖像告警不直觀。此外，監(jiān)控軟件只能實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣主機(jī)、板卡、信號(hào)接入端、信號(hào)管控端和連接鏈路的狀態(tài)監(jiān)控，無法監(jiān)控外接顯示器、鍵鼠和主機(jī)的信號(hào)中斷。

改進(jìn)建議：各廠家矩陣設(shè)備主要模塊和系統(tǒng)通用狀態(tài)支持通過SNMP協(xié)議傳輸，可以在招投標(biāo)時(shí)明確要求供貨商按照用戶需求開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)。

問題二：光纖KVM矩陣支持主備機(jī)自動(dòng)熱跳轉(zhuǎn)，穩(wěn)定性較好，但在整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)中增加了一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在矩陣主機(jī)主備機(jī)雙機(jī)故障情況下會(huì)造成嚴(yán)重后果。

改進(jìn)建議：提前做好應(yīng)急預(yù)案，如保留部分席位不接入矩陣或是準(zhǔn)備光纖耦合器，在雙機(jī)故障時(shí)跳開矩陣主機(jī)，使用光耦合器將接收端和管控端光纖直接相連，以盡快恢復(fù)信號(hào)。

5 結(jié) 論

在我國由民航大國向民航強(qiáng)國跨越的關(guān)鍵階段，空管堅(jiān)持“安全第一”的價(jià)值觀，所有工作需緊緊圍繞安全這個(gè)主題開展，向新技術(shù)、新設(shè)備要安全也是其中的重要一環(huán)。光纖KVM矩陣就是這樣一種新技術(shù)、新設(shè)備，能夠?yàn)榭展芩_(tái)和管制中心等設(shè)備建設(shè)提供更多的方案選項(xiàng)。