基于容灾互备的海上多中心管制系统架构

王宏伟1，蒋明鹏2，王　冠3

（1.海军空中交通管制工程办公室　北京，100841；2.中国电科第二十八研究所空中交通管理系统与技术国家重点实验室　南京，210014；3.中国电科第二十八研究所空中交通管理系统与技术国家重点实验室　南京，210014）

摘　要：针对海上空中飞行受海域天气影响大和飞行建设的需求，以及远海空管保障能力的特殊能力需求，本文采用容灾备份应急理念，从管制中心系统架构、容灾备份响应运行方式和中心管制系统切换等角度，阐述了基于容灾互备的海上多中心管制系统的工作原理以及管制系统之间协同运行的信息共享技术。

关键词：容灾互备；海上管制；多中心；信息共享

Marine Multi Center Control System Architecture Based on Disaster Tolerance

Wang Hongwei，Jiang Mingpeng，Wang Guan

（1.Office of Naval Air Traffic Control Engineering Bei-jing；2.China Electronic Technology Group Corporation twenty-eighth Research institute State Key Laboratory of Air Traffic Management System and Technology；3.China Electronic Technology Group Corporation twenty-eighth Research institute State Key Laboratory of Air Traffic Management System and Technology）

Abstract：In view of the great influence of sea weather on air flight at sea，the demand of civil aviation flight construction at airport，and the special capability requirement of air traffic control support capability at sea，this paper adopts the concept of disaster recovery and backup，and expounds the basis from the aspects of system architecture of regional control center，operation mode of disaster recovery and backup response and switching of central control system.The working principle of marine multi center control system for disaster tolerance and information sharing technology between control system.

Key words：Disaster tolerance preparation；Maritime control；Multicenter；Information sharing

0　引言

随着我国海上航空事业的发展，海上空管的保障面临着越来越严峻的挑战。我国海军积极推进现代化建设，比起空军和陆军建设，发展相对较快，其所拥有或正在加强的战斗力，不是在近海执行警戒巡逻任务的水平，而是在海上交通路线等广阔的海洋战场上，实施远海立体及合同作战的水平。海上空中交通管制系统作为国家和海军的关键基础设施，对加强信息安全能力和提高信息安全水平具有重大意义。随着以体系防护为主要标志的新一代海军管制中心系统和空管基础通信网安全保密防护建设的开展，安全防护系统的规模和复杂性不断增加，对安全运维管理提出了更高要求。

在此背景下，海上空管系统缺乏安全运维管理技术人员、各个系统之间缺少信息共享的问题凸显，多中心管制系统将成为下一阶段空管信息安全建设重点，且其现实意义重大。本文研究了管制中心业务连续性问题，综合运用了风险管理、危机管理、应急管理、灾难恢复和业务持续管理等理论和方法，构建了多管制中心容灾管理理论体系，为多管制中心容灾备份系统建设提供了理论支持和科学依据。基于此，本文详细阐述了海上多中心管制系统的架构设计以及各个管制系统之间协同运行的信息共享技术研究。

1　容灾互备需求

1.1　背景

我国海军现代化建设的推进，对海上空中交通管理的需求越来越多，单一的海上空管中心系统已经难以满足海上管制的需求。如果是单中心的海上管制系统，当设备出现不可抗拒的故障或环境因素时，无法提供管制系统服务，从而失去其存在的价值，也使海军的空中战力大打折扣，因而，容灾备份系统应运而生。

应急容灾备份方式多种多样，国外航空发达国家通常依据本国实际情况建立容灾备份体系，通常采用管制中心互备、集中式容灾备份中心、国际委托和本地备份等方式。而实际应用中，一般综合运用多种方式建立应急容灾备份体系。我国民航在空管自动化系统方面确立了一主、二备、三应急和四机动的方针，但在系统层面，同处一地的空管自动化系统相互独立，难以应对区域自然灾害。因此，可从国家战略层面考虑应急容灾备份布局。例如，建立国家级空管容灾备份中心，注重开发多用途设施，提高资源共享性，从而提高空管设施的投资效费比。各级管制单位应在国家容灾备份战略布局基础上，依据各区域特点和实际情况，针对大型自然灾害、恐怖袭击或部分设备失效等问题，采取额外应急容灾措施，从而在战术层面实现多种应急方式联合应用。本文详细阐述了多中心管制系统架构的容灾备份方式。

1.2　功能需求

目前我国海上空管建设已经进入关键阶段，不同类型的航空器有各自不同的飞行特点和保障要求，飞行活动复杂，航空器空管保障困难，对海上空中交通管制的需求也越来越急迫，功能需求已不再局限于简单的态势获取以及飞行计划管理，而是希望通过共享其他管制系统的信息，达到多中心管制系统形成一致准确的态势，协调空域使用需求，灵活使用空域资源，为过往的民航等各类航空器提供飞行情报及告警服务，并且能够保障舰载机、无人机和其他多种航空器的有效飞行。从而辅助管制员及时掌握海上领空交通态势，确保海上飞行的安全、有序、高效。

基于此背景，本文以多个海上管制系统为基础，构建一个容灾互备的多中心管制系统。多个管制系统之间汇集监视信息、飞行情报、航行情报、气象信息以及空域使用信息，实现各个系统之间数据信息共享、分发，协同有效运行，建立起海上空管保障体系。在多个管制系统中，一个为中心管制系统，其他管制系统为普通系统。当中心管制系统发生灾害或者故障时，其他普通管制系统的一个能够切换为中心管制系统，继续提供空管保障，确保海上飞行的安全、有序、高效。如此才能确保多中心管制系统的稳定有序。

2　系统架构

互为容灾备份的多个管制系统信息接入需满足全部监视数据和飞行计划数据要求。为确保多个管制中心系统具有相互容灾备份能力，系统运行所需的监视、飞行计划、气象信息、航行情报以及空域使用信息等数据通信需具有容灾备份能力，因此转报机和监视数据分路器等通信转发设备需进行容灾考虑，可采用多点网状布局，确保任一个管制中心系统发生灾害时，其他管制中心系统不受影响，仍可持续接收系统正常运行所需的外部数据。

基于容灾互备的海上多中心管制系统架构示意图如图1所示。

如图所示，普通管制系统向中心管制系统上报监视信息、气象水文信息、航行情报、飞行计划以及空域使用信息；而中心管制系统则将汇集后的监视信息、气象水文信息、航行情报、飞行计划以及空域使用信息向其他普通管制系统下发，保证中心管制系统的信息是最完全的。

3　运行方式

3.1　信息共享

中心管制系统能够汇集其他普通管制系统的监视信息、飞行情报、航行情报、气象信息与空域使用信息，为其他普通管制中心系统提供相关信息服务。普通管制中心系统通过定制网页按照相应的定制条件向中心管制系统定制监视信息、飞行情报、航行情报、气象信息与空域使用信息；而中心管制系统则按照其定制信息将汇集的管制信息分发给相对应的普通管制系统，从而可以达到多个管制系统之间的信息共享，协同、高效运行，建立起海上空管保障体系，共同形成国家空管体系的一个重要延伸节点。

3.2　中心切换

中心管制系统可以降级为普通管制系统，而普通管制系统可以升级为中心管制系统，从而达到容灾互备的目的。模式切换管理模块从数据库获取相关的信息定制条件。系统提供用户的模式切换管理人机交互界面，用户通过人机交互界面，并根据自己的需求提交管制系统中心切换指令。模式切换管理模块根据用户的切换指令做出相应的中心管制系统切换，并且对定制关系进行同步、定制用户进行同步、定制条件进行同步。监视信息、飞行数据、气象信息、航行情报、空域使用信息根据中心管制系统模式切换指令进行信息流管理、业务数据管理、信息分发处理。流程如图2所示。

这里以监视信息为例，展现模式切换前后信息流程关系对比：

（1）模式切换管理模块后台收到前台界面切换中心系统的消息后，将该系统模式切换为中心管制系统，原来的中心管制系统则自动降级为普通管制系统。

（2）模式切换管理模块后台通知监视信息服务处理进程模式切换的消息。

（3）监视信息服务处理进程收到模式切换的消息后，对定制关系进行同步、定制用户进行同步、定制条件进行同步。

（4）监视信息流程和信息分发按照切换后的模式进行更新；普通管制系统向切换后的中心管制系统上报监视信息，而切换后的中心管制系统则向定制监视信息的普通系统进行雷情分发。

（5）系统界面显示切换后的管制系统模式。

4　结束语

本文讨论了海上多中心管制系统架构设计问题，基于对容灾互备技术的详细研究，提出了海上多中心管制系统的架构设计方案。实现了多中心管制系统间的信息共享、协同运作，同时能够进行中心管制系统灵活切换，达到容灾互备的目的。当然，由于该系统的复杂性和本文的篇幅有限，对系统的分析和设计仍有不完善之处，需要进一步研究。

参考文献

[1]中国民用航空总局.中国民航空中交通管制突发事件处置规定[S].北京：中国民用航空总局，2010

[2]Xue M，Kopardekar P H.High-capacity Tube Network Design using the Hough Transform[J].Journal of Guidance，Control，and Dynamics，2009，32（3）：788-795

[3]Sridhar B，Islam T，Gupta G.Design and Simulation Methodology to Improve the Performance of Airspace Tube Networks[R].AIAA-2010-8288，2010

[4]Wang T，Li J，Hwang I.A Sectorization Method for DynamicAirspace Configuration[C].Toronto，Canada：Proceedings ofthe AIAA Guidance，Navigation，and Control Conference，2010

[5]国务院信息化工作办公室.信息系统灾难恢复规范GB/T20988-2007[S].北京：中国标准出版社，2007

[6]张东满，聂润兔，张兆宁，等.基于空域灵活使用的区域航路航线运行管理[J].航空计算技术，2014，44（1）：86-89

[7]黄梯云.智能决策支持系统.北京：电子工业出版社，2001

[8]Joseph G，Gary R，著.印鉴，译.专家系统原理与编程[M].北京：机械工业出版社，2000

[9]Edwards.M.Thomas.Lessons Learned in Maintaining Aircraft in ETOPS Operations.Proceeding of the 1999 Aviation Safety Conference and Exposition，1999：131-14

[10]张婧婷，杨康.管制负荷阈值确定性分析[J].指挥信息系统与技术.2016，38（2）：47-50