浦东机场AWOS通信设备监控系统的开发

王伟清

摘 要

上海浦东四号跑道作为近年新投入使用的跑道，气象自动观测设备（AWOS）之间的通信方式已升级为光纤传输，与以往大不相同，所以需要开发一套与之相对应的通信设备监控系统来第一时间发现和定位出现故障的网络设备。

【关键词】民航气象 AWOS 网络监控 软件开发

现如今随着民航航班量的增加，上海浦东机场跑道资源日益捉襟见肘。2013年全年浦东机场旅客吞吐量已超过4700万人次，航班准点率再次受到考验，浦东四跑道甚至五跑道的建设和投入使用迫在眉睫。

1 概况

气象自动观测系统（简称AWOS），是能自动观测和传递跑道视程、气压、温湿度、露点、风速风向和雨量的一整套气象要素信息的自动测量设备，一条跑道拥有数个观测设备同时对跑道气象要素进行测量和監控，并将计算处理后的数据提供给塔台管制部门和民航气象观测部门使用，以保证飞行安全。

上海浦东机场四跑道AWOS于2014年建设完成并试运行，该系统使用芬兰VAISALA公司的自动观测解决方案，在跑道附近设置多套自动观测设备分别测量气象要素信息，并通过光纤环网的方式将测量信息传输至航管楼内的处理服务器（CDU）中，再由CDU处理后统一发布至用户使用。

由于气象设备分布于跑道边，光交换机也被布置在跑道边，包括浦东四跑道南北下滑台，南北跑道中线的延长线近台和跑道中间边共计5个点，而光纤环网的设计相较于过去模拟线路接入拥有众多优点，例如：光纤环网传输速度更快；通信延迟更低；光纤相较于模拟线路使用较多的双绞线更加可靠等。基于光纤环网的优点，当某一段节点与节点之间光纤损坏断开，环网会变成C形网，但是不影响各节点之间的数据传输，所以在一定程度上可以减少数据丢失故障的概率。但也为日常维护检查造成困难，若某一段光纤故障，系统界面与用户数据不会显示异常，维护人员也就无法及时发现故障，造成安全隐患。为了提示已经出现的故障和对故障的快速定位，开发一套针对浦东四跑道AWOS通信设备的监控系统刻不容缓。

2 开发环境与过程

2.1 系统开发环境

监控系统的设计初衷是在现有网络和硬件资源条件下，使用软件程序实时读取和监控四跑道光纤环网各节点路由器的状态，判断节点和节点间线路是否正常，若存在故障情况，使用警示音告警和状态图示提醒维护人员检查相关设备。为适配在AWOS维护终端的WINDOWS操作系统长期运行该监控程序，程序基于.NET Framework 4.0框架，并使用C#语言编写，来最大限度保证程序的可靠性和易维护性。整个开发过程从浦东机场四跑道建设之初就开始筹备，但出于机场AWOS网段的稳定安全考虑，整个过程经过开发完善试运行一年后才正式投入使用，在程序正式接入该网段前通过多次小规模实验，确保不至于正在使用的设备或者网络的错误。

2.2 数据获取

浦东四跑道光纤环网使用的终端节点设备使用的是TRANSITION NETWORK的千兆光纤交换机（以下简称光交换机），该设备具有4个10/100/1000M自适应RJ-45网口和4个100/1000M单模光纤模块，具备交换机功能，RJ-45网络端口连接AWOS设备，光纤部分组成环网，9针串口可以方便维护人员现场通过命令行控制设备，自备维护/监控IP地址用以通过HTTP协议远程进入系统后台监控和维护操作，本监控系统即是基于系统后台网页来实时监控设备运行状况。该光交换机后台拥有显示实时流量监控portstat.htm页面，使用读取字符串的形式对HTML文件进行解读，通过程序根据流量变化判断线路的连接状态。

2.3 软件判断方式

若其中某一段物理线路断开，整个网络会成为C型网，断开线路的两端的光交换机之间的数据交换会通过另外一边的正常线路经过整个环网进行交换，从页面中的流量信息中就可以解读出来，若监控的流量经过一段时间后仍无变化，则程序可判断该光交换机连接的两端线路出现问题；若其中一台光交换机因故障而离线，由于这时无法正常连接进入后台网页，并且各交换机的IP地址固定，程序也能判断出某一台光交换机由于故障无法正常获取，发出告警通知设备维护人员。后台流量信息还包括另外四个RJ-45网络接口，这些接口连接着跑道内各个地点的气象观测设备，所有网络设备的部署就是为了将这些气象观测设备的数据传送给服务器和用户，外场设备可能因为物理通信链路断开、设备故障、老化等原因无法向服务器通信，所以通过对RJ-45流量的分析，就可以判断外场设备是否正常运行，而当服务器判断设备故障，但是流量监控数据正常，就可以综合判断出可能是通信线路出现干扰或破坏，数据出现乱码等问题。

3 案例

2015年3月21日，监控程序上线正式运行的第三个月，当日气象设备维护值班员突然收到监控程序告警，浦东四跑道中间点光交换机至南下滑台的相应端口流量未变化，但浦东四跑道所有气象数据（包括风速、风向、能见度值）均正常输出。值班人员立刻判断出可能为中间或南下滑的光交换机光纤模块故障或光纤损坏，带上备用光交换机赶赴四跑道中间气象观测点，发现该光交换机至南下滑台的光纤状态灯不正常，换上备件光纤模块后状态马上恢复。该故障因为环网的冗余性若非使用监控软件极难察觉，并且整个故障点的判断过程从发现告警就已经基本确定，故障的排查也没有走弯路，为设备维护提供了极大的便利。

4 存在的问题与展望

当然该程序的使用过程中也出现了不少问题，例如程序因为是通过内建预设置进行判断光交换机位置，当物理网络连接方式变化，程序无法判断当前正确的网络拓扑，只能通过源代码修改和重新编译来更新；再例如为了避免网络负载过大，程序内对各个光交换机的网页刷新是建立在固定轮询频率上的（现为一分钟一次），所以并不能严格称之为实时监控，作为程序的开发者，我认为使用光交换机上的9针维护端口可以更加安全有效地进行监控操作，并接入环网网络而非单独组成网络，但这需要增加通信设备来传送至监控终端，无疑增加了网络节点、系统复杂度和预算。希望今后有更完善的方式来使用该类软件进行更有效地监控四跑道甚至发展延伸到所有使用类似拓扑结构的网络环境中，为生产和维护提供便利。

参考文献

[1]马骏.C#程序设计及应用教程（第2版）[J].大陆，2009.

[2]杜勇.光纤环网在首都机场电力自动化系统中的应用[J].工程建设与设计，2010（11）：76-79.

作者单位

民航华东空管局气象中心 上海市 200335