基于同步技術(shù)的FDP雙機(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

陳 剛 周祿華 蔣宇亮

（南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司 江蘇 210014）

0 引言

為適應(yīng)我國民航快速發(fā)展的需要，不斷加大空域容量，提高空域資源的利用率，中國民航正在積極推進(jìn)大空域運(yùn)行和雷達(dá)管制戰(zhàn)略，并已全面實施RVSM，空管自動化系統(tǒng)已成為不可或缺的監(jiān)視和指揮手段?？展芟到y(tǒng)中包含兩個核心處理中心：監(jiān)視數(shù)據(jù)處理中心和飛行數(shù)據(jù)處理中心，為增加飛行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的可靠性，關(guān)鍵設(shè)備都采用冗余設(shè)計，即在FDPS中設(shè)計兩個FDP服務(wù)器，主備狀態(tài)運(yùn)行，雙機(jī)管理做到整體切換，保證FDP雙機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

1 FDPS冗余架構(gòu)模型

FDPS子系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為冗余模型，每個處理機(jī)上都配置相同的處理功能，包括：飛行數(shù)據(jù)接收模塊、飛行數(shù)據(jù)處理模塊、主任席服務(wù)處理模塊等，同時都配置了數(shù)據(jù)庫，用于存儲飛行計劃信息及狀態(tài)變化過程。雙機(jī)工作在雙工作網(wǎng)上，同時還配置了獨立的私有網(wǎng)，三網(wǎng)鏈路用于判斷雙機(jī)工作狀態(tài)。配置的數(shù)據(jù)庫之間使用實時的數(shù)據(jù)同步技術(shù)，完成雙機(jī)之間的數(shù)據(jù)一致性，保證在進(jìn)行雙機(jī)切換時沒有數(shù)據(jù)的丟失。具體的FDP冗余架構(gòu)模型如圖1所示：

圖1 FDPS冗余架構(gòu)模型

為保證雙FDP服務(wù)器的能夠提供連續(xù)的飛行數(shù)據(jù)處理服務(wù)功能，需要實時監(jiān)視對方是否工作正常，這就需要配置一套雙機(jī)管理機(jī)制的設(shè)計。

2 FDPS雙機(jī)管理設(shè)計

FDP雙機(jī)管理設(shè)計要解決啟動時如何產(chǎn)生飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)主機(jī)，飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)主／備機(jī)的切換操作，雙機(jī)狀態(tài)信息在系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)布等功能。

（1）飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)主機(jī)的產(chǎn)生

兩臺飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)上各自運(yùn)行一套雙機(jī)軟件，通過兩條網(wǎng)絡(luò)和一條私有鏈路作為媒介進(jìn)行相互探測，當(dāng)通過三種媒介均探測不到另一臺雷達(dá)數(shù)據(jù)處理機(jī)和飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)時，就將系統(tǒng)置為單機(jī)工作方式，本機(jī)即為飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)主機(jī)。

（2）飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)雙機(jī)的人工切換

飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)上的雙機(jī)管理進(jìn)程在接收到系統(tǒng)監(jiān)控席發(fā)送的飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)雙機(jī)切換命令后，將當(dāng)前的飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)主／備狀態(tài)互換。

（3）飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)雙機(jī)的故障切換

當(dāng)飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)主機(jī)故障時，由于工作于該機(jī)的雙機(jī)管理進(jìn)程已中斷，所以飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)備機(jī)能立即捕獲到故障信息，自動切換為主機(jī)。

（4）系統(tǒng)雙機(jī)狀態(tài)的發(fā)布

飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)主機(jī)每2秒向系統(tǒng)內(nèi)發(fā)送一個飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)雙機(jī)狀態(tài)信息，此信息用以通知系統(tǒng)中其它各臺計算機(jī)當(dāng)前的飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)雙機(jī)狀態(tài)，也作為飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)的心跳信息，供其它計算機(jī)作為飛行數(shù)據(jù)處理機(jī)是否工作的判斷依據(jù)。

系統(tǒng)設(shè)計三個并發(fā)進(jìn)程進(jìn)行檢測，保證雙機(jī)子系統(tǒng)的可靠性。一旦檢測到一條或兩條鏈路故障時，進(jìn)行告警提示，而當(dāng)檢測到三條鏈路都發(fā)生故障，表明該服務(wù)器發(fā)生了故障，此時啟動系統(tǒng)恢復(fù)功能，即雙機(jī)管理軟件就開始任務(wù)切換，將發(fā)生故障的服務(wù)器上的任務(wù)切換到其他正常的服務(wù)器上，繼續(xù)為客戶軟件提供服務(wù)。

3 FDP雙機(jī)同步技術(shù)

3.1 同步數(shù)據(jù)分類

空管系統(tǒng)中的 FDP同步數(shù)據(jù)主要包括實時數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。

實時數(shù)據(jù)主要包括：

（1）飛行數(shù)據(jù)信息：

各個狀態(tài)下飛行數(shù)據(jù)記錄（FDR）信息；

FDR的數(shù)據(jù)和狀態(tài)變化信息；

管制員添加、編輯、刪除FDR的更新信息；

管制員輸入的CFL信息；

管制員輸入的RVSM、RNP /RNAV、ADS等能力的改變信息；

FDR中飛行剖面計算信息（FDR中實際和預(yù)計過各點的名稱、過點時間、過點高度）。

（2）扇區(qū)開放、合并信息；

（3）危險區(qū)、限制區(qū)、軍方活動區(qū)的開放和關(guān)閉信息；

（4）SSR代碼分配的信息。

靜態(tài)數(shù)據(jù)主用包括：

（1）系統(tǒng)基本信息參數(shù)：管制區(qū)、物理扇區(qū)和功能扇區(qū)、物理席位、邏輯席位、關(guān)鍵航路點、航路點類型、航路類型（國際/國內(nèi)、是否為ADS-C航路）、QNH/QFE區(qū)域、系統(tǒng)采用的默認(rèn)單位制式等；

（2）飛行數(shù)據(jù)參數(shù)：有關(guān)系統(tǒng)處理和計算FDR的參數(shù)、系統(tǒng)對各種報文的處理和發(fā)送規(guī)則、飛行數(shù)據(jù)交換信息、系統(tǒng)提示消息等。

3.2 實時數(shù)據(jù)的同步設(shè)計

對于實時數(shù)據(jù)的同步，考慮到數(shù)據(jù)的可用性和可擴(kuò)展性，設(shè)計了一種基于XML的數(shù)據(jù)定義方式，因為XML允許將數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用戶可以按照自己的需要剪裁數(shù)據(jù)；同時XML是可擴(kuò)展的，用戶可以自行定義自己的標(biāo)記和文檔結(jié)構(gòu)，可以在 XML文檔中以自己的方式組織數(shù)據(jù)，以便更好地從語義上修飾數(shù)據(jù)，這樣就能以容易而一致的方式格式化和傳送數(shù)據(jù)；XML文件結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，每一個XML文件都有物理和邏輯結(jié)構(gòu)：物理上，文件由稱為實體的單元組成；邏輯上，文件由聲明、元素、注釋、字符引用和處理指令組成，物理和邏輯結(jié)構(gòu)必須嚴(yán)格地嵌套，并且其嵌套可以復(fù)雜到任意程度，能表示面向?qū)ο蟮牡燃墝哟?；XML文件是可校驗的，它可以包括一個語法描述，使應(yīng)用程序可對此文件進(jìn)行結(jié)構(gòu)確認(rèn)。一個飛行數(shù)據(jù)中，主要元素包括。

表1 FDR字段定義

XML格式飛行數(shù)據(jù)定義舉例如下：

圖2 實時數(shù)據(jù)同步流程

當(dāng)FDP主機(jī)處理一份飛行數(shù)據(jù)后，將其按照XML格式發(fā)送到備機(jī)中，備機(jī)接收到新的實時飛行數(shù)據(jù)后，按照 XML格式進(jìn)行解析，并存儲到內(nèi)存和數(shù)據(jù)庫中，已保證和主機(jī)的實時數(shù)據(jù)的一致性。同時系統(tǒng)還需要設(shè)計索取機(jī)制和定期同步機(jī)制，當(dāng)備機(jī)重新啟動后，之前主機(jī)處理的實時數(shù)據(jù)并沒有接收到，這時就需要向主機(jī)發(fā)送索取信息，將所有之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步。具體處理流程如圖2。

3.3 靜態(tài)數(shù)據(jù)的同步設(shè)計

對于FDPS中的靜態(tài)數(shù)據(jù)，主要是存儲在數(shù)據(jù)庫中，如果沒有進(jìn)行人工的增加、刪除操作，數(shù)據(jù)是不會變化的，因此對于該類數(shù)據(jù)，只有在進(jìn)行靜態(tài)數(shù)據(jù)的修改操作后，才進(jìn)行一次全數(shù)據(jù)的同步。因此，對于該類數(shù)據(jù)同步，采用數(shù)據(jù)庫的SQL語句進(jìn)行同步。靜態(tài)數(shù)據(jù)的同步主要包括三種方式：刪除同步、修改同步和增加同步。

刪除同步過程：即主機(jī)數(shù)據(jù)管理界面上進(jìn)行刪除操作后，將該數(shù)據(jù)及刪除標(biāo)記發(fā)送到備機(jī)，備機(jī)的數(shù)據(jù)庫管理軟件到本機(jī)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，確認(rèn)是否存在該數(shù)據(jù)，如果有則進(jìn)行刪除，如果沒有，則報數(shù)據(jù)庫操作失敗，并記錄到失敗日志。

修改同步過程：在主機(jī)上進(jìn)行的數(shù)據(jù)修改操作，需要將修改的數(shù)據(jù)項、修改字段進(jìn)行記錄，并發(fā)送到備機(jī)中，備機(jī)的數(shù)據(jù)庫管理軟件根據(jù)記錄的修改標(biāo)識進(jìn)行本機(jī)數(shù)據(jù)的刪除操作，并將操作結(jié)果進(jìn)行記錄。

增加同步過程：在主機(jī)上增加的數(shù)據(jù)，需要記錄當(dāng)前的序號、增加的數(shù)據(jù)項、增加的數(shù)據(jù)表名等，發(fā)送到備機(jī)。備機(jī)接收到后，就行相應(yīng)數(shù)據(jù)的增加，并將操作結(jié)果進(jìn)行記錄。

4 結(jié)束語

空管系統(tǒng)中采用開放式的 XML文檔描述飛行數(shù)據(jù)信息，可讀性好且具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。本文基于 XML的實時數(shù)據(jù)同步和基于SQL的靜態(tài)數(shù)據(jù)同步技術(shù)，設(shè)計了FDP雙機(jī)管理模型，利用該模塊可實現(xiàn)在空管系統(tǒng)中雙FDP處理機(jī)中的飛行數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的共享。

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