民航通信中線路倒換保護(hù)的作用

謝 威

（民航西北空管局通信網(wǎng)絡(luò)中心，西安 710082）

技術(shù)研究

民航通信中線路倒換保護(hù)的作用

謝 威

（民航西北空管局通信網(wǎng)絡(luò)中心，西安 710082）

本文通過對民航通信線路的分類，同時(shí)根據(jù)倒換保護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)，探討了民航通信系統(tǒng)中如何應(yīng)用線路倒換保護(hù)技術(shù)，以及在應(yīng)用線路倒換保護(hù)技術(shù)時(shí)應(yīng)該注意的問題，分析了現(xiàn)有線路倒換保護(hù)技術(shù)的原理和分類，并結(jié)合這些技術(shù)特點(diǎn)及民航通信對線路倒換保護(hù)技術(shù)的性能要求，有針對性地提出了線路倒換保護(hù)技術(shù)在民航通信中使用的意義和作用。

線路倒換；E1；光纜；以太網(wǎng)；SDH；完好率；倒換時(shí)間

1 引言

民航通信主要包括航空管制通信和航務(wù)管理通信與其他通信。航空管制通信主要指民航地空臺(tái)與航空器電臺(tái)建立用于空中交通管制、通報(bào)飛行動(dòng)態(tài)、傳遞飛行情報(bào)等的無線電通信。航務(wù)管理通信分高頻和甚高頻通信。高頻航務(wù)管理通信主要用于航空公司與在國外或國內(nèi)航線上飛行的航空器之間的通信；甚高頻航務(wù)管理通信主要用于航空公司與在機(jī)場區(qū)域內(nèi)飛行的航空器之間的通信。由此可見，民航通信對于飛機(jī)的飛行安全具有及其重要的影響，對于現(xiàn)代航空業(yè)來說，目前民航運(yùn)輸飛行“大流量、高增長”已成常態(tài)，對空指揮波道十分繁忙。長時(shí)間的陸空通信失效和較為嚴(yán)重的無線電干擾事件，往往都發(fā)生在飛行流量較大、空域結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū)，對當(dāng)?shù)氐墓苤浦笓]工作造成了較大被動(dòng)，存在較大的安全隱患、繁忙密集的航班量，都對于民航通信提出了更高的安全保障要求，每時(shí)每刻民航通信都要保持暢通。而這些都為民航通信的基礎(chǔ)線路、設(shè)備等提出了更高的要求。為此，民航總局近年不斷提升安全保障指標(biāo)，通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備月平均運(yùn)行正常率不低于99%，月平均設(shè)備完好率不低于90%；分類設(shè)備運(yùn)行正常率要達(dá)到以下要求：無線通信99.98%，有線通信99.97%，導(dǎo)航設(shè)備99.98%，雷達(dá)99.98%，自動(dòng)化系統(tǒng)99.99%。面對這些硬性指標(biāo)要求，空管自身與飛行量增長不相匹配的是空管系統(tǒng)內(nèi)部的保障能力依然不足，來自系統(tǒng)內(nèi)部的壓力有增無減?！叭藛T、設(shè)備、技術(shù)手段”等方面都很難在短時(shí)期內(nèi)得到較大程度的提升。

如何破解這些發(fā)展中的難題，那就是對設(shè)備基礎(chǔ)線路做好充分的倒換保護(hù)，為設(shè)備做好充分的熱備機(jī)制，唯有如此才能解決這些發(fā)展中的尖銳矛盾。

2 民航通信線路分類與特點(diǎn)

民航空管的業(yè)務(wù)簡單地可分為話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，民航空管通信直接服務(wù)于機(jī)場和航空公司有關(guān)部門。為了保障飛行安全，民航通信主要是地對地通信和地對空通信。在民航地面通信中主要有VHF臺(tái)信號(hào)的傳輸、雷達(dá)站數(shù)據(jù)的傳輸、內(nèi)話信號(hào)的傳輸。這些信號(hào)的特點(diǎn)是低速率，其對帶寬的占用資源不大，但有一個(gè)特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求高。隨著民航管制網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，基本上各大區(qū)管都建成了以大型機(jī)場為中心的光環(huán)網(wǎng)，用于承載場區(qū)的所有信息。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)充分考慮了網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性，利用了環(huán)網(wǎng)的重要特性。在實(shí)踐中將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連成一個(gè)環(huán)形網(wǎng)，可以進(jìn)一步改善網(wǎng)絡(luò)的生存性和成本，一個(gè)環(huán)形自愈環(huán)也稱自愈環(huán)網(wǎng)。

根據(jù)SDH自愈環(huán)業(yè)務(wù)保護(hù)的基礎(chǔ)不同，SDH自愈環(huán)可以劃分為通道保護(hù)倒換環(huán)和復(fù)用段保護(hù)倒換環(huán)兩大類。從功能結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來劃分，通道保護(hù)倒換環(huán)也稱為子網(wǎng)連接保護(hù)，復(fù)用段保護(hù)倒換環(huán)也稱為路徑保護(hù)。對于通道保護(hù)倒換環(huán)，業(yè)務(wù)信息的保護(hù)是以每個(gè)通道為基礎(chǔ)的，根據(jù)環(huán)內(nèi)的每個(gè)通道信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣決定是否倒換；對于復(fù)用段保護(hù)倒換環(huán)，業(yè)務(wù)量的保護(hù)是以復(fù)用段為基礎(chǔ)的，根據(jù)每一節(jié)點(diǎn)間的復(fù)用段信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣決定是否倒換，當(dāng)復(fù)用段出現(xiàn)故障時(shí)，節(jié)點(diǎn)間的所有復(fù)用段業(yè)務(wù)信號(hào)都倒換到保護(hù)回路。兩者的重要區(qū)別：前者往往使用專用保護(hù)，即正常情況下保護(hù)段也在傳業(yè)務(wù)信號(hào)，保護(hù)時(shí)隙為整個(gè)環(huán)專用；后者往往使用公用保護(hù)，即正常情況下保護(hù)段是空閑的，保護(hù)時(shí)隙由每對節(jié)點(diǎn)共享。

以西安咸陽機(jī)場的網(wǎng)絡(luò)為例，其建設(shè)充分考慮了對網(wǎng)絡(luò)可靠性的需求，如圖1所示。

圖1 咸陽機(jī)場的網(wǎng)絡(luò)

由圖1看出，在場區(qū)使用了環(huán)網(wǎng)極大地提升了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但是雷達(dá)站、VHF臺(tái)站基本都分布在場區(qū)外，這些信號(hào)傳輸都是采用單一光纜或E1線路進(jìn)行引接。雷達(dá)站等都是通過單路由進(jìn)行引接，在單一傳輸設(shè)備的情況下，如何在現(xiàn)有網(wǎng)路中實(shí)現(xiàn)備份路由的自動(dòng)保護(hù)倒換呢？由圖1可以看到，在民航通信網(wǎng)絡(luò)中，特別是從雷達(dá)站、VHF臺(tái)等處向環(huán)內(nèi)引接信號(hào)的線路主要有光纜線路、E1線路（2M中繼）、以太網(wǎng)線路。在單一信號(hào)輸入源的情況下如何實(shí)現(xiàn)對這些進(jìn)環(huán)的支路線路的保護(hù)及其重要。因此，引入線路倒換保護(hù)技術(shù)。從圖1中可以看出，在民航通信中的線路保護(hù)倒換主要涉及光路的保護(hù)倒換及E1線路（2M中繼）、以太網(wǎng)線路。

保護(hù)倒換可以按照因果關(guān)系理解，保護(hù)是目的或者原因，倒換便是動(dòng)作或結(jié)果。保護(hù)的對象是網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的業(yè)務(wù)，正常情況下，業(yè)務(wù)流按照規(guī)劃好的路徑傳輸，這個(gè)規(guī)劃好的路徑在保護(hù)的角度理解就是工作路徑。如果工作路徑上某一點(diǎn)出現(xiàn)問題，業(yè)務(wù)流就會(huì)中斷，導(dǎo)致整個(gè)業(yè)務(wù)失敗，使用的業(yè)務(wù)的用戶就會(huì)受到影響。

3 民航線路倒換保護(hù)的性能要求

依據(jù)中國民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)規(guī)程，第十六條從主用機(jī)交換人工或自動(dòng)到備用機(jī)工作的換機(jī)時(shí)間不能超過表1所示要求。我國民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)規(guī)程要求，在選擇線路保護(hù)倒換設(shè)備時(shí)要充分考慮是否滿足表1中要求。

表1 中國民用航空通信導(dǎo)航主備切換時(shí)間

4 民航E1線路的倒換保護(hù)

E1線路（2M中繼）是民航通信中極為常用的線路類型，雷達(dá)、VHF、內(nèi)話等重要業(yè)務(wù)都會(huì)使用E1線路（2M中繼），因此，加強(qiáng)對E1線路（2M中繼）的倒換保護(hù)是極其必要的。為了確保這些電路可靠傳輸，通常的做法是：提供兩條傳輸線路，當(dāng)任一線路出現(xiàn)問題時(shí)，通過人工操作切換到另一條線路上去。由于切換不及時(shí)，數(shù)據(jù)丟失時(shí)間過長，因此不能滿足民航通信的需求。一些廠家研發(fā)了E1線路（2M中繼）自動(dòng)切換設(shè)備，自動(dòng)切換設(shè)備采用“并發(fā)選收”系統(tǒng)，自動(dòng)選擇質(zhì)量高的線路信號(hào)，并使得切換在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成。工作原理框圖如圖2、圖3所示。

圖2 E1線路自動(dòng)切換發(fā)送端

圖3 E1線路自動(dòng)切換接收端

在圖2中發(fā)送端，來自用戶設(shè)備的發(fā)信碼“E1發(fā)”，經(jīng)再生及驅(qū)動(dòng)后產(chǎn)生發(fā)信碼“E1A發(fā)”和“E1B發(fā)”，分別送往傳輸設(shè)備A和傳輸設(shè)備B，從而完成“并發(fā)”之功能。

在圖3中接收端，來自傳輸設(shè)備A和傳輸設(shè)備B的收信碼分別為“E1A收”和“E1B收”，將其進(jìn)行再生，產(chǎn)生“E1'A”收和“E1'B收”，經(jīng)由質(zhì)量檢測，倒換條件及倒換控制選擇后的信號(hào)為E1'收，將“E1'收”送往用戶設(shè)備，從而完成“選收”之功能。該類E1線路（2M中繼）自動(dòng)切換設(shè)備一般倒換時(shí)間≤35ms，完全滿足民航通信線路換機(jī)需求。

5 民航線路的光纜倒換保護(hù)

光纜已經(jīng)成為民航通信中最重要的線路類型，幾乎承載了民航通信的所有信號(hào)。特別是在骨干網(wǎng)絡(luò)中，光纜或光纖的中斷所引起的后果更加嚴(yán)重，因?yàn)槠渖铣休d了更多的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，而且光纜的恢復(fù)周期長，因此會(huì)導(dǎo)致大面積的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)丟失，嚴(yán)重影響航班飛行安全。

光路自動(dòng)切換保護(hù)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)“光路故障后自動(dòng)切換保護(hù)”和“主動(dòng)路由應(yīng)急調(diào)度”兩種應(yīng)用。前者為自動(dòng)切換保護(hù)功能，即在光纜線路發(fā)生中斷后，系統(tǒng)能夠在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)將故障光纖路由切換至備用路由，保證通信業(yè)務(wù)無阻斷；后者為主動(dòng)路由應(yīng)急調(diào)度功能，由光切換網(wǎng)管中心發(fā)出指令進(jìn)行路由切換調(diào)度。常用的1+1保護(hù)原理如圖4所示。

一般倒換時(shí)間≤15ms，最大值≤50ms，其切換時(shí)間指標(biāo)完全滿足民航通信線路切換的時(shí)間需求。1+1雙發(fā)選收保護(hù)方式發(fā)送端光功率按照一定的分光比例分送至T1和T2端口，發(fā)送光功率一分為二，沿主備光纖同時(shí)傳輸，接收端對R1和R2兩路光功率進(jìn)行檢測，根據(jù)功率狀況和設(shè)定的切換條件與接收端相連通的工作通路。

圖4 1+1保護(hù)原理圖

6 以太網(wǎng)線路倒換保護(hù)

在民航通信中，氣象、轉(zhuǎn)報(bào)、雷達(dá)自動(dòng)化、ATC等信號(hào)基本使用以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，因此，對以太網(wǎng)線路倒換保護(hù)也是十分重要的。

以太網(wǎng)技術(shù)具有簡單、高效和低成本等特點(diǎn)，正迅速從局域網(wǎng)主要組網(wǎng)技術(shù)向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)發(fā)展。然而，難以提供快速的業(yè)務(wù)保護(hù)和故障恢復(fù)機(jī)制是阻礙其在城域網(wǎng)內(nèi)大規(guī)模部署的主要原因之一。

電信級(jí)的可靠性要求體現(xiàn)在各種級(jí)別設(shè)備的軟、硬件高可靠設(shè)計(jì)方面，如關(guān)鍵模塊和板卡的備用冗余能力等。而網(wǎng)絡(luò)高可靠性主要體現(xiàn)在50ms的網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間要求等。這些要求對于傳統(tǒng)用于LAN領(lǐng)域的低成本的以太網(wǎng)設(shè)備和早期電信級(jí)以太網(wǎng)設(shè)備來說，都難以全部提供或保證。然而，ITU-T的以太網(wǎng)線性保護(hù)（G.8031）和以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)保護(hù)（G.8032）的出現(xiàn)，給以太網(wǎng)的保護(hù)提供了可能。

在傳統(tǒng)的傳送技術(shù)中，自愈包括保護(hù)和恢復(fù)兩個(gè)概念。保護(hù)是指在故障發(fā)生前為工作實(shí)體指定了備用資源，并可保證備用實(shí)體的帶寬等資源，從而實(shí)現(xiàn)在故障發(fā)生時(shí)的快速自愈。而恢復(fù)是不預(yù)先分配備用資源，而在故障后再計(jì)算和分配備用路徑和帶寬等，因此自愈時(shí)間難以保證。比較而言，保護(hù)技術(shù)對故障反應(yīng)更快些，但是恢復(fù)技術(shù)通常能達(dá)到更好的資源利用效果。G.8031是ITU-T對基于VLAN的以太網(wǎng)技術(shù)定義的線性保護(hù)倒換標(biāo)準(zhǔn)。在保護(hù)切換機(jī)制中，對工作資源都分配相應(yīng)的保護(hù)資源，如路徑和帶寬等。相對于IEEE定義的生成樹保護(hù)技術(shù)，G.8031定義的保護(hù)技術(shù)簡單快速，以一種可預(yù)測的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源切換，更易于運(yùn)營商有效地規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)及明了網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)狀態(tài)，可達(dá)到電信級(jí)的可靠性。因此，民航通信網(wǎng)絡(luò)中選擇使用支持G.8031標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，就能實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)切換時(shí)間不超過50ms的線路倒換支持。

7 結(jié)束語

線路保護(hù)倒換對空管安全生產(chǎn)的作用及其重要，主要體現(xiàn)在其倒換的時(shí)間不超過50ms，完全滿足中國民航通信導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)規(guī)程的停機(jī)換機(jī)時(shí)間需求，在民航通信網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃中要充分考慮線路的切換倒換需求，在實(shí)施中根據(jù)線路不同的類型靈活使用相關(guān)線路保護(hù)倒換設(shè)備，對提升民航通信線路的保護(hù)和維護(hù)能力有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 楊海博．光纜線路自動(dòng)保護(hù)倒換技術(shù)分析．遼寧廣播電視技術(shù)，2011.4

[2] 胡明．光線路自動(dòng)倒換保護(hù)（OLP）系統(tǒng)建設(shè)方案．電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2008.09.

[3] 盧剛，趙鋒，陳旭鈞．光纜自動(dòng)保護(hù)倒換系統(tǒng)技術(shù)研究及應(yīng)用．中國新通信，2013.2

[4] 崔靜，周凱．光線路保護(hù)倒換系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的應(yīng)用．科學(xué)時(shí)代，2012.3

[5] 賀雪飛．8路E1電路自動(dòng)倒換保護(hù)系統(tǒng)研究．青島理工大學(xué)，2012

[6] 張闖．民航空管通信網(wǎng)及其發(fā)展．通信世界，2001.32

[7] 潘誠，韓宣宗．民航空管通信網(wǎng)可靠性初探．信息安全與技術(shù)，2012.10

[8] 許靜．民航空管通信網(wǎng)的可靠性分析．信息技術(shù)與信息化，2014.09

[9] 黃煒．民航空管雷達(dá)數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展．電信科學(xué)，2002.07

[10] 中國民航通信導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)規(guī)程，2004.12.1

The Effect of Line Switching Protection Technology in Civil Aviation Communication System

Xie Wei

(The northwest airtraffic control bureau, Xi'an, 710082)

This paper discussed how to apply line switching protection technology on protection of civil aviation communication system, based on the classification of civil aviation communication lines, at the same time according to the characteristics of line switching protection technology. And talked about some issues need to be paid attention to while employing line switching protection technology. First given some analyses of the current line switching protection technology principles and classification, combined with its technical features and the performance requirements of civil aviation communication system, the significance and effect of applying line switching protection technology to civil aviation communication system was presented, and it’s of great practical significance to improve safety and security of aviation communication system.

line switching; E1; Fiber cable; Ethernet; SDH; intact rate; switching time

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.05.001

TN92，V24

A

1672-7274（2015）05-0001-04