空中交通管理生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心建設(shè)思路及設(shè)計(jì)

田 溪

（中國(guó)民用航空西南地區(qū)空中交通管理局云南分局，昆明 650000）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)民航事業(yè)正處于高速發(fā)展階段。2018年，民航全行業(yè)完成運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量1206.53億噸公里，比上年增長(zhǎng)11.4%。根據(jù)民航局“十三五”發(fā)展藍(lán)圖相關(guān)預(yù)測(cè)，到2020年我國(guó)民航各類(lèi)飛行起降將突破1500萬(wàn)架次大關(guān)，約為現(xiàn)有保障架次的2倍。這也給空中交通管理行業(yè)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。

在這一背景下，機(jī)場(chǎng)、航空公司、通航、乃至空軍等各民航運(yùn)行相關(guān)單位的協(xié)同配合以及生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)共享的需求也愈發(fā)迫切。

與此同時(shí)，隨著“飛常準(zhǔn)”、“航旅縱橫”等面向社會(huì)公眾的民航數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件的不斷普及，社會(huì)公眾對(duì)民航運(yùn)行數(shù)據(jù)的多樣化需求也日益增加。

從目前空管乃至整個(gè)民航運(yùn)行情況來(lái)看，數(shù)據(jù)是串聯(lián)各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)，保障運(yùn)行效率的核心。如何充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，進(jìn)一步提升運(yùn)行效率和服務(wù)品質(zhì)，成為中國(guó)民航網(wǎng)絡(luò)信息化發(fā)展的重要方向[1]。而數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，也成為整合空管生產(chǎn)數(shù)據(jù)資源，充分發(fā)掘數(shù)據(jù)價(jià)值，提升空管運(yùn)行保障能力和服務(wù)品質(zhì)的有效手段。

1 空管行業(yè)數(shù)據(jù)需求

1.1 空管運(yùn)行對(duì)數(shù)據(jù)共享的需求

在當(dāng)前民航運(yùn)輸大流量、高增速的背景下，對(duì)機(jī)場(chǎng)、航空公司、通航、乃至空軍等各民航運(yùn)行相關(guān)單位的協(xié)同配合提出了更高的要求，隨之而來(lái)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享需求也愈發(fā)迫切。目前空管同機(jī)場(chǎng)、航空公司、空軍等已經(jīng)開(kāi)展了一部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)的交互，例如空管的CDM 信息、轉(zhuǎn)報(bào)數(shù)據(jù)、氣象信息以及機(jī)場(chǎng)的A-CDM、機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)、機(jī)位信息等相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。隨著對(duì)民航運(yùn)行效率要求的不斷提高，各方對(duì)于數(shù)據(jù)共享的需求還在不斷增加。

1.2 空管運(yùn)行管理決策對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的需求

目前對(duì)空管生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的利用多以原始數(shù)據(jù)直接使用為主，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用程度不高。這些孤立的原始數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)管中心工作的支撐有限。面對(duì)航班流量的不斷增長(zhǎng)，通過(guò)人工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)化程度低，一方面工作量大，容易遺漏，另一方面也無(wú)法充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，提供實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)全面準(zhǔn)確的高質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析成果。

1.3 滿(mǎn)足對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全性保障的需求

目前空管主要生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出功能主要通過(guò)系統(tǒng)和系統(tǒng)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直連的方式，數(shù)據(jù)交互往往通過(guò)系統(tǒng)自身專(zhuān)用的對(duì)外輸入輸出。參與數(shù)據(jù)的交互不同系統(tǒng)之間隔離和防護(hù)措施不足甚至缺位，系統(tǒng)的運(yùn)行存在輸入性安全風(fēng)險(xiǎn)，特別是與空管系統(tǒng)以外的單位進(jìn)行交互時(shí)不受控環(huán)節(jié)多，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大。

1.4 滿(mǎn)足對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余備份的需求

根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)引接方式，相關(guān)數(shù)據(jù)在引接過(guò)程中不進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)源自帶的存儲(chǔ)設(shè)備保存。由于硬件設(shè)備的限制，往往保存周期較短、存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)種類(lèi)有限。隨著空管業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)量也迅速增加，從事故調(diào)查、案例分析、安全檢查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等多個(gè)方面都對(duì)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)有著較大需求。

2 目前數(shù)據(jù)應(yīng)用存在的問(wèn)題分析

2.1 硬件及傳輸資源利用率低

生產(chǎn)系統(tǒng)自帶的對(duì)外輸出接口有限，按照目前的數(shù)據(jù)引接模式，一個(gè)數(shù)據(jù)輸出端口只能為一套系統(tǒng)服務(wù)，資源利用率低，無(wú)法滿(mǎn)足外部不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)引接需求。同時(shí)，由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和全盤(pán)考慮，系統(tǒng)建設(shè)各自為政，導(dǎo)致各系統(tǒng)間存在著功能重疊、引接設(shè)備和傳輸資源重復(fù)投資的問(wèn)題，一定程度上造成資源、設(shè)備、人力的浪費(fèi)。

2.2 對(duì)外引接系統(tǒng)安全性無(wú)法保障

隨著外部系統(tǒng)引接需求的不斷增加，由于采用系統(tǒng)-系統(tǒng)的引接方式，對(duì)外部引接系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)一的信息安全管理。對(duì)外引接的數(shù)據(jù)由于外部單位的服務(wù)器、終端等設(shè)備空管無(wú)法管理，存在因外部設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)原因?qū)ιa(chǎn)系統(tǒng)安全運(yùn)行造成影響的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)利用率低

由于目前的數(shù)據(jù)引接方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及進(jìn)一步應(yīng)用，資源利用率低、受眾范圍小、數(shù)據(jù)基本處于“零加工、零升值”的狀態(tài)，尤其像自動(dòng)化綜合航跡、ADS-B、ATOM 等數(shù)據(jù)由于無(wú)法對(duì)敏感信息或者與用戶(hù)不相關(guān)的信息進(jìn)行屏蔽，暫時(shí)沒(méi)有提供給外單位使用，導(dǎo)致這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)的價(jià)值未能得到充分發(fā)揮。同時(shí)，由于沒(méi)有數(shù)據(jù)加工處理平臺(tái)，無(wú)法滿(mǎn)足民航各運(yùn)行單位日益增長(zhǎng)的對(duì)空管運(yùn)行的數(shù)據(jù)共享及個(gè)性化需求，導(dǎo)致空管運(yùn)行保障以及對(duì)外服務(wù)水平無(wú)法從本質(zhì)上進(jìn)一步提升，空管運(yùn)行的安全保障和效率提升的矛盾也愈發(fā)突出。

3 空管生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方案

3.1 需求分析

從現(xiàn)有空管設(shè)備配置來(lái)看，具備對(duì)外提供數(shù)據(jù)輸出的主要系統(tǒng)如表1所示：

表1 空管生產(chǎn)數(shù)據(jù)分類(lèi)

數(shù)據(jù)中心主要是對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、融合、發(fā)布以及進(jìn)一步應(yīng)用?？紤]到硬件資源的充分利用，以及軟硬件管理、后期運(yùn)維的便利性，考慮采用虛擬化[3]技術(shù)進(jìn)行軟硬件平臺(tái)建設(shè)，下面從硬件及軟件方面對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

3.2 硬件設(shè)計(jì)方案

論文主要針對(duì)硬件CPU、內(nèi)存及存儲(chǔ)進(jìn)行分析，交換機(jī)及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架可以根據(jù)具體設(shè)備情況進(jìn)行靈活調(diào)整。以某空管局生產(chǎn)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀為參考進(jìn)行估算，需要部署的虛擬機(jī)及最小性能配置如表2所示：

表2 硬件資源需求

根據(jù)上表統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源的容量進(jìn)行估算，具體如下：

3.2.1 服務(wù)器 CPU 配置

購(gòu)置服務(wù)器的物理核心數(shù)不小于52核，按購(gòu)置5臺(tái)物理服務(wù)器進(jìn)行估算，則每臺(tái)服務(wù)器物理核心數(shù)需大于10，推薦每臺(tái)服務(wù)器配置2顆8核物理CPU，5臺(tái)服務(wù)器共計(jì)80顆物理核心。

3.2.2 服務(wù)器內(nèi)存配置

根據(jù)虛擬化運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，物理內(nèi)存大小至少因?yàn)樘摂M機(jī)內(nèi)存總和的1.5倍，則服務(wù)器的物理內(nèi)存總和不少于912GB，若按照購(gòu)置5臺(tái)物理服務(wù)器進(jìn)行估算，則每臺(tái)物理服務(wù)器內(nèi)存需大于182GB，則每臺(tái)服務(wù)器需配置內(nèi)存大小為256GB（16GB×16條）。若充分考慮業(yè)務(wù)可持續(xù)性和未來(lái)的發(fā)展需求，建議每臺(tái)服務(wù)器內(nèi)存配置按照512GB 進(jìn)行規(guī)劃。

3.2.3 存儲(chǔ)設(shè)備容量配置

考慮到現(xiàn)有數(shù)據(jù)體量及存儲(chǔ)需求，存儲(chǔ)設(shè)備主要用途包含三大類(lèi)：其一，滿(mǎn)足虛擬機(jī)的磁盤(pán)空間需求，共計(jì)12TB；其二，滿(mǎn)足安裝虛擬機(jī)及日常運(yùn)維必要的介質(zhì)、鏡像、模板等資源的存儲(chǔ)空間，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算為2TB；其三，存儲(chǔ)預(yù)留空間4TB，因此至少存儲(chǔ)設(shè)備可用存儲(chǔ)空間需滿(mǎn)足18TB。

3.3 軟件設(shè)計(jì)方案

生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心軟件架構(gòu)由6部分組成，分別為虛擬化云計(jì)算層、大數(shù)據(jù)架構(gòu)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、運(yùn)維監(jiān)控以及配套的網(wǎng)絡(luò)安全類(lèi)軟件。其主要功能如表3所示：

表3 軟件模塊及功能

建設(shè)完成后，生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心軟件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心軟件架構(gòu)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從空管發(fā)展需求和運(yùn)行現(xiàn)狀矛盾入手，通過(guò)數(shù)據(jù)中心建設(shè)需求分析及軟硬件，實(shí)現(xiàn)對(duì)空管生產(chǎn)數(shù)據(jù)資源的采集、存儲(chǔ)、融合、發(fā)布以及進(jìn)一步應(yīng)用，將為提升空管運(yùn)行保障能力和服務(wù)品質(zhì)起到積極的推動(dòng)作用。