华东地区广域信息管理平台建设策略

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摘 要：近年民航空管业务量与日俱增,空管系统协同工作要求越来越高,而传统的信息共享与交换方式因其存在诸多弊端,已无法满足这些要求.本文针对传统信息系统互联存在的问题,介绍了广域信息管理技术,分析了广域信息管理平台建设的意义及优势,论述了中国民航开展广域信息管理平台建设的适时性及必要性,研讨了华东地区广域信息管理平台的建设策略.

关 键 词：信息交互信息共享广域信息管理企业服务总线一体化系统

中图分类号：TP315文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0037-04

近年民航业迅速发展,民航空管业务量与日俱增,空管系统协同工作要求越来越高,管理和决策过程中需要掌握的信息量及信息种类也越来越多,而传统的信息共享与交换方式因其存在诸多弊端,已无法满足这些要求.因此必须改善技术手段,实现空管信息资源的全面共享和交换,使得空管信息资源能够被有效、充分、灵活的使用和管理,通过提高空管信息资源的综合应用能力,继而提高民航系统运行的安全和效率.

1广域信息管理平台建设意义

1.1现有空管信息系统现状

（1）线路点对点传输,设备资源浪费.

传统的空管系统间通信架构采用网状结构（如图1所示）,各系统间通过专用线路进行点对点传输,接口重复、复杂,设备资源浪费,且不利于扩展,如图中需要增加P6系统,为获得所需信息,或向其他系统提供信息,P6必须向其他系统一对一建立连接,其他在用系统也必须增加相应接口,同新建系统建立连接,随着系统数量的不断增加,信息需求的不断增加,通信链路呈几何级数增加的趋势必定无法接受.

（2）信息缺乏共享,形成信息孤岛.

传统系统之间的信息交换和共享,缺乏统一的基础通信平台支持,信息资源没有得到充分共享和利用,系统间容易产生数据一致性、准确性、及时性方面的隐患,严重影响了系统作用的发挥,形成了许多“信息孤岛”.

（3）缺乏统一信息处理标准.

现有空管系统缺乏统一的信息处理标准,各系统的信息交互格式、方式差异很大,新系统的应用研发全部需要从零开始,造成重复建设,增加开发成本.

（4）原有硬件设备和新的系统整合困难.

当前空管信息化网络中,很多原有硬件设备的型号较为陈旧,与新服务器设备在连接时,存在着硬件兼容问题.

1.2广域信息管理平台优势

由于传统网络存在的诸多弊端,无法满足空管业务的发展需求,因此,为解决航空运输量的快速增长与空中交通管理保障能力之间矛盾日益突出的问题,欧美等主要航空发达国家早在20世纪末期就开始研究和发展新一代空中交通管理系统,其中广域信息管理（SWIM,SystemWideInformationManagement）是该系统发展的基础和关键技术之一.

广域信息管理平台,是一种从信息层面整合空中交通管理相关系统,实现新型空管业务信息共享与交换的体系架构、基础平台.广域信息管理的基本理念是,依托统一的信息平台,把原有空管信息化“点对点”的链形连接变为“一对多”的星形连接,最大限度地实现资源共享.系统互联方式如图2所示.

在传统方式中,信息系统采用点到点连接,因此,当业务流程或需求发生变化时,这种方式必须投资升级硬件以建立新的连接.在广域信息管理平台中,当业务流程或需求发生变化时,可通过更新交换策略方式方便的调整信息服务,对已建立的连接影响很小.

采用广域信息管理技术具有以下优势：

（1）协同运行,提高各系统整体运行效率.

广域信息管理平台可为民航信息系统建设提供更为科学的建设理念.能为不同的用户提供一个可以统一的信息交互平台,从而实现各民航相关单位的基于信息化技术的协同运行,提高各系统的整体运行效率.

（2）节省运行维护成本.

广域信息管理平台是松耦合的、面向服务的体系结构,新系统要获取其它系统数据,只需要通过一个接口,连接到广域信息管理平台,而无需与其它系统进行点到点互连,从而大大降低了运行维护成本.

（3）降低系统开发成本,方便业务拓展.

广域信息管理平台能够提供统一的、标准的信息服务,不仅可以避免信息系统重复建设,降低开发成本,而且能提供更为灵活的系统应用扩展.

2广域信息管理技术

2.1广域信息管理平台层次结构

广域信息管理平台架构可以分为三层,分别为公共数据传输层（CDT,CommonDataTransport）,公共信息管理层（CIM,CommonInformationManagement）,及用户应用层.（如图3）

（1）公共数据传输层.

底层为公共数据传输层CDT（CommonDataTransport）.CDT主要为通过数据接口、新数据采集等方式向数据中心输送数据做准备.主要涉及空管、航空公司、机场、监视和通信网管等部分业务和非业务数据等.其中,空管以ATC空管自动化处理系统、气象、情报、航班动态和流量管理等为主；航空公司以AOC或SOC飞行运控管理系统相关信息为主,包括签派、飞行计划等；机场以机场综合运行管理系统信息为主,包括航班信息处理、机场资源分配、指挥调度等.

（2）公共信息管理层.

中间层为公共信息管理CIM（CommonInformationManagement）,CIM为广域信息管理平台提供了支撑信息共享的平台,负责数据构造与共享机制的建立.CIM负责数据的融合、共享和交换处理,实现数据的集中存储、安全、冗灾、备份和其它管理.

该部分实现民航各单位应用系统之间的原始数据存储管理,这些原始数据除了底层中提供的数据外,还要其他相关数据,具体主要包括航班动态、气象、航行情报、流量、运行监控、安全管理、航空公司AOC或SOC飞行运控管理系统和机场综合运行管理系统等有关信息数据,通过逻辑关系进行融合、交换、共享处理,形成虚拟数据中心,为空管、航空公司、机场、军方活动和社会公众等提供信息服务做准备,同时完成对数据安全、备份的管理.（3）用户应用层.

用户应用层完成对各类关键数据与业务的分析和信息交换,为各业务单位或领导层提供决策支持、运行协调、运行指挥以及信息发布,为终端用户即空管、航空公司、机场、军方活动和社会公众等提供有关信息数据服务.

广域信息管理平台是面向服务的体系结构（Service―OrientedArchitecture,SOA）.是一种松耦合的、灵活的和分布式的信息集成方式.SOA架构将应用系统作为信息服务,用统一的标准集成进服务总线,注册在广域信息管理平台上.各系统作为广域信息管理平台的服务与其他系统完成数据交互.

2.2广域信息管理平台一致性

（1）标准一致性.

①数据一致性：主要包括广域信息管理平台采用统一的数据描述标准,数据传输标准,数据查询标准等.

②SOA服务接口一致性：主要包括广域信息管理平台采用统一的服务描述标准、服务发现标准等.

③服务消息和传输一致性：广域信息管理平台采用统一的消息标准、消息传输标准.

（2）广域信息管理平台规划一致性.

广域信息管理平台采用统一的安全标准、服务质量标准、策略标准、企业级服务管理标准等.

（3）政策一致性.

广域信息管理平台采用统一的战略决策、服务设计决策、业务运行时决策等.

3华东地区广域信息管理平台建设策略

3.1航班信息一体化系统整体改建为广域信息管理平台

3.1.1一体化系统介绍

航班信息一体化系统于2007年开始建设,其核心功能是为相关单位提供相应的生产服务及生产辅助信息服务,如航班动态信息等.系统由浦东塔台子系统、飞行计划处理子系统、流量管理子系统等子系统组成,各应用子系统之间目前通过用企业服务总线（ESB,EnterpriseServiceBus）软件实现的数据交换平台进行简单地数据交换,由通信中间件保证信息传输的准确性、及时性和安全性（如图4）.

3.1.2一体化系统可以改造为广域信息管理平台原因分析

（1）一体化系统规划理念与广域信息管理平台相同.

一体化系统规划设计理念,就是提供航班生命周期空管信息的集成、共享,民航信息共享、协同高效工作的理念,顺应民航空管信息技术发展方向.

（2）一体化系统具有较强的信息集成能力.

一体化系统内已引接多个空管运行系统信息接口,集成较多空管系统信息,包括电报信息、气象信息、航行情报信息、航班计划信息、航班动态信息、航班实时航迹信息、流控信息、机场桥位信息等,并且一体化系统即将延伸至华东各地,系统具有较强的信息集成潜力.

（3）一体化系统具有生产衍生信息产品的能力.

经一体化系统的集成,更多具有关联性的信息被充分整合处理,一体化系统具有生产更具价值的衍生信息产品的能力.

（4）一体化系统与SWM具有相似的技术架构.

一体化系统具有与广域信息管理平台系统相似的技术特点,都采用SOA架构、都采用ESB总线进行数据交互.

综上所述,无论从引接的数据、集成的信息、提供的服务、面向的用户、系统的设计理念等方面考虑,一体化系统都是华东地区开展广域信息管理平台研究最适合的切入点.

3.1.3一体化系统改造为广域信息管理平台后总体架构设计

一体化系统具有与广域信息管理平台相似的技术特点,如两系统都采用统一的数据标准,都是基于ESB总线的SOA架构,都采用消息机制进行数据交互.因此,可以以一体化系统为基础进行广域信息管理平台建设,通过对一体化系统的升级改造,使一体化系统满足广域信息管理平台相关技术规范.改造后总体结构如下（如图5）.

最上面的是空管任务功能,利用中间的广域信息管理平台服务功能来操作,底层是信息技术基础设施功能（如网络和安全功能）,这些对保障更高层的运行是非常重要的.

空管任务功能提供的具体功能有塔台子系统、流量子系统、飞行计划处理子系统等空管内部系统以及空军、华东管理局等空管外部系统.

将一体化系统改造为广域信息管理平台,一体化各子系统之间的信息交互通过服务来完成,每个子系统执行一个或多个服务功能,用于实现一系列服务的传递,这些服务可以被其他子系统进行调用；企业服务总线通过对消息内容的路由,灵活配置由源系统到目的系统之间的数据交换通道,使其成为各空管子系统之间的通信纽带.

另外,由于一体化系统需要向非空管用户发布数据,因此外部系统与一体化系统的连接接口也需要满足相关的广域信息管理平台规范,外部系统和空管系统之间信息交互也可通过一体化系统企业服务总线,以服务方式完成.空管系统和外部用户系统之间的信息交互需要通过边界保护机制,进行安全控制.

（1）接口管理.

通过对资源的描述、接入、调用,操作,提供一个标准的能共同操作的手段,使得用户和广域信息管理平台服务提供者之间通信一致.保证在广域信息管理平台环境下协同工作的能力.接口管理定义将保持一系列的对接口的定义、描述和发现等标准.通过服务注册库（Registry）实现服务的发布、发现以及元数据管理.

（2）消息服务.

通过消息代理实现消息传输核心服务,消息代理实现消息服务核心功能,包括消息的发布/订阅、请求/响应、消息路由/消息可靠传输等.

（3）安全管理.

安全管理主要包括企业级安全、边界保护、广域信息管理平台核心安全等模块.其中企业级安全包括安全的网络数据传输、入侵检测与回应等；边界保护主要用于控制空管系统与非空管系统的数据交互.核心安全保证广域信息管理平台核心服务可以被所有在边界保护控制下的系统访问,可以进行会话级与消息级的身份认证授权管理、密钥管理等,保证信息机密性与完整性.（4）企业服务管理（E）.

支持管理广域信息管理平台显示的由各空管系统提供的服务,同时也支持管理广域信息管理平台本身的核心服务.

3.2华东地区独立建设广域信息管理平台

3.2.1信息系统通过广域信息管理平台互联方案设计

华东地区独立建设广域信息管理平台,民航相关信息系统（如航空公司业务信息系统、机场业务信息系统、一体化系统、流量管理系统、情报系统、自动化系统、气象系统、第三方使用者等）作为信息交换、共享的信息源及使用者,通过开发的适配器,与广域信息管理平台互联.

广域信息管理平台内会设置对应各不同系统的SWIM-box.SWIM―box是广域信息管理平台的核心模块,其中既包含了广域信息管理平台节点间௚

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但各信息系统（如一体化系统）与广域信息管理平台存在接口标准、消息标准、以及数据安全等方面的问题,所以,各信息系统需经过适配器进行接口转换、消息转换、数据过滤等操作后,经过适配器翻译成广域信息管理平台能够接受的数据格式、消息格式,方能与广域信息管理平台上其他系统进行信息交互.

各信息系统（包括一体化系统）与广域信息管理平台的互联方案如图6所示.

3.2.2数据发布流程

各信息系统以服务方式注册到广域信息管理平台,通过广域信息管理平台向其他系统发布数据.广域信息管理平台中的服务的操作包括：

（1）服务发布.

为了使服务可访问,各系统需要向广域信息管理平台务描述,以使服务请求者可以发现和调用它.

（2）服务查询.

服务请求者定位服务,方法是查询服务注册中心来找到满足其标准的服务.

（3）服务绑定和调用.

在检索完服务描述之后,服务请求者根据服务描述中的信息来调用服务.

以下将以空军运控系统引接一体化系统航班信息为例阐述数据发布流程：

一体化系统通过适配器连接到广域信息管理平台后,需预先将自己的服务和接口契约发布到广域信息管理平台服务注册中心.（其中广域信息管理平台服务注册中心是服务发现的支持者.它包含一个可用服务的注册库,并允许感兴趣的服务请求者查找服务提供者接口）以便服务请求者可以发现和访问该服务.

当空军运控系统需要读取一体化系统航班计划信息时,空军运控系统应用程序作为服务请求者,通过发送消息发起对广域信息管理平台注册中心中的服务的查询,这些消息由广域信息管理平台企业服务总线（servicebus）转换后发送给一体化系统.一体化系统根据接口契约自动执行来自空军运控系统的服务请求.

3.3将一体化系统改造为广域信息管理平台与华东地区独立建设广域信息管理平台方案优缺点分析

3.3.1安全性

如果将一体化系统改造为广域信息管理平台,空管系统与外部系统都集成进企业总线,各系统作为广域信息管理平台的服务实现数据交互.因此,需建立完善的边界保护机制,相较于华东地区独立建设广域信息管理平台,将一体化系统改造为广域信息管理平台方案对安全性要求更高.

3.3.2稳定性

一体化系统为基础建设广域信息管理平台,需对一体化系统进行较大范围的改造、升级,以使得一体化系统符合广域信息管理平台规范,工作量较大,且易引发在用一体化系统的运行不稳定.而华东地区独立建设广域信息管理平台,各空管系统（包括一体化系统）作为服务接入广域信息管理平台.以一体化系统为例,各空管系统只需开发一个与广域信息管理平台通信的适配器即可,对一体化系统影响较小,且投产后外部系统不会影响一体化系统内部运行,有利于一体化系统运行稳定性.

3.3.3经济性

以一体化系统为基础建设广域信息管理平台,可以充分利用一体化系统现有服务器、磁盘阵列、光纤交换机、网络交换机、传输链路等底层通信设施,且可以充分利用一体化系统集成的电报、情报、雷达、流量管理等综合空管信息资源,可节省建设投资成本.而华东地区独立建设广域信息管理平台,所有设施设备均要重新建设.

3.4华东地区广域信息管理平台建设原则

广域信息管理平台建设涉及系统多,技术标准复杂,研发、建设周期长,协同难度大,因此,在建设实施过程中需要用科学统筹的思想和方法进行指导,广域信息管理平台建设建议考虑以下策略.

3.4.1统筹规划、分步实施原则

由于将来广域信息管理平台的应用与实施涉及各种空管信息系统,业务数据种类繁多,业务服务千差万别,因此广域信息管理平台的研发、部署、应用不是一个能够一蹴而就的过程,需要进行统筹规划、分步实施.从欧美对其新一代空管系统的研发经验来看,大都将广域信息管理平台的研究与部署工作面向未来20年进行规划.因此,华东广域信息管理平台建设也需要有一个规划、实践、推广的过程,基于一体化系统空管信息集成优势,小规模探索、实践广域信息管理平台技术,待经验丰富、技术成熟、内外因条件满足后,适时进行系统扩展、技术推广.

3.4.2标准统一原则

广域信息管理平台中信息共享与交换的实现主要依赖于各参与系统信息模型与标准的一致性,即在系统实现中必须采用统一的信息交换模型与标准,如采用统一的方法来描述和务,采用统一的消息格式,采用统一的安全战略,采用规定的消息产品和协议等.因此,建立统一的信息模型及标准,是后续研发工作中首先需要研究与确定的一个战略重点.3.4.3技术合作原则

广域信息管理平台技术作为整套空管信息交换服务平台,具有完整的体系架构,需要一系列关键技术的支持,包括：空管运行系统信息交换技术标准、空管系统信息采集路由技术、空管系统信息一致性服务、广域信息管理平台信息安全技术、广域信息管理平台管理技术等.对于华东空管研究与应用广域信息管理平台技术,没有必要所有工作亲力亲为,建议采用合作研究或直接引进已有研究成果的方法,缩短研究周期、减少研究经费.

4结论

近年为提高空域使用效率、保证航班正点率等目的,国内近年掀起了建设各种管理/信息系统、辅助系统的,如流量管理系统、航班计划管理系统等,系统运行需要其他系统进行数据交互,从而,空管管理/信息系统开始互联.

而传统的信息系统点到点互联方式存在设备资源浪费,管理困难,资源缺乏共享等问题,已变成空管业务发展的瓶颈.

因此,中国民航在当前大规模进行空管信息系统建设的同时,加强各信息系统间的信息交换与共享,完善各业务信息系统数据结构和接口标准,提高信息交换效率,并确保信息在交换与共享过程中的安全,就变得极为重要和迫切.前瞻性地同步研究、建设广域信息管理平台,具有极好的适时性.

华东地区广域信息管理平台建设,可通过两种方式实现,一种是基于现有一体化系统进行改造,将一体化系统改造为广域信息管理平台,另外一种是华东地区独立建设广域信息管理平台,各系统以服务方式注册到广域信息管理平台,通过广域信息管理平台完成数据交互.两种方式从安全性、稳定性、经济性等方面各有优缺点.

本文旨在通过引入广域信息管理概念,使华东地区空管信息系统建设、信息系统互联更加标准化、规范化,提高系统间的信息共享能力,另一方面希望通过对广域信息管理技术的研究,可以为广域信息管理平台在华东地区的应用、推广奠定基础.