时间同步在民航空管中的应用和实现
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空管自动化系统联网及数据同步的研究1. 引言1.1 背景介绍空中交通管理系统是指为了保证民航飞行安全和航班运行效率而制定的一套管理制度和技术体系。
随着航空业的快速发展和航空交通量的不断增加,空中交通管理系统的自动化程度日益提高,数据量也在不断增加。
不同空管系统之间的联网和数据同步问题成为当前需要解决的重要课题。
传统空管系统通常采用单机独立运行的方式,系统之间无法实现实时的信息共享和数据交换。
这导致了航空管制的效率和精准性方面存在一定的不足。
为了提高空中交通管理的效率和安全性,需要对空管自动化系统进行联网和数据同步的研究。
本文旨在探讨空中交通管理系统联网及数据同步的问题,从当前联网现状分析到数据同步的挑战,再到基于云计算的联网方案和数据同步策略的优化,最后探讨安全性和隐私保护措施。
通过本文的研究,将为提升空中交通管理系统的效率和安全性提供理论支持和实际指导。
1.2 研究目的研究目的是为了探究空管自动化系统联网及数据同步的关键问题,解决空中交通管制中信息传输和数据同步方面存在的挑战。
通过深入研究现有空管自动化系统的联网情况和数据同步问题,制定基于云计算的联网方案和数据同步策略,提高系统的效率和准确性。
本研究旨在优化数据同步策略,提升数据传输的速度和稳定性,确保数据在不同系统之间的同步保持一致性。
通过探讨安全性和隐私保护措施,保障空管自动化系统在联网和数据同步过程中的信息安全。
最终,通过本研究的成果和结论,为空中交通管制领域的发展提供理论支持和实践指导,促进空管自动化系统的先进化和智能化发展。
1.3 研究意义空管自动化系统是航空领域重要的基础设施之一,它能够有效提升空中交通管制的效率和安全性。
随着航空业的快速发展和航班数量的增加,空管自动化系统联网及数据同步的研究变得尤为重要。
研究意义包括以下几个方面:空管自动化系统联网能够实现空中交通管制的信息共享和协同,有助于提高航空系统整体运行效率。
通过不同系统间的联接,可以实现数据的实时更新和传递,加快决策的速度和准确性。
172 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering数据库技术• Data Base Technique【关键词】空管自动化系统 数据同步 实现方法现阶段,我国航空事业实现蓬勃发展,但在空管保障方面却面临着许多的挑战,针对当前实际情况,民航局空管局提出,到2021年底,中国民航将在全国范围内全面实现空管自动化系统主备用设备实时同步运行,从而在目前高密度、大流量的运行态势下,能够有效改善主、备系统在切换过程中存在的安全问题,从整体上使航空自动化系统服务保障能力得到显著提升。
1 系统现状1.1 主用自动化系统二十八所自动化系统NUMAN-2000是民航云南空管分局在昆明机场(以下简称昆明现场)使用的主用自动化系统。
系统完成雷达数据和飞行报文引接,实现飞行计划处理和多雷达数据融合及相关,形成单雷达和系统综合航迹以及各类告警。
1.2 备用自动化系统AirNet 空管自动化系统是昆明现场使用的备用自动化系统。
该系统采用开放、分布式的体系结构,能够处理多部雷达数据,采用动态加权数据融合算法,形成的系统航迹稳定可靠、精度高。
整个系统配置灵活,扩展方便,能根据实际需要增加席位,以满足不同的需求。
1.3 数据转发平台数据转发平台是独立运行于主备用系统之外的一套系统,是在实施主备自动化系统同步后实现对外部系统发送飞行动态数据的中间平台,该系统与主备两套自动化系统互联,通过两台DCP 服务器分别引接由主用系统和备用系统发送的系统综合航迹、飞行计划数据、系统实时动态参数。
作为主用的自动化系统实时向数据转发平台输送飞行动态数据。
同时,空管自动化系统数据同步技术及实现方法文/洪阳数据转发平台具备多路可配置的数据转发链路,ATC 飞行动态数据经由数据转发平台转换格式后以MH/T4029.3、莱斯、HITT 等格式通过网络或异步方式输出给外部系统。
2 主备同步的原理与设计2.1 飞行计划数据同步飞行计划是系统飞行态势形成的主要数据源,飞行计划数据包括:航班动态,日期和时间,起飞机场,落地机场,高度层,位置及航路数据,计划状态等。
航电网络系统时钟同步原理和实现作者:薛楠李斌杜建华王晓华胡靖宇来源:《电脑知识与技术》2019年第21期摘要:在航电网络系统的设计中,包含设备、网络、通信、时钟等等各个功能模块,每个功能模块的稳定性都影响整个航电网络系统的稳定性,而大部分功能均是在驱动软件层实现,且通过和底层硬件交互达到使用要求[1]。
对于时钟功能模块,最重要的子功能就是时钟同步功能,即航电网络的时钟管理终端能实时并且准确同步到时钟服务器的相关时间信息,及时准确的做出反应[2]。
该文引入了基于航电网络系统时钟同步功能原理和实现,能在很大程度上提高時钟同步的精度和实时性,从而进一步提高航电网络系统的稳定性、可靠性和安全性。
关键词:航电网络;时钟同步;实时性中图分类号:TP309; ; ; ; 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2019)21-0264-02开放科学(资源服务)标识码(OSID):1 引言随着科学研究和电子技术的日益进步,航空电子网络的规模也不断增大,同时航空电子应用的复杂性也在不断提高[3]。
一个航空电子网络系统就是由一系列功能模块进行综合,主要功能模块之间相互作用,进一步生成总的系统功能,并且一些主要的功能模块本身也可以进一步分解为更多的次要的功能模块或者其他设备,这些功能模块或者其他设备之间相互作用和配合,支撑着总系统的运作[4]。
在所有的这些功能模块或者设备中,有些模块或者设备是需要保证其稳定性,当出现故障时要迅速恢复功能;而有些功能模块或者设备是要优先保证其实时性,即要在收到时间信息后迅速做出反应。
在所有的航空电子网络功能模块中,时钟功能模块是一个重要性较高的模块,它保证和支持着整个航空电子系统的实时性。
根据功能需要,当终端设备收到管理器设备的时间信息后,要在第一时间做出回应或者其他操作,这就必须要保证时间同步的准确性和实时性,从而进一步保证航空电子网络系统的实时性和安全性。
因此,如何提高航空电子网络系统时钟功能的实时性和准确性已经成为一个日益突出的问题[5]。
时钟同步系统在济南机场的应用作者:王静来源:《电脑知识与技术》2011年第11期摘要:济南机场指挥调度、离港系统、航显广播等多个重要信息系统之间的时钟同步,对机场的正常运营和安全起到了重要作用,该文简单介绍该系统在济南机场的应用及实现。
关键词:时钟;同步;机场;信息系统中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)11-2712-02济南机场是山东省的重要航空交通枢纽,是一个现代化的大型机场。
机场内有电子钟94个,同时建设有离港系统、航显系统、广播系统、指挥调度系统、安检信息系统、楼宇自控系统、安防监控系统、停车场管理系统、呼叫中心系统等多个信息系统,这些系统通过接口互相连接协同工作,时间的一致性非常重要。
通过建设时钟同步系统,将各系统的时钟进行统一校准,为各系统协同工作打下坚实基础。
1 时钟在机场的应用和时钟同步的必要性将通信网上各种通信设备或计算机设备的时间信息(年月日时分秒)基于UTC(协调世界时)时间偏差限定在足够小的范围内(如100ms),这种同步过程叫做时间同步。
机场离港系统根据时间信号在指定时间开放和关闭值机;航显系统在指定时间显示航班信息;广播系统在预订时间播报各种提醒信息引导旅客;楼宇自控系统根据时间来控制灯光、空调的开放和关闭;指挥调度系统依靠准确的时间信息指挥机场各部门协同工作;安防监控系统中每个画面必须记录时间信息;停车场管理系统依靠准确的时间收取停车费用;呼叫中心根据时间信息指导旅客乘机;旅客和工作人员也需要准确的时间信息。
一套精确的时钟系统是机场的各个生产系统正常发挥作用的重要基础。
2 时钟同步系统的实现2.1 功能简介采用星型结构,设置一台NTP服务器,接收来自GPS的标准时间信号,设置一台高精度母钟,母钟接收来自NTP的时间信号,并将信号通过时钟传输子系统传给各个子钟,为进/出港旅客和机场工作人员提供统一的标准时间,同时母钟输出(带有毫秒级信号)标准时间信号至NTP网络时间服务器,由NTP网络时间服务器通过计算机网络系统,为协调机场航站楼各业务和各生产运行部门提供统一的时间信号,使各机电系统的定时设备与时钟系统同步。
关于GPS时钟同步故障分析李文嘉【摘要】近年来,民航航班量大幅增加,民航空管系统对航班运行正常性的要求越来越高,如何在航班密集的情况下保证航班准点率、时钟的准确性,保持较高的运行正常率,是民航空管系统面临的新挑战。
那么,GPS时钟同步的地位就显而易见了。
在民航领域,时间的精准度一直就是一个非常重要的考虑因素,尤其是对气象观测任务来说,及时、准确地提供各类天气报告,有利于管制部门和航空公司等相关机构实时掌握气象变化,并根据天气实况制订、调整航班计划,保畅排堵。
在民航领域,GPS同步时钟技术的应用在一定程度上保障了航班的准确率、时钟准确性。
在介绍了GPS时钟同步的基本知识的基础上,通过2个实践案例列举了自动化时钟无法同步和航管科技DMHS转报系统GPS同步时钟的常见故障,并分析了故障原因,最后提出了GPS同步时钟技术在实际应用中的相关意见。
【期刊名称】《科技与创新》【年(卷),期】2018(000)017【总页数】3页(P139-141)【关键词】全球定位系统;时钟同步;故障分析;民航空管系统【作者】李文嘉【作者单位】[1]民航山西空管分局,山西太原030031;【正文语种】中文【中图分类】P228.41 GPS同步时钟技术概述随着自动化技术的迅猛发展,各类空管设备的正常运行离不开时间记录和统一的时间基准,因而在这些装置内部都有自己的时钟,即“内时钟”。
但是,这些时钟都是电子式的,它的准确性一般不是很高,长时间运行累计误差会越来越大,如果不及时校正,将影响它们的正常应用,所以,对设备的时钟校正是一项非常重要的任务。
GPS时钟同步系统利用天线接收卫星传来的信号,然后经CPU中央处理单元的规约转换、当地时间转换成满足各种要求的接口标准和时间编码输出,如图1所示。
图1 接收GPS卫星时钟原理图当GPS装置采集到标准时间信号时,系统内的其他设备如何与GPS的标准时间保持一致是同步时钟面临的难题。
随着计算机网络的高速发展,基于NTP协议的网络对时方式是目前应用最多的同步方式。
主备空管自动化系统数据同步技术的设计与实现摘要]本文对空管自动化系统数据同步系统的设计进行了说明,对系统的硬件结构、工作模式和同步规则进行了阐述,并用真实数据进行了同步测试。
该系统促进了空管自动化备份系统的常态化运行,验证了同步系统技术的有效性。
关键词:空管自动化;数据同步;飞行计划;常态化运行;Design and Implementation of Data Synchronization Technology for Air Traffic Control Automation Master or Slave SystemGONG Guang-wu(GuiZhou Air Traffic Management Sub-burea,Guiyang 550001,China)Abstract: This paper is explaned the design of data synchronization system for ATC automation system,included the hardware structure、working mode and synchronization rules, tested with actual air traffic. It promoted normalization working for ATC automation slave system, and verified the effective of data synchronization technology .Key words: ATC system;data synchronization;flight plan;normalization working;引言空管自动化系统(简称自动化)作为空中交通指挥的核心设备,担负着直接面向管制指挥的重大使命,是空中交通管制的核心设备。
NTP在空管自动化系统中的应用探讨摘要:随着社会经济和科学技术额不断发展,网络信息化技术也在不断的发展。
网络计算机时间同步在空管自动化系统中的应用越来越广泛,并且空管自动化系统的是由多台计算机组成的,人工校对时间已经不能适应科学技术的不断进步,所以NTP在空管自动化系统中得到广泛应用。
本文通过分析NTP的特点和工作原理,探讨NTP在空管自动化系统中的应用,旨在为空管系统的优化发展提供参考。
关键词:网络信息化;NTP;空管自动化系统网络实践协议即NTP,是利用计算机网络技术对计算机时间的同步协议进行服务,属于互联网中标准的时间同步。
NTP的主要用途是利用计算机网络将计算机服务器和相关用户的时间传送到另一端计算机的服务器作为参考时间。
从目前NTP发展利用的状况来看,NTP 在互联网中作为同步时间的标准使用,其主要应用的目的是同步世界协调时的UTC。
NTC之所以在互联网以及空管自动化系统中得到广泛的应用,是因为NTP具有高精度的特点,在特定的局域网中的精度可达到0.1ms,解决了高精密的估算的时钟误差,可以独立的进行时间协议的服务,为空管自动化系统提供高精度的同步时间源。
一、NTP的概述(一)NTP的发展过程RFC-778是时间协议的首个规范,被称为DCNET时间服务。
其是借助ICMP用户提供时间服务的。
RFC-958是作为NTP名称首次出现的,并为ARPA网提供时间同步服务,其不用借助ICMP,就可以独立的进行时间协议的服务,可以对本地的时钟误差进行高精密的估算,结合1.3 NTP服务器配置时钟的特性,对互联网上分组数据包进行分组描述。
1988年、1989年、1992年分别推出NTP服务v1、NTP v2版本RFC-1119、NTP v3版本。
其中NTP v3版本正式引入了校正原则,改进了时钟选择和时钟滤波的算法,对计算机操作系统进行了时钟的调整。
现在在互联网时钟同步技术中使用的是NTP v4版本,其具有高兼容性、高精度个多平台的适应的优点在在空管自动化系统中得到了广泛的应用。
一、时间同步的重要性将通信网上各种通信设备或计算机设备的时间信息基于一个统一的时间标准(例如UTC时间),将时间偏差限定在足够小的范围内,这种同步过程叫做时间同步。
一般来说,时间同步广泛应用于INTERNET。
计算机时钟系统用于记录事件的时间信息,如E-MAIL收发时间、文件创建和访问时间、数据库处理时间等。
在交通运输业的时间显示系统中,如地铁时刻表显示系统、机场时刻表显示系统,如果偏差较大,可能会影响旅客的出行。
所有没有采用时间同步的通信设备或计算机设备都或多或少的存在着时间误差,一般这类设备是通过使用系统内部电池供电的晶振来获得时钟的,平均误差为1s/天,这样时间长了,误差就会积累很大,影响正常的工作。
而时间的调整大多通过管理人员手动完成,不仅精度不高,而且无法预测人为因素造成的错误。
据统计,没有进行时间同步的主机中,有50%的主机其时间误差超过2分钟,10%超过4小时,有的甚至超过2个星期。
空管系统中需要时间同步技术。
例如,即将实现的雷达联网需要时间同步,目前国内已有的航管雷达的时钟还没有全部使用统一的UTC时间,各地雷达时间基准不统一,形成了基本固定的异地时间差异。
在异地雷达到管制中心的远距离数据传输过程中,有可能存在不恒定的通讯延迟,有必要在每一个雷达数据源输出端口给航迹数据加一个统一的UTC时间印记。
陆空通信与雷达系统也需要精确的时间同步。
气象方面需要与各地区气象中心交换气象、预报等信息,同样需要精确的时间同步。
可见,目前和未来时间同步技术都将在民航空管系统中起着十分重要的作用。
二、时间的标准时间同步离不开时间标准,时间标准主要有世界时、原子时和世界协调时等。
目前,世界民航组织统一使用的时间标准是世界协调时UTC。
世界时U.T是最早的时间标准。
1884年,国际上将1s确定为全年内每日平均长短的8.64万分之一。
用这个定义秒长的时间系统,称为世界时或格林尼治太阳时。
在1967年,人们利用铯原子振荡周期极为规律的特性,研制出了高精度原子钟。
而原子时就是国际度量衡局时间所,利用全世界200多台原子钟进行对比,统一求出的时间标准。
世界时是以地球自转为基础的一种时标,由于地球自转速度并不均匀,即每一天并非都是精确的86,400原子秒,这就导致世界时与实际时间约每18个月产生1s左右的误差。
为纠正误差,国际地球自转研究所根据地球自转的实际情况对格林尼治时间进行增减闰秒的调整,并与国际度量衡局时间所联合向全世界宣布,这就是世界协调时UTC(UniversalTime,Coordinated)。
1972年国际上决定采用UTC来报时,即以原子时的秒来计时,而当发现用天象观测来测定的世界时与原子时相差超过0.9s时,便在年中(6月30日)或年底(12月31日)的最后一秒钟加上一个“闰秒”来协调,目前已加了16次闰秒。
世界协调时UTC是在用的时间标准。
自1985年11月21日北京时间8时01分起,中国民用航空总局开始使用世界协调时UTC时间,世界协调时UTC是目前世界民航组织统一使用的标准时间基准。
世界协调时在1999年7月5日发布的《中国民用航空空中交通管理规则》第五十六条中有原则规定:中国航空器从事国际飞行和外国航空时间同步在民航空管中的应用和实现ApplicationandRealizationofTimeSynchronizationinCivilAviationATM中航材国际招标有限公司李强专业探索通信导航监视/CNS26《空中交通管理》2007年第10期AirTrafficManagement/2007(10)器在中国境内飞行的,陆空通话使用世界协调时。
三、时间信号的格式目前常用的时间信号格式主要有两种:时间码和NTP。
时间码又包括IRIG、DCLS和ACTS等几种。
IRIG是由IRIG组织于1956年开发,目前分为A、B、D、E、G和H几种,常用的为IRIG-B,其传输介质可用双绞线和同轴电缆,准确度为10~100μs。
DCLS是IRIG-B的一种特殊形式,无传输距离限制,准确度为100~1000μs。
ACTS是由NIST发明,无传输距离限制,准确度为100~1000ms。
网络时间协议NTP(NetworkTimeProtocol):用来在网络中提供高精度、可靠时间的标准Internet协议,基于UDP报文。
从1982年最初提出到现在已发展了将近20年,2001年最新的NTPv4精确度已经达到了200毫秒。
对于实际应用,又有确保秒级精度的SNTP(简单的网络时间协议)。
目前网络上通用的时间传递格式标准是NTPv3公布于1992年。
一般计算机设备都可以通过NTP来同步系统时钟,其它一些通讯设备(如时钟盒等)可以通过时间码来同步时钟,主要使用IRIG-B格式,具体应用可以结合实际情况进行选择。
四、NTP原理NTP需要配置服务器和客户端,其工作原理如图1所示:图1NTP原理图T1:客户方发送查询请的求时间(以客户方时间系统为参照)T2:服务器收到查询请求的时间(以服务器时间系统为参照)T3:服务器回复时间信息包的时间(以服务器时间系统为参照)T4:客户方收到时间信息包的时间(以客户方时间系统为参照)d:为两者之间的往返时间t:为服务器和客户端之间的时间偏差客户端在T1时刻发送查询请求时间信息,经过d/2时间后,在T2时刻到达服务器端。
服务器收到查询请求时间信息后,在T3时刻发送回复时间信息包,再经过d/2时间后,在T4时刻到达客户端。
这样利用下面的公式,就可以推导出服务器与客户端之间的时差t。
∵T2=T1+t+d/2;T2-T1=t+d/2;T4=T3-t+d/2;T3-T4=t-d/2;∴d=(T4-T1)-(T3-T2);t=((T2-T1)+(T3-T4))/2从上式可以看出,服务器和客户端之间的时间偏差与服务器处理请求所需的时间无关。
因此,客户方可通过T1、T2、T3、T4计算出时差t去调整本地时时间无关,客户方可通过T1、T2、T3、T4计算出时差t去调整本地时钟。
五、GPS和GLONASSGPS(GlobalPositioningSystem)全球定位系统,是美国开发研制的新一代空间卫星导航与定位系统,GPS具有性能好、精度高、应用广的特点。
它通过基本覆盖全球的24颗通信卫星无线传输数据,而我们需要的时间信息数据只是其中的一种。
GPS卫星通过地面监控站的原子钟来获得精确的时间信息数据,并传输到世界上任何需要的地方。
用户只需要通过GPS接收机接收标准的时间信息即可。
GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)全球导航卫星系统,是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统。
GLONASS系统也由24颗卫星组成,均匀分布在3个近圆形的轨道平面上,从而覆盖全球。
与美国的GPS系统不同的是GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式,根据载波频率来区分不同卫星,而GPS是码分多址(CDMA),根据调制码来区分卫星。
GPS+GLONASS系统是对纯GPS系统的改进,通常使用GPS+GLONASS接收机会得到更好的效果。
接收机的TOD(绝对时刻)输出即为修正的UTC时间。
六、时间同步网拓扑结构时间同步网络结构应采用树状结构,分等级主从的同步方式,以方便网络的扩展,如图2。
时间服务器从时间的可信度来划分层次级别,层次级别使用从0到15的数字,表示一个时间源的可靠程度。
数值0时最可靠的,15时最不可靠的。
层次级别低的服务器可以向层次级别高的服务器同步时间,而在相同级别的对等服务器可以相互交换时间信息。
一般第0级时间服务器为官方时钟所保留,而从GPS接收机接收TOD(绝对时刻)输出的时间服务器为一级时间服务器。
一级时间服务器通常只作主钟源,并向二级时间服务器或客户发布时间信息。
上级向下级时间服务器传送UTC的时间信息,如果距离较远,可以采用无线传输方式(高频或低频无线电信号)和有线传输方式(ISDN、PSTN、DDN等),一般来说,空管系统应采用有线传输方式来解决UTC时间的传播。
传统电话网PSTN,是目前普及程度最高、成本最低的公用通讯网络,它传输模拟信号,在网络互连中也有广泛的应用。
综合业务通信导航监视/CNS27数字网ISDN,是基于传统电话网基础上的综合业务数字网,它的主要特点传输数字信号,质量比较高。
数据数字网DDN,是半永久性连接电路的数据传输网,传输质量高,但是用费用和投入都相对较高。
局域网内通常配置一台时间服务器作为“权威的”时间源,它从上级时间服务器或GPS接收机得到UTC时间信息。
而内部的客户机可以通过局域网从时间服务器获得UTC时间参考,计算本地UTC时间信息,一般通过系统配置和安装基于NTP的软件程序来获得。
对单独的设备则可以通过例如RS-232、RS-422或同轴这样的设备物理接口来获得时间同步信息。
NTP的工作模式可以分为主/被动对称模式、客户/服务器模式和广播模式。
如图2所示,上下级时间服务器采用客户/服务器模式,这样下级时间服务器可被上级时间服务器同步,但上级时间服务器不能被下级时间服务器同步。
同级时间服务器采用主/被动对称模式,双方均可同步对方或被对方同步,先发出申请建立连接的一方工作在主动模式下,另一方工作在被动模式下。
时间服务器向本网络内的各种终端发布时间信息则采用广播模式,一对多连接,时间服务器不论客户工作在何种模式下,主动发出时间信息,客户由此信息调整自己的时间。
七、应用方案以某空管局为例,其具体的组网方案如图3所示,本方案可充分利用现有的资源组建时间同步网络。
组网时可以使用已有GPS接收机提供时间信息标准。
笔者曾经在SUN的Solaris上配置过NTP的Unix服务器和客户机,经过测试发现其消耗非常小的系统资源,以SUNUltra10配置为NTP服务器为例,只消耗1%左右的系统资源,这样就可以利用那些负荷不太重的计算机配置作为NTP服务器使用。
因此,GPS接收机和时间服务器都无需额外投资。
各部门内部的局域网也可以被充分利用,不需要重复架设网络,从而节省大量资金。
从GPS接收机输出的TOD(绝对时刻)作为主时间服务器的时间基准,配置主时间服务器为一级时间服务器。
二级时间服务器(以部门划分)采用客户/服务器模式与主时间服务器同步时间信息,然后分别给三级时间服务器,或者各种终端设备。
主时间服务器的输出尽量小于10个节点,这样可以保证主时间服务器时间信号的质量。
二级时间服务器的输出要小于500个节点,500个节点完全满足各部门的需要了。
如果在各部门中还需要更细划分网络的话,可以配置三级时间服务器或者更多级别的时间服务器。
上下级时间服务器应该保证传输线路稳定正常工作,以保证NTP数据包的传送,可以使用上面提到的PSTN、ISDN或DDN专线。