空中交通管理虚拟化技术的应用——虚拟中心

来源：防务快讯

作者：王璨 

在空中交通管理（ATM）领域，虚拟化技术可以增强运行弹性、异常运行应急、负载共享远程运行，通过由虚拟中心支持的“按需容量”管理方式，实现空中交通服务的跨境授权。目前各国正在使用的虚拟中心主要包括同一航行服务提供者（ANSP）的虚拟中心以及具有跨境运行能力的虚拟中心。本文将从特点、优势、挑战和具体应用等方面详细介绍同一ANSP的虚拟中心。

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概述

     

单一欧洲天空空中交通管理研究计划（SESAR）将虚拟中心定义为：虚拟中心是一个单一的空中交通服务单位（ATSU），或是使用空中交通管理数据服务提供商（ADSP）数据服务的ATSU组合。通过服务水平协议中定义的服务接口，这一概念实现了ADSP与某些ATSU之间的地理分离。一个ATSU可以使用来自多个ADSP的数据服务，就像一个ADSP可以为多个ATSU提供服务一样。

在概念定义中，虚拟化的特征在于：

• 空中交通管制员（ATCO）空中交通服务（ATS）单位与ATM数据服务提供机构（即提供服务的数据中心）之间在组织/架构上的区别；

• 数据中心与管制室之间的潜在地理差异；

• 数据交换可作为全系统信息管理（SWIM）服务；

• 自适应连接多个数据中心，实现潜在的可扩展性和弹性。

下图描述了同一航行服务提供者（ANSP）在同一空域不同位置的ATSU/虚拟中心的解决方案。

图1 同时具有数据中心和虚拟中心的基础设施

同一ANSP的虚拟中心的特点如下：

1）一个或多个数据中心向ATSU提供空中交通管理数据；

2）空中交通管理数据服务需基于标准接口；

远程运行平台可以与数据中心位于同一国家/地区，也可以位于不同国家/地区；

3）ATSU可以向数据中心共享的本地信息包括：

• 本地监视信息（例如，应用程序正在使用本地雷达）；

• 本地航空信息（例如，由ATSU更改的使用中跑道）；

• 本地扇区信息（例如，夜间分组）。

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优势

     

此类虚拟中心架构（可能与本地基础设施相结合）的主要优势如下。

业务：

• 提高各中心相互提供应急服务的能力，从而实现高弹性和业务连续性；

• 通过潜在的数据服务外包和辅助服务的合理化，降低服务提供成本；

• 减少与人员配备和政治相关的问题；

• 由于基础设施的合理化，可能会提高可持续性。

技术：

• 通过安装面向服务的开放式、模块化架构，打破每个空中交通管理应用程序的孤岛，允许通过标准应用程序接口（API）与其他空中交通管理应用程序互连；

• 关键数据的集成和整合；

• ATM应用程序的敏捷开发和改进的潜在好处。

运行：

• 在交通流量发生意外变化后空中交通管制员增加或减少的情况下，更快地进行反应并实现高度灵活性（空域的动态分配）；

• 不仅可以优化单个区域管制中心（ACC）的工作，还可以优化ANSP内的完整基础设施；

• 减少每个单一ACC容量的缓冲能力，并从完整的基础设施角度解决容量问题；

• 站点之间的负荷平衡，避免容量问题或减少一个ATSU位置的周末/夜间工作；

• 提高在同一ANSP内各中心之间进行容量需求平衡的能力。

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挑战

     

ANSP和其他利益相关方必须考虑的挑战概述如下。

政治监管：

• 法律主题不同，数据中心和虚拟中心之间的责任（法律、技术等）可能会被稀释；

• 需要考虑数据中心的高可用性或地理冗余性；

• 由于消除了孤岛，并共享了数据和责任，ANSP和监管机构的安全评估会更加复杂。

业务：

• 组织转型，包括责任方面；

• 需要明确服务连续性要求。

技术：

• 整合关键数据，以保证所有站点中显示信息的一致性、完整性和安全性；

• 所有站点之间的其他技术活动（网络设备、安全性、赛博安全、互操作性、数据一致性）。

运行：

• 根据需要调整ATCO的运行程序；

• 空中交通安全电子人员（ATSEP）对其不断变化的职权范围和任务的接受程度。

相关人员：

• 在不同地点为相同的角色与职责提供运行和技术培训；

• 每个空中交通管理系统所需的专业程度较低。

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具体应用案例

     

1）泰国AEROTHAI

作为虚拟中心，泰国AEROTHAI空中交通管理系统在集中数据处理、服务器、外部接口等以及拥有单一的真实来源方面具有优势。该系统自2020年初开始运行。

• 1个航路中心、5个进近中心和42个远程塔台。

• ACC为所有服务器提供设备间，包括飞行计划服务器、短期和长期冲突服务器、数据链服务器检测等。

• 远程站点连接到主ACC，用于接收中央处理的数据，包括飞行计划、航迹、警报等。

• 每个站点都将本地雷达连接回主ACC，以便进行多雷达处理。该本地雷达也作为本地旁路雷达连接到现场的空中交通管制系统。系统还在每个站点运行了一个分区飞行数据处理和本地飞行数据处理程序。因此，如果广域网（WAN）连接失败，系统将自动切换到作为旁路的分区飞行数据处理和本地雷达馈送。

• 与ACC重新连接需要手动操作和提前计划。

图2 泰国素万那普AEROTHAI空中交通管制中心

2）瑞士skyguide

瑞士民用和军用空中航行服务提供商Skyguide正在积极推动欧洲虚拟中心概念的实施。Skyguide已经成功地实施了面向服务架构（SOA），目前可提供各种服务，包括一些关键的安全服务。Skyguide虚拟中心计划分三个不同阶段建设。

2014年至2017年的第一阶段为日内瓦机场和苏黎世机场开发和部署一个统一的解决方案。在第一阶段，在东部和西部ACC之间实施标准化和协调的流程和程序。这一阶段还按计划大幅提高空域容量，并带来经济效益。

目前即将结束的第二阶段为不受地点限制的运行奠定了基础。因此，新航线处理（NRH）概念将在瑞士全境实施（作为“自由航线空域”的前身），来自苏黎世机场和日内瓦机场的两个数据中心将合并为一个基于开放式架构的单一数据中心。这一阶段将通过关闭旧系统并在单个虚拟数据中心之外运行一个开放、灵活和以网络为中心的系统，从而大幅降低工程成本。从2022年到2025年，投资回报率将不断上升。

第三阶段将改变空中交通管制员与屏幕上显示的飞行轨迹进行交互的方式。根据2020年界定的定义研究和高层级计划，现已制定并批准了具体的实施路线图。该实施路线图概述了在第二阶段技术基础上继续提高运行效益的计划。这一最后阶段预计将带来简化的、与位置无关的程序和流程，以及增强的自动化和动态空域管理。在经济方面，将大幅降低运行成本。

所有Skyguide服务均采用开放和通用的信息交换系统运行。SOA本身提供了实现网络安全环境的所有基本工具，并保证了与纵向系统相同的连续性、可用性和完整性要求。

Skyguide正在与法国DSNA合作，以便作为空管数据服务提供收来自DSNA的飞行计划数据，而Skyguide将相应地作为两个瑞士空中交通管制中心的空中交通服务单位。

Skyguide依赖于与其空中交通管理环境相关的外部服务：

• 新的虚拟化硬件基础设施是从保加利亚租用并从保加利亚进行远程监控。Skyguide已经建立了适当的流程来管理这种远程支持，以便将其整合到Skyguide技术部门提供的整体技术支持服务中。

• 企业服务总线的监控管理是通过远程支持服务来完成的，以确保提供最高水平的服务。

• 如上所述，已经确定了必要的初步要素（计划在2025年前投入运行），以建立与DSNA的接口，从而接收飞行数据（托管在巴黎）。