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基于MQ/MB平台的空管系统架构设计与应用


□ 蔡永福;陈晓建;曹烨琇

中国民用航空华东地区空中交通管理局 上海200335

摘 要:

为了应对航空运输高速发展态势给我们空管带来的挑战,空管系统的建设方向应随着业务的发展及业务模式的改变提出前瞻性的建设规划。就空管信息系统建设而言,大数据集中处理、信息协同共享、分布式构架已经是建设的趋势。针对空管系统结构的合理规划,架构设计是重中之重,在保证安全性、稳定性的前提下还需考虑到整体系统可扩展性、前瞻性;本文使用IBM Websphere MQ V7.0、MB V7.0消息中间件来有效的构建整体系统的架构平台,并通过示范应用有效的验证了该方案的可行性,符合未来空管系统建设发展的要求,同时也为其他类似系统的建设提供了一种可行的解决方案。

  蔡永福,陈晓建,曹烨琇

  (中国民用航空华东地区空中交通管理局,上海200335)

  摘要:为了应对航空运输高速发展态势给我们空管带来的挑战,空管系统的建设方向应随着业务的发展及业务模式的改变提出前瞻性的建设规划。就空管信息系统建设而言,大数据集中处理、信息协同共享、分布式构架已经是建设的趋势。针对空管系统结构的合理规划,架构设计是重中之重,在保证安全性、稳定性的前提下还需考虑到整体系统可扩展性、前瞻性;本文使用IBM Websphere MQ V7.0、MB V7.0消息中间件来有效的构建整体系统的架构平台,并通过示范应用有效的验证了该方案的可行性,符合未来空管系统建设发展的要求,同时也为其他类似系统的建设提供了一种可行的解决方案。

  关键词:MQ;MB;中间件;发布订阅;路由

  中图分类号:TM923.5文献标识码:A

  基金项目:上海市2013年 “科技创新行动计划”信息技术领域项目大数据关键技术研究与应用示范课题(13511504700)资助.

  1引言(Introduction)

  通过近几年对空管系统的研发和投产的实践来看,实际的管制用户需求不再局限于传统的航班计划、动态、统计等信息的获取上,而是强调围绕航班对象为目标、涉及整个航班生命周期管理中的各类信息的产生和使用,这对空管而言是一个全新的课题。

  在当前IT水平高速发展的形式下,各个领域的信息化建设都是朝着大型的、集约式的、平台化的模式发展,建立集中数据处理中心,为各种专业化的生产系统提供数据服务。

  未来空管系统的建设方向应随着业务的发展及业务模式的改变提出前瞻性的建设规划,而不是一味被动式进行系统改造、升级及新建,最后形成的局面将是用户和维护人员面前一堆屏显、系统与系统之间盘枝错综、系统本身也是一大堆补丁。国外的民航系统的建设和实践及国内近期的建设理念已经给了我们很大的参考和思路,并且当前的业务发展方向(未来10—20年)也是可预见的,就信息系统建设而言,数据大集中处理,信息协同共享、分布式部署应用已经是建设的趋势。

  针对空管系统结构的合理规划,架构设计是重中之重,在保证安全性、稳定性的前提下还需考虑到整体系统可扩展性、前瞻性;本文使用IBM Websphere MQ V7.0、MB V7.0消息中间件来有效的构建整体系统的架构平台,使得系统升级灵活,兼容新老系统过渡,并使用基于内容的消息路由,提供发布订阅通信模式以满足动态需求,提供点对点通信模式满足高可用,既能满足强时序性又能提供分布式,也提供负载均衡模式,以适应未来空管系统的构建和发展。

  2系统平台需要解决的问题(To solve the problemof system platform)

  伴随着世界经济的发展,国际航空运输量在21世纪初有了大幅度的增加,以信息、通信技术为代表的新科技的广泛应用,使空中交通运输和世界经济领域的其他活动一起形成了快速全球化的发展态势。国际民航组织(ICAO)提出“全球空管运行”的新概念,其主要特点是建立共享、交互集成平台,使民航运输参与各方在安全的前提下,提升系统绩效。在此概念基础上,世界许多国家依据自身情况和未来预期开始规划和建立新一代空中交通管理系统,以适应新趋势的发展要求。为了应对航空运输高速发展态势给我们空管带来的全面挑战,除了全面提升传统的保障能力外,还必须加快新技术、新系统的研究和应用,同时还必须逐步把飞行信息服务功能拓展和延伸到各航空相关保障和服务单位。因此,在信息化系统变迁的过程中,传统的系统设计架构已难以适应空管大型运行系统的设计要求,新的系统架构应解决以下问题:

  (1)兼容新老系统过渡,系统升级灵活

  把未来的新信息系统有机地包容到现有系统中,使现在和未来能自然而有机地结合在一起,实现新老系统的无缝过渡。

  (2)可靠的、标准化的通信交互模式

  空管的系统种类繁多如电报、雷达、气象、情报、飞行计划等,不同系统的信息交互格式、方式差异很大,无法进行有机地整合,新系统架构平台应提供一套统一、完善、准确的数据交互规范,并从可靠性、安全性、冗余性等方面充分考虑。

  (3)减少系统之间的复杂度

  面对现有系统“点对点”式的系统架构,若想要增加或移除一些应用功能,真可谓“牵一发动全身”,举步维艰,所以新系统架构就需要具备松耦合,灵活扩展的特点,减少整体系统的复杂度。

  (4)使系统之间交互模式由数据共享向服务共享转化

  类似于硬件的虚拟化概念,其基础无非就是设备群、数据群、服务群等一层层向上,最终用户并不知道数据源在哪里、那台设备正在为其服务、那个应用服务正在相应他的操作。系统架构平台上的每个子系统或应用模块仅将业务专业部分的功能做专做精,通过服务的订阅能够消费其他系统应用功能服务,降低开发成本和资源。

  结合以上问题我们希望能够利用一种成熟、有效的中间件技术,加以二次开发,根据空管业务实际特点,构建一套科学、合理的系统架构平台设计方案,本文选取了IBM Websphere MQ V7.0、MB V7.0消息中间件来有效的构建整体系统的架构平台,并通过实践应用以验证其可行性,为空管系统的建设和发展提供技术依据和服务。

  3WebsphereMQ MB的概述(Overview of

  WebsphereMQ MB)

  MQ(Message Queue)是IBM消息中间件的一款拳头产品,目的是使得任意两个分布式进程之间能够异步可靠的进行消息传输。MQ是一种以自己的复杂来换取企业应用简单化的基础平台软件。MQ能够支持目前绝大多数的操作系统,Unix、Linux、Windows等,也提供丰富的编程接口(API)包括VB、C、C++、C#、Java、JMS等。MQ提供了基于消息队列的存储转发机制,在7.0版本之后也提供了较为完善的基于主题的发布订阅机制[1]。

  MB(Message Broker)是在MQ的基础上发展出来的企业服务总线,其能完成各系统之间的联通性,提供方便的格式转换,具备可配置可编程的智能路由,且能支持基于内容的发布订阅机制。MB安装部署简易,在开发部署上提供友好的图形化界面,通过拖放标准化组件能够快速编程,使用ESQL能够完成简易的逻辑,也可同使用Java来完成复杂逻辑编程。MB支持广泛的通信协议,包括MQ、JMS、HTTP、WebServices;支持广泛的数据格式例如XML、SOAP、CSV、Binary等;无缝集成标准商业数据库Oracle、DB2、SQL Server等[2]。

  如果把MQ比作网线,那么MB就相当于路由器,除了有MQ端口之外,还有各种各样的其他接入端口。使用MQ这种业界成熟的消息中间件产品,和MB这样领先的企业服务总线[3],使得我们能快速的解决信息孤岛的问题。

  MQ支持目前主流的两种消息方式,既点对点通信(PTP)与发布订阅通信(Pub/Sub)[4]。

  4MQ/MB在空管系统中的应用(Application of

  MQ/MB in air traffic control system)

  航班运行协同决策(CDM)系统是民航发展背景下应运而生的新生空管信息系统,其是基于资源共享和信息交互的多主体(空管、机场、航空公司等)联合协同运行的理念,用于创造透明、高效的航班运行环境,是科学管理和决策航班机场放行,提高航班运行正常率的有效技术手段。在该系统中我们将基于MQMB平台的搭建新的系统架构,作为整个系统的基石。

  4.1基于MQ的设计与应用

  4.1.1模型设计

  新建协同决策集成平台(MQ: QM_CDM_MEP_01)用于连接各机场,各航空公司,还有现有的空管信息集成平台(MQ: MQ_ATC_MEP_01),关系如图1所示。

  

  Fig.1 Integrated platform

  针对每个系统为其创建两个队列,一个是输入队列,一个是输出队列,队列的命名规则为ATC/APT/CMP.XXXX.IN.LQ/RQ/TQ与ATC/APT/CMP.XXXX.OUT.LQ/RQ/TQ,ATC开头表示空管,APT开头的表示机场,CMP开头的表示航空公司,XXXX表示空管系统名称、机场代码、航空公司代码,IN表示输入队列,OUT表示输出队列,LQ表示本地队列,RQ表示远程队列,TQ表示传输队列。

  而协同决策平台与现有的空管信息集成平台之间通过建立发送方通道与接收方通道来连通。通过远程队列访问对方的本地队列,其中远程队列要访问对端的本地队列需要先通过传输队列。而传输队列又通过自己的发送方通道将消息发送到远端对应的接收方通道。

  

  Fig.2 MQ configuration

  首先创建一个队列管理器,命名为QM_CDM_MEP_01。

  以下给出部分创建命令。

  在CMD控制台上,使用命令RUNMQSC QM_CDM_MEP_01连接该队列管理器。

  #创建本地队列

  DEFINE QLOCAL(APT.ZSPD.IN.LQ)

  DEFINE QLOCAL(APT.ZSPD.OUT.LQ)

  ……

  #创建传输队列

  DEFINE QLOCAL(ATC.CDM.OUT.TQ)USAGE(XMITQ)TRIGDATA(TO.QM_ATC_MEP_01)INITQ(SYSTEM.CHANNEL.INITQ)

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