CN112562422A - 空中交通管制系统双机冗余模式下的航迹信息自同步方法 - Google Patents

空中交通管制系统双机冗余模式下的航迹信息自同步方法 Download PDF

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CN112562422A CN202011371558.2A CN202011371558A CN112562422A CN 112562422 A CN112562422 A CN 112562422A CN 202011371558 A CN202011371558 A CN 202011371558A CN 112562422 A CN112562422 A CN 112562422A
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Abstract

本发明提供了空中交通管制系统双机冗余模式下的航迹信息自同步方法，应用于空中交通运输领域，适用于航迹处理，可实现对主备系统综合航迹的实时同步，主备同步并完整准确反映系统综合态势信息。本方法首先确认主备系统运行状态；主备系统分别接收、处理、存储单信息源航迹信息；备系统向主系统发送预备进行关联的单信息源航迹信息，主系统根据接收信息搜索本系统已关联的综合航迹信息并向备系统发送综合航迹生成指令。主系统在进行综合航迹去重和综合航迹撤销操作时，也向备系统发送相应指令。备系统则根据干预指令进行综合航迹的生成、去重和撤销操作，并能够对航迹信息进行自主定时整理，形成备系统的综合态势信息。

Description

空中交通管制系统双机冗余模式下的航迹信息自同步方法
技术领域
本发明属于空中交通运输技术领域，尤其涉及空中交通管制系统双机冗余模式下的航迹信息自同步方法。
背景技术
目前，我国民航自动化系统快速发展，许多系统为了保证稳定性和抗毁性，经常采用主备双机热备份的系统架构。工作时，主备系统同时接收信息源数据，主系统负责进行数据处理、航迹关联、航迹融合等操作，并将融合产品提交用户；备系统则需保持与主系统的态势同步，以保证主备切换时，用户接收到的态势信息连续稳定。所以，急需一种航迹自同步方法，保证主备系统空情态势同步。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供空中交通管制系统双机冗余模式下的航迹信息自同步方法，本发明在双机热备环境下实现了航迹的快速实时同步，保证备系统能够同步准确反映雷达监测态势信息，并能够大大降低主备切换时系统监视态势恢复时间。
本发明基于双机热备技术，主备系统互为冗余。为实现主备系统状态的实时监控，利用心跳探测技术进行实时交互探询，采用探询时间窗及系统健康值判断系统的运行状态。主备系统同时处理实时雷达数据，并通过主备系统间的通信使备系统的雷达航迹信息与主系统保持实时同步。主系统切换到备系统后，备系统的雷达航迹信息仍然连续可用。本发明具体包括如下步骤：
步骤1：基于双机热备冗余模式，主系统和备系统借助心跳线连接通讯；基于主备切换协议，主系统以一定频率向备系统发送状态探询报文，备系统接收到状态探询报文后，向主系统发送回执，实现主备系统之间状态探询，当主系统发生故障时，备系统接替主系统工作；
步骤2：主系统和备系统分别接收相同的雷达数据，分别处理并储存雷达站信息及单雷达航迹信息，主、备系统分别建立单雷达航迹内存区，雷达站信息及单雷达航迹信息包括雷达站号和单雷达航迹批号；
步骤3：主系统执行航迹关联、综合航迹生成以及综合航迹撤销操作，同时建立综合航迹存储结构，储存综合航迹信息；
步骤4：备系统将未关联的单雷达航迹信息及雷达站信息编制成为关联询问报文发送给主系统；
步骤5：主系统接收到备系统关联询问报文后进行解析，并向备系统发送编批指示报文；考虑到会有多部单雷达航迹对应同一综合航迹的情况，即在步骤5中，主系统向备系统发送的综合航迹信息已在备系统中存在，因此主系统应向备系统发送去重指示报文。
步骤6：备系统接收到主系统发送的编批指示报文并解析，然后进行相应处理；
步骤7：当主系统中已存在的综合航迹不能与任何单信息源航迹相关联时，进行综合航迹撤销操作；主系统将撤销指令以撤销指示报文形式发送给备系统；
步骤8：备系统接收到主系统撤销指示报文并解析，然后进行相应处理。
步骤1中，基于主备切换协议，实现主系统、备系统的自动切换和人工切换，具体包括如下步骤：
步骤1-1：定义主备切换协议，该协议为应用层协议，采用UDP协议进行通信传输，确定系统状态参数：主系统内部标志为ZXT，备系统内部标志为BXT，定义主系统的系统优先级为1，备系统的系统优先级为2；系统状态参数通过数据库表进行存储，系统启动时，主系统、备系统通过各自数据库获取状态参数；主系统、备系统分别建立如下系统状态参数存储结构数组：
Figure BDA0002806209320000021
步骤1-2：定义状态探询报文：状态探询报文由主系统向备系统发送，通知备系统本机工作正常，状态探询报文包括主系统内部标志ZXT和主系统优先级1，同时包含主系统各应用进程的状态值，进程正常状态值为1，进程异常状态值为0；
定义状态探询报文发送间隔SI(Send Interval)，该间隔SI(一般取10s)由用户根据实际情况和需要决定；定义主备切换门限：即备系统连续X个SI时间(一般X设定为3个)没有收到主系统发来的探询报文时，备系统切换为主系统；
步骤1-3：主系统以间隔SI向备系统发送状态探询报文，备系统通过接收探询报文监听主机状态，向主系统回复状态回执报文，包括备系统内部标志BXT和系统优先级2，同时包含备系统各应用进程的状态值，进程正常状态值为1，进程异常状态值为0，并将计时器清零；如果计时器超过n个SI仍未收到探询报文，则备系统升为主系统；
步骤1-4：主系统恢复时，主系统向备系统发送状态探询报文，备系统接收后降为备系统，同时恢复发送状态回执报文；
步骤1-5：对主系统和备系统均进行如下设定：
设定系统中包含N个应用进程，进程n的健康值为Xn，取值为0表示异常，取值为1表示正常，对应的权重为Wn，则系统的总体健康值H为：
Figure BDA0002806209320000031
通过步骤1-3中的状态探询报文和状态回执报文，主系统对其健康值和备系统的健康值做出评估，设定主系统的健康值为Ha，备系统的健康值为Hb，切换的健康阈值为Hc(一般设定为90％)：
如果Ha≥Hc，则不进行主备切换；如果Ha<Hc，Ha>Hb，则不进行主备切换，但是主系统中的重要进程(如雷达数据处理进程，雷达数据分发进程等)需要重启；如果Ha<Hc，Ha<Hb，则应进行主备切换。
步骤2包括：
步骤2-1：建立雷达站信息和单雷达航迹信息存储结构并分配空间，用于保存雷达站信息和单雷达航迹信息；具体建立如下雷达站信息存储结构数组：
Figure BDA0002806209320000032
Figure BDA0002806209320000041
步骤2-2：接收到的雷达航迹更新时，同步更新内存区中各参数。
步骤3中，建立如下综合航迹存储结构数据：
Figure BDA0002806209320000042
步骤4包括：
步骤4-1：备系统解析雷达数据后，根据单雷达航迹与综合航迹勾连字ci判断当前单雷达航迹是否已与综合航迹关联，如果ci值为0xffff，则当前单雷达航迹未进行关联，执行步骤4-2；否则等待处理下一条雷达报文并进行解析判断；
步骤4-2：备系统编制关联询问报文，关联询问报文包含三个字段：控制命令字段szhxp、雷达站号字段和单雷达航迹批号字段；代码如下:
sprintf(str,”szhxp％s％s”,q_hj_typ[hj_id]->q_rd_typ[radar_id].zh,q_hj_typ[hj_id]->ph)；
步骤4-3：备系统向主系统发送关联询问报文。
步骤5包括：解析完成后在主系统单雷达航迹内存区中搜索是否存在相同的单雷达航迹，将收到的单雷达航迹号与内存区中已保存的单雷达航迹号进行比对，如果主系统内存中不存在相同的单信息航迹，则不处理；如果主系统内存在相同的单雷达航迹，并且该航迹已与综合航迹进行关联，则主系统将与之关联的综合航迹信息以编批指示报文形式发送给备系统，同时，主系统向备系统发送去重指示报文；如果该航迹未进行关联，则不处理。
步骤5中，主系统根据单雷达航迹与综合航迹勾连字ci判断当前单雷达航迹是否已与综合航迹关联，如果ci值为0xffff，则当前单雷达航迹未进行关联，不进行处理；否则继续执行如下步骤：
主系统编制编批指示报文，编批指示报文包含四个字段：控制命令字段“zb”、雷达站号字段、单雷达航迹批号字段和综合航迹批号字段；代码如下：
sprintf(str,”zb％s％s％s”,q_hj_typ[hj_id]->q_rd_typ[radar_id].zh,q_hj_typ[hj_id]->ph,q_c_typ[q_hj_typ[hj_id].ci].p)；
主系统向备系统发送编批指示报文。
步骤5中，所述去重指示报文包含四个字段：控制命令字段qc、雷达站号字段、单雷达航迹批号字段和综合航迹批号字段。代码如下：
sprintf(str,”qc％s％s％s”,q_hj_typ[hj_id]->q_rd_typ[radar_id].zh,q_hj_typ[hj_id]->ph,q_c_typ[q_hj_typ[hj_id].ci].p)。
步骤6包括：备系统接收到主系统发送的编批指示报文并解析，通过报文中的指令进行综合航迹生成，形成综合批，并放入综合航迹存储区；同时，在对应单雷达存储区形成单雷达航迹与综合航迹勾连字，与综合航迹结构数组的索引对应；
备系统接收到主系统去重指示报文并解析，通过报文中的指令进行综合航迹去重。
步骤7中，所述撤销指示报文包含两个字段：控制命令字段xs和单雷达航迹批号字段。
代码如下：
sprintf(str,”xs％s”,q_hj_typ[hj_id]->ph)。
步骤8中，备系统接收到主系统撤销指示报文并解析，通过报文中的指令进行综合航迹撤销，释放对应批号的综合航迹存储空间；如果未收到撤销指示报文，备系统将定时清理单雷达航迹内存区中航迹信息。
有益效果：本方法实现了对主、备系统运行状态的实时监控。当主系统发生异常时能够完成主系统向备系统的切换。此外，在主备系统正常工作状态下通过主备问询机制实现综合航迹的实时同步，使备系统能够与主系统一样完整准确反映系统综合态势信息，也保证了主备切换时，备系统能够立刻呈现实时态势信息，大大降低了主备切换时系统监视态势恢复时间。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是航迹自同步方法结构层次图。
图2是航迹自同步方法流程图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明提供了空中交通管制系统双机冗余模式下的航迹信息自同步方法，包括以下步骤：
步骤1：主系统以一定频率向备系统发送状态探询报文。备系统接收到探询报文后，向主系统发送回执，实现主备系统之间状态探询。
步骤1-1：主系统编制状态探询报文并发送给备系统，状态探询报文包括主系统内部标识“ZXT”和系统优先级1。发送频率为一秒一次。
步骤1-2：备系统收到探询报文后，编制回执报文并发送给主系统，回执报文包括备系统内部标识“BXT”和系统优先级2。
步骤1-3：若主系统在15s内收到回执报文，则认为备系统工作正常，继续执行步骤2；若连续15s未收到备系统的回执报文，则判断备系统异常，不进行后续操作。
步骤2：主系统和备系统分别接收相同的雷达数据，分别处理并储存雷达站信息及单雷达航迹信息，包括雷达站号、单雷达航迹批号等。
步骤2-1：建立雷达站信息和单雷达航迹存储结构并分配空间，用于保存雷达站信息和单雷达航迹信息；设定模拟3批目标，开启三部雷达，其站号和单雷达航迹批号如表1，建立雷达站信息存储结构数组如下：
Figure BDA0002806209320000061
Figure BDA0002806209320000071
建立单雷达航迹存储结构数组如下：
Figure BDA0002806209320000072
表1
Figure BDA0002806209320000073
步骤2-2：接收到的雷达航迹更新时，同步更新内存区中各参数。
步骤3：主系统执行航迹关联、综合航迹生成以及综合航迹撤销操作。同时建立综合航迹存储结构，储存综合航迹信息，综合航迹信息如表2。
表2
Figure BDA0002806209320000074
Figure BDA0002806209320000081
建立综合航迹存储结构数据如下：
Figure BDA0002806209320000082
步骤4：备系统将未关联的单雷达航迹信息，包括航迹号、信息源站号编制成为关联询问报文发送给主系统，备系统单雷达航迹信息如表3。
表3
Figure BDA0002806209320000083
步骤4-1：备系统根据单雷达航迹与综合航迹勾连字ci判断当前单雷达航迹是否已与综合航迹关联，如果ci值为ffff，则该航迹未进行关联，例如，发现站号189，单雷达航迹号21的航迹ci值为ffff，继续执行步骤4-2。
步骤4-2：若单雷达航迹未与综合航迹进行关联，则备系统编制关联询问报文，关联询问报文包含三个字段，即控制命令字段“szhxp”、雷达站号字段和单雷达航迹批号字段。代码如下:
sprintf(str,”szhxp％s％s”,q_hj_typ[hj_id]->q_rd_typ[radar_id].zh,q_hj_typ[hj_id]->ph)；
对于站号189，单雷达航迹号21的航迹，关联询问报文写为“szhxp 189 21”。
步骤4-3：备系统向主系统发送步骤4-2中编制的关联询问报文。
步骤5：主系统接收到备系统关联询问报文后进行解析。解析完成后在主系统内存区中搜索是否存在相同的单雷达航迹。即，将收到的单雷达航迹号与内存区中已保存的单雷达航迹号进行比对，例如，主系统解析得到雷达站号189，单雷达航迹号为21的单雷达航迹，并发现本系统也存在相同单雷达航迹，则继续执行步骤6。若主系统内存中不存在相同的单信息航迹，则不处理。
步骤6：若主系统内存在相同的单雷达航迹，并且该航迹已与综合航迹进行关联，则主系统将与之关联的综合航迹信息以编批指示报文形式发送给备系统。若该航迹未进行关联，则不处理。
步骤6-1：主系统根据单雷达航迹与综合航迹勾连字ci判断当前单雷达航迹是否已与综合航迹关联，如果ci值为ffff，则该航迹未进行关联，不进行处理；否则进行执行步骤6-2，例如对于雷达站号189，单雷达航迹号为21的单雷达航迹，其勾连字为1，即该航迹已进行关联，继续执行步骤6-2。
步骤6-2：若单雷达航迹已与综合航迹进行关联，则主系统编制编批指示报文，编批指示报文包含四个字段，即控制命令字段“zb”、雷达站号字段、单雷达航迹批号字段和综合航迹批号字段。代码如下：
sprintf(str,”zb％s％s％s”,q_hj_typ[hj_id]->q_rd_typ[radar_id].zh,q_hj_typ[hj_id]->ph,q_c_typ[q_hj_typ[hj_id].ci].p)；
例如，单雷达航迹21，与之关联的综合航迹勾连字为1，对应的综合航迹号(表2)为2501，因此编批指示报文写为“zb 189 21 2501”。
步骤6-3：主系统向备系统发送6-2中编制的编批指示报文。
步骤7：备系统接收到主系统发送的编批指示报文并解析，通过报文中的指令进行综合航迹生成。形成综合批，并放入综合航迹存储区q_c_typ。同时，在对应单雷达存储区q_hj_typ形成单雷达航迹与综合航迹勾连字ci。
步骤8：考虑到会有多部单雷达航迹对应同一综合航迹的情况，即在步骤6中，主系统向备系统发送的综合航迹信息已在备系统中存在，因此主系统应向备系统发送去重指示报文。去重指示报文包含四个字段：即控制命令字段“qc”、雷达站号字段、单雷达航迹批号字段和综合航迹批号字段。代码如下：
sprintf(str,”qc％s％s％s”,q_hj_typ[hj_id]->q_rd_typ[radar_id].zh,q_hj_typ[hj_id]->ph,q_c_typ[q_hj_typ[hj_id].ci].p)；
例如，对站号173，单雷达航迹号25的航迹，其对应的综合航迹号也为2501，和单雷达航迹21属于同一目标。因此，去重指示报文写为“qc 173 25 2501”。
步骤9：备系统接收到主系统去重指示报文并解析，通过报文中的指令进行综合航迹去重。
步骤10：当主系统中已存在的综合航迹不能与任何单信息源航迹相关联时，进行综合航迹撤销操作。主系统将撤销指令以干预报文形式发送给备系统。撤销指示报文包含两个字段：即控制命令字段“xs”和单雷达航迹批号字段。
代码如下：
sprintf(str,”xs％s”,q_hj_typ[hj_id]->ph)；
例如，站号189，单雷达航迹批号24的航迹已经消失。撤销指示报文写为“xs 24”。
步骤11：备系统接收到主系统撤销指示报文并解析，通过报文中的指令进行综合航迹撤销。释放对应批号的综合航迹存储空间。
本发明提供了空中交通管制系统双机冗余模式下的航迹信息自同步方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.空中交通管制系统双机冗余模式下的航迹信息自同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：基于双机热备冗余模式，主系统和备系统借助心跳线连接通讯；基于主备切换协议，主系统以一定频率向备系统发送状态探询报文，备系统接收到状态探询报文后，向主系统发送回执，实现主备系统之间状态探询，当主系统发生故障时，备系统接替主系统工作；
步骤2：主系统和备系统分别接收相同的雷达数据，分别处理并储存雷达站信息及单雷达航迹信息，主、备系统分别建立单雷达航迹内存区，雷达站信息及单雷达航迹信息包括雷达站号和单雷达航迹批号；
步骤3：主系统执行航迹关联、综合航迹生成以及综合航迹撤销操作，同时建立综合航迹存储结构，储存综合航迹信息；
步骤4：备系统将未关联的单雷达航迹信息及雷达站信息编制成为关联询问报文发送给主系统；
步骤5：主系统接收到备系统关联询问报文后进行解析，并向备系统发送编批指示报文；
步骤6：备系统接收到主系统发送的编批指示报文并解析，然后进行相应处理；
步骤7：当主系统中已存在的综合航迹不能与任何单信息源航迹相关联时，进行综合航迹撤销操作；主系统将撤销指令以撤销指示报文形式发送给备系统；
步骤8：备系统接收到主系统撤销指示报文并解析，然后进行相应处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，基于主备切换协议，实现主系统、备系统的自动切换和人工切换，具体包括如下步骤：
步骤1-1：定义主备切换协议，该协议为应用层协议，采用UDP协议进行通信传输，确定系统状态参数：主系统内部标志为ZXT，备系统内部标志为BXT，定义主系统的系统优先级为1，备系统的系统优先级为2；系统状态参数通过数据库表进行存储，系统启动时，主系统、备系统通过各自数据库获取状态参数；主系统、备系统分别建立系统状态参数存储结构数组；
步骤1-2：定义状态探询报文：状态探询报文由主系统向备系统发送，通知备系统本机工作正常，状态探询报文包括主系统内部标志ZXT和主系统优先级1，同时包含主系统各应用进程的状态值，进程正常状态值为1，进程异常状态值为0；
定义状态探询报文发送间隔SI，该间隔SI由用户根据实际情况和需要决定；定义主备切换门限：即备系统连续X个SI时间没有收到主系统发来的探询报文时，备系统切换为主系统；
步骤1-3：主系统以间隔SI向备系统发送状态探询报文，备系统通过接收探询报文监听主机状态，向主系统回复状态回执报文，包括备系统内部标志BXT和系统优先级2，同时包含备系统各应用进程的状态值，进程正常状态值为1，进程异常状态值为0，并将计时器清零；如果计时器超过n个SI仍未收到探询报文，则备系统升为主系统；
步骤1-4：主系统恢复时，主系统向备系统发送状态探询报文，备系统接收后降为备系统，同时恢复发送状态回执报文；
步骤1-5：对主系统和备系统均进行如下设定：
设定系统中包含N个应用进程，进程n的健康值为Xn，取值为0表示异常，取值为1表示正常，对应的权重为Wn，则系统的总体健康值H为：
Figure FDA0002806209310000021
通过步骤1-3中的状态探询报文和状态回执报文，主系统对其健康值和备系统的健康值做出评估，设定主系统的健康值为Ha，备系统的健康值为Hb，切换的健康阈值为Hc：
如果Ha≥Hc，则不进行主备切换；如果Ha＜Hc，Ha＞Hb，则不进行主备切换，但是主系统中的重要进程需要重启；如果Ha＜Hc，Ha＜Hb，则应进行主备切换。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：
步骤2-1：建立雷达站信息和单雷达航迹信息存储结构并分配空间，用于保存雷达站信息和单雷达航迹信息；
步骤2-2：接收到的雷达航迹更新时，同步更新内存区中各参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤4包括：
步骤4-1：备系统解析雷达数据后，根据单雷达航迹与综合航迹勾连字ci判断当前单雷达航迹是否已与综合航迹关联，如果ci值为0xffff，则当前单雷达航迹未进行关联，执行步骤4-2；否则等待处理下一条雷达报文并进行解析判断；
步骤4-2：备系统编制关联询问报文，关联询问报文包含三个字段：控制命令字段szhxp、雷达站号字段和单雷达航迹批号字段；
步骤4-3：备系统向主系统发送关联询问报文。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤5包括：解析完成后在主系统单雷达航迹内存区中搜索是否存在相同的单雷达航迹，将收到的单雷达航迹号与内存区中已保存的单雷达航迹号进行比对，如果主系统内存中不存在相同的单信息航迹，则不处理；如果主系统内存在相同的单雷达航迹，并且该航迹已与综合航迹进行关联，则主系统将与之关联的综合航迹信息以编批指示报文形式发送给备系统，同时，主系统向备系统发送去重指示报文；如果该航迹未进行关联，则不处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤5中，主系统根据单雷达航迹与综合航迹勾连字ci判断当前单雷达航迹是否已与综合航迹关联，如果ci值为0xffff，则当前单雷达航迹未进行关联，不进行处理；否则继续执行如下步骤：
主系统编制编批指示报文，编批指示报文包含四个字段：控制命令字段zb、雷达站号字段、单雷达航迹批号字段和综合航迹批号字段；
主系统向备系统发送编批指示报文。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤5中，所述去重指示报文包含四个字段：控制命令字段qc、雷达站号字段、单雷达航迹批号字段和综合航迹批号字段。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤6包括：备系统接收到主系统发送的编批指示报文并解析，通过报文中的指令进行综合航迹生成，形成综合批，并放入综合航迹存储区；同时，在对应单雷达存储区形成单雷达航迹与综合航迹勾连字，与综合航迹结构数组的索引对应；
备系统接收到主系统去重指示报文并解析，通过报文中的指令进行综合航迹去重。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤7中，所述撤销指示报文包含两个字段：控制命令字段xs和单雷达航迹批号字段。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤8中，备系统接收到主系统撤销指示报文并解析，通过报文中的指令进行综合航迹撤销，释放对应批号的综合航迹存储空间；如果未收到撤销指示报文，备系统将定时清理单雷达航迹内存区中航迹信息。
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