民航通信中线路倒换保护的作用

谢 威

（民航西北空管局通信网络中心，西安 710082）

技术研究

民航通信中线路倒换保护的作用

谢 威

（民航西北空管局通信网络中心，西安 710082）

本文通过对民航通信线路的分类，同时根据倒换保护技术的特点，探讨了民航通信系统中如何应用线路倒换保护技术，以及在应用线路倒换保护技术时应该注意的问题，分析了现有线路倒换保护技术的原理和分类，并结合这些技术特点及民航通信对线路倒换保护技术的性能要求，有针对性地提出了线路倒换保护技术在民航通信中使用的意义和作用。

线路倒换；E1；光缆；以太网；SDH；完好率；倒换时间

1 引言

民航通信主要包括航空管制通信和航务管理通信与其他通信。航空管制通信主要指民航地空台与航空器电台建立用于空中交通管制、通报飞行动态、传递飞行情报等的无线电通信。航务管理通信分高频和甚高频通信。高频航务管理通信主要用于航空公司与在国外或国内航线上飞行的航空器之间的通信；甚高频航务管理通信主要用于航空公司与在机场区域内飞行的航空器之间的通信。由此可见，民航通信对于飞机的飞行安全具有及其重要的影响，对于现代航空业来说，目前民航运输飞行“大流量、高增长”已成常态，对空指挥波道十分繁忙。长时间的陆空通信失效和较为严重的无线电干扰事件，往往都发生在飞行流量较大、空域结构复杂的地区，对当地的管制指挥工作造成了较大被动，存在较大的安全隐患、繁忙密集的航班量，都对于民航通信提出了更高的安全保障要求，每时每刻民航通信都要保持畅通。而这些都为民航通信的基础线路、设备等提出了更高的要求。为此，民航总局近年不断提升安全保障指标，通信导航监视设备月平均运行正常率不低于99%，月平均设备完好率不低于90%；分类设备运行正常率要达到以下要求：无线通信99.98%，有线通信99.97%，导航设备99.98%，雷达99.98%，自动化系统99.99%。面对这些硬性指标要求，空管自身与飞行量增长不相匹配的是空管系统内部的保障能力依然不足，来自系统内部的压力有增无减。“人员、设备、技术手段”等方面都很难在短时期内得到较大程度的提升。

如何破解这些发展中的难题，那就是对设备基础线路做好充分的倒换保护，为设备做好充分的热备机制，唯有如此才能解决这些发展中的尖锐矛盾。

2 民航通信线路分类与特点

民航空管的业务简单地可分为话音业务和数据业务，民航空管通信直接服务于机场和航空公司有关部门。为了保障飞行安全，民航通信主要是地对地通信和地对空通信。在民航地面通信中主要有VHF台信号的传输、雷达站数据的传输、内话信号的传输。这些信号的特点是低速率，其对带宽的占用资源不大，但有一个特点就是数据的实时性要求高。随着民航管制网络的建设，基本上各大区管都建成了以大型机场为中心的光环网，用于承载场区的所有信息。在网络建设时充分考虑了网络的安全性与可靠性，利用了环网的重要特性。在实践中将网络节点连成一个环形网，可以进一步改善网络的生存性和成本，一个环形自愈环也称自愈环网。

根据SDH自愈环业务保护的基础不同，SDH自愈环可以划分为通道保护倒换环和复用段保护倒换环两大类。从功能结构观点来划分，通道保护倒换环也称为子网连接保护，复用段保护倒换环也称为路径保护。对于通道保护倒换环，业务信息的保护是以每个通道为基础的，根据环内的每个通道信号质量的优劣决定是否倒换；对于复用段保护倒换环，业务量的保护是以复用段为基础的，根据每一节点间的复用段信号质量的优劣决定是否倒换，当复用段出现故障时，节点间的所有复用段业务信号都倒换到保护回路。两者的重要区别：前者往往使用专用保护，即正常情况下保护段也在传业务信号，保护时隙为整个环专用；后者往往使用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时隙由每对节点共享。

以西安咸阳机场的网络为例，其建设充分考虑了对网络可靠性的需求，如图1所示。

图1 咸阳机场的网络

由图1看出，在场区使用了环网极大地提升了网络的可靠性，但是雷达站、VHF台站基本都分布在场区外，这些信号传输都是采用单一光缆或E1线路进行引接。雷达站等都是通过单路由进行引接，在单一传输设备的情况下，如何在现有网路中实现备份路由的自动保护倒换呢？由图1可以看到，在民航通信网络中，特别是从雷达站、VHF台等处向环内引接信号的线路主要有光缆线路、E1线路（2M中继）、以太网线路。在单一信号输入源的情况下如何实现对这些进环的支路线路的保护及其重要。因此，引入线路倒换保护技术。从图1中可以看出，在民航通信中的线路保护倒换主要涉及光路的保护倒换及E1线路（2M中继）、以太网线路。

保护倒换可以按照因果关系理解，保护是目的或者原因，倒换便是动作或结果。保护的对象是网络中运行的业务，正常情况下，业务流按照规划好的路径传输，这个规划好的路径在保护的角度理解就是工作路径。如果工作路径上某一点出现问题，业务流就会中断，导致整个业务失败，使用的业务的用户就会受到影响。

3 民航线路倒换保护的性能要求

依据中国民用航空通信导航监视系统运行、维护规程，第十六条从主用机交换人工或自动到备用机工作的换机时间不能超过表1所示要求。我国民用航空通信导航监视系统运行、维护规程要求，在选择线路保护倒换设备时要充分考虑是否满足表1中要求。

表1 中国民用航空通信导航主备切换时间

4 民航E1线路的倒换保护

E1线路（2M中继）是民航通信中极为常用的线路类型，雷达、VHF、内话等重要业务都会使用E1线路（2M中继），因此，加强对E1线路（2M中继）的倒换保护是极其必要的。为了确保这些电路可靠传输，通常的做法是：提供两条传输线路，当任一线路出现问题时，通过人工操作切换到另一条线路上去。由于切换不及时，数据丢失时间过长，因此不能满足民航通信的需求。一些厂家研发了E1线路（2M中继）自动切换设备，自动切换设备采用“并发选收”系统，自动选择质量高的线路信号，并使得切换在微秒级时间内完成。工作原理框图如图2、图3所示。

图2 E1线路自动切换发送端

图3 E1线路自动切换接收端

在图2中发送端，来自用户设备的发信码“E1发”，经再生及驱动后产生发信码“E1A发”和“E1B发”，分别送往传输设备A和传输设备B，从而完成“并发”之功能。

在图3中接收端，来自传输设备A和传输设备B的收信码分别为“E1A收”和“E1B收”，将其进行再生，产生“E1'A”收和“E1'B收”，经由质量检测，倒换条件及倒换控制选择后的信号为E1'收，将“E1'收”送往用户设备，从而完成“选收”之功能。该类E1线路（2M中继）自动切换设备一般倒换时间≤35ms，完全满足民航通信线路换机需求。

5 民航线路的光缆倒换保护

光缆已经成为民航通信中最重要的线路类型，几乎承载了民航通信的所有信号。特别是在骨干网络中，光缆或光纤的中断所引起的后果更加严重，因为其上承载了更多的业务数据，而且光缆的恢复周期长，因此会导致大面积的业务数据丢失，严重影响航班飞行安全。

光路自动切换保护系统可实现“光路故障后自动切换保护”和“主动路由应急调度”两种应用。前者为自动切换保护功能，即在光缆线路发生中断后，系统能够在毫秒级的时间内自动将故障光纤路由切换至备用路由，保证通信业务无阻断；后者为主动路由应急调度功能，由光切换网管中心发出指令进行路由切换调度。常用的1+1保护原理如图4所示。

一般倒换时间≤15ms，最大值≤50ms，其切换时间指标完全满足民航通信线路切换的时间需求。1+1双发选收保护方式发送端光功率按照一定的分光比例分送至T1和T2端口，发送光功率一分为二，沿主备光纤同时传输，接收端对R1和R2两路光功率进行检测，根据功率状况和设定的切换条件与接收端相连通的工作通路。

图4 1+1保护原理图

6 以太网线路倒换保护

在民航通信中，气象、转报、雷达自动化、ATC等信号基本使用以太网进行传输，因此，对以太网线路倒换保护也是十分重要的。

以太网技术具有简单、高效和低成本等特点，正迅速从局域网主要组网技术向城域网和广域网组网技术发展。然而，难以提供快速的业务保护和故障恢复机制是阻碍其在城域网内大规模部署的主要原因之一。

电信级的可靠性要求体现在各种级别设备的软、硬件高可靠设计方面，如关键模块和板卡的备用冗余能力等。而网络高可靠性主要体现在50ms的网络自愈时间要求等。这些要求对于传统用于LAN领域的低成本的以太网设备和早期电信级以太网设备来说，都难以全部提供或保证。然而，ITU-T的以太网线性保护（G.8031）和以太网环网保护（G.8032）的出现，给以太网的保护提供了可能。

在传统的传送技术中，自愈包括保护和恢复两个概念。保护是指在故障发生前为工作实体指定了备用资源，并可保证备用实体的带宽等资源，从而实现在故障发生时的快速自愈。而恢复是不预先分配备用资源，而在故障后再计算和分配备用路径和带宽等，因此自愈时间难以保证。比较而言，保护技术对故障反应更快些，但是恢复技术通常能达到更好的资源利用效果。G.8031是ITU-T对基于VLAN的以太网技术定义的线性保护倒换标准。在保护切换机制中，对工作资源都分配相应的保护资源，如路径和带宽等。相对于IEEE定义的生成树保护技术，G.8031定义的保护技术简单快速，以一种可预测的方式实现网络资源切换，更易于运营商有效地规划网络及明了网络的活动状态，可达到电信级的可靠性。因此，民航通信网络中选择使用支持G.8031标准的网络设备，就能实现以太网切换时间不超过50ms的线路倒换支持。

7 结束语

线路保护倒换对空管安全生产的作用及其重要，主要体现在其倒换的时间不超过50ms，完全满足中国民航通信导航系统运行、维护规程的停机换机时间需求，在民航通信网的建设规划中要充分考虑线路的切换倒换需求，在实施中根据线路不同的类型灵活使用相关线路保护倒换设备，对提升民航通信线路的保护和维护能力有重要的现实意义。

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The Effect of Line Switching Protection Technology in Civil Aviation Communication System

Xie Wei

(The northwest airtraffic control bureau, Xi'an, 710082)

This paper discussed how to apply line switching protection technology on protection of civil aviation communication system, based on the classification of civil aviation communication lines, at the same time according to the characteristics of line switching protection technology. And talked about some issues need to be paid attention to while employing line switching protection technology. First given some analyses of the current line switching protection technology principles and classification, combined with its technical features and the performance requirements of civil aviation communication system, the significance and effect of applying line switching protection technology to civil aviation communication system was presented, and it’s of great practical significance to improve safety and security of aviation communication system.

line switching; E1; Fiber cable; Ethernet; SDH; intact rate; switching time

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.05.001

TN92，V24

A

1672-7274（2015）05-0001-04