基于Nport S8458的NM7000B光纖環網監控系統

胡江坤 冉松山 閻旭

摘? ?要： NM7000B導航設備被多數機場儀表著陸系統采用，但存在接入方式單一、監控通道單一、冗余性不好和可拓展性低等問題。分析NM7000B運行狀態監控原理，歸納出傳統光纖環網監控系統的局限性，提出一種基于MOXA公司Nport S8458服務器的NM7000B光纖環網監控系統建設方案。系統采用“以太網交換機—光纖接口—串口服務器”集成方案：一是通過串口轉以太網傳輸，實現CI 1748連接板與Nport S8458的連接;二是利用Nport S8458的Turbo Ring 和Turbo Chain協議，組成光纖環網，使軟硬件組成的系統可以通過RealCom功能實現設備運行狀態的自動監控;三是確立TCP Client與TCP Server的分配關系，對CI 1748連接板與RCA 1750遙控器進行協議匹配。此外，還可充分利用Nport S8458服務器的RJ45端口，將動力環境監控系統、集中視頻監控系統、安防系統中的信息資源通過環網傳回監控終端。光纖環網監控系統使得接入更多設備乃至構建動環監控系統成為可能，極大提高了監控效率。

關鍵詞： 儀表著陸系統;Nport S8458;光纖環網;串口服務器;冗余性

引言

截至2019年底，我國民用運輸機場數量達到238個[1]，其中大約80%機場的儀表著陸系統采用Indra公司生產的NM7000B導航設備。NM7000B為航空器進近著陸提供安全、穩定、可靠的引導信號，是機場運行和開放的重要基礎設施。根據國際民航組織（ICAO）的規定[2]，導航設備運行狀態必須處于實時監控中，否則該導航設備不能提供使用，這就使得機場可能無法正常運行。因此，如何構建安全、穩定、可靠、有效的監控體系，一直是導航設備運行管理的重點關注方向。

目前，大多數新建或改擴建儀表著陸系統的監控功能主要通過光端機、光纖復用設備實現，并定制信號設備接口卡組成光纖環網傳輸[3-4]。因為板件需要定制，所以每接入一路信號就需要新增一塊定制信號板卡，使得接入方式單一、監控通道單一，從其他功能上予以拓展基本無從實現。

針對上述問題，本文提出一種基于MOXA公司Nport S8458服務器[5]的NM7000B光纖環網[6-7]監控系統建設方案。該方案可將NM7000B多路監控通道與監控終端同時接入光纖環網上，并預留光纖接口和網絡接口，使得接入更多設備乃至形成動環監控系統成為可能，以期極大提升監控系統的集中性、可靠性、冗余性、可拓展性及高效性。

1? NM7000B運行狀態監控原理

NM7000B導航設備主要分為NM7013B航向設備和NM7033B下滑設備，其對運行狀態的監控主要通過CI 1748連接板實現。CI 1748連接板原理如圖1所示。

CI 1748連接板提供了4種運行狀態監控通道。通道1通過Line或者RS-232，連接至遠端監控中心對應的RCA 1750遙控器[8]，實現設備運行狀態硬件監控和設備開關機控制;通道2和通道3通過內置或者外置Modem，與安裝有專用監控軟件的計算機端連接，實現設備運行狀態軟件監控;通道4通過RS-232或者USB，實現設備本地計算機監控終端對設備運行狀態的監控。當使用通道1時，通道2不可使用。通道1（或者通道2）、通道3、通道4可以同時實現設備運行狀態監控與控制。

2? 傳統光纖環網監控系統

以國內大多數單跑道雙向著陸跑道為例，設備分布示意圖如圖2所示。其中，光纖環網監控鏈路主要采用CI 1748連接板通道1的Line端口連接至加載有FSK信號板卡的PCM-SDH環網設備上，再傳輸至監控中心對應的RCA 1750遙控器，最后通過RCA 1750連接至計算機。傳統光纖環網連接示意圖如圖3所示。

傳統光纖環網通過本地環網光纖設備和遠端環網設備加載一對定制信號板卡，實現設備與對應遙控終端在光纖環網上的“點對點”傳輸;同時，信號接口僅使用了通道1端口，極大浪費了設備其他通道接口;并且，當通道1端口斷開時，與其連接的監控計算機終端也斷開，使得設備處于無法監控狀態，按照相關規定，設備不能提供使用，存在一定安全隱患。此時，若需要增加其他監控通道，則必須在環網設備上在繼續外掛對應的硬件板卡或者設備，在其他通道上實現光纖環網上的監控。

3? 光纖環網監控系統改進

3.1? Nport S8458介紹

Nport S8458是MOXA公司生產的4 端口設備聯網服務器，其集成了網管型以太網交換機功能。服務器的應用特點有：

（1）該服務器是一種4 端口 RS-232串口設備聯網服務器，支持TCP Client、TCP Server傳輸，支持RealCom模式;

（2）內置全功能網管型以太網交換機功能;

（3）具有4 個光纖以太網接口和 4 個以太網接口;

（4）支持 Turbo Ring 和 Turbo Chain（自愈時間<20 ms）[9-10]兩種冗余協議，以實現環網冗余。

Nport S8458實物如圖4所示。

3.2? CI 1748與Nport S8458的連接

因為Nport S8458支持串口轉以太網傳輸，所以可以將CI 1748連接板的通道1、通道3、通道4通過一根串口轉網絡數據線同時連接至Nport S8458，如圖5所示。

3.3? 基于Nport S8458的環網搭建

利用Nport S8458的 Turbo Ring 和 Turbo Chain協議，將各Nport S8458分配在同一個IP段，組成光纖環網，如圖6所示。其中，監控終端Nport S8458的4個串口分別通過串口數據線連接至4個RCA 1750遙控器。并且，計算機監控終端連接至Nport S8458，使得裝備有專用軟件的計算機可以通過RealCom功能訪問環網內任意一個設備，實現設備運行狀態的軟件監控功能。該功能獨立于遙控器鏈路，極大拓展了監控鏈路手段，提高了冗余性。

因為設備與遙控器是“一對一”關系，所以除了Nport S8458需采用TCP Client、TCP Server功能實現設備與遙控器在環網上的“點對點”傳輸外，在硬件上，CI 1748連接板也要與RCA 1750進行協議匹配設置，如表1和表2所示。

由于Nport S8458集成網管型以太網交換機功能，并具備4個RJ45端口，因此還可以將設備所處機房的動力環境監控系統、集中視頻監控系統、安防系統中的信息通過環網傳回監控終端，解決了傳統光纖環網系統需要外置交換機、單獨配置IP，才能實現其功能的問題。

4? 結束語

本文通過研究傳統的儀表著陸系統關系環網監控系統接入方式單一、監控通道單一、冗余性不好和可拓展性低等問題，提出一種基于MOXA Nport S8458的NM7000B光纖環網監控系統建設方案。系統通過“以太網交換機—光纖接口—串口服務器”方法，將NM7000B設備3路監控通道同時接入環網系統，實現監控通道的相互獨立以及100%利用，極大地提升了系統可靠性以及冗余性。同時，系統集成網管交換機功能，可將動力環境監控系統、集中視頻監控系統、安防系統中的信息通過環網傳回監控終端，提升了系統的集成性和可擴展性。

系統為構建安全、穩定、可靠、有效的儀表著陸系統導航設備監控體系提供了一種新的建設思路。

參考文獻

[1] 中國民用機場發展藍皮書2020[OL].[2020-10-31]. http：//news.carnoc.com/list/547/547409.html.

[2] 國際民航公約附件10： 第六版[S].

[3] 王鵬， 李世光， 黨明朝， 等. 基于光纖雙環網的高精度時頻同步技術研究[J]. 宇航計測技術， 2019， 5（10）： 33-37.

[4] 胡江坤， 閻旭， 付晶. 基于MOXA NPORT5410的NM7000導航設備監控系統[J]. 工業技術創新， 2018， 6（5）： 40-43.

[5] 集成式設備聯網服務器[OL]. https：//moxa.com.cn.

[6] 胡慶. 光纖通信系統與網絡： 第4版[M]. 北京： 電子工業出版社， 2019.

[7] 劉雪峰， 胡江坤， 付晶， 等. 儀表著陸系統設備混合監控網絡構建[J]. 西安航空學院學報， 2014（5）： 48-51.

[8] 吳世桂， 付晶. NM7000B實驗平臺建設方案研究： 基于NM7000A設備打造NM7000B實驗平臺[J]. 現代信息科技， 2020（10）： 35-37.

[9] 錢元君. 應急局域網即時通信系統客戶端的設計與實現[D]. 南京： 南京郵電大學， 2019.

[10] Geoffrey Alexander， Antonio M. Espinoza， Jedidiah R. Crandall. Detecting TCP/IP Connections via IPID Hash Collisions[J]. Proceedings on Privacy Enhancing Technologies， 2019， 4： 331-328.