空中交通管制自動化系統壓力測試下的性能表現分析

曹杉杉

摘要：對空管自動化系統在壓力測試下的性能表現進行了分析?？展茏詣踊到y作為民航空管部門實施對空指揮的核心系統，在確保民航空管對空指揮任務的安全實施中發揮著重要的作用。對其進行壓力測試評估軟件在極端情況下的性能表現，發現軟件中的漏洞和弱點，以確保軟件系統在處理大批量目標下的穩定性、可靠性。AirNet空管自動化系統在壓力條件下表現基本穩定，各項功能均可用，總體風險可控。針對SDD界面程序處理效率和多核心的資源調度處理，應進行優化。

關鍵詞：空管自動化系統；ATC；性能；測試

一、前言

隨著航班量的日益激增，空管自動化系統作為與空管業務流程高度相關的信息系統，對于保證軟件系統在處理大批量目標下的穩定性、可靠性提出了更高要求。因此，壓力測試作為檢驗系統安全性、完善性的有效手段，意義重大。

空中交通管制自動化系統需要處理大量的飛行數據和雷達數據，因此系統的數據處理能力是評估其性能的關鍵指標之一[1]。在壓力測試中，通過模擬大量的飛行器和雷達信號，測試系統的數據處理能力。在數據處理過程中，系統需要對數據進行采集、處理、分析和存儲等操作，這些操作的效率和穩定性直接影響了系統的性能表現。同時，管制自動化系統的穩定性是保障空中交通安全的基礎。在壓力測試中，通過對系統進行長時間和高強度的測試，驗證系統的穩定性和可靠性。在系統穩定性測試中，需要對系統的各個組件和接口進行測試，確保系統在長時間運行中不會出現崩潰或故障等問題。

因此，壓力測試是評估空中交通管制自動化系統性能的重要手段。通過對系統的數據處理能力、響應時間、穩定性和容錯性等方面的測試，可以全面了解系統的性能表現[2]。針對測試中發現的問題和瓶頸，采取相應的優化措施，可以提高系統的性能和可靠性，保障空中交通的安全和效率。

二、測試設計

在進行軟件壓力測試前，需要進行充分的準備工作。首先，要搭建符合測試要求的測試環境，包括硬件、網絡、數據庫和軟件配置等。測試環境應盡可能接近真實的運行環境，以提高測試的準確性和有效性。所配置的AirNet空管自動化系統測試平臺主要服務器和席位終端的配置如表1所示。

系統結構如圖1所示。

其次，需要準備相應的測試設備和工具，如用于發送模擬雷達數據和模擬電報數據的模擬信號源等。此外，還需要根據測試需求編寫測試用例和腳本，明確測試的目標和預期結果。本文所進行的壓力測試，以AirNet空管自動化系統為例，依據《AirNet空管自動化系統技術手冊》《民航空中交通管制自動化系統第 2 部分：技術要求》（MH/T4029.2）等文件，突出壓力測試特點，將被測軟件按照不同模塊進行分解[3]，針對分解后的每一模塊具體的功能及操作分別設計壓力測試場景和測試用例。

三、 測試執行及系統表現分析

壓力測試圍繞系統性能、交互接口、運行安全[4]等六個方面展開，引入日常軟件管理工作中發現的故障作為測試用例[5]，重點測試系統運行的安全性和適應性，通過壓力負載測試、邊界測試和安全性測試等不同方法，深度評測空管自動化系統的極限運行性能[3]。

系統航跡數據處理壓力測試是以256個目標航跡為單位，步進式增加同時處理的航跡數量，同時，以腳本收集各服務器重要進程的CPU占用率，驗證與標準的符合度。在壓力測試條件下，AirNet空管自動化系統的系統性能及部分測試問題表現如下：

系統總體性能指標如表2。

如圖2所示，系統航跡融合處理進程（msdp）在 MSDP1服務器中的資源占用率在系統航跡逐步增大的過程中逐步提升。CPU占用率在2048個航跡時達到峰值1.90%。在最大航跡目標數持續一段時間后，CPU占用率有所回落。該進程內存占用率在整個過程中的平均值為4.85%，整體波動不大，最大值與最小值差為0.1%。

如圖3、4所示，在系統航跡逐步增加過程中，系統按照256每批目標進行相關。雷達處理（MSDP1）、飛行計劃相關服務器（FDP1）和態勢界面顯示終端（SDD28） 整體 CPU 資源占用率隨著系統航跡相關數逐步增加而逐步提升。航跡與飛行計劃相關到1401個后，系統無法進行自動匹配相關，同時受態勢界面SDD卡頓嚴重，不能手動進行相關操作。在系統航跡數為1401時，主要服務器CPU資源占用率（多核心）達到峰值，但均不超過4%，顯示系統的CPU資源調度存在缺陷，提前到達軟件的性能瓶頸。內存占用率在整個過程中波動不大，最大值與最小值差不超過0.1%。

如圖5所示，在系統相關航跡數到達1401批的過程中，主要進程msdp（航跡處理）、sdd（界面）和fcs（相關）進程CPU資源占用率（以單核計算）呈現明顯上升趨勢，其峰值 CPU 資源使用率分別為118.7%、106.5%和51%，此時對應服務器最繁忙的單核心CPU使用率分別為13.85%、97.76%和31%。數據表明，在主要進程的多核心調度方面，msdp較為優異，可以支持系統航跡進一步增長，而sdd不能調動多核心資源，達到計算和處理的瓶頸，直接制約了系統相關航跡的進一步提升。此外，在人機界面打開二窗口或執行管制操作時，還會進一步降低最大相關航跡的數量。

如圖6、7所示，大批量系統航跡還涉及數據記錄回放功能，因此作者同期記錄了5個席位4倍速回放下，DRP1服務器C網絡流量情況。在5個席位4倍速回放下，DRP1服務器C網流量呈現間歇性小幅波動態勢，在峰值情況下占用資源約2.5億bytes/10s，合約190Mbit/sec，平均網絡流量44.602Mbit/sec，與系統內部千兆帶寬資源1000Mbit/sec相比較，峰值時的占用率不足20%。

以上數據可看出，目前系統的硬件計算能力遠遠高于系統滿容量條件下的資源開銷。不過，在系統航跡數逐漸增大的過程中，也出現了界面拖影的現象，相關航跡數量不能達到2048批的問題。在調查“相關數量上限”問題時，作者發現，SDD席位整體CPU（16核心）占用率約為3.85%，可用資源大于95%，進一步分析各單核CPU的資源使用情況，發現某一單核心使用資源達到了97.76%，其他15個核心資源使用率在10%以內。因此，可以判斷，該系統SDD進程，未能有效調度多核心的CPU資源，造成各核心負載不均衡。SDD席位工作站提前到達計算上限，是系統處理性能的瓶頸。

四、結語

從測試結果上看，AirNet自動化系統在壓力條件下表現均基本穩定，各項功能均可用。同時，測試過程中也發現了一些問題。這些問題并沒有觸及核心系統核心功能和日常運行態勢，總體風險可控，但也應給予重視，尤其是針對SDD界面程序處理效率和多核心的資源調度處理，應進行優化。

參考文獻

[1]汪萬維.民航空管自動化系統[M].北京：清華大學出版社，2016.

[2]王霄鶴.AirNet空管自動化系統應用淺析[J].空中交通管理， 2010（04）：10-11.

[3]葉新銘，馮曉利.軟件壓力測試流程[J].內蒙古大學學報：自然科學版，2002，33（1）：107-110.

[4]呂永智.軟件壓力測試技術概述[J].信息與電腦（理論版），2012（04）：51+53.

[5]吳正剛.空管自動化系統應用與維護探索[J].測控技術，2013，32（01）：109-111+116.

責任編輯：王穎振、周航