民航空管光纤KVM矩阵应用探讨

许蔚乐

（民航华东空管局，上海 200050）

0 引 言

近年来，随着我国国民经济的不断发展，民航事业进入了增长快车道，全年航班量逐年快速增加。为提供更加高效、安全、有序的空中交通管制服务，民航空管部门加大了新技术、新设备的研究和应用。本文通过对多个典型应用案例的分析，探讨光纤KVM矩阵技术在民航空管行业可行的应用场景和模式，并结合对多家一线厂商光纤KVM矩阵产品的使用和测试经验，阐述该项技术目前存在的主要问题，同时提出相应的改进建议。

1 光纤KVM矩阵

1.1 KVM介绍

KVM是英文单词Keyboard、Video和Mouse的首字母缩写，也就是键盘、视频和鼠标，是一套基本控制系统的组成部分。KVM最基本的概念是通过一套键盘、鼠标和显示器实现对多台计算机主机的控制。广义而言，它是指针对大量数据、信息的管理和控制系统或平台。

KVM最早是开发出来用于机房维护、管理的技术与配套设备，使机房维护人员能用少量键鼠和显示器实现对数量众多服务器的切换，以快速定位至所需设备。随着控制中心、指挥中心等需求的增长，KVM技术也延伸到了这些领域。

为了满足不断增长的各行业的不同类型需求，KVM技术也在不断进化。KVM技术发展到现在，已经经历了模拟KVM、数字KVM、分布式IP KVM和第四代光纤KVM矩阵4个阶段。目前，市场上用于控制中心、指挥中心的主流技术是分布式IP KVM和光纤KVM矩阵。由于分布式IP KVM在稳定性和安全性上存在缺陷，因此下面将主要介绍光纤KVM矩阵。

1.2 光纤KVM矩阵

光纤KVM系统的基本架构包括信号接入端、光纤KVM管控主机和信号管控端3个部分。光纤KVM技术底层采用全光纤架构，配置专用的核心芯片；信号传输不再通过网络交换机，而是通过信号接入端和信号管控端，采用单模/多模光纤、网线等传输介质直接接入光纤KVM管控主机；KVM管控主机除了权限管理、音视频调度、控制信号调度等功能外，多具备板卡热插拔、自动热跳转等，以提升其稳定性和可靠性。总体而言，它具备诸多优点：数据信号和控制信号的传输采取私有协议（非IP协议），加强了信息安全性；具备主备瞬间热跳转能力，避免了单点故障导致的系统瘫痪；全光纤架构带来的超大带宽，保障了信号传输的实时性和流畅效果。基于上述优势，它非常适合于空管、广电、机场、电信和电力等关键应用领域。

2 典型应用案例

2.1 新疆空管局乌鲁木齐塔台光纤KVM矩阵应用

新疆空管局2015年10月在乌鲁木齐塔台施工项目中正式使用光纤KVM矩阵设备，将位于航管楼设备机房内的主机信号传输至直线距离近1 km外的T1塔台供管制员远程使用，在我国空管行业尚属首次。经由民航华东空管局安排，笔者于2016年1月对新疆空管局光纤KVM矩阵使用情况进行调研，现将相关情况简要说明如下。

2.1.1 项目背景

地窝堡机场塔台始建于1995年，当时每日起降航班架次约为30架次。至2015年8月，每日起降航班架次突破500架次，增长近17倍。随着航班量的快速增长，塔台设备量急剧增加，塔台指挥层和设备环层已经没有容纳更多设备的能力。但是，随着乌鲁木齐区域管制中心项目的推进，区管项目中包含的新增塔台设备如何安装成为摆在新疆空管局面前的一道难题。

2.1.2 应用方案

新疆空管局先后提出了3个施工方案，如表1所示。经过仔细比对方案优缺点，最终决定采用方案3，即利用光纤KVM矩阵设备帮助解决面临的困难。

通过调研发现，光纤KVM矩阵技术在空管行业的应用会带来一系列好处：设备可以集中到专用机房统一管理，延长了设备使用寿命，也便于设备的维护和排故；实现了人机分离，改善了管制员的工作环境，提升了人员工作效率；可以实现一机多人或一人多机，提升了管制员的信息使用效率，便于实施协同指挥；为面向管制的设备扩容、项目施工提供了极大便利，使得不停航施工成为可能；支持级联堆叠技术，具备良好的扩展性。

2.2 成都机坪塔台光纤KVM矩阵应用

2.2.1 项目背景

根据民航局航空器机坪运行管理移交的工作要求，成都双流国际机场需要组建机坪塔台管理部门，接手航空器机坪运行管理工作。成都双流机场最终选择将原空管老塔台重新装修后作为机坪塔台，这是因为老塔台空间有限，指挥层和设备环层无法容纳所有设备，同时无法满足未来设备的扩容空间需求。

2.2.2 应用方案

机坪塔台采用的方案：管制指挥层仅保留显示器、键鼠、光纤KVM矩阵接收设备以及少部分不适合接入矩阵的设备；其他所有设备下沉至各设备机房；通过光纤KVM矩阵将信号延长至管制指挥层。

2.3 上海虹桥和浦东机场塔台光纤KVM矩阵应用

2.3.1 项目背景

上海虹桥和浦东机场是我国排名前10的两大繁忙国际机场，虹桥和浦东两场塔台（以下简称两场塔台）日均指挥航班起降超2 100余架次（2019年底数据），与之相对的是两场塔台设备量已经远超设计容量，指挥层或设备环层均已无合适空间容纳额外设备。

表1 新疆空管局施工方案对比

2017年上海终端管制中心工程项目开始设备建设，包含对两场塔台空管主备自动化设备的更新，意味着在更新项目完工前，两场塔台同时会有新老共4套空管自动化系统共存，而塔台正常运行不能中断，所有的设备安装、调试、上线测试都必须在后台完成。新的设备放哪里，怎么给塔台使用，是现场设备施工前需要重点考虑的问题。

2.3.2 应用方案

两场采用的方案：新增设备全部下沉至塔台裙楼设备专用机房；使用光纤KVM矩阵设备将信号延长至管制指挥层；指挥层在用显示器具备多信号源输入和切换功能，显示信号经KVM矩阵后进入显示器的空闲输入端口，需要时通过手动切换显示；管制控制台上额外放置一套键鼠，用于接收KVM矩阵传输过来的键鼠信号。

3 应用场景探讨

光纤KVM矩阵技术的应用给空管设备建设创造了便利条件，为现场项目实施提供了更多可选项，加上光纤KVM矩阵具备的稳定、可靠、安全、实时性强等特点，使其比较适合民航空管的诸多应用场景。

3.1 老旧塔台设备更新扩容

目前，我国各地仍有为数众多的空管塔台存在因塔台空间不足导致设备更新扩容实施受阻的情况，若能使用光纤KVM矩阵，将会大大降低施工难度。

3.2 新建塔台设备安装

通过使用光纤KVM矩阵，将设备完全下沉至专用设备机房统一管理，延长了设备使用寿命，减少了不必要的故障和隐患，实现了设备的人机分离，提升了管制员工作环境的舒适度，也为将来的设备更新扩容创造了良好条件。

3.3 第二塔台设备安装

随着大型机场的扩建，跑道数量增多，原有塔台无法满足机场活动指挥需求，各地开始着手第二塔台的规划和建设。一般情况下，第二塔台的位置离原有塔台会有一定距离，设备配置和正常塔台一致。如果仍按以前的设备运维思路，需在第二塔台安排同样的配置设备运维人员值守，会造成人员支出的极大增长。如能将第二塔台设备统一建设在原塔台设备机房，然后将信号通过光纤KVM矩阵延长至第二塔台供管制员使用，同时制定好应急预案，就能在保证第二塔台管制业务运行安全的前提下，缩减不必要的人员开支。

3.4 区域/终端管制指挥中心

通过使用光纤KVM矩阵可以增强区域/终端管制的协作配合，能够为复杂任务的实施提供技术支撑。

4 存在的问题和改进建议

受华东空管局委托，2017年前后笔者负责对多家一线厂商光纤KVM矩阵产品进行产品测试，同时笔者目前所在部门负责上海虹桥机场塔台光纤KVM矩阵的运维工作。总体而言，一线品牌光纤KVM矩阵产品之间功能类似，同时具备运行稳定、功能可靠、使用方便的优点。但是，如果站在设备运维角度分析，一线品牌光纤KVM矩阵产品仍存在一些问题。

问题一：光纤KVM矩阵厂商提供的监控软件不能满足民航空管24 h的监视需求，系统拓扑图不够全面，矩阵主备机运行状态无法同时显示，无声音告警提示，图像告警不直观。此外，监控软件只能实现对矩阵主机、板卡、信号接入端、信号管控端和连接链路的状态监控，无法监控外接显示器、键鼠和主机的信号中断。

改进建议：各厂家矩阵设备主要模块和系统通用状态支持通过SNMP协议传输，可以在招投标时明确要求供货商按照用户需求开发监控系统。

问题二：光纤KVM矩阵支持主备机自动热跳转，稳定性较好，但在整个系统架构中增加了一个关键节点，在矩阵主机主备机双机故障情况下会造成严重后果。

改进建议：提前做好应急预案，如保留部分席位不接入矩阵或是准备光纤耦合器，在双机故障时跳开矩阵主机，使用光耦合器将接收端和管控端光纤直接相连，以尽快恢复信号。

5 结 论

在我国由民航大国向民航强国跨越的关键阶段，空管坚持“安全第一”的价值观，所有工作需紧紧围绕安全这个主题开展，向新技术、新设备要安全也是其中的重要一环。光纤KVM矩阵就是这样一种新技术、新设备，能够为空管塔台和管制中心等设备建设提供更多的方案选项。