ATC空管系統的實時控制軟件系統分析

什麼是ATC空管系統？

    空中交通管制的目的是對航空器的空中活動進行有效的管理，維護空中交通秩序，保障空中交通暢通，保證飛行安全和提升飛行效率，防止航空器相撞，防止機場及其附近空域的航空器同障礙物相撞。因爲空中交通管制的重要性，國家投入大量資金，研製了空中交通管制系統（ATC，如下簡稱 ATC 系統），並已在國內某些地方投入使用。

一個典型的 ATC 系統主要包括如下幾個子系統：飛行數據處理子系統、雷達數據處理子系統、人機界面子系統和系統監控子系統。其中，飛行數據處理子系統和雷達數據處理子系統是服務器系統，分別處理飛行數據和雷達數據；人機界面子系統包括飛行數據顯示控制席位和雷達數據顯示控制席位，是前端顯示系統，分別提供飛行數據和雷達數據的顯示和操做界面；網絡監控管理席位監視和控制着整個系統的網絡狀況。其基本框架以下：

 

ATC空管系統的實時控制需求？

在新的航空運輸量下，對 ATC 系統的數據處理量提出了新的要求。人機界面子系統的需求數量增多，須要處理的飛行數據量和雷達數據量都有相應的增長。雙冗餘服務器的結構因爲實際只有一臺機器處於工做狀態，於是處理起來將會趨於緊張，甚至可能成爲增長數據處理量的瓶頸。所以，有人提出了採用集羣服務器的方式，創建一個服務器集羣體系結構，將飛行數據處理和雷達數據處理服務都分散到各個不一樣的服務器上進行。然而，集羣服務器結構畢竟與雙機熱備份機制有很大的區別，之前的雙機熱備份基本上是由一臺服務器處理數據，而另一臺服務器只需保持同步；如今的集羣服務器模式下，全部的服務器都參與數據處理，於是必然會存在服務器之間的通訊等諸多與之前不一樣的問題。它的引入將勢必引發整個系統中相應調度策略的調整和變化，而雙機熱備份下的調度策略再也不適合於集羣服務器結構中。所以，有必要對集羣方式下整個系統的調度狀況進行研究與分析，採用一種合理的調度策略應用到集羣服務器結構中。

ATC空管系統實時控制設計？

在第一層，也就是最頂層，設置一個專用處理機（處理機調度器），專門負責整個系統的處理機信息的收集和相關任務的調度處理，以保證整個系統級別的負載均衡。它主要是爲同一類型的服務器集羣體系結構而設置的。經過採集集羣體系結構中各個服務器的信息，在考慮各個任務之間前驅後繼關係的基礎上，儘可能將到達的任務分配到暫時相對空閒的服務器單元，以保證各個服務器之間的負載均衡。這一層所考慮的只是 ATC 系統中的相應任務。

第二層，在單個處理機內部，設置一個調度進程（進程調度器），專門負責該處理機內部的進程信息收集和調度處理。它主要是在單個處理機內部按照必定的優先級計算方法計算各個進程的優先級，而後根據優先級選取合適的進程任務做爲當前任務執行。在這一層上，須要考慮的進程除了 ATC 系統相關的進程之外，還須要考慮系統級以及其它的進程。

第三層，在單個進程內部，針對多線程或多任務，設置一個調度線程（線程調度器），專門負責該進程內部各個線程或任務信息的收集和調度處理。線程調度器中封裝一個調度程序庫，不一樣的進程根據各自的須要採用不一樣的調度函數選取當前任務執行。

每個調度器各司其職，相應地分別完成處理機級、進程級和線程級對應的調度，知足不一樣級別的調度管理需求。具體每個層次的調度方法和流程以下幾節所述。

 

ATC空管系統實時控制系統分析？

1. 空管系統的實時控制重要性不言而喻，屬於硬實時控制的範疇。

2. 實時控制系統須要對飛機的飛行數據（包括位置信息，速度信息），雷達數據（包括天氣信息，環境信息）等實時監控，並做出實時調度響應，因爲飛機和控制檯之間是相互的，因此係統的輸入信息包括：飛機位置，速度，氣流，天氣，安全性，航班信息大數據，調控指令等等。因爲飛機飛行速度很快，因此須要ATC系統對響應的延時控制在很是小的級別，秒級甚至是毫秒級。

3. 空管系統的實時控制須要設置多個實時任務。一是要實時監控，即飛機上各傳感器（包括GPS等）須要對飛機的各類信息狀態進行實時反饋；二是要實時通信，即控制檯和飛機保持指令通信可以及時傳達，同時飛機的狀態信息要實時傳送至控制檯進行調度。

4. 這些任務中，實時監控應該爲時間觸發，時間週期須要具體到毫秒級單位；實時通信應該爲事件觸發，即須要發送通信時及時觸發該任務。

5. 這些任務之間有必定的獨立性，但也存在着必定的依賴性。首先，實時監控是不依賴於其餘任務的一項實時任務。而實時通信則分兩種狀況，一是按照預先的規定進行通訊播報，這種狀況是相對獨立的；一是因爲經過實時監控獲得的突發事件進行緊急通信播報，這種狀況是依賴於實時監控任務的。

6. 這些任務之間須要共享某些硬件資源。首先，實時監控須要在飛機上實時顯示飛機的各個狀態，而實時通信也會有部分信息的終端是顯示屏，因此，顯示設備是二者之間共享的硬件資源。同時，通訊通道等也是共享的硬件資源之一，諸如此類的還有不少。