浅析 KVM 光纤矩阵在空管塔台中的应用

吴洋

中国民用航空西南地区空中交通管理局技术保障中心 610202

摘要：首先介绍KVM光纤矩阵的特点，陈述天府机场空管工程建设过程中所用KVM光纤矩阵安装现状。通过对比双流塔台设备安装方式以及再现天府机场运用KVM光纤矩阵搭建临时测试平台进行集成塔台系统验收的场景和模式，对比光纤矩阵与现有连接方式异同，探讨光纤矩阵的优点和更多用途。

关键词：KVM光纤矩阵；测试平台；新老对比；应用和优点；

0 引言

随着民航事业飞速发展，全国航班量安全有序且快速增长，为了适应日益增长的航空运输需求，多地规划建设新机场并且投入使用。塔台建设过程中，引进KVM光纤矩阵技术。本文通过介绍天府机场KVM光纤矩阵安装现状，通过对天府塔台临时平台搭建缩短自动化项目验收周期案例分析，并且对比双流塔台，探讨光纤矩阵优缺点和更多用途。

1 KVM光纤矩阵系统介绍

KVM是Keyboard Video Mouse的缩写，KVM 通过直接连接键盘、视频和鼠标端口，能够访问和控制计算机。中间传输介质是光纤，以阵列切换的方式将m路信号任意输出至n路设备上的电子装置（这些信号包含视频、音频、串口、USB等类型的信号）。

光纤KVM系统由CPU接收端、CON发送端与光纤KVM主机组成，系统使用多模或单模光纤传送计算机外设信号。连接收发器的光纤簇聚集到矩阵控制器，整个系统形成一个星型网络。操作指令通过接收器经KVM光纤链路，矩阵控制器实现指令请求的发送器与接收器的连接或切换。

由于KVM光纤矩阵系统采用全光纤架构，信号传输不再经过网络交换机，超大带宽保证传输信号以及控制信号稳定流畅的同时还具备实现主备瞬时切换、自动热跳转、板卡热插拔、接口自定义、冗余可扩展等技术优势。

空管光纤KVM系统主要由信号输出端、KVM光纤矩阵主机、信号接入端三部分构成，达到了物理层面上实现管制员与服务器主机的隔离，保留管制员需要使用到的外设在操作席位，将服务器主机从塔台设备环层下沉后移到设备机房，并对管制员在管制席位根据实际需要进行权限控制，从而协助管制使用一套键鼠即可达到一屏多切功能

2 成都塔台运用实例

2.1双流塔台安装现状

双流塔台席位工作站安装在塔台设备环层，通过DVI视频线、网线、键鼠延长器从设备环层工作站机柜直连至塔台管制明室，管制员通过双路切换器在同一显示器上切换该席位主备自动化界面。

图1 双流塔台安装示意图

2.2天府塔台安装现状

天府1号、2号塔台均采用工作站下沉方式安装，将席位工作站主机以及KVM输出端安装在天府航管小区三楼技保设备机房下沉终端机柜内，KVM输出端安装在两塔台管制明室席位下方，中间通过光纤将五公里之外的一号塔台和二号塔台与航管小区三楼技保机房内部的光纤KVM矩阵主机相连。席位下沉终端通信号输出端通过光纤集中到主用光纤绕纤盘、备用光纤绕纤盘再连接至相应光纤矩阵主机，再由矩阵主机连接至相应输出端光纤绕纤盘，最后连接至相应信号输出端盒子。所有席位都通过主备两套光纤链路以及主备光纤矩阵主机保证冗余以及信号稳定传输，如图2所示。

图2 天府塔台光纤矩阵结构图

2.3天府塔台临时测试平台

由于天府塔台校飞时间紧迫，三套集成塔台自动化项目验收测试周期长，需要在塔台土建未完工前提下临时搭建测试平台，同步进行自动化相关项目测试。

临时平台采用1:1比例完全复制1号、2号塔台工作席位，利用三楼技保机房监控大厅、导航监控大厅安装布置四个测试现场分别还原1号空管塔台、1号机坪塔台、2号空管塔台、2号机坪塔台系统布局。如图2所示。

根据管制实际需求，空管席位按照双岗制，每个席位配置2个高亮显示器、1个EFS触屏、1个EFS显示器、1个综合显示器以及3个光纤矩阵接收端；机坪管制席位配置按照单岗制，每个席位配置1个高亮显示器、1个EFS触屏、1个综合显示器、2个光纤矩阵接收端。

光纤KVM主机使用已经安装完毕的576路矩阵、160路矩阵以及8路光纤矩阵主机，通过在F1岛相应KVM主机光纤输出绕纤盘采用光缆和尾纤的形式，在F1-7机柜闲置位置安装2个ODF分别至1号塔台、2号塔台过渡平台ODF机柜，再由1/2塔台ODF机柜使用尾纤至各席位，实现临时测试平台的光纤路由。如图3所示。

图 3 光纤矩阵网络拓扑图

2.2.3天府塔台临时平台使用效果

临时平台采用光纤矩阵结构拓扑图搭建，使用现已安装光纤矩阵主机，冗余保障程度与天府塔台未来正式安装方案相同。光纤矩阵结构拓扑简单，传输方式单一，施工方案简单。用时15天完成临时平台搭建，能够达到集成塔台系统验收先决条件。经四个月的实际测试使用得出在临时测试席位上能够做到一切多屏、主备热切换，使得集成塔台系统相关项目测试在塔台土建未完工情况下按照计划进行，缩短计划周期，达到预期目的。

3光纤矩阵与双流现有连接方式对比、优缺点

3.1双流塔台存在的问题

1. 维护方面：席位工作站位于设备环层，故障处理时运维人员上塔台，需要一定时间，影响故障处理速度。由于双流塔台与航管小区距离远，需额外增加人力驻守塔台。

2. 硬件方面：工作站全部安装于设备环层，占用空间大，后期扩容空间紧张；一个切换器对应两个工作站，管制员席位上所需显示器众多，席位下方键鼠线、视频线数量巨大且杂乱。

3）信号共享方面：塔台管制员只能切换自己席位主备自动化界面，权限单一。主任席无法通过自身切换器切换查看所有席位实时状态。

3.2天府塔台优点

1）维护方面：席位工作站位于技保设备大厅，处理紧急故障不需要人员移动到位于几公里之外的一号塔台，节约时间，提升故障处理速度，增加安全性，同时也可节约人力资源。

2）硬件方面：设备工作站下沉安装，设备环层空间释放。席位上方同一显示器可接多个矩阵信号，大大减少屏幕数量。同时每个席位下方仅有四个KVM输出端盒子，相应键鼠线、视频线大大减少，便与运维。

3）信号共享方面：所有席位都接入光纤矩阵，根据实际需要配置KVM切换权限，管制员可以在自己席位上查看多个席位，更好的做到信号共享，尤其是主任席更是可以查看所有管制席位界面，满足管制需求。

3.3光纤矩阵优点

KVM光纤矩阵系统优点如下图所示。

图 4 光纤矩阵优点图

4 应用场景探讨

光纤矩阵系统由于其诸多优点，比较适合运用于民航空管的诸多场景当中，是未来设备改造选择的又一大选择方向。

4.1双流塔台设备更新与过渡运行

当前，双流塔台席位工作站仍然放置于塔台环层，导致塔台席位外部设备多而复杂，管制台面空间严重不足，如若使用光纤矩阵则可大大降低更新扩容施工难度。双流塔台更新设备运行系统在过渡运行时按照单一席位逐一接入光纤矩阵由管制员选择使用，则可降低新老设备过渡运行带来的运行风险。

4.2新塔台设备安装

新建塔台完全可以参考天府塔台，将工作站席位下沉至设备机房，通过光纤矩阵系统连接至塔台明室，减少管制席位外部硬件设备冗余，节约运维人力成本，缩短故障处理时间。

4.3终端区、区管、塔台协助配合

可通过光纤矩阵接入三地技术支持以及必需管制席位，利用光纤矩阵特性增加三地协作配合、故障处理。

4. 存在问题和改进

经过天府塔台硬件安装以及前期相应验收测试发现，光纤矩阵稳定性良好，主备能够热备份瞬时跳转，但是星型系统结构中矩阵主机地位凸显，如若运行中主备矩阵主机双机宕机，则会造成严重后果。建议做好应急保障方案，考虑部分席位不接入矩阵主机，或者新增机制通过光纤耦合形式在矩阵主机双机宕机的情况下自动耦合，保障管制运行。

4. 结语

随着我国"十三五"规划对全国空域的进一步优化管理,空管行业在管制扇区和设备数量上都将面临巨大增长。传统管制席位设备安装方式已经无法满足需求的增长，通过合理运用KVM光纤矩阵技术，突破因土建项目周期缩短而在空管建设过程中所面临的项目进度拖延，为空管建设项目提供更多选择方案。