基于Nport S8458的NM7000B光纤环网监控系统

胡江坤 冉松山 阎旭

摘   要： NM7000B导航设备被多数机场仪表着陆系统采用，但存在接入方式单一、监控通道单一、冗余性不好和可拓展性低等问题。分析NM7000B运行状态监控原理，归纳出传统光纤环网监控系统的局限性，提出一种基于MOXA公司Nport S8458服务器的NM7000B光纤环网监控系统建设方案。系统采用“以太网交换机—光纤接口—串口服务器”集成方案：一是通过串口转以太网传输，实现CI 1748连接板与Nport S8458的连接;二是利用Nport S8458的Turbo Ring 和Turbo Chain协议，组成光纤环网，使软硬件组成的系统可以通过RealCom功能实现设备运行状态的自动监控;三是确立TCP Client与TCP Server的分配关系，对CI 1748连接板与RCA 1750遥控器进行协议匹配。此外，还可充分利用Nport S8458服务器的RJ45端口，将动力环境监控系统、集中视频监控系统、安防系统中的信息资源通过环网传回监控终端。光纤环网监控系统使得接入更多设备乃至构建动环监控系统成为可能，极大提高了监控效率。

关键词： 仪表着陆系统;Nport S8458;光纤环网;串口服务器;冗余性

引言

截至2019年底，我国民用运输机场数量达到238个[1]，其中大约80%机场的仪表着陆系统采用Indra公司生产的NM7000B导航设备。NM7000B为航空器进近着陆提供安全、稳定、可靠的引导信号，是机场运行和开放的重要基础设施。根据国际民航组织（ICAO）的规定[2]，导航设备运行状态必须处于实时监控中，否则该导航设备不能提供使用，这就使得机场可能无法正常运行。因此，如何构建安全、稳定、可靠、有效的监控体系，一直是导航设备运行管理的重点关注方向。

目前，大多数新建或改扩建仪表着陆系统的监控功能主要通过光端机、光纤复用设备实现，并定制信号设备接口卡组成光纤环网传输[3-4]。因为板件需要定制，所以每接入一路信号就需要新增一块定制信号板卡，使得接入方式单一、监控通道单一，从其他功能上予以拓展基本无从实现。

针对上述问题，本文提出一种基于MOXA公司Nport S8458服务器[5]的NM7000B光纤环网[6-7]监控系统建设方案。该方案可将NM7000B多路监控通道与监控终端同时接入光纤环网上，并预留光纤接口和网络接口，使得接入更多设备乃至形成动环监控系统成为可能，以期极大提升监控系统的集中性、可靠性、冗余性、可拓展性及高效性。

1  NM7000B运行状态监控原理

NM7000B导航设备主要分为NM7013B航向设备和NM7033B下滑设备，其对运行状态的监控主要通过CI 1748连接板实现。CI 1748连接板原理如图1所示。

CI 1748连接板提供了4种运行状态监控通道。通道1通过Line或者RS-232，连接至远端监控中心对应的RCA 1750遥控器[8]，实现设备运行状态硬件监控和设备开关机控制;通道2和通道3通过内置或者外置Modem，与安装有专用监控软件的计算机端连接，实现设备运行状态软件监控;通道4通过RS-232或者USB，实现设备本地计算机监控终端对设备运行状态的监控。当使用通道1时，通道2不可使用。通道1（或者通道2）、通道3、通道4可以同时实现设备运行状态监控与控制。

2  传统光纤环网监控系统

以国内大多数单跑道双向着陆跑道为例，设备分布示意图如图2所示。其中，光纤环网监控链路主要采用CI 1748连接板通道1的Line端口连接至加载有FSK信号板卡的PCM-SDH环网设备上，再传输至监控中心对应的RCA 1750遥控器，最后通过RCA 1750连接至计算机。传统光纤环网连接示意圖如图3所示。

传统光纤环网通过本地环网光纤设备和远端环网设备加载一对定制信号板卡，实现设备与对应遥控终端在光纤环网上的“点对点”传输;同时，信号接口仅使用了通道1端口，极大浪费了设备其他通道接口;并且，当通道1端口断开时，与其连接的监控计算机终端也断开，使得设备处于无法监控状态，按照相关规定，设备不能提供使用，存在一定安全隐患。此时，若需要增加其他监控通道，则必须在环网设备上在继续外挂对应的硬件板卡或者设备，在其他通道上实现光纤环网上的监控。

3  光纤环网监控系统改进

3.1  Nport S8458介绍

Nport S8458是MOXA公司生产的4 端口设备联网服务器，其集成了网管型以太网交换机功能。服务器的应用特点有：

（1）该服务器是一种4 端口 RS-232串口设备联网服务器，支持TCP Client、TCP Server传输，支持RealCom模式;

（2）内置全功能网管型以太网交换机功能;

（3）具有4 个光纤以太网接口和 4 个以太网接口;

（4）支持 Turbo Ring 和 Turbo Chain（自愈时间<20 ms）[9-10]两种冗余协议，以实现环网冗余。

Nport S8458实物如图4所示。

3.2  CI 1748与Nport S8458的连接

因为Nport S8458支持串口转以太网传输，所以可以将CI 1748连接板的通道1、通道3、通道4通过一根串口转网络数据线同时连接至Nport S8458，如图5所示。

3.3  基于Nport S8458的环网搭建

利用Nport S8458的 Turbo Ring 和 Turbo Chain协议，将各Nport S8458分配在同一个IP段，组成光纤环网，如图6所示。其中，监控终端Nport S8458的4个串口分别通过串口数据线连接至4个RCA 1750遥控器。并且，计算机监控终端连接至Nport S8458，使得装备有专用软件的计算机可以通过RealCom功能访问环网内任意一个设备，实现设备运行状态的软件监控功能。该功能独立于遥控器链路，极大拓展了监控链路手段，提高了冗余性。

因為设备与遥控器是“一对一”关系，所以除了Nport S8458需采用TCP Client、TCP Server功能实现设备与遥控器在环网上的“点对点”传输外，在硬件上，CI 1748连接板也要与RCA 1750进行协议匹配设置，如表1和表2所示。

由于Nport S8458集成网管型以太网交换机功能，并具备4个RJ45端口，因此还可以将设备所处机房的动力环境监控系统、集中视频监控系统、安防系统中的信息通过环网传回监控终端，解决了传统光纤环网系统需要外置交换机、单独配置IP，才能实现其功能的问题。

4  结束语

本文通过研究传统的仪表着陆系统关系环网监控系统接入方式单一、监控通道单一、冗余性不好和可拓展性低等问题，提出一种基于MOXA Nport S8458的NM7000B光纤环网监控系统建设方案。系统通过“以太网交换机—光纤接口—串口服务器”方法，将NM7000B设备3路监控通道同时接入环网系统，实现监控通道的相互独立以及100%利用，极大地提升了系统可靠性以及冗余性。同时，系统集成网管交换机功能，可将动力环境监控系统、集中视频监控系统、安防系统中的信息通过环网传回监控终端，提升了系统的集成性和可扩展性。

系统为构建安全、稳定、可靠、有效的仪表着陆系统导航设备监控体系提供了一种新的建设思路。

参考文献

[1] 中国民用机场发展蓝皮书2020[OL].[2020-10-31]. http：//news.carnoc.com/list/547/547409.html.

[2] 国际民航公约附件10： 第六版[S].

[3] 王鹏， 李世光， 党明朝， 等. 基于光纤双环网的高精度时频同步技术研究[J]. 宇航计测技术， 2019， 5（10）： 33-37.

[4] 胡江坤， 阎旭， 付晶. 基于MOXA NPORT5410的NM7000导航设备监控系统[J]. 工业技术创新， 2018， 6（5）： 40-43.

[5] 集成式设备联网服务器[OL]. https：//moxa.com.cn.

[6] 胡庆. 光纤通信系统与网络： 第4版[M]. 北京： 电子工业出版社， 2019.

[7] 刘雪峰， 胡江坤， 付晶， 等. 仪表着陆系统设备混合监控网络构建[J]. 西安航空学院学报， 2014（5）： 48-51.

[8] 吴世桂， 付晶. NM7000B实验平台建设方案研究： 基于NM7000A设备打造NM7000B实验平台[J]. 现代信息科技， 2020（10）： 35-37.

[9] 钱元君. 应急局域网即时通信系统客户端的设计与实现[D]. 南京： 南京邮电大学， 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.