羅韻

摘要：該文簡(jiǎn)要探討了云計(jì)算在空管數(shù)據(jù)的管理和處理中的潛在的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)，為更安全可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保和易于管理的空管數(shù)據(jù)管理提供新思路；該文首先闡述了空管系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)帶來的挑戰(zhàn)和云計(jì)算對(duì)于處理大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，然后分析了目前空管數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和分析中存在的不足，并相應(yīng)地提出了基于云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)的改進(jìn)優(yōu)化方案；基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)管理方案能極大地提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，降低數(shù)據(jù)管理的復(fù)雜性、重復(fù)性； 因此，合理地將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到空管數(shù)據(jù)管理中能在系統(tǒng)的可靠性、高效性和未來發(fā)展方面帶來極大的益處。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算應(yīng)用；空管；數(shù)據(jù)管理和處理；大數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）12-2704-03

隨著云計(jì)算技術(shù)的研究和發(fā)展，其對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)和應(yīng)用產(chǎn)生了極大的影響，也相應(yīng)地促進(jìn)了各公司的IT基礎(chǔ)架構(gòu)。鑒于云計(jì)算所確定的IT商業(yè)模型，國內(nèi)外各大企業(yè)也開始逐步采用云計(jì)算作為其基礎(chǔ)架構(gòu)以期提高系統(tǒng)的性能和部門的效率。目前，空管系統(tǒng)每天產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，例如雷達(dá)數(shù)據(jù)、語音數(shù)據(jù)、日志文件，這些數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)、管理以便用于后期事件還原時(shí)的回放、分析等。通常，每天數(shù)據(jù)規(guī)模會(huì)比較大，而且隨著航班量的增加數(shù)據(jù)規(guī)模也在不斷增加，潛在的構(gòu)成了大數(shù)據(jù)。如何存儲(chǔ)、管理和運(yùn)用好這些大規(guī)模數(shù)據(jù)，對(duì)空管部門這樣的非IT公司將構(gòu)成極大的挑戰(zhàn)。

在傳統(tǒng)的方案中，出于系統(tǒng)存儲(chǔ)能力和經(jīng)濟(jì)成本的考慮，空管技術(shù)部門只存儲(chǔ)最近一個(gè)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)，周期之前的數(shù)據(jù)會(huì)被舍棄。這面臨著兩個(gè)問題：一個(gè)是如何確定這個(gè)時(shí)間周期已達(dá)到空管安全的要求，這是一個(gè)主觀而且會(huì)隨時(shí)間變化的閾值；另一個(gè)是一旦要訪問最近周期之前的數(shù)據(jù)，需求將得不到滿足，潛在地影響了系統(tǒng)的性能。對(duì)于最近周期內(nèi)的數(shù)據(jù)，目前也只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)都是存放在物理位置比較接近的地方，這潛在地影響了系統(tǒng)的可靠性。此外，這些數(shù)據(jù)除了簡(jiǎn)單的查詢、統(tǒng)計(jì)、回放和人為分析外沒有能夠得到充分的利用。通常，這些大數(shù)據(jù)里面包含了極其豐富的有用信息，分析和挖掘這些大數(shù)據(jù)往往能為空管系統(tǒng)的各個(gè)方面提供很有用的決策支持和優(yōu)化改進(jìn)。但分析和挖掘這樣的大規(guī)模數(shù)據(jù)對(duì)于技術(shù)部門的軟硬件來說都是非常大的挑戰(zhàn)，需要耗費(fèi)大量的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施投入。綜上所述，空管技術(shù)部門傳統(tǒng)的方案存在技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的存儲(chǔ)和計(jì)算能力有限、數(shù)據(jù)管理和處理不夠完善等方面的不足。

基于以上分析，該文提出了基于云計(jì)算的解決方案，該方案充分利用云計(jì)算的特色和優(yōu)勢(shì)來使得對(duì)空管數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和分析變得方便高效和經(jīng)濟(jì)環(huán)保，并且提高了空管系統(tǒng)的安全可靠性。

目前，民航系統(tǒng)各部門也開始應(yīng)用部分云計(jì)算技術(shù)來解決在生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的問題。潘誠在文獻(xiàn)[1]中從通用的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)出發(fā)，就云計(jì)算和云安全進(jìn)行了相關(guān)的論述，為空管網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展提供了一定的前景和思路。戴元在文獻(xiàn)[2]中介紹了云計(jì)算中的桌面虛擬化技術(shù)在空管信息化中的應(yīng)用，主要用云計(jì)算解決終端異構(gòu)的問題。郭培賢在文獻(xiàn)[3]中探討了云計(jì)算在航空氣象領(lǐng)域的應(yīng)用，討論了一些關(guān)鍵問題。該文主要是從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和分析的角度討論云計(jì)算提供的存儲(chǔ)和計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施在空管數(shù)據(jù)流程中的應(yīng)用。

本文組織結(jié)構(gòu)如下：第1節(jié)將簡(jiǎn)要介紹云計(jì)算的概念，技術(shù)和平臺(tái)；然后在第2節(jié)分析當(dāng)前的空管數(shù)據(jù)流程極其所存在的不足；第3節(jié)提出了基于云計(jì)算的的解決方案；最后在第4節(jié)總結(jié)本文并展望未來的工作。

1 云計(jì)算簡(jiǎn)介

自從2007年IBM公司宣布開始云計(jì)劃[4]，云計(jì)算的概念及其相應(yīng)的技術(shù)、平臺(tái)在工業(yè)界迅速地得以發(fā)展和推廣，并引起了學(xué)術(shù)界研究云計(jì)算的熱潮。IBM、微軟、亞馬遜等IT巨頭紛紛推出了自己的云平臺(tái)。亞馬遜的Amazon Web Services （AWS）提供了各種云服務(wù)，Google公司也推出了計(jì)算服務(wù)Google Compute，和并行的數(shù)據(jù)處理模型MapReduce分布式的文件系統(tǒng)，構(gòu)建了云計(jì)算的平臺(tái)層。

云計(jì)算的基本架構(gòu)分為三層，從底層到高層分別為基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS），平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）。云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、服務(wù)計(jì)算和虛擬化技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展自然融合而成，其也繼承了諸多技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。云計(jì)算具有如下五個(gè)基本特征：按需自助服務(wù)；無所不在的訪問；高彈性；服務(wù)可計(jì)量；多用戶訪問，這些特征能使產(chǎn)業(yè)鏈中的所有參與者都獲益。

大數(shù)據(jù)有四個(gè)層面的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)的體量大，數(shù)據(jù)類型繁多，價(jià)值密度低和處理速度快。云計(jì)算是一種能很好支持大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、分析和挖掘的理想平臺(tái)。該文試圖將云計(jì)算引入到空管數(shù)據(jù)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)中也是基于此考慮的。

2 數(shù)據(jù)流程分析

空管數(shù)據(jù)大體上分成四類數(shù)據(jù)，即監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)、記錄儀數(shù)據(jù)和日志文件。

1） 在自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中，需要實(shí)時(shí)不間斷地顯示監(jiān)視信息，以便管制員能夠真實(shí)的掌握本空域內(nèi)航空器的飛行狀態(tài)等情況，因此監(jiān)視數(shù)據(jù)就包含了多部雷達(dá)的實(shí)時(shí)覆蓋掃描數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)關(guān)于飛行目標(biāo)的各種雷達(dá)測(cè)量值。多個(gè)雷達(dá)的多個(gè)通道所發(fā)送過來的原始數(shù)據(jù)幀還被送至雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)，可同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)將所有收到的數(shù)據(jù)幀原文及當(dāng)時(shí)的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果存儲(chǔ)下來，以備日后查詢或進(jìn)行數(shù)據(jù)重演。但單雷達(dá)信號(hào)需要被自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理，形成綜合航跡后才能被用于航空管制。每部雷達(dá)均是24小時(shí)不間斷掃描，融合操作也是隨時(shí)進(jìn)行，因此監(jiān)視數(shù)據(jù)總量很大。

2） 飛行數(shù)據(jù)主要分為飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)和飛行電報(bào)數(shù)據(jù)，計(jì)劃數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)，電報(bào)數(shù)據(jù)用于航班狀態(tài)修改，因此每架航班不止一條電報(bào)數(shù)據(jù)；其次飛行電報(bào)數(shù)據(jù)在飛行數(shù)據(jù)操作席上還被用于查詢和統(tǒng)計(jì)，但目前只能查詢到三個(gè)月內(nèi)的報(bào)文。

3） 記錄儀數(shù)據(jù)是記錄重演服務(wù)器每天24小時(shí)不間斷記錄所得數(shù)據(jù)，保存的是當(dāng)天以前30天的記錄數(shù)據(jù)，包含了監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)、告警設(shè)置、管制員操作數(shù)據(jù)等，主要用于重演回放時(shí)情景完全重現(xiàn)，與之相對(duì)應(yīng)的還有存放在語音記錄儀上的語音記錄數(shù)據(jù)，重演時(shí)可以進(jìn)行語音同步，必要時(shí)可作為事故調(diào)查的依據(jù)。endprint

4） 日志文件是自動(dòng)化系統(tǒng)處理中產(chǎn)生的，從雷達(dá)處理日志、報(bào)文計(jì)劃處理日志，到目標(biāo)相關(guān)日志及其他的操作日志，數(shù)據(jù)量不亞于監(jiān)視數(shù)據(jù)量。技術(shù)人員常常通過查詢?nèi)罩緛矸治龉收系恼鎸?shí)原因。

這四類數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了空管數(shù)據(jù)，被用于存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、查詢以及回放等方面。目前，這些空管數(shù)據(jù)的生命周期包含兩個(gè)階段，即數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)回放/查看。如圖1所示，數(shù)據(jù)記錄階段主要是指數(shù)據(jù)從生成到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)階段，這一階段主要是記錄這些客觀事實(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)查詢/回放階段是指出于查詢、排故等原因，數(shù)據(jù)被重新調(diào)出并加以統(tǒng)計(jì)、分析、回放等，這一階段主要是使用這些客觀數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)事實(shí)，并促進(jìn)提高自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高管制工作的安全性。

在數(shù)據(jù)記錄階段，監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)除了被送到記錄重演服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)外，它們中的部分?jǐn)?shù)據(jù)還被分別送到雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)和飛行數(shù)據(jù)操作席。語音記錄數(shù)據(jù)被記錄在語音記錄儀中，語音記錄儀和記錄重演服務(wù)器相連，通過串口可以調(diào)用語音記錄數(shù)據(jù)。日志文件因?yàn)椴煌愋捅淮嬗诓煌?wù)器中。存儲(chǔ)物理設(shè)備對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的管理和存儲(chǔ)，存儲(chǔ)目前采用的是本地硬盤或外接硬盤等設(shè)備。但由于容量有限，整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)只能存儲(chǔ)最近一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)的數(shù)據(jù)，并周期性地丟棄過時(shí)的數(shù)據(jù)，丟棄周期因數(shù)據(jù)和設(shè)備的不同而不同。

在數(shù)據(jù)查詢/回放階段，空管數(shù)據(jù)被從存儲(chǔ)物理設(shè)備中抽出。若要重建過去某個(gè)時(shí)間段的管制場(chǎng)景，則采用記錄儀數(shù)據(jù)和語音記錄數(shù)據(jù)同步播放，回放整個(gè)管制的操作過程；若要分析某個(gè)時(shí)間段的系統(tǒng)處理過程，則采用各服務(wù)器的日志文件，或者雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視和飛行數(shù)據(jù)操作席上的數(shù)據(jù)。

從以上介紹不難看出，目前的數(shù)據(jù)流程中存在一定的不足：

1） 數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)，浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)都分別存儲(chǔ)于兩個(gè)物理設(shè)備中，雖然被存儲(chǔ)的內(nèi)容不是完全一致，但還是存在很大一部分的重疊。

2） 存儲(chǔ)物理設(shè)備幾乎都在同一物理位置，該方式比較難以抵抗較大的災(zāi)害，影響系統(tǒng)的可靠行和數(shù)據(jù)的安全性。

3） 數(shù)據(jù)清理周期短。由于數(shù)據(jù)量和存儲(chǔ)介質(zhì)容量關(guān)系，日志文件甚至每小時(shí)產(chǎn)生一份，部分存儲(chǔ)介質(zhì)易存滿，導(dǎo)致新的數(shù)據(jù)無法繼續(xù)被記錄。即使存在定期自動(dòng)清理操作，也因?yàn)榍謇碇芷谳^機(jī)械，而存在一定風(fēng)險(xiǎn)。特別是服務(wù)器，若存儲(chǔ)過多會(huì)影響其計(jì)算性能。由于清理周期短，容易導(dǎo)致需要查看的數(shù)據(jù)已被丟棄。

4） 在回放時(shí)，響應(yīng)時(shí)間隨重演時(shí)間段的增加而增加，這種情況在飛行數(shù)據(jù)操作席上進(jìn)行查詢時(shí)也同樣存在。這體現(xiàn)出了存儲(chǔ)訪問的瓶頸和目前系統(tǒng)回放時(shí)計(jì)算能力不足。

5） 無大數(shù)據(jù)可言，就意味著無法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析。沒有一定的數(shù)據(jù)量，則無法得知數(shù)據(jù)間的關(guān)系，有效改進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)，不能從技術(shù)層面降低管制潛在的風(fēng)險(xiǎn)。雖然目前國內(nèi)的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)這部分需求不是很急迫，但這確實(shí)是一個(gè)不容小覷的發(fā)展方向。

從分析可知，目前的空管數(shù)據(jù)流程中存在著存儲(chǔ)和計(jì)算能力不足、大量歷史數(shù)據(jù)得不到充分利用、人為的簡(jiǎn)單查詢、分析和回放等問題。

3 基于云計(jì)算的解決方案

云計(jì)算能夠提供按需自助、廉價(jià)、容量/計(jì)算能力“無限大”和彈性的各種基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)，筆者提出了將云計(jì)算應(yīng)用于空管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和分析的流程中，以解決目前空管數(shù)據(jù)流程中的關(guān)鍵問題，而且技術(shù)部門無需花費(fèi)過多的精力在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、維護(hù)和計(jì)算問題上。

圖2展示了基于云計(jì)算的空管數(shù)據(jù)流程。在該解決方案中，所有的存儲(chǔ)和計(jì)算的任務(wù)外包到了云服務(wù)中。在數(shù)據(jù)記錄階段，監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)、語音記錄數(shù)據(jù)、日志文件都直接被存儲(chǔ)于云平臺(tái)上，有效避免了數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)的問題。服務(wù)器也可以從存儲(chǔ)工作中解脫出來，只用于計(jì)算。由于云存儲(chǔ)的容量是“無限”的，因此在短時(shí)間內(nèi)不存在數(shù)據(jù)丟棄的問題。數(shù)據(jù)回放階段不再從兩種記錄儀中抽取數(shù)據(jù)，而是直接從云計(jì)算服務(wù)中返回回放結(jié)果。因此數(shù)據(jù)回放階段所需要的數(shù)據(jù)訪問和歷史場(chǎng)景重建的計(jì)算都在云計(jì)算平臺(tái)中完成。由于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算任務(wù)已交給云平臺(tái)來完成，傳統(tǒng)環(huán)境中的部分存儲(chǔ)物理設(shè)備可以被棄用，留下的設(shè)備也將變成輕量級(jí)的設(shè)備，只用于實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示云計(jì)算結(jié)果等。

在該解決方案中，技術(shù)部門可以直接從云平臺(tái)中獲取一些在空管數(shù)據(jù)上的挖掘和分析結(jié)果。原本在雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)中只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析，現(xiàn)在也因?yàn)樵朴?jì)算能力的強(qiáng)大，而可以允許技術(shù)人員提出更高級(jí)、更復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)分析；并且也徹底避免了大數(shù)據(jù)訪問效率和傳統(tǒng)模式中計(jì)算能力不足的問題。由于數(shù)據(jù)分析/挖掘和底層的基礎(chǔ)架構(gòu)云服務(wù)都是按需自助的，技術(shù)人員只需調(diào)用這些服務(wù)便可以得到結(jié)果。與傳統(tǒng)空管數(shù)據(jù)流程管理相比，業(yè)務(wù)人員不再擔(dān)心數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)問題，因?yàn)樵朴?jì)算平臺(tái)提供了專業(yè)的數(shù)據(jù)備份恢復(fù)機(jī)制，即使在某個(gè)地域受到較大災(zāi)害的情況下，云平臺(tái)上的數(shù)據(jù)依然可以安然無恙。綜上所述，基于云計(jì)算的空管數(shù)據(jù)管理方案解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流程中所遇到的問題。

此外，基于云計(jì)算的解決方案還具有其他方面的優(yōu)點(diǎn)。由于所有云服務(wù)都是采用按使用計(jì)費(fèi)，因此這確保了所有的花費(fèi)都是有效的，不會(huì)存在資源閑置和浪費(fèi)的問題，而且也不會(huì)有前期的基礎(chǔ)架構(gòu)的投入。由于云計(jì)算平臺(tái)的開放性和隨處可訪問的特征，使得基于云計(jì)算的解決方案能使技術(shù)部門很好地與其他部門進(jìn)行資源共享，有利于提高整個(gè)空管系統(tǒng)的一致性和效率。

4 結(jié)束語

本文分析了目前空管數(shù)據(jù)流程管理中的不足，并相應(yīng)地提出基于云計(jì)算的解決方案?；谠朴?jì)算的空管數(shù)據(jù)流程管理主要解決了如下幾個(gè)方面的問題：存儲(chǔ)能力不足導(dǎo)致歷史數(shù)據(jù)丟棄；數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)，浪費(fèi)空間；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)簡(jiǎn)單低效難以抵抗一定的災(zāi)害；大數(shù)據(jù)訪問的效率問題和傳統(tǒng)模式中響應(yīng)太慢的問題；基礎(chǔ)架構(gòu)不足以進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)挖掘和分析導(dǎo)致大量有用的歷史數(shù)據(jù)無法得到充分使用。在未來的工作中，還可以考慮逐步把云計(jì)算應(yīng)用到其他部分以解決傳統(tǒng)方案中的不足。例如利用云計(jì)算的并行計(jì)算優(yōu)勢(shì)，將服務(wù)器中大量的雷達(dá)數(shù)據(jù)計(jì)算部署到云平臺(tái)中，以提高自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算的可擴(kuò)展性和效率，并且使存儲(chǔ)在云平臺(tái)上的監(jiān)視數(shù)據(jù)得到更充分的使用。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 郭培賢.云計(jì)算在航空氣象領(lǐng)域的展望[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（10）： 204.

[4] Sims K. IBM introduces ready-to-use cloud computing collaboration services get clients started with cloud computing[EB/OL].http：//www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/22613.wss.endprint

4） 日志文件是自動(dòng)化系統(tǒng)處理中產(chǎn)生的，從雷達(dá)處理日志、報(bào)文計(jì)劃處理日志，到目標(biāo)相關(guān)日志及其他的操作日志，數(shù)據(jù)量不亞于監(jiān)視數(shù)據(jù)量。技術(shù)人員常常通過查詢?nèi)罩緛矸治龉收系恼鎸?shí)原因。

這四類數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了空管數(shù)據(jù)，被用于存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、查詢以及回放等方面。目前，這些空管數(shù)據(jù)的生命周期包含兩個(gè)階段，即數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)回放/查看。如圖1所示，數(shù)據(jù)記錄階段主要是指數(shù)據(jù)從生成到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)階段，這一階段主要是記錄這些客觀事實(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)查詢/回放階段是指出于查詢、排故等原因，數(shù)據(jù)被重新調(diào)出并加以統(tǒng)計(jì)、分析、回放等，這一階段主要是使用這些客觀數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)事實(shí)，并促進(jìn)提高自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高管制工作的安全性。

在數(shù)據(jù)記錄階段，監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)除了被送到記錄重演服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)外，它們中的部分?jǐn)?shù)據(jù)還被分別送到雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)和飛行數(shù)據(jù)操作席。語音記錄數(shù)據(jù)被記錄在語音記錄儀中，語音記錄儀和記錄重演服務(wù)器相連，通過串口可以調(diào)用語音記錄數(shù)據(jù)。日志文件因?yàn)椴煌愋捅淮嬗诓煌?wù)器中。存儲(chǔ)物理設(shè)備對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的管理和存儲(chǔ)，存儲(chǔ)目前采用的是本地硬盤或外接硬盤等設(shè)備。但由于容量有限，整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)只能存儲(chǔ)最近一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)的數(shù)據(jù)，并周期性地丟棄過時(shí)的數(shù)據(jù)，丟棄周期因數(shù)據(jù)和設(shè)備的不同而不同。

在數(shù)據(jù)查詢/回放階段，空管數(shù)據(jù)被從存儲(chǔ)物理設(shè)備中抽出。若要重建過去某個(gè)時(shí)間段的管制場(chǎng)景，則采用記錄儀數(shù)據(jù)和語音記錄數(shù)據(jù)同步播放，回放整個(gè)管制的操作過程；若要分析某個(gè)時(shí)間段的系統(tǒng)處理過程，則采用各服務(wù)器的日志文件，或者雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視和飛行數(shù)據(jù)操作席上的數(shù)據(jù)。

從以上介紹不難看出，目前的數(shù)據(jù)流程中存在一定的不足：

1） 數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)，浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)都分別存儲(chǔ)于兩個(gè)物理設(shè)備中，雖然被存儲(chǔ)的內(nèi)容不是完全一致，但還是存在很大一部分的重疊。

2） 存儲(chǔ)物理設(shè)備幾乎都在同一物理位置，該方式比較難以抵抗較大的災(zāi)害，影響系統(tǒng)的可靠行和數(shù)據(jù)的安全性。

3） 數(shù)據(jù)清理周期短。由于數(shù)據(jù)量和存儲(chǔ)介質(zhì)容量關(guān)系，日志文件甚至每小時(shí)產(chǎn)生一份，部分存儲(chǔ)介質(zhì)易存滿，導(dǎo)致新的數(shù)據(jù)無法繼續(xù)被記錄。即使存在定期自動(dòng)清理操作，也因?yàn)榍謇碇芷谳^機(jī)械，而存在一定風(fēng)險(xiǎn)。特別是服務(wù)器，若存儲(chǔ)過多會(huì)影響其計(jì)算性能。由于清理周期短，容易導(dǎo)致需要查看的數(shù)據(jù)已被丟棄。

4） 在回放時(shí)，響應(yīng)時(shí)間隨重演時(shí)間段的增加而增加，這種情況在飛行數(shù)據(jù)操作席上進(jìn)行查詢時(shí)也同樣存在。這體現(xiàn)出了存儲(chǔ)訪問的瓶頸和目前系統(tǒng)回放時(shí)計(jì)算能力不足。

5） 無大數(shù)據(jù)可言，就意味著無法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析。沒有一定的數(shù)據(jù)量，則無法得知數(shù)據(jù)間的關(guān)系，有效改進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)，不能從技術(shù)層面降低管制潛在的風(fēng)險(xiǎn)。雖然目前國內(nèi)的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)這部分需求不是很急迫，但這確實(shí)是一個(gè)不容小覷的發(fā)展方向。

從分析可知，目前的空管數(shù)據(jù)流程中存在著存儲(chǔ)和計(jì)算能力不足、大量歷史數(shù)據(jù)得不到充分利用、人為的簡(jiǎn)單查詢、分析和回放等問題。

3 基于云計(jì)算的解決方案

云計(jì)算能夠提供按需自助、廉價(jià)、容量/計(jì)算能力“無限大”和彈性的各種基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)，筆者提出了將云計(jì)算應(yīng)用于空管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和分析的流程中，以解決目前空管數(shù)據(jù)流程中的關(guān)鍵問題，而且技術(shù)部門無需花費(fèi)過多的精力在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、維護(hù)和計(jì)算問題上。

圖2展示了基于云計(jì)算的空管數(shù)據(jù)流程。在該解決方案中，所有的存儲(chǔ)和計(jì)算的任務(wù)外包到了云服務(wù)中。在數(shù)據(jù)記錄階段，監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)、語音記錄數(shù)據(jù)、日志文件都直接被存儲(chǔ)于云平臺(tái)上，有效避免了數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)的問題。服務(wù)器也可以從存儲(chǔ)工作中解脫出來，只用于計(jì)算。由于云存儲(chǔ)的容量是“無限”的，因此在短時(shí)間內(nèi)不存在數(shù)據(jù)丟棄的問題。數(shù)據(jù)回放階段不再從兩種記錄儀中抽取數(shù)據(jù)，而是直接從云計(jì)算服務(wù)中返回回放結(jié)果。因此數(shù)據(jù)回放階段所需要的數(shù)據(jù)訪問和歷史場(chǎng)景重建的計(jì)算都在云計(jì)算平臺(tái)中完成。由于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算任務(wù)已交給云平臺(tái)來完成，傳統(tǒng)環(huán)境中的部分存儲(chǔ)物理設(shè)備可以被棄用，留下的設(shè)備也將變成輕量級(jí)的設(shè)備，只用于實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示云計(jì)算結(jié)果等。

在該解決方案中，技術(shù)部門可以直接從云平臺(tái)中獲取一些在空管數(shù)據(jù)上的挖掘和分析結(jié)果。原本在雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)中只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析，現(xiàn)在也因?yàn)樵朴?jì)算能力的強(qiáng)大，而可以允許技術(shù)人員提出更高級(jí)、更復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)分析；并且也徹底避免了大數(shù)據(jù)訪問效率和傳統(tǒng)模式中計(jì)算能力不足的問題。由于數(shù)據(jù)分析/挖掘和底層的基礎(chǔ)架構(gòu)云服務(wù)都是按需自助的，技術(shù)人員只需調(diào)用這些服務(wù)便可以得到結(jié)果。與傳統(tǒng)空管數(shù)據(jù)流程管理相比，業(yè)務(wù)人員不再擔(dān)心數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)問題，因?yàn)樵朴?jì)算平臺(tái)提供了專業(yè)的數(shù)據(jù)備份恢復(fù)機(jī)制，即使在某個(gè)地域受到較大災(zāi)害的情況下，云平臺(tái)上的數(shù)據(jù)依然可以安然無恙。綜上所述，基于云計(jì)算的空管數(shù)據(jù)管理方案解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流程中所遇到的問題。

此外，基于云計(jì)算的解決方案還具有其他方面的優(yōu)點(diǎn)。由于所有云服務(wù)都是采用按使用計(jì)費(fèi)，因此這確保了所有的花費(fèi)都是有效的，不會(huì)存在資源閑置和浪費(fèi)的問題，而且也不會(huì)有前期的基礎(chǔ)架構(gòu)的投入。由于云計(jì)算平臺(tái)的開放性和隨處可訪問的特征，使得基于云計(jì)算的解決方案能使技術(shù)部門很好地與其他部門進(jìn)行資源共享，有利于提高整個(gè)空管系統(tǒng)的一致性和效率。

4 結(jié)束語

本文分析了目前空管數(shù)據(jù)流程管理中的不足，并相應(yīng)地提出基于云計(jì)算的解決方案?；谠朴?jì)算的空管數(shù)據(jù)流程管理主要解決了如下幾個(gè)方面的問題：存儲(chǔ)能力不足導(dǎo)致歷史數(shù)據(jù)丟棄；數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)，浪費(fèi)空間；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)簡(jiǎn)單低效難以抵抗一定的災(zāi)害；大數(shù)據(jù)訪問的效率問題和傳統(tǒng)模式中響應(yīng)太慢的問題；基礎(chǔ)架構(gòu)不足以進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)挖掘和分析導(dǎo)致大量有用的歷史數(shù)據(jù)無法得到充分使用。在未來的工作中，還可以考慮逐步把云計(jì)算應(yīng)用到其他部分以解決傳統(tǒng)方案中的不足。例如利用云計(jì)算的并行計(jì)算優(yōu)勢(shì)，將服務(wù)器中大量的雷達(dá)數(shù)據(jù)計(jì)算部署到云平臺(tái)中，以提高自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算的可擴(kuò)展性和效率，并且使存儲(chǔ)在云平臺(tái)上的監(jiān)視數(shù)據(jù)得到更充分的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 潘誠.空管網(wǎng)絡(luò)安全到云安全的初步探討[J].才智，2012 （25）.

[2] 戴元.桌面虛擬化技術(shù)在空管信息化中的應(yīng)用[J].硅谷，2012（12）：113-114.

[3] 郭培賢.云計(jì)算在航空氣象領(lǐng)域的展望[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（10）： 204.

[4] Sims K. IBM introduces ready-to-use cloud computing collaboration services get clients started with cloud computing[EB/OL].http：//www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/22613.wss.endprint

4） 日志文件是自動(dòng)化系統(tǒng)處理中產(chǎn)生的，從雷達(dá)處理日志、報(bào)文計(jì)劃處理日志，到目標(biāo)相關(guān)日志及其他的操作日志，數(shù)據(jù)量不亞于監(jiān)視數(shù)據(jù)量。技術(shù)人員常常通過查詢?nèi)罩緛矸治龉收系恼鎸?shí)原因。

這四類數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了空管數(shù)據(jù)，被用于存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、查詢以及回放等方面。目前，這些空管數(shù)據(jù)的生命周期包含兩個(gè)階段，即數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)回放/查看。如圖1所示，數(shù)據(jù)記錄階段主要是指數(shù)據(jù)從生成到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)階段，這一階段主要是記錄這些客觀事實(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)查詢/回放階段是指出于查詢、排故等原因，數(shù)據(jù)被重新調(diào)出并加以統(tǒng)計(jì)、分析、回放等，這一階段主要是使用這些客觀數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)事實(shí)，并促進(jìn)提高自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高管制工作的安全性。

在數(shù)據(jù)記錄階段，監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)除了被送到記錄重演服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)外，它們中的部分?jǐn)?shù)據(jù)還被分別送到雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)和飛行數(shù)據(jù)操作席。語音記錄數(shù)據(jù)被記錄在語音記錄儀中，語音記錄儀和記錄重演服務(wù)器相連，通過串口可以調(diào)用語音記錄數(shù)據(jù)。日志文件因?yàn)椴煌愋捅淮嬗诓煌?wù)器中。存儲(chǔ)物理設(shè)備對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的管理和存儲(chǔ)，存儲(chǔ)目前采用的是本地硬盤或外接硬盤等設(shè)備。但由于容量有限，整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)只能存儲(chǔ)最近一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)的數(shù)據(jù)，并周期性地丟棄過時(shí)的數(shù)據(jù)，丟棄周期因數(shù)據(jù)和設(shè)備的不同而不同。

在數(shù)據(jù)查詢/回放階段，空管數(shù)據(jù)被從存儲(chǔ)物理設(shè)備中抽出。若要重建過去某個(gè)時(shí)間段的管制場(chǎng)景，則采用記錄儀數(shù)據(jù)和語音記錄數(shù)據(jù)同步播放，回放整個(gè)管制的操作過程；若要分析某個(gè)時(shí)間段的系統(tǒng)處理過程，則采用各服務(wù)器的日志文件，或者雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視和飛行數(shù)據(jù)操作席上的數(shù)據(jù)。

從以上介紹不難看出，目前的數(shù)據(jù)流程中存在一定的不足：

1） 數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)，浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)都分別存儲(chǔ)于兩個(gè)物理設(shè)備中，雖然被存儲(chǔ)的內(nèi)容不是完全一致，但還是存在很大一部分的重疊。

2） 存儲(chǔ)物理設(shè)備幾乎都在同一物理位置，該方式比較難以抵抗較大的災(zāi)害，影響系統(tǒng)的可靠行和數(shù)據(jù)的安全性。

3） 數(shù)據(jù)清理周期短。由于數(shù)據(jù)量和存儲(chǔ)介質(zhì)容量關(guān)系，日志文件甚至每小時(shí)產(chǎn)生一份，部分存儲(chǔ)介質(zhì)易存滿，導(dǎo)致新的數(shù)據(jù)無法繼續(xù)被記錄。即使存在定期自動(dòng)清理操作，也因?yàn)榍謇碇芷谳^機(jī)械，而存在一定風(fēng)險(xiǎn)。特別是服務(wù)器，若存儲(chǔ)過多會(huì)影響其計(jì)算性能。由于清理周期短，容易導(dǎo)致需要查看的數(shù)據(jù)已被丟棄。

4） 在回放時(shí)，響應(yīng)時(shí)間隨重演時(shí)間段的增加而增加，這種情況在飛行數(shù)據(jù)操作席上進(jìn)行查詢時(shí)也同樣存在。這體現(xiàn)出了存儲(chǔ)訪問的瓶頸和目前系統(tǒng)回放時(shí)計(jì)算能力不足。

5） 無大數(shù)據(jù)可言，就意味著無法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析。沒有一定的數(shù)據(jù)量，則無法得知數(shù)據(jù)間的關(guān)系，有效改進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)，不能從技術(shù)層面降低管制潛在的風(fēng)險(xiǎn)。雖然目前國內(nèi)的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)這部分需求不是很急迫，但這確實(shí)是一個(gè)不容小覷的發(fā)展方向。

從分析可知，目前的空管數(shù)據(jù)流程中存在著存儲(chǔ)和計(jì)算能力不足、大量歷史數(shù)據(jù)得不到充分利用、人為的簡(jiǎn)單查詢、分析和回放等問題。

3 基于云計(jì)算的解決方案

云計(jì)算能夠提供按需自助、廉價(jià)、容量/計(jì)算能力“無限大”和彈性的各種基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)，筆者提出了將云計(jì)算應(yīng)用于空管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和分析的流程中，以解決目前空管數(shù)據(jù)流程中的關(guān)鍵問題，而且技術(shù)部門無需花費(fèi)過多的精力在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、維護(hù)和計(jì)算問題上。

圖2展示了基于云計(jì)算的空管數(shù)據(jù)流程。在該解決方案中，所有的存儲(chǔ)和計(jì)算的任務(wù)外包到了云服務(wù)中。在數(shù)據(jù)記錄階段，監(jiān)視數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)、語音記錄數(shù)據(jù)、日志文件都直接被存儲(chǔ)于云平臺(tái)上，有效避免了數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)的問題。服務(wù)器也可以從存儲(chǔ)工作中解脫出來，只用于計(jì)算。由于云存儲(chǔ)的容量是“無限”的，因此在短時(shí)間內(nèi)不存在數(shù)據(jù)丟棄的問題。數(shù)據(jù)回放階段不再從兩種記錄儀中抽取數(shù)據(jù)，而是直接從云計(jì)算服務(wù)中返回回放結(jié)果。因此數(shù)據(jù)回放階段所需要的數(shù)據(jù)訪問和歷史場(chǎng)景重建的計(jì)算都在云計(jì)算平臺(tái)中完成。由于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算任務(wù)已交給云平臺(tái)來完成，傳統(tǒng)環(huán)境中的部分存儲(chǔ)物理設(shè)備可以被棄用，留下的設(shè)備也將變成輕量級(jí)的設(shè)備，只用于實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示云計(jì)算結(jié)果等。

在該解決方案中，技術(shù)部門可以直接從云平臺(tái)中獲取一些在空管數(shù)據(jù)上的挖掘和分析結(jié)果。原本在雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)中只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析，現(xiàn)在也因?yàn)樵朴?jì)算能力的強(qiáng)大，而可以允許技術(shù)人員提出更高級(jí)、更復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)分析；并且也徹底避免了大數(shù)據(jù)訪問效率和傳統(tǒng)模式中計(jì)算能力不足的問題。由于數(shù)據(jù)分析/挖掘和底層的基礎(chǔ)架構(gòu)云服務(wù)都是按需自助的，技術(shù)人員只需調(diào)用這些服務(wù)便可以得到結(jié)果。與傳統(tǒng)空管數(shù)據(jù)流程管理相比，業(yè)務(wù)人員不再擔(dān)心數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)問題，因?yàn)樵朴?jì)算平臺(tái)提供了專業(yè)的數(shù)據(jù)備份恢復(fù)機(jī)制，即使在某個(gè)地域受到較大災(zāi)害的情況下，云平臺(tái)上的數(shù)據(jù)依然可以安然無恙。綜上所述，基于云計(jì)算的空管數(shù)據(jù)管理方案解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流程中所遇到的問題。

此外，基于云計(jì)算的解決方案還具有其他方面的優(yōu)點(diǎn)。由于所有云服務(wù)都是采用按使用計(jì)費(fèi)，因此這確保了所有的花費(fèi)都是有效的，不會(huì)存在資源閑置和浪費(fèi)的問題，而且也不會(huì)有前期的基礎(chǔ)架構(gòu)的投入。由于云計(jì)算平臺(tái)的開放性和隨處可訪問的特征，使得基于云計(jì)算的解決方案能使技術(shù)部門很好地與其他部門進(jìn)行資源共享，有利于提高整個(gè)空管系統(tǒng)的一致性和效率。

4 結(jié)束語

本文分析了目前空管數(shù)據(jù)流程管理中的不足，并相應(yīng)地提出基于云計(jì)算的解決方案。基于云計(jì)算的空管數(shù)據(jù)流程管理主要解決了如下幾個(gè)方面的問題：存儲(chǔ)能力不足導(dǎo)致歷史數(shù)據(jù)丟棄；數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)，浪費(fèi)空間；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)簡(jiǎn)單低效難以抵抗一定的災(zāi)害；大數(shù)據(jù)訪問的效率問題和傳統(tǒng)模式中響應(yīng)太慢的問題；基礎(chǔ)架構(gòu)不足以進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)挖掘和分析導(dǎo)致大量有用的歷史數(shù)據(jù)無法得到充分使用。在未來的工作中，還可以考慮逐步把云計(jì)算應(yīng)用到其他部分以解決傳統(tǒng)方案中的不足。例如利用云計(jì)算的并行計(jì)算優(yōu)勢(shì)，將服務(wù)器中大量的雷達(dá)數(shù)據(jù)計(jì)算部署到云平臺(tái)中，以提高自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算的可擴(kuò)展性和效率，并且使存儲(chǔ)在云平臺(tái)上的監(jiān)視數(shù)據(jù)得到更充分的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 潘誠.空管網(wǎng)絡(luò)安全到云安全的初步探討[J].才智，2012 （25）.

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[3] 郭培賢.云計(jì)算在航空氣象領(lǐng)域的展望[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（10）： 204.

[4] Sims K. IBM introduces ready-to-use cloud computing collaboration services get clients started with cloud computing[EB/OL].http：//www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/22613.wss.endprint