Aviation Runway Lights Management Simulation System

บทความนี้จะให้ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับ Mini OT Aviation CAT-II Airport Runway Lights Management Simulation System ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มจำลองทางไซเบอร์ขนาดกะทัดรัดที่พัฒนาขึ้นเพื่อจำลองการทำงานของระบบควบคุมไฟส่องทางวิ่งของสนามบิน Category II ที่ใช้ PLC ปัจจุบัน ฉันได้เผยแพร่เวอร์ชัน v_0.0.1 แล้ว เนื่องจากฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญในสาขาการบิน ข้อมูลบางส่วนในบทความนี้อาจไม่ถูกต้อง หากมีสิ่งใดที่ต้องปรับปรุงหรือแก้ไข โปรดติดต่อฉัน 

วัตถุประสงค์ในการออกแบบโครงการ :

ระบบการบินเป็นเสาหลักสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานการขนส่งสมัยใหม่ ซึ่งบูรณาการเครือข่ายที่ซับซ้อนของสนามบิน เครื่องบิน ระบบควบคุมการจราจรทางอากาศ และเทคโนโลยีดิจิทัลสนับสนุน เมื่อภาคส่วนนี้มีการนำระบบ OT และ IT ที่เชื่อมต่อถึงกันที่ซับซ้อนมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ ก็จะกลายเป็นเป้าหมายที่น่าสนใจสำหรับภัยคุกคามทางไซเบอร์

จากข้อมูลขององค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ (ICAO) รายงานความปลอดภัยทางไซเบอร์ด้านการบิน การโจมตีทางไซเบอร์ในภาคการบินมีความถี่และความซับซ้อนเพิ่มขึ้น ภัยคุกคามเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อระบบการบินที่หลากหลาย รวมถึงระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินของเครื่องบิน ระบบ SCADA ของสนามบิน โครงสร้างพื้นฐาน IT ของสายการบิน และบริการสนับสนุน เช่น การดำเนินงานเครื่องบินส่วนตัวและการจัดการห่วงโซ่อุปทาน

โครงการนี้มุ่งเน้นไปที่ส่วนย่อยที่สำคัญของโครงสร้างพื้นฐาน OT ของสนามบินการบิน นั่นคือ ระบบควบคุมทางวิ่งของสนามบิน ซึ่งได้รับการจัดการโดย หอบังคับการบิน (ATC) วัตถุประสงค์คือการออกแบบและพัฒนาระบบจำลองทางไซเบอร์เพื่อจำลองระบบ SCADA สามระบบ (ไฟส่องทางวิ่ง เรดาร์สนามบิน และวิทยุ VHF) และแสดงให้เห็นว่าภัยคุกคามทางไซเบอร์ที่มุ่งเป้าไปที่ระบบ SCADA ทางวิ่งเหล่านี้อาจขัดขวางการดำเนินงานการจราจรทางอากาศได้อย่างไร

# Author:      Yuancheng Liu
# Version:     v_0.0.1
# Created:     2025/06/16
# Doc_Copyright:   Copyright (c) 2025 LiuYuancheng

บทนำ

Mini OT Aviation CAT-II Airport Runway Lights Management Simulation System เป็นแพลตฟอร์มจำลองทางไซเบอร์-กายภาพขนาดกะทัดรัดที่พัฒนาขึ้นเพื่อจำลองการทำงานของระบบควบคุมไฟส่องทางวิ่งของสนามบิน Category II ที่มีความแม่นยำ ออกแบบมาสำหรับการฝึกซ้อมด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์ การฝึกอบรมทางเทคนิค และวัตถุประสงค์ทางการศึกษา ระบบนี้มีแพลตฟอร์มจำลองทางไซเบอร์ที่เลียนแบบสภาพแวดล้อมทางวิ่ง CAT-II ของสนามบินบนบกสำหรับพลเรือนที่สมจริง รวมถึงระบบ SCADA ที่สำคัญสามระบบที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินงานของหอควบคุมการจราจรทางอากาศ

• ระบบจัดการไฟส่องทางวิ่ง CAT-II : ระบบหลักจำลองไฟส่องทางวิ่งที่ควบคุมโดยหอควบคุม 11 ประเภท และตัวบ่งชี้ภาพ (เช่น ILS และ ALS) สำหรับนำทางเครื่องบินระหว่างการขึ้นบิน การลงจอด และการเคลื่อนตัว

• ระบบเรดาร์ติดตามสภาพอากาศและเครื่องบิน : ระบบผู้ช่วยรองจำลองเรดาร์ตรวจอากาศและเรดาร์ติดตามตำแหน่งเครื่องบิน และระบบตรวจสอบข้อมูลเรดาร์ของหอควบคุม

• ระบบสื่อสารวิทยุ VHF : ระบบผู้ช่วยรองจำลองการสื่อสารระหว่างนักบินและหอควบคุม VHF

เพื่อเพิ่มความสมจริงและการโต้ตอบ ระบบนี้มีโมดูลพฤติกรรมเครื่องบินตามสคริปต์ ซึ่งมีเครื่องบินเสมือนหลายลำที่ปฏิบัติตามตรรกะการตัดสินใจของ ATC มาตรฐาน (เช่น คู่มือ ATC จาก CAAS ) ตามข้อมูลของระบบย่อยไฟส่องสว่าง เรดาร์ และวิทยุ

วิดีโอสาธิตการใช้งานระบบแสดงอยู่ด้านล่าง:

การจำลองมีโครงสร้างในหลายระดับ (ระดับ 0 ถึงระดับ 3) ของสภาพแวดล้อม OT-System วัตถุประสงค์หลัก ได้แก่:

• แสดงให้เห็นถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากการโจมตีทางไซเบอร์ต่อระบบ OT/SCADA เดียว และผลกระทบที่อาจลุกลามไปขัดขวางการดำเนินงานหรือบริการของสนามบิน

• สนับสนุนการฝึกซ้อมทางไซเบอร์ OT การฝึกอบรมวิชาชีพ และโครงการสร้างความตระหนักรู้ในการบินและการปกป้องโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ

• จัดหาแพลตฟอร์มการจำลองที่คุ้มค่า ปรับขนาดได้ และเรียบง่าย เหมาะสำหรับห้องปฏิบัติการ สถาบันการศึกษา และกิจกรรมทางไซเบอร์

กรณีการใช้งานที่ตั้งใจไว้ของโครงการ:

• การฝึกอบรมและการฝึกซ้อมด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์ สำหรับผู้ปฏิบัติงานโครงสร้างพื้นฐานการบิน ผู้ป้องกัน และนักเรียน

• แพลตฟอร์มสาธิตทางเทคนิค สำหรับการสร้างความตระหนักรู้ถึงความเสี่ยงทางไซเบอร์ในระบบสนามบินที่ควบคุมโดย OT

• Testbed สำหรับนักวิจัยด้านความปลอดภัย เพื่อจำลองช่องโหว่ OT ในโลกแห่งความเป็นจริงในระบบ SCADA ด้านการบิน

• การสนับสนุนหลักสูตร OT-ICS ในสภาพแวดล้อมการพัฒนาทางวิชาการหรือวิชาชีพ

อ้างอิงหลัก : เทคโนโลยีทั้งหมดที่ใช้เป็นไปตามส่วน "ข้อมูลทั่วไป" ของสิ่งพิมพ์การจราจรทางอากาศของ FAA https://www.faa.gov/air_traffic/publications/atpubs/aim_html/

โครงสร้างระบบ

ระบบจำลองมีโครงสร้างในหลายระดับของสภาพแวดล้อม OT ตั้งแต่กระบวนการทางกายภาพระดับ 0 ไปจนถึงเขตการจัดการการดำเนินงานระดับ 3 โดยจะสะท้อนถึงสถาปัตยกรรมฟังก์ชันและเครือข่ายในโลกแห่งความเป็นจริงของระบบควบคุมไฟส่องทางวิ่งของสนามบิน โดยบูรณาการการดำเนินงาน SCADA อุปกรณ์ภาคสนาม และบริการจัดการข้อมูล ระบบนี้เป็นไปตามรูปแบบ OT แบบแบ่งชั้น ตั้งแต่ ระดับ 0 (อุปกรณ์ I/O ทางกายภาพ) ไปจนถึง ระดับ 3 (เขตการจัดการการดำเนินงาน) ช่วยให้ผู้ใช้สามารถทดสอบและวิเคราะห์ทั้งการดำเนินงานปกติและสถานการณ์ที่ถูกบุกรุกทางไซเบอร์

แผนภาพโครงสร้างระบบแสดงอยู่ด้านล่าง:

OT-Level 0: อุปกรณ์ I/O ภาคสนามของกระบวนการทางกายภาพ

ในระดับนี้ ระบบจะจำลอง โลกทางกายภาพของทางวิ่งของสนามบิน โดยใช้สภาพแวดล้อมคล้ายเกมที่จำลองการโต้ตอบระหว่างเครื่องบิน ไฟส่องทางวิ่ง การสื่อสารทางวิทยุ และเซ็นเซอร์เรดาร์ โดยทำหน้าที่เป็นเลเยอร์ภาคสนามเสมือนและรวมถึง:

• ไฟ ALS (Approach Lighting System)

• ISL (Intermediate Stage Lighting) และตัวบ่งชี้ทางขับเคลื่อน

• เรดาร์ติดตามเครื่องบิน เรดาร์ตรวจอากาศ และเรดาร์ตรวจจับการเคลื่อนที่บนพื้นผิวทางวิ่ง

• เสาอากาศสื่อสาร VHF และระบบกระจายเสียง

ส่วนประกอบเหล่านี้รับสัญญาณควบคุมไฟฟ้าจำลองจาก PLC ระดับ 1 ถัดไป และส่งสัญญาณป้อนกลับเสมือน เช่น สถานะไฟ ข้อมูลเสียงสะท้อนเรดาร์ หรือข้อความสื่อสาร VHF

OT-Level 1: OT System Controller LAN

ระดับนี้จำลองเครือข่ายตัวควบคุมอุตสาหกรรมโดยใช้ PLC จำลองหกตัวและโปรเซสเซอร์ข้อมูลเรดาร์หนึ่งตัว ส่วนประกอบและบทบาทของส่วนประกอบ ได้แก่:

• PLC พลังงานและสถานะทางวิ่ง (ด้าน W & E): จำลอง ABB AC500 PLC ที่ควบคุมแหล่งจ่ายไฟและสถานะไฟ (ALS, ISL, ทางขับเคลื่อน และไฟโซน) บนทางวิ่ง

• Tower Control PLC: จัดการระบบสนับสนุน เช่น เสาอากาศ VHF ไฟสิ่งกีดขวางอาคาร และหอสัญญาณสนามบิน

• Radar Control PLC: ควบคุมระบบเรดาร์ รวมถึงเรดาร์ตรวจอากาศ เรดาร์ติดตามเครื่องบิน และเรดาร์พื้นผิว

• Radar Processor (การจำลองเรดาร์ Simrad): จำลองการรับข้อมูลจากหน่วยเรดาร์และประมวลผลเอาต์พุตเป็นข้อมูล "spoke" เสียงสะท้อนเรดาร์ดิจิทัล

อุปกรณ์ทั้งหมดสื่อสารโดยใช้สัญญาณ UDP ความถี่สูงจำลองที่แสดงถึงสถานะทางไฟฟ้าเพื่อเชื่อมโยงสนามกายภาพเสมือน lvl0 และตัวควบคุม OT เลเยอร์ lvl1

OT-Level 2: Runway Control Tower Processing LAN

ระดับนี้แสดงถึงการดำเนินงานในหอควบคุม ATC (Air Traffic Control) ทางวิ่ง ซึ่งติดตั้งอินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI) และเวิร์กสเตชันประมวลผลที่แตกต่างกัน:

• Runway Light Control HMI: ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถออกคำสั่งเปลี่ยนพลังงานและสถานะไฟ และตรวจสอบสถานะไฟทางวิ่งแบบเรียลไทม์ การสื่อสารกับ PLC ใช้โปรโตคอล IEC 60870-5-104

• Airport Surveillance Radar HMI: แสดงข้อมูลการติดตามเรดาร์ (ความสูง ความเร็ว ตำแหน่งของเครื่องบิน) ภาพซ้อนทับสภาพอากาศ (ความครอบคลุมของเมฆ ข้อมูลลม) และการตรวจจับการเคลื่อนที่บนพื้นผิว

• VHF Radio Simulation Panel: แสดงการสื่อสาร ATC จำลองระหว่างหอควบคุมและตัวแทนนักบิน (เช่น สถานะช่องสัญญาณ)

• Maintenance Workstations: ใช้สำหรับการวินิจฉัยระบบ การกำหนดค่า และการบันทึกเหตุการณ์ SCADA

ระดับนี้เป็นอินเทอร์เฟซการควบคุมและการตรวจสอบหลักที่ผู้เข้าร่วมการจำลองใช้

OT-Level 3: Operations Management Zone

ระดับนี้จำลองเขตข้อมูลการดำเนินงานแบ็กเอนด์ของสนามบิน ซึ่งสนับสนุน:

• Runway OT Data Management Server: เซิร์ฟเวอร์กลางสำหรับการตรวจสอบระบบ OT แบบสดและการดึงข้อมูล

• OT Historian Data Server: จัดเก็บข้อมูล OT ดิบ เช่น บันทึก PLC แพ็กเก็ตข้อมูลเรดาร์ และการสื่อสารด้วยเสียง VHF จำลอง

• Intermedia Database Server: ให้การเข้าถึงบันทึกการดำเนินงานทางวิ่งที่มีโครงสร้างสำหรับทีม IT หรือการวิเคราะห์

เลเยอร์นี้สนับสนุนการตัดสินใจที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล การวิเคราะห์เหตุการณ์ และการรายงาน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการฝึกอบรมหรือสถานการณ์จำลองทีมสีแดง-น้ำเงิน ฉันจะรวมระบบกล้องวงจรปิดทางวิ่งไว้ในเลเยอร์นี้ด้วย

ภาพรวมโมดูลระบบ

ระบบเวอร์ชันปัจจุบัน (v_0.0.1) สร้างขึ้นจากโมดูลจำลองหลักสามโมดูลที่จำลองสภาพแวดล้อม OT ทางวิ่งของสนามบินที่สมจริง:

• โมดูลการแสดงภาพโลกทางกายภาพ 2D: โมดูลนี้ให้มุมมองจากบนลงล่าง การแสดงภาพ 2D ของรูปแบบสนามบิน จำลองพฤติกรรมโลกทางกายภาพของไฟส่องทางวิ่ง การเคลื่อนที่ของเครื่องบิน และการเคลื่อนตัว โดยแสดงภาพการขึ้นบิน การลงจอด การถือครอง และการนำทางภาคพื้นดิน ทำให้ผู้ใช้มีอินเทอร์เฟซที่ใช้งานง่ายเพื่อสังเกตผลกระทบของการกระทำของระบบควบคุมแบบเรียลไทม์

• โมดูลจำลองตัวควบคุม PLC: โมดูลนี้จำลองส่วนประกอบ OT ที่สำคัญ เช่น PLC และหน่วยควบคุมเรดาร์ โดยจัดการการแลกเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเสมือนระหว่างเลเยอร์ทางกายภาพ (ระดับ 0) และระบบควบคุม (ระดับ 1) ทำให้สามารถจำลองระบบไฟส่องสว่าง การเปิดใช้งานเรดาร์ และระบบย่อยการสื่อสารได้อย่างแม่นยำ

• โมดูลระบบ SCADA-HMI ของหอควบคุม: ทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซการควบคุมหลักของหอควบคุม โมดูลนี้รวมถึง HMI สำหรับการควบคุมไฟส่องทางวิ่ง การตรวจสอบเรดาร์ และการสื่อสาร VHF ช่วยให้ผู้ใช้สามารถออกคำสั่งควบคุม ตรวจสอบสถานะระบบ และจำลองการดำเนินงานของหอควบคุมภายใต้สภาวะปกติและสภาวะที่ไม่เป็นมิตร

เวอร์ชันในอนาคตจะขยายระบบโดยเพิ่มการจำลองสัญญาณ spoke เสียงสะท้อนเรดาร์ ปรับปรุงความเที่ยงตรงของคุณสมบัติการติดตามเครื่องบินและการตรวจสอบสภาพอากาศ

การแสดงภาพโลกทางกายภาพ 2D

โมดูล การแสดงภาพโลกทางกายภาพทางวิ่งของสนามบิน 2D เป็นส่วนประกอบหลักของระบบจำลอง โดยนำเสนออินเทอร์เฟซคล้ายเกมที่มีมุมมองจากบนลงล่างของสภาพแวดล้อมทางวิ่งของเครื่องมือที่มีความแม่นยำ CAT-II ออกแบบมาให้คล้ายกับรูปแบบสนามบินในโลกแห่งความเป็นจริง โดยให้ผู้ใช้มีการแสดงภาพโดยละเอียดของการเคลื่อนที่ของเครื่องบิน พฤติกรรมของไฟส่องทางวิ่ง และโซนเฝ้าระวังเรดาร์ ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำความเข้าใจด้านการดำเนินงานและความปลอดภัยของการจัดการทางวิ่ง สำหรับเครื่องบินจำลองแต่ละลำและวัตถุในสภาพแวดล้อมจะเชื่อมโยงกับข้อมูล OT แบบไดนามิก ทำให้ผู้ใช้สามารถสังเกตและวิเคราะห์ว่าคำสั่ง PLC และการดำเนินงาน HMI ส่งผลต่อพฤติกรรมโลกทางกายภาพอย่างไร

อินเทอร์เฟซได้รับการออกแบบมาเพื่อความชัดเจน โดยมีไฟรหัสสี ไอคอนเครื่องบิน ส่วนโค้งเรดาร์ และสัญลักษณ์ป้ายสนามบินที่สอดคล้องกับมาตรฐานสากลสองมาตรฐาน:

• รูปแบบและการกำหนดค่าไฟส่องสว่างเป็นไปตามมาตรฐานไฟส่องทางวิ่ง Category II (FAA Order 8400.13 และ ICAO Annex 10) ลิงก์

• ป้าย ไอคอน เครื่องหมาย และสัญญาณเตือนบนทางวิ่งเป็นไปตามมาตรฐานทางวิ่งของเครื่องมือที่มีความแม่นยำ ลิงก์

UI โปรแกรมการแสดงภาพโลกทางกายภาพ 2D แสดงอยู่ด้านล่าง:

โมดูลนี้จำลองทั้ง สภาพแวดล้อมทางกายภาพ และ พฤติกรรมไดนามิก ของเครื่องบิน ไฟส่องทางวิ่ง และระบบเฝ้าระวัง คุณสมบัติหลักสามประการได้รับการจำลองในโปรแกรมนี้:

การจำลองเครื่องบินแบบเรียลไทม์

ระบบจำลองรูปแบบการบินที่เป็นเอกลักษณ์สูงสุด 15 รูปแบบในระดับความสูงสี่ระดับ โดยมีการกำหนดค่าความเร็วและทัศนคติของเครื่องบินที่แตกต่างกัน (Roll, Pitch, Yaw, COG) รวมถึงการเปลี่ยนภาพที่สมจริงระหว่าง:

• ระดับความสูง 4 (สูงกว่า 15,000 ฟุต) – รูปแบบการเข้าสู่พื้นที่สนามบิน (สูงสุด 265 KIAS)

• ระดับ 3 (6,000–14,000 ฟุต) – รูปแบบการถือครอง (สูงสุด 230 KIAS)

• ระดับ 2 (1,000–6,000 ฟุต) – รูปแบบวงจรการบิน เช่น ต้นลม ลมขวาง ท้ายลม ขาฐาน การเข้าใกล้ขั้นสุดท้าย และการบินวนฉุกเฉิน (สูงสุด 200 KIAS)

• ระดับ 1 (พื้นดิน–1,000 ฟุต) – การดำเนินงานภาคพื้นดินโดยละเอียด: การเคลื่อนตัว ก่อนการขึ้นบิน การหมุน การไต่ระดับ และการเปลี่ยนภาพหลังการขึ้นบิน

ผู้ใช้สามารถเลือกแสดงส่วนประกอบจำลองในระดับความสูงที่แตกต่างกันในแผงการเลือกการแสดงผล:

พฤติกรรมจำลองของเครื่องบินแต่ละลำส่งผลกระทบและตอบสนองต่อตัวแปรของระบบแบบไดนามิก เช่น คำสั่งไฟ อินพุตเรดาร์ และสัญญาณการสื่อสารเสมือนที่ "พื้นที่ตรวจสอบ" เฉพาะในโปรแกรม เมื่อเครื่องบินเข้าสู่พื้นที่ตรวจสอบ จะจำลองการสื่อสารทางวิทยุ VHF กับหอควบคุมและเลือกรุ่นที่เกี่ยวข้องด้วยความเร็วและความสูงที่ถูกต้อง หากเป็นระดับความสูง 1, 2, 3 โปรแกรมจะจำลองนักบินตรวจสอบไฟส่องทางวิ่งเพื่อยืนยันสถานะและตัดสินใจ การแสดงภาพยังสร้างค่า CDI (Course Deviation Indicator) และ HSI (Horizontal Situation Indicator) จำลองตามทิศทาง ทัศนคติ และความเร็วของเครื่องบิน ทำให้ได้รับประสบการณ์การนำทางระดับนักบิน

การจำลองไฟส่องทางวิ่งและตัวบ่งชี้

บนทางวิ่งของโปรแกรม การแสดงภาพจะรวม ไฟส่องทางวิ่งและตัวบ่งชี้ที่มีความแม่นยำ CAT-II 11 ประเภท โดยเป็นไปตามข้อกำหนดไฟส่องสว่างในโลกแห่งความเป็นจริงดังที่แสดงด้านล่าง:

• [1] สัญญาณไฟสนามบินพลเรือน: ช่วยนักบินระบุตำแหน่งสนามบินและช่วยผู้ปฏิบัติงานหอควบคุม ATC ในการประเมินการแจ้งเตือน SMR (เช่น ฝูงนกหรือกิจกรรมโดรน)ลิงก์อ้างอิง

• [2] ไฟบาร์ ALS Approach: ไฟ Crossbar บนเส้นกึ่งกลางสำหรับช่วยในการเข้าใกล้เครื่องมือขั้นสุดท้าย ลิงก์อ้างอิง

• [3] ตัวบ่งชี้โซนเตือนทางวิ่ง: ไฟสีเหลืองแสดงพื้นที่ทางวิ่งที่สั้นลงสำหรับการประเมินการลงจอดที่ปลอดภัย หรือเน้นสถานการณ์ฉุกเฉิน

• [4] ไฟขอบทางวิ่ง: ไฟขอบเขตสีขาวช่วยเพิ่มทัศนวิสัยในสภาวะที่มีทัศนวิสัยต่ำ

• [5] Precision Approach Path Indicators (PAPI): ให้คำแนะนำเกี่ยวกับความลาดชันเพื่อป้องกันความผิดปกติของการลง ลิงก์อ้างอิง

• [6] ไฟส่วนต่อขยายทางวิ่ง: ขยายการอ้างอิงภาพตามปลายทางวิ่งระหว่างการขึ้นบินหรือลงจอด

• [7] ไฟสิ่งกีดขวางสนามบิน: ทำเครื่องหมายวัตถุหรือโครงสร้างที่เป็นอันตรายใกล้กับทางวิ่งในพื้นที่สนามบิน

• [8] ไฟเส้นกึ่งกลางทางขับเคลื่อน: ไฟสีเขียวฝังตัวนำทางเครื่องบินอย่างปลอดภัยตามเส้นทางขับเคลื่อน ลิงก์อ้างอิง

• [9] ไฟบาร์เคลียร์ทางขับเคลื่อน: ระบุจุดพักหรือจุดตัดบนทางขับเคลื่อน ช่วยเพิ่มการป้องกันการบุกรุกทางวิ่ง

• [10] ไฟเกณฑ์ทางวิ่ง: ไฟทิศทางเดียวสีเขียวทำเครื่องหมายเกณฑ์การลงจอดที่ใช้งานได้

• [11] ไฟพักการขึ้นบิน: บูรณาการกับระบบ RWSL เพื่อป้องกันการขึ้นบินก่อนกำหนดหรือการเข้าสู่ทางวิ่ง

องค์ประกอบไฟส่องสว่างแต่ละรายการ ควบคุมผ่าน PLC จำลอง โดยประสานงานกับ HMI ของหอควบคุมและตรวจสอบสถานะการดำเนินงานและความผิดปกติ

การบูรณาการระบบเรดาร์

ระบบ Airport Surveillance Radar (ASR) สามประเภทแสดงภาพและโต้ตอบกับการเคลื่อนที่ของเครื่องบินแบบเรียลไทม์:

• Aircraft Tracking Radar – จำลองการตรวจจับและติดตามเครื่องบินในทุกระดับความสูงในการบิน

• Weather Monitoring Radar – แสดงเหตุการณ์สภาพอากาศในท้องถิ่น (เช่น ลม เมฆ พายุ) ในระดับความสูง 2 และ 3 สำหรับการตัดสินใจตามหอควบคุม

• Surface Movement Radar (SMR) – ตรวจสอบวัตถุและกิจกรรมบนพื้นดิน (เช่น ฝูงนก โดรนที่ไม่ได้รับอนุญาต) ภายใต้ระดับความสูง 1 และสร้างการแจ้งเตือนสำหรับการบุกรุกทางวิ่ง

อินพุตเรดาร์เหล่านี้สนับสนุนการพัฒนาสถานการณ์ การฝึกอบรม และการจำลองภัยคุกคามทางไซเบอร์ OT ที่เกี่ยวข้องกับการจัดการหรือปลอมแปลงข้อมูลเซ็นเซอร์

โมดูลจำลองตัวควบคุม PLC

โมดูลจำลองตัวควบคุม PLC เป็นส่วนสำคัญของสถาปัตยกรรมระบบ โดยจำลองพฤติกรรมของตัวควบคุมระดับอุตสาหกรรมที่ใช้ในระบบ OT ของสนามบินจริง ในการจำลองนี้ ฉันใช้โมดูลจำลอง PLC โปรโตคอล IEC 60870-5-104 https://www.linkedin.com/pulse/python-virtual-plc-simulator-iec-60870-5-104-protocol-yuancheng-liu-bov7c ที่ฉันพัฒนามาก่อนเพื่อจำลองส่วนหนึ่งของฟังก์ชันพื้นฐานของ ABB AC500 PLC (https://www.abb.com/global/en/areas/motion/plc/programmable-logic-controllers/ac500) เฟรมเวิร์กการจำลอง PLC มีหน้าที่รับคำขอควบคุมจาก SCADA HMI ของหอควบคุม ดำเนินการฟังก์ชันตรรกะ (LD/ST) ตรวจสอบสถานะฟิลด์ผ่านสัญญาณไฟฟ้าจำลอง และรายงานค่าสถานะกลับไปยัง HMI

โครงสร้างตัวควบคุมและบทบาทการจำลอง

ไฟแสดงสถานะหรือไฟสัญญาณแต่ละดวงจะได้รับการจัดการโดย PLC สองประเภท:

PLC ควบคุมพลังงาน:

• ควบคุมแหล่งจ่ายไฟไปยังไฟหรือระบบย่อยเฉพาะ

• ตรวจสอบสถานะทางไฟฟ้า เช่น แรงดัน กระแส และสถานะการทำงาน

• ต้องมีการควบคุมทางอ้อมผ่านPower HMI พร้อมการยืนยันความปลอดภัยหลายขั้นตอนสำหรับการเปิดใช้งานหรือปิดระบบ

• ไม่สามารถจัดการได้โดยตรงจาก HMI ไฟรันเวย์หลัก

PLC จัดการสถานะ:

• ควบคุมพารามิเตอร์การทำงานของไฟ (เช่น สี ความเข้ม โหมดไฟกระพริบ)

• สื่อสารโดยตรงกับRunway Light Control HMI

• เปิดใช้งานการปรับไฟรันเวย์แบบไดนามิกตามการปฏิบัติงาน ATC หรือสถานการณ์จำลอง

ขั้นตอนการทำงานของการควบคุม PLC

ขั้นตอนการทำงานของการควบคุมระหว่าง PLC และส่วนประกอบระบบอื่นๆ แสดงอยู่ในไดอะแกรมด้านล่าง:

PLC แต่ละตัวรายงานค่าที่วัดได้ (เช่น M_SP_NA, M_DP_NA, M_ME_NB) และรับคำสั่งควบคุม (C_SC_NA, C_RC_NA) ผ่านโครงสร้างการแมปภายในที่สอดคล้องกัน ค่าเหล่านี้จะแสดงภาพแบบไดนามิกในการจำลอง ทำให้ผู้ใช้สามารถสังเกตได้ทั้งการเปลี่ยนแปลงสถานะทางกายภาพและการแลกเปลี่ยนสัญญาณดิจิทัล

ส่วนประกอบขั้นตอนการทำงาน:

• โมดูล Input Map รับสัญญาณควบคุมแบบเรียลไทม์จาก HMI (ผ่าน IEC104 Client)

• โมดูล Memory Management จัดเก็บทั้งจุดที่วัดได้ (เช่น สถานะพลังงาน ข้อเสนอแนะจากเรดาร์) และจุดที่เปลี่ยนแปลงได้ (เช่น คำสั่งเปิด/ปิด ความสว่าง)

• โมดูล Ladder Logic / Structured Text Calculation ดำเนินการตรรกะภายในตามมาตรฐานระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมหรือการควบคุมโอเวอร์โหลด

• โมดูล Output Map แปลงผลลัพธ์ภายในเป็นสัญญาณไฟฟ้าอะนาล็อก/ดิจิทัลจำลอง ส่งไปยังอุปกรณ์ I/O ฟิลด์ Level 0 ผ่านข้อความ UDP ความถี่สูงเพื่อจำลองการเปลี่ยนแปลงสัญญาณไฟฟ้า

การแมป PLC-HMI และอุปกรณ์

ในเวอร์ชันปัจจุบัน (v_0.0.1) ระบบใช้PLC เสมือนหกตัวที่สื่อสารกับโมดูลการแสดงภาพโลกทางกายภาพ 2Dและ SCADA HMI ดังแสดงด้านล่าง:

PLC แต่ละตัวจะถูกแมปกับระบบย่อยของสนามบินเฉพาะ:

โมดูลระบบ Tower SCADA-HMI

Tower SCADA-HMI System คือเลเยอร์ควบคุมดูแลของ Mini OT Aviation CAT-II Airport Runway Lights Management Simulation System โดยให้การตรวจสอบและควบคุมแบบโต้ตอบเหนือระบบไฟรันเวย์และระบบย่อยเรดาร์ทั้งหมดของสนามบินผ่านชุด Human-Machine Interfaces (HMI) ที่รวมเข้าด้วยกัน ซึ่งเชื่อมต่อกับ Programmable Logic Controllers (PLC) หกตัวผ่านบัสการสื่อสาร OT สี่ประเภท ดังแสดงด้านล่าง:

บัสการสื่อสาร HMI–PLC:

• System Control Bus (IEC-104): ควบคุมสถานะพลังงานของระบบและระบบย่อย (เปิด/ปิด) ผ่าน System Control HMI [โปรแกรม HMI อยู่ระหว่างการแก้ไข (v_0.0.1) ปัจจุบันตั้งเป็นแท็บภายใต้ light HMI ต่อไปฉันจะแยกออกเป็น HMI แต่ละตัว]

• Light State Control Bus (IEC-104): จัดการองค์ประกอบไฟรันเวย์ทั้ง 11 ประเภทจาก Runway Light HMI

• Radar Antenna Control Bus (IEC-104): สลับโหมดเสาอากาศเรดาร์ 3 ประเภท (เช่น สแตนด์บายหรือการส่งสัญญาณที่ใช้งานอยู่) ผ่าน Radar Control HMI และควบคุมหอเรดาร์

• Radar Data and Function Bus (โปรโตคอล BR24 และ Simnet): ส่งข้อมูลการพูดคุยสะท้อนเรดาร์และเปิดใช้งานการควบคุมเรดาร์ขั้นสูง รวมถึงการติดตามเครื่องบินและการปรับช่วงเรดาร์

Runway Light Control HMI ของหอควบคุม

Runway Light Control HMI นำเสนออินเทอร์เฟซแบบโมดูลาร์ที่มองเห็นได้เพื่อจัดการไฟเครื่องบินระหว่างการขึ้นบิน การลงจอด และการปฏิบัติงานแท็กซี่ อินเทอร์เฟซผู้ใช้แสดงอยู่ด้านล่าง:

มีแผงควบคุมหลักสามแผง:

• West Approach (Runway 12) Panel: ควบคุม Approach Lighting System (ALS) สำหรับเครื่องบินที่ลงจอดบนรันเวย์ 12

• East Approach (Runway 23) Panel: ควบคุม Approach Lighting System (ALS) สำหรับเครื่องบินที่เข้าใกล้จากทิศทางตรงกันข้าม รันเวย์ 23

• Main Runway & Taxiway Panel: แสดงสถานะรันเวย์และสถานะไฟส่องสว่างปัจจุบัน ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานนำเครื่องบินที่ลงจอดไปยังอาคารผู้โดยสารและนำเครื่องบินที่พร้อมขึ้นบินไปยังจุดเริ่มต้นรันเวย์ที่ถูกต้อง นอกจากนี้ยังมีตัวควบคุมความสว่างที่ปรับได้สำหรับไฟรันเวย์และทางขับ

Airport Surveillance Radar Control and Monitor HMI

Radar Control and Monitor HMI ทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซที่มองเห็นได้และใช้งานได้สำหรับการจัดการระบบย่อยเรดาร์และการรับรู้สถานการณ์เครื่องบิน อินเทอร์เฟซผู้ใช้แสดงอยู่ด้านล่าง:

คุณสมบัติหลัก ได้แก่:

• Radar Echo Visualization: แสดงภาพการพูดคุยสะท้อนเรดาร์พร้อมเน้นตำแหน่งเครื่องบินที่ติดตามแบบเรียลไทม์

• Radar Operational Control: มีตัวควบคุมสลับสำหรับโหมดสแตนด์บายเรดาร์ การเปิดใช้งานการส่งสัญญาณ และการปรับช่วง

• Aircraft Height Monitoring: สร้างแผนภูมิและเปรียบเทียบความสูงของเครื่องบินที่ตรวจพบโดยเรดาร์กับความสูงที่รายงานผ่านการสื่อสาร VHF สนับสนุนการตรวจจับความผิดปกติและการตรวจสอบความซ้ำซ้อน

สรุป

โดยสรุป Mini OT Aviation CAT-II Runway Lights Management Simulation System มอบความสามารถที่สำคัญสำหรับการเตรียมพร้อมด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์ด้านการบิน ด้วยการจำลองความสัมพันธ์ระหว่างระบบไฟรันเวย์ เรดาร์ และการสื่อสาร SCADA อย่างแม่นยำภายในสถาปัตยกรรม OT แบบแบ่งชั้น แพลตฟอร์ม cyber twin นี้ช่วยให้สามารถสร้างแบบจำลองสถานการณ์ความล้มเหลวแบบเรียงซ้อนที่เป็นจริงซึ่งเกิดจากการโจมตีทางไซเบอร์ การแสดงภาพ 2D ที่เหมือนเกม การจำลอง PLC และอินเทอร์เฟซ HMI ของหอควบคุมมอบสภาพแวดล้อมที่เข้าถึงได้แต่มีความเข้มงวดทางเทคนิคสำหรับการฝึกอบรมผู้พิทักษ์โครงสร้างพื้นฐาน การทดสอบช่องโหว่ และการสาธิตผลกระทบจากภัยคุกคามทางไซเบอร์

กรณีการใช้งานที่ตั้งใจไว้ของโครงการ:

• การฝึกอบรมและการฝึกซ้อมด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์สำหรับผู้ปฏิบัติงานโครงสร้างพื้นฐานด้านการบิน ผู้พิทักษ์ และนักเรียน
• แพลตฟอร์มการสาธิตทางเทคนิคสำหรับการรับรู้ถึงความเสี่ยงทางไซเบอร์ในระบบสนามบินที่ควบคุมโดย OT
• Testbed สำหรับนักวิจัยด้านความปลอดภัยเพื่อจำลองช่องโหว่ OT ในโลกแห่งความเป็นจริงในระบบ SCADA ด้านการบิน
• การสนับสนุนหลักสูตร OT-ICSในการตั้งค่าทางวิชาการหรือการพัฒนาวิชาชีพ

ขอบคุณที่สละเวลาตรวจสอบรายละเอียดบทความ หากคุณมีคำถามและข้อเสนอแนะ หรือพบข้อผิดพลาดของโปรแกรม โปรดส่งข้อความถึงฉันได้เลย ขอบคุณมากหากคุณสามารถแสดงความคิดเห็นและแบ่งปันคำแนะนำในการปรับปรุง เพื่อให้เราสามารถปรับปรุงงานของเราให้ดีขึ้นได้ ~

แก้ไขล่าสุดโดย LiuYuancheng ([email protected]) เมื่อ 08/03/2025 หากคุณมีปัญหาใดๆ โปรดส่งข้อความถึงฉัน