Aviation Runway Lights Management Simulation System

Bài viết này sẽ giới thiệu tổng quan về Hệ Thống Mô Phỏng Quản Lý Đèn Đường Băng Sân Bay Hàng Không CAT-II Mini OT, đây là một nền tảng song sinh kỹ thuật số thu nhỏ được phát triển để mô phỏng các hoạt động dựa trên PLC của một hệ thống điều khiển đèn đường băng thiết bị chính xác loại II của sân bay. Hiện tại, tôi đã phát hành phiên bản v_0.0.1. Vì tôi không phải là chuyên gia trong lĩnh vực hàng không, một số thông tin trong bài viết này có thể không chính xác, nếu có bất kỳ điều gì cần cải thiện hoặc sửa chữa, vui lòng liên hệ với tôi.

Mục Đích Thiết Kế Dự Án:

Hệ thống hàng không là một trụ cột quan trọng của cơ sở hạ tầng giao thông hiện đại, tích hợp các mạng lưới phức tạp gồm sân bay, máy bay, hệ thống kiểm soát không lưu và các công nghệ kỹ thuật số hỗ trợ. Khi lĩnh vực này ngày càng áp dụng các hệ thống OT và IT phức tạp được kết nối với nhau, nó trở thành một mục tiêu hấp dẫn đối với các mối đe dọa trên mạng.

Theo Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO) Báo Cáo An Ninh Mạng Hàng Không, các cuộc tấn công mạng vào lĩnh vực hàng không đã tăng về tần suất và mức độ tinh vi. Những mối đe dọa này ảnh hưởng đến một loạt các hệ thống hàng không, bao gồm hệ thống điện tử hàng không của máy bay, hệ thống SCADA của sân bay, cơ sở hạ tầng IT của hãng hàng không và các dịch vụ hỗ trợ như hoạt động máy bay phản lực tư nhân và quản lý chuỗi cung ứng.

Dự án này đặc biệt tập trung vào một tập hợp con quan trọng của cơ sở hạ tầng OT sân bay hàng không—hệ thống điều khiển đường băng sân bay, được quản lý bởi đài Kiểm Soát Không Lưu (ATC). Mục đích là thiết kế và phát triển một nền tảng song sinh kỹ thuật số để mô phỏng ba hệ thống SCADA (Đèn Đường Băng, Radar Sân Bay và Liên Lạc Vô Tuyến VHF) và cho thấy các mối đe dọa trên mạng nhắm vào các hệ thống SCADA đường băng này có thể làm gián đoạn hoạt động không lưu như thế nào.

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

Giới thiệu

Hệ Thống Mô Phỏng Quản Lý Đèn Đường Băng Sân Bay Hàng Không CAT-II Mini OT là một nền tảng mô phỏng không gian mạng-vật lý thu nhỏ được phát triển để mô phỏng các hoạt động của một hệ thống điều khiển đèn đường băng thiết bị chính xác loại II của sân bay. Được thiết kế cho các bài tập an ninh mạng, đào tạo kỹ thuật và mục đích giáo dục, hệ thống này cung cấp một nền tảng song sinh kỹ thuật số mô phỏng môi trường đường băng CAT-II sân bay trên đất liền dân sự thực tế, bao gồm ba hệ thống SCADA chính liên quan đến hoạt động của đài ATC.

• Hệ Thống Quản Lý Đèn Đường Băng CAT-II: Hệ thống cốt lõi mô phỏng 11 loại đèn đường băng và chỉ báo trực quan do đài điều khiển (chẳng hạn như ILS và ALS) để hướng dẫn máy bay trong quá trình cất cánh, hạ cánh và lăn bánh.

• Hệ Thống Radar Theo Dõi Thời Tiết và Máy Bay: Hệ thống phụ trợ nhỏ mô phỏng radar thời tiết và radar theo dõi vị trí máy bay và hệ thống giám sát dữ liệu radar của đài.

• Hệ Thống Liên Lạc Vô Tuyến VHF: Hệ thống phụ trợ nhỏ mô phỏng liên lạc VHF giữa phi công và đài.

Để tăng cường tính chân thực và tương tác, hệ thống bao gồm một mô-đun hành vi máy bay được viết sẵn, cung cấp nhiều máy bay ảo tuân theo logic ra quyết định ATC tiêu chuẩn (chẳng hạn như sổ tay ATC từ CAAS) dựa trên thông tin của các hệ thống con chiếu sáng, radar và vô tuyến.

Video demo sử dụng hệ thống được hiển thị bên dưới:

Mô phỏng được cấu trúc trên nhiều cấp độ (cấp độ 0 đến cấp độ 3) của môi trường OT-System, các mục tiêu chính bao gồm:

• Chứng minh tác động tiềm tàng của các cuộc tấn công mạng vào một hệ thống OT/SCADA duy nhất và cách nó có thể lan rộng để làm gián đoạn hoạt động hoặc dịch vụ của sân bay.

• Hỗ trợ các bài tập mạng OT, đào tạo chuyên nghiệp và các chương trình nâng cao nhận thức về bảo vệ cơ sở hạ tầng hàng không và quan trọng.

• Cung cấp một nền tảng mô phỏng hiệu quả về chi phí, có thể mở rộng và đơn giản hóa, phù hợp cho các phòng thí nghiệm, tổ chức học thuật và các sự kiện mạng.

Các Trường Hợp Sử Dụng Dự Kiến của dự án:

• Đào tạo và diễn tập an ninh mạng cho các nhà khai thác, người bảo vệ và sinh viên cơ sở hạ tầng hàng không.

• Nền tảng trình diễn kỹ thuật để nâng cao nhận thức về rủi ro mạng trong các hệ thống sân bay do OT kiểm soát.

• Testbed cho các nhà nghiên cứu bảo mật để mô phỏng các lỗ hổng OT thực tế trong các hệ thống SCADA hàng không.

• Hỗ trợ chương trình giảng dạy OT-ICS trong các cơ sở phát triển học thuật hoặc chuyên nghiệp.

Tham Khảo Chính: Tất cả công nghệ được sử dụng tuân theo phần "Thông Tin Chung" trong các ấn phẩm về không lưu của FAA https://www.faa.gov/air_traffic/publications/atpubs/aim_html/

Cấu Trúc Hệ Thống

Hệ thống mô phỏng được cấu trúc trên nhiều cấp độ của môi trường OT—từ các quy trình vật lý Cấp 0 đến Vùng Quản Lý Vận Hành Cấp 3. Nó phản ánh kiến trúc mạng và chức năng thực tế của các hệ thống điều khiển đèn đường băng sân bay, tích hợp các hoạt động SCADA, thiết bị hiện trường và dịch vụ quản lý dữ liệu. Hệ thống tuân theo mô hình OT phân lớp, trải dài từ Cấp 0 (thiết bị I/O vật lý) đến Cấp 3 (vùng quản lý vận hành), cho phép người dùng kiểm tra và phân tích cả các hoạt động bình thường và các kịch bản bị xâm phạm trên mạng.

Sơ đồ cấu trúc hệ thống được hiển thị bên dưới:

OT-Cấp 0: Thiết Bị I/O Trường Quy Trình Vật Lý

Ở cấp độ này, hệ thống mô phỏng thế giới vật lý của đường băng sân bay bằng cách sử dụng một môi trường giống như trò chơi mô hình hóa các tương tác giữa máy bay, đèn đường băng, liên lạc vô tuyến và cảm biến radar. Nó hoạt động như lớp trường ảo và bao gồm:

• Đèn ALS (Hệ Thống Chiếu Sáng Tiếp Cận)

• Đèn ISL (Chiếu Sáng Giai Đoạn Trung Gian) và các chỉ báo đường lăn

• Radar theo dõi máy bay, radar thời tiết và radar theo dõi bề mặt đường băng

• Ăng-ten liên lạc VHF và hệ thống phát sóng

Các thành phần này nhận các tín hiệu điều khiển điện mô phỏng từ PLC Cấp 1 tiếp theo và trả về các tín hiệu phản hồi ảo, chẳng hạn như trạng thái đèn, dữ liệu tiếng vọng radar hoặc tin nhắn liên lạc VHF.

OT-Cấp 1: Mạng LAN Bộ Điều Khiển Hệ Thống OT

Cấp độ này mô phỏng mạng bộ điều khiển công nghiệp bằng cách sử dụng sáu PLC mô phỏng và một bộ xử lý dữ liệu radar. Các thành phần và vai trò của chúng bao gồm:

• PLC Nguồn và Trạng Thái Đường Băng (các phía W & E): Mô phỏng PLC ABB AC500 kiểm soát nguồn điện và trạng thái đèn (ALS, ISL, đường lăn và đèn vùng) trên đường băng

• PLC Điều Khiển Đài: Quản lý các hệ thống hỗ trợ như ăng-ten VHF, đèn báo chướng ngại vật tòa nhà và tháp đèn hiệu sân bay.

• PLC Điều Khiển Radar: Điều khiển các hệ thống radar bao gồm thời tiết, theo dõi máy bay và radar bề mặt.

• Bộ Xử Lý Radar (mô phỏng radar Simrad): Mô phỏng việc thu thập dữ liệu từ các đơn vị radar và xử lý đầu ra dưới dạng dữ liệu "nan hoa" tiếng vọng radar kỹ thuật số.

Tất cả các thiết bị giao tiếp bằng cách sử dụng các tín hiệu UDP tần số cao mô phỏng đại diện cho các trạng thái điện để kết nối trường vật lý ảo lvl0 và bộ điều khiển OT lớp lvl1.

OT-Cấp 2: Mạng LAN Xử Lý Đài Kiểm Soát Đường Băng

Cấp độ này đại diện cho hoạt động trong đài ATC (Kiểm Soát Không Lưu) Đường Băng, được trang bị các giao diện người-máy (HMI) và máy trạm xử lý khác nhau:

• HMI Điều Khiển Đèn Đường Băng: Cho phép người vận hành đưa ra các lệnh thay đổi trạng thái và nguồn đèn và theo dõi trạng thái đèn đường băng trong thời gian thực. Giao tiếp với PLC sử dụng giao thức IEC 60870-5-104.

• HMI Radar Giám Sát Sân Bay: Hiển thị dữ liệu theo dõi radar (chiều cao, tốc độ, vị trí máy bay), lớp phủ thời tiết (độ che phủ của mây, dữ liệu gió) và phát hiện chuyển động bề mặt.

• Bảng Điều Khiển Mô Phỏng Vô Tuyến VHF: Hiển thị thông tin liên lạc ATC mô phỏng giữa đài và các tác nhân phi công (chẳng hạn như trạng thái kênh).

• Máy Trạm Bảo Trì: Được sử dụng để chẩn đoán hệ thống, cấu hình và ghi nhật ký sự kiện SCADA.

Cấp độ này tạo thành giao diện giám sát và điều khiển chính được sử dụng bởi những người tham gia mô phỏng.

OT-Cấp 3: Vùng Quản Lý Vận Hành

Cấp độ này mô phỏng vùng dữ liệu hoạt động back-end của sân bay, hỗ trợ:

• Máy Chủ Quản Lý Dữ Liệu OT Đường Băng: Máy chủ trung tâm để giám sát hệ thống OT trực tiếp và truy xuất dữ liệu.

• Máy Chủ Dữ Liệu Nhà Sử Học OT: Lưu trữ dữ liệu OT thô như nhật ký PLC, gói dữ liệu radar và thông tin liên lạc âm thanh VHF mô phỏng.

• Máy Chủ Cơ Sở Dữ Liệu Trung Gian: Cung cấp quyền truy cập có cấu trúc vào hồ sơ hoạt động đường băng cho các nhóm IT hoặc phân tích.

Lớp này hỗ trợ việc ra quyết định dựa trên dữ liệu, phân tích sự cố và báo cáo như một phần của các kịch bản mô phỏng nhóm đỏ-xanh hoặc đào tạo. Tôi cũng sẽ tích hợp hệ thống camera giám sát đường băng trong lớp này.

Tổng Quan về Các Mô-đun Hệ Thống

Phiên bản hiện tại (v_0.0.1) của hệ thống được xây dựng dựa trên ba mô-đun mô phỏng cốt lõi, cùng nhau tái tạo một môi trường OT đường băng sân bay thực tế:

• Mô-đun Trực Quan Hóa Thế Giới Vật Lý 2D: Mô-đun này cung cấp hình ảnh trực quan 2D từ trên xuống về bố cục sân bay, mô phỏng hành vi thế giới vật lý của đèn đường băng, chuyển động của máy bay và hoạt động lăn bánh. Nó thể hiện trực quan việc cất cánh, hạ cánh, giữ và điều hướng trên mặt đất, cung cấp cho người dùng một giao diện trực quan để quan sát các hiệu ứng của các hành động của hệ thống điều khiển trong thời gian thực.

• Mô-đun Mô Phỏng Bộ Điều Khiển PLC: Mô-đun này mô phỏng các thành phần OT chính như PLC và các đơn vị điều khiển radar. Nó quản lý việc trao đổi tín hiệu điện ảo giữa lớp vật lý (Cấp 0) và các hệ thống điều khiển (Cấp 1), cho phép mô phỏng chính xác các hệ thống chiếu sáng, kích hoạt radar và các hệ thống con liên lạc.

• Mô-đun Hệ Thống SCADA-HMI Đài: Đóng vai trò là giao diện điều khiển chính của đài, mô-đun này bao gồm HMI để điều khiển đèn đường băng, giám sát radar và liên lạc VHF. Nó cho phép người dùng đưa ra các lệnh điều khiển, theo dõi trạng thái hệ thống và mô phỏng các hoạt động của đài giám sát trong cả điều kiện bình thường và bất lợi.

Các phiên bản tương lai sẽ mở rộng hệ thống bằng cách thêm mô phỏng tín hiệu nan hoa tiếng vọng radar, nâng cao độ trung thực của các tính năng theo dõi máy bay và giám sát thời tiết.

Trực Quan Hóa Thế Giới Vật Lý 2D

Mô-đun Trực Quan Hóa Thế Giới Vật Lý Đường Băng Sân Bay 2D là một thành phần trung tâm của hệ thống mô phỏng, cung cấp một giao diện giống như trò chơi với chế độ xem từ trên xuống về môi trường đường băng thiết bị chính xác CAT-II. Được thiết kế để giống với bố cục sân bay thực tế, nó cung cấp cho người dùng một hình ảnh trực quan chi tiết về chuyển động của máy bay, hành vi chiếu sáng đường băng và vùng giám sát radar—cần thiết để hiểu các khía cạnh hoạt động và an ninh của quản lý đường băng. Đối với mỗi máy bay mô phỏng và đối tượng môi trường được liên kết động với dữ liệu OT—cho phép người dùng quan sát và phân tích cách các lệnh PLC và hoạt động HMI ảnh hưởng đến hành vi của thế giới vật lý.

Giao diện được thiết kế để rõ ràng, cung cấp đèn mã màu, biểu tượng máy bay, vòng cung radar và các ký hiệu biển báo sân bay phù hợp với hai tiêu chuẩn quốc tế:

• Bố cục và cấu hình chiếu sáng tuân theo tiêu chuẩn đèn đường băng Loại II (FAA Order 8400.13 và ICAO Annex 10) liên kết

• Biển báo, biểu tượng, đánh dấu và tín hiệu cảnh báo trên đường băng tuân theo tiêu chuẩn đường băng thiết bị chính xác. liên kết

Giao diện Người Dùng Chương Trình Trực Quan Hóa Thế Giới Vật Lý 2D được hiển thị bên dưới:

Mô-đun này mô phỏng cả môi trường vật lý và hành vi động của máy bay, đèn đường băng và hệ thống giám sát. Ba tính năng cốt lõi được mô phỏng trong chương trình này:

Mô Phỏng Máy Bay Theo Thời Gian Thực

Hệ thống mô phỏng tối đa 15 kiểu bay máy bay duy nhất trên bốn cấp độ cao độ sẽ có cấu hình thái độ và tốc độ máy bay khác nhau (Roll, Pitch, Yaw, COG), bao gồm các chuyển đổi thực tế giữa:

• Chiều Cao Cấp 4 (Trên 15.000 ft) – Các kiểu nhập khu vực sân bay (tối đa 265 KIAS)

• Cấp 3 (6.000–14.000 ft) – Các kiểu giữ (tối đa 230 KIAS)

• Cấp 2 (1.000–6.000 ft) – Các kiểu mạch bay như ngược gió, gió ngang, xuôi gió, chân đế, tiếp cận cuối cùng và đi vòng khẩn cấp (tối đa 200 KIAS)

• Cấp 1 (Mặt Đất–1.000 ft) – Các hoạt động trên mặt đất chi tiết: lăn bánh, trước khi cất cánh, xoay, leo và chuyển tiếp sau khi cất cánh

Người dùng có thể chọn hiển thị các thành phần mô phỏng ở các cấp độ chiều cao khác nhau trong bảng chọn hiển thị:

Hành vi mô phỏng của mỗi máy bay ảnh hưởng và phản hồi động đến các biến hệ thống như lệnh chiếu sáng, đầu vào radar và tín hiệu giao tiếp ảo tại "khu vực kiểm tra" cụ thể trong chương trình. Khi máy bay đi vào khu vực kiểm tra, nó sẽ mô phỏng liên lạc vô tuyến VHF với đài và chọn kiểu liên quan với tốc độ và chiều cao chính xác, nếu đó là cấp độ chiều cao 1, 2, 3, chương trình sẽ mô phỏng phi công kiểm tra đèn đường băng để xác nhận trạng thái và đưa ra quyết định. Hình ảnh trực quan cũng tạo ra các giá trị CDI (Chỉ Báo Độ Lệch Khóa Học) và HSI (Chỉ Báo Tình Huống Ngang) mô phỏng dựa trên hướng, thái độ và tốc độ của máy bay, mang đến trải nghiệm điều hướng cấp độ phi công.

Mô Phỏng Đèn và Chỉ Báo Đường Băng

Trên đường băng chương trình, hình ảnh trực quan tích hợp 11 loại đèn và chỉ báo đường băng chính xác CAT-II, tuân theo các thông số kỹ thuật chiếu sáng thực tế như hình bên dưới:

• [1] Đèn Hiệu Sân Bay Dân Sự: Giúp phi công xác định vị trí sân bay và hỗ trợ người vận hành đài ATC trong việc đánh giá các cảnh báo SMR (ví dụ: đàn chim hoặc hoạt động của máy bay không người lái).liên kết tham khảo

• [2] Đèn Thanh Tiếp Cận ALS: Đèn thanh ngang trên đường tâm để hỗ trợ tiếp cận thiết bị cuối cùng. liên kết tham khảo

• [3] Chỉ Báo Vùng Thận Trọng Đường Băng: Đèn vàng cho biết các khu vực đường băng rút ngắn để đánh giá hạ cánh an toàn hoặc làm nổi bật tình huống khẩn cấp.

• [4] Đèn Cạnh Đường Băng: Đèn biên màu trắng tăng cường khả năng hiển thị trong điều kiện tầm nhìn thấp.

• [5] Chỉ Báo Đường Dẫn Tiếp Cận Chính Xác (PAPI): Cung cấp hướng dẫn độ dốc lướt để ngăn chặn các dị thường khi hạ cánh.liên kết tham khảo

• [6] Đèn Mở Rộng Đường Băng: Mở rộng tham chiếu trực quan dọc theo các đầu đường băng trong quá trình cất cánh hoặc hạ cánh.

• [7] Đèn Báo Chướng Ngại Vật Sân Bay: Đánh dấu các vật thể hoặc cấu trúc nguy hiểm gần đường băng trong khu vực sân bay.

• [8] Đèn Đường Tâm Đường Lăn: Đèn xanh lục được nhúng hướng dẫn máy bay an toàn dọc theo đường lăn.liên kết tham khảo

• [9] Đèn Thanh Chắn Đường Lăn: Cho biết các điểm giữ hoặc giao nhau trên đường lăn, tăng cường phòng ngừa xâm nhập đường băng.

• [10] Đèn Ngưỡng Đường Băng: Đèn một chiều màu xanh lục đánh dấu ngưỡng hạ cánh có thể sử dụng.

• [11] Đèn Giữ Cất Cánh: Được tích hợp với hệ thống RWSL để ngăn chặn việc cất cánh hoặc xâm nhập đường băng sớm.

Mỗi phần tử chiếu sáng được điều khiển thông qua PLC mô phỏng phối hợp với HMI đài và được theo dõi về trạng thái hoạt động và các dị thường.

Tích Hợp Hệ Thống Radar

Ba loại hệ thống Radar Giám Sát Sân Bay (ASR) được thể hiện trực quan và tương tác với chuyển động của máy bay trong thời gian thực:

• Radar Theo Dõi Máy Bay – Mô phỏng việc phát hiện và theo dõi máy bay ở tất cả các cấp độ chiều cao bay.

• Radar Giám Sát Thời Tiết – Hiển thị các sự kiện thời tiết cục bộ (ví dụ: gió, mây, bão) ở cấp độ chiều cao 2 và 3 để ra quyết định dựa trên đài.

• Radar Theo Dõi Bề Mặt (SMR) – Giám sát các đối tượng và hoạt động trên mặt đất (ví dụ: đàn chim, máy bay không người lái bất hợp pháp) dưới cấp độ chiều cao 1 và tạo ra các cảnh báo về xâm nhập đường băng.

Những dữ liệu radar này hỗ trợ phát triển kịch bản, đào tạo và mô phỏng mối đe dọa an ninh mạng OT liên quan đến dữ liệu cảm biến bị thao túng hoặc giả mạo.

Mô-đun Mô phỏng Bộ điều khiển PLC

Mô-đun Mô phỏng Bộ điều khiển PLC là một phần quan trọng của kiến trúc hệ thống, mô phỏng hành vi của các bộ điều khiển cấp công nghiệp được sử dụng trong các hệ thống OT sân bay thực tế. Trong mô phỏng này, tôi sử dụng mô-đun mô phỏng PLC giao thức IEC 60870-5-104 https://www.linkedin.com/pulse/python-virtual-plc-simulator-iec-60870-5-104-protocol-yuancheng-liu-bov7c mà tôi đã phát triển trước đây để mô phỏng một phần chức năng cơ bản của ABB AC500 PLC (https://www.abb.com/global/en/areas/motion/plc/programmable-logic-controllers/ac500). Khung mô phỏng PLC chịu trách nhiệm nhận các yêu cầu điều khiển từ các HMI SCADA của đài kiểm soát không lưu, thực hiện các chức năng logic (LD/ST), giám sát trạng thái trường thông qua các tín hiệu điện mô phỏng và báo cáo các giá trị trạng thái trở lại HMI.

Cấu trúc Bộ điều khiển và Vai trò Mô phỏng

Mỗi đèn đường băng hoặc chỉ báo được quản lý bởi hai loại PLC:

PLC Điều khiển Nguồn:

• Điều khiển nguồn điện cung cấp cho các đèn hoặc hệ thống con cụ thể.

• Giám sát các trạng thái điện như điện áp, dòng điện và trạng thái hoạt động.

• Yêu cầu điều khiển gián tiếp thông qua Power HMI, với xác nhận an toàn nhiều bước để kích hoạt hoặc tắt.

• Không thể thao tác trực tiếp từ HMI đèn đường băng chính.

PLC Quản lý Trạng thái:

• Điều khiển các thông số hoạt động của đèn (ví dụ: màu sắc, cường độ, chế độ nhấp nháy).

• Giao tiếp trực tiếp với Runway Light Control HMI.

• Cho phép điều chỉnh đèn đường băng động dựa trên các hoạt động của ATC hoặc các kịch bản mô phỏng.

Quy trình Điều khiển PLC

Quy trình điều khiển giữa các PLC và các thành phần hệ thống khác được minh họa trong sơ đồ dưới đây:

Mỗi PLC báo cáo các giá trị đo được của nó (ví dụ: M_SP_NA, M_DP_NA, M_ME_NB) và nhận các lệnh điều khiển (C_SC_NA, C_RC_NA) thông qua một cấu trúc ánh xạ nội bộ nhất quán. Các giá trị này được trực quan hóa động trong mô phỏng, cho phép người dùng quan sát cả những thay đổi trạng thái vật lý và trao đổi tín hiệu kỹ thuật số.

Các Thành phần của Quy trình:

• Mô-đun Bản đồ Đầu vào nhận các tín hiệu điều khiển theo thời gian thực từ HMI (thông qua IEC104 Client).

• Mô-đun Quản lý Bộ nhớ lưu trữ cả các điểm đo được (ví dụ: trạng thái nguồn, phản hồi radar) và các điểm có thể thay đổi (ví dụ: lệnh bật/tắt, độ sáng).

• Mô-đun Tính toán Logic Bậc thang / Văn bản Cấu trúc thực hiện các hoạt động logic nội bộ dựa trên các tiêu chuẩn tự động hóa công nghiệp hoặc điều khiển quá tải.

• Mô-đun Bản đồ Đầu ra chuyển đổi các kết quả nội bộ thành các tín hiệu điện tương tự/kỹ thuật số mô phỏng, được gửi đến các thiết bị I/O trường Cấp 0 thông qua tin nhắn UDP tần số cao để mô phỏng các thay đổi tín hiệu điện.

Ánh xạ PLC-HMI và Thiết bị

Trong phiên bản hiện tại (v_0.0.1), hệ thống triển khai sáu PLC ảo giao tiếp với Mô-đun Trực quan hóa Thế giới Vật lý 2D và các HMI SCADA như hình dưới đây:

Mỗi PLC được ánh xạ tới các hệ thống con sân bay cụ thể:

Mô-đun Hệ thống SCADA-HMI của Đài Kiểm soát

Hệ thống SCADA-HMI của Đài Kiểm soát là lớp giám sát của Hệ thống Mô phỏng Quản lý Đèn Đường băng Sân bay CAT-II Hàng không Mini OT. Nó cung cấp khả năng giám sát và điều khiển tương tác đối với tất cả hệ thống chiếu sáng đường băng sân bay và các hệ thống con radar thông qua một bộ Giao diện Người-Máy (HMI) tích hợp được kết nối với sáu Bộ điều khiển Logic Khả trình (PLC) thông qua bốn loại bus giao tiếp OT, như hình dưới đây:

Các Bus Giao tiếp HMI–PLC:

• Bus Điều khiển Hệ thống (IEC-104): Điều khiển trạng thái nguồn của hệ thống và hệ thống con (bật/tắt) thông qua System Control HMI [chương trình HMI đang được chỉnh sửa (v_0.0.1), hiện tại nó được đặt làm một tab trong HMI đèn, sau này tôi sẽ tách nó ra thành một HMI riêng].

• Bus Điều khiển Trạng thái Đèn (IEC-104): Quản lý tất cả 11 loại phần tử chiếu sáng đường băng từ Runway Light HMI.

• Bus Điều khiển Ăng-ten Radar (IEC-104): Chuyển đổi 3 loại chế độ ăng-ten radar (ví dụ: chế độ chờ hoặc truyền hoạt động) thông qua Radar Control HMI và điều khiển tháp radar.

• Bus Dữ liệu và Chức năng Radar (giao thức BR24 và Simnet): Truyền dữ liệu chùm tia phản xạ radar và cho phép điều khiển radar nâng cao, bao gồm theo dõi máy bay và điều chỉnh phạm vi radar.

Runway Light Control HMI của Đài Kiểm soát

Runway Light Control HMI cung cấp một giao diện trực quan, mô-đun để quản lý ánh sáng máy bay trong quá trình cất cánh, hạ cánh và di chuyển trên đường lăn. Giao diện người dùng được hiển thị bên dưới:

Nó có ba bảng điều khiển chính:

• Bảng Tiếp cận phía Tây (Đường băng 12): Điều khiển Hệ thống Đèn Tiếp cận (ALS) cho máy bay hạ cánh trên Đường băng 12.

• Bảng Tiếp cận phía Đông (Đường băng 23): Điều khiển Hệ thống Đèn Tiếp cận (ALS) cho máy bay tiếp cận từ hướng ngược lại, Đường băng 23.

• Bảng Đường băng & Đường lăn Chính: Hiển thị trạng thái đường băng hiện tại và trạng thái chiếu sáng. Nó cho phép các nhà khai thác hướng dẫn máy bay đã hạ cánh về phía nhà ga và hướng máy bay sẵn sàng cất cánh đến các điểm vào đường băng chính xác của chúng. Nó cũng bao gồm điều khiển độ sáng có thể điều chỉnh cho đèn đường băng và đường lăn.

Airport Surveillance Radar Control and Monitor HMI

Radar Control and Monitor HMI đóng vai trò là giao diện trực quan và chức năng để quản lý hệ thống con radar và nhận biết tình huống máy bay. Giao diện người dùng được hiển thị bên dưới:

Các tính năng chính bao gồm:

• Trực quan hóa Phản xạ Radar: Hiển thị hình ảnh chùm tia phản xạ radar đồng thời làm nổi bật vị trí máy bay được theo dõi trong thời gian thực.

• Điều khiển Hoạt động Radar: Cung cấp các điều khiển chuyển đổi cho chế độ chờ radar, kích hoạt truyền và điều chỉnh phạm vi.

• Giám sát Độ cao Máy bay: Vẽ biểu đồ và so sánh độ cao máy bay được phát hiện bởi radar với độ cao được báo cáo qua giao tiếp VHF, hỗ trợ phát hiện bất thường và xác thực dự phòng.

Tóm tắt

Tóm lại, Mini OT Aviation CAT-II Runway Lights Management Simulation System cung cấp một khả năng quan trọng để chuẩn bị cho an ninh mạng hàng không. Bằng cách sao chép chính xác sự phụ thuộc lẫn nhau giữa hệ thống chiếu sáng đường băng, radar và hệ thống SCADA giao tiếp trong một kiến trúc OT phân lớp, nền tảng song sinh mạng này cho phép mô hình hóa thực tế các kịch bản lỗi tầng từ các cuộc tấn công mạng. Khả năng trực quan hóa 2D giống như trò chơi, mô phỏng PLC và giao diện HMI của đài kiểm soát cung cấp một môi trường dễ tiếp cận nhưng nghiêm ngặt về mặt kỹ thuật để đào tạo những người bảo vệ cơ sở hạ tầng, kiểm tra các lỗ hổng và chứng minh tác động của các mối đe dọa mạng.

Các Trường hợp Sử dụng Dự kiến của dự án:

• Đào tạo và diễn tập an ninh mạng cho các nhà khai thác, người bảo vệ và sinh viên cơ sở hạ tầng hàng không.
• Nền tảng trình diễn kỹ thuật để nâng cao nhận thức về rủi ro mạng trong các hệ thống sân bay do OT kiểm soát.
• Testbed cho các nhà nghiên cứu bảo mật để mô phỏng các lỗ hổng OT thực tế trong các hệ thống SCADA hàng không.
• Hỗ trợ chương trình giảng dạy OT-ICS trong các cơ sở học thuật hoặc phát triển chuyên môn.

Cảm ơn bạn đã dành thời gian xem chi tiết bài viết, nếu bạn có bất kỳ câu hỏi và đề xuất nào hoặc tìm thấy bất kỳ lỗi chương trình nào, vui lòng nhắn tin cho tôi. Rất cảm ơn nếu bạn có thể đưa ra một số nhận xét và chia sẻ bất kỳ lời khuyên cải tiến nào để chúng tôi có thể làm cho công việc của mình tốt hơn ~

lần chỉnh sửa cuối cùng bởi LiuYuancheng ([email protected]) vào ngày 08/03/2025 nếu bạn có bất kỳ vấn đề gì, vui lòng gửi tin nhắn cho tôi.