孫 東，白龍江，李 燕

（1. 91550部隊(duì)95分隊(duì)，遼寧 大連 116023；2. 91550部隊(duì)92分隊(duì)，遼寧 大連 116023）

為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈武器的試驗(yàn)、訓(xùn)練、演練以及作戰(zhàn)海上指揮，需要在某艦上構(gòu)建一套指揮顯示系統(tǒng)，以無線電數(shù)字通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)與陸地測控中心的信息傳輸。

在岸海之間的通信組織中，除了傳統(tǒng)的語音指揮通信功能外，還要求具備實(shí)況視頻圖像、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖表，以及決策等指揮控制信息的傳輸功能。為提升信息傳輸?shù)目煽啃裕鞲尚诺啦捎昧宋⒉ㄍㄐ藕托l(wèi)星通信互為備份的方式。兩種通信方式優(yōu)勢互補(bǔ)，共同承擔(dān)海上機(jī)動(dòng)通信任務(wù)。

通信的應(yīng)用業(yè)務(wù)主要包括：勤務(wù)電話、語音指揮調(diào)度、實(shí)況視頻圖像和指揮顯示共4類信息。其中，實(shí)況視頻圖像和指揮顯示信息屬于強(qiáng)實(shí)時(shí)性應(yīng)用業(yè)務(wù)，并且采用IP體制，因此，系統(tǒng)中需要配備具有三層交換的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過路由的WAN口達(dá)成高層應(yīng)用到實(shí)際物理信道之間的一系列變換任務(wù)。

為保護(hù)已有投資，系統(tǒng)需要使用先期承建的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，但是，原設(shè)備無論接口數(shù)量、還是接口標(biāo)準(zhǔn)都無法滿足IP業(yè)務(wù)、勤務(wù)電話和語音指揮調(diào)度等多個(gè)業(yè)務(wù)同時(shí)接入的需求；另一方面，由于衛(wèi)星資源限制，任務(wù)中可供使用的衛(wèi)星通信帶寬資源有限。因此，將指揮艦系統(tǒng)的多實(shí)時(shí)應(yīng)用業(yè)務(wù)可靠、靈活地接入到衛(wèi)星通信系統(tǒng)，是本文系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵問題。

1 IP over DDN解決方案

基于上述種種問題，根據(jù)某靶場現(xiàn)有通信裝備資源，本文設(shè)計(jì)提出了以DDN技術(shù)為基礎(chǔ)，承載IP分組業(yè)務(wù)的IP over DDN解決方案。DDN技術(shù)是海上靶場普遍使用的成熟通信技術(shù)，它采用了 TDM數(shù)字時(shí)分復(fù)用技術(shù)，在傳輸中沒有更多復(fù)雜的處理過程（只有復(fù)用和解復(fù)用處理），因此網(wǎng)絡(luò)時(shí)延小，特別適合于小容量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ餍枨蟆?/p>

IP over DDN方案，是利用DDN設(shè)備配備的各種標(biāo)準(zhǔn)接口（例如V系列、X系列），可以比較方便地實(shí)現(xiàn)多種通信業(yè)務(wù)包括IP實(shí)時(shí)應(yīng)用業(yè)務(wù)的順利接入，在DDN系統(tǒng)中經(jīng)過點(diǎn)到點(diǎn)、以及點(diǎn)到多點(diǎn)專線劃分，以64K為基準(zhǔn)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)帶寬（本文中簡稱帶寬，下同）配給，由此實(shí)現(xiàn)了在較少帶寬資源條件下的多業(yè)務(wù)通信應(yīng)用。

關(guān)于岸海通信主干信道的選擇，考慮到無線電傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，采用微波通信和衛(wèi)星通信兩條通路同時(shí)工作的方式，發(fā)送端將應(yīng)用業(yè)務(wù)在兩路信道上同時(shí)送出，接收端收到后在兩路信息中擇優(yōu)使用。微波通信傳輸容量大、時(shí)延小、誤碼率低，而衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣、作用距離遠(yuǎn)、傳輸信道穩(wěn)定。若將兩種通信方式結(jié)合使用，共同承擔(dān)主干信道任務(wù)，則可以取長補(bǔ)短，加強(qiáng)系統(tǒng)的可用性。

具體實(shí)現(xiàn)方法：在DDN設(shè)備上使用4種接口：1）配置1個(gè)G.703接口連接IP路由器的WAN口，而路由器的 LAN口可以將視頻和指揮顯示信息等業(yè)務(wù)順利接入，由于DDN的透明特性，在IP應(yīng)用層不需要添加任何對 DDN設(shè)備的操作或管理；2）通過 B+D業(yè)務(wù)板連接調(diào)度交換機(jī)，將語音指揮調(diào)度業(yè)務(wù)接入；3）通過 LS業(yè)務(wù)板連接程控交換機(jī)，將勤務(wù)電話業(yè)務(wù)接入； 4）配置1個(gè)V.35接口直接連接衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)發(fā)器，保證通信業(yè)務(wù)的上行與下行；5）再配置 1個(gè) G.703接口連接到微波通信設(shè)備，將通信業(yè)務(wù)接入微波通信信道，實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星通信信道的互為備份設(shè)計(jì)。

海上指揮艦系統(tǒng)與陸地指控中心通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 岸艦系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)框圖

2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)備配置

1）路由協(xié)議選擇 指揮艦系統(tǒng)使用了 2對（4端）路由器，通過點(diǎn)對點(diǎn)連接形成了相對獨(dú)立的兩個(gè)廣域網(wǎng)。對于這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，應(yīng)該首選靜態(tài)路由協(xié)議，在成對使用的路由器中，只要簡單的添加一條指向?qū)Ψ降穆酚杀眄?xiàng)就可以了。針對本系統(tǒng)這種海上一點(diǎn)對應(yīng)陸地多點(diǎn)的路由網(wǎng)絡(luò)，使用一條默認(rèn)路由配置完全可以滿足需要。配置要點(diǎn)如下：

WAN口配置的地址網(wǎng)段要留有適當(dāng)余地，掩碼位數(shù)＜30，如果選29，可以有6個(gè)連接，基本符合要求。

靜態(tài)路由配置中一定要包含命令：ip default –network Serial 0/1。

2）時(shí)隙劃分 指揮艦系統(tǒng)的衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)發(fā)器通過1個(gè)V.35為通信業(yè)務(wù)提供了上行通道，同時(shí)約定了上行的帶寬。為解決多業(yè)務(wù)接入問題，配置了 DDN接入節(jié)點(diǎn)機(jī)，用以提供各種業(yè)務(wù)支持電路，由此可以實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的同時(shí)接入。DDN接入節(jié)點(diǎn)機(jī)具有N*64kbit/s(N=1～31)復(fù)用，以及小于64kbit/s子速率復(fù)用和交叉連接功能，按時(shí)隙固定資源分配，每個(gè)時(shí)隙為64K的帶寬。本系統(tǒng)的4路B+D語音指揮調(diào)度需要占用8個(gè)時(shí)隙，2路勤務(wù)電話需要2個(gè)時(shí)隙，還要留出1個(gè)時(shí)隙用于DDN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理。

由此計(jì)算，實(shí)況視頻圖像和實(shí)時(shí)指顯信息等IP業(yè)務(wù)實(shí)際使用的帶寬不超過1280Kbps，通過路由器接入時(shí)，必須選擇具備信道化使用的接口模塊，同時(shí)還需要對E1控制器進(jìn)行時(shí)隙配置。

假設(shè)衛(wèi)星通信信道分配給 IP業(yè)務(wù)使用總的帶寬只有1024Kbps，應(yīng)該怎樣配置呢？首先要確定業(yè)務(wù)需求，其中實(shí)況視頻圖像基本要求的傳輸帶寬不能小于768Kbps；需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)闹笓]顯示信息包括：被跟蹤目標(biāo)的測量數(shù)據(jù)、參試海域的艦船位置以及指揮決策信息等，所需帶寬不大于 320Kbps；總需求實(shí)際為1.088Kbps。1024Kbps帶寬包含了16個(gè)時(shí)隙，可以分配5個(gè)時(shí)隙給指揮顯示信息，剩余的11個(gè)時(shí)隙給視頻。業(yè)務(wù)帶寬分配確定后，在 DDN節(jié)點(diǎn)機(jī)上確定具體可以使用的時(shí)隙序列號，然后，在對應(yīng)使用的一對路由器中寫上相同的時(shí)隙配置命令，例如：

還要在IP體制編解碼器中配置傳輸速率小于704Kbps。

3）實(shí)時(shí)應(yīng)用中的組播協(xié)議選擇 實(shí)況視頻傳輸是典型的實(shí)時(shí)應(yīng)用，為保證畫面的清晰和連貫，對網(wǎng)絡(luò)延遲以及抖動(dòng)有很高的要求，但在指揮艦系統(tǒng)中指揮顯示信息則具有更高的實(shí)時(shí)性要求。試驗(yàn)任務(wù)中，經(jīng)岸站測控中心處理后的被試品動(dòng)態(tài)飛行參數(shù)，以每秒4次的頻率進(jìn)行刷新，由于被試品機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，一旦飛行出現(xiàn)異常，可能威脅到水面艦船的安全，所以，能否及時(shí)提供準(zhǔn)確的指顯信息，特別是預(yù)測和輔助決策信息，進(jìn)行有效控制，是試驗(yàn)任務(wù)成敗的重要因素。

IP網(wǎng)絡(luò)承載實(shí)時(shí)應(yīng)用有兩個(gè)缺陷，一是IP技術(shù)是以“盡力而為”的方式提供服務(wù)，不能保證傳輸可靠性；二是TCP/IP協(xié)議體系中的TCP協(xié)議或UDP協(xié)議雖然對于 Internet的傳統(tǒng)應(yīng)用可以提供一定的容錯(cuò)和糾錯(cuò)功能，但TCP協(xié)議的建鏈和確認(rèn)以及重傳引入的時(shí)延對于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)來說是不能忍受的。如何利用IP協(xié)議族的特點(diǎn)整體提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，才是問題的關(guān)鍵所在。

提高網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性最直接的方法就是：通過提升硬件檔次來增加網(wǎng)絡(luò)（特別是廣域網(wǎng)）的帶寬，然而，這往往需要較大投資來支持。在不增加任何帶寬的情況下，能否通過減少流量，避免沖突和擁塞來保障實(shí)時(shí)性呢？基于 UDP的組播技術(shù)在實(shí)時(shí)應(yīng)用中是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

指揮艦系統(tǒng)中，無論是實(shí)況視頻圖像傳輸，還是實(shí)時(shí)指揮顯示信息傳輸，其共同特點(diǎn)就是信息源只有一個(gè)點(diǎn)，而接收信息的目的節(jié)點(diǎn)卻為數(shù)眾多，而且，接收端個(gè)數(shù)可隨意改變，連接網(wǎng)絡(luò)的時(shí)機(jī)也不確定，例如執(zhí)行試驗(yàn)任務(wù)時(shí)，使用筆記本電腦，可以隨時(shí)連接網(wǎng)絡(luò)接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成指揮顯示工作。面對這樣的應(yīng)用需求，使用只能單播的TCP協(xié)議存在許多弊病，將一個(gè)源信息分發(fā)到N個(gè)所需節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先要建立N個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)連接，再把相同的數(shù)據(jù)在網(wǎng)上傳送N遍，不但效率低還使本來就缺乏的帶寬變得更加擁塞；因?yàn)槌绦蚴鞘孪葘懞玫模蝿?wù)中要隨機(jī)增加或減少工作節(jié)點(diǎn)是不允許的，那樣將導(dǎo)致系統(tǒng)連接超時(shí)。由于是衛(wèi)星通信，無線信道極易受到干擾，當(dāng)信號中斷或某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，程序就會反復(fù)多次詢問和重建鏈路，TCP的這種重傳和擁塞控制機(jī)制，會使網(wǎng)絡(luò)狀況急劇惡化，從而帶來災(zāi)難性后果，通信的實(shí)時(shí)性無法保障。相對而言采用UDP組播模式，傳輸效率和質(zhì)量卻要好得多。

選擇UDP協(xié)議運(yùn)行的程序，在網(wǎng)路中可以任意的連接或斷開，類似于一個(gè)具有“熱插拔”功能的組件。UDP支持單播、廣播和組播方式，由于受到路由器的限制，廣播數(shù)據(jù)被限制在本地 LAN內(nèi)，然而，組播數(shù)據(jù)卻可以跨越路由器，在WAN中傳播。對于一點(diǎn)對多點(diǎn)的實(shí)時(shí)應(yīng)用，采用UDP組播技術(shù)，只要將信源數(shù)據(jù)向多播組發(fā)送一次，就會有N個(gè)組中成員的程序同時(shí)收得到，這樣就能減少網(wǎng)絡(luò)上相同信息的重復(fù)發(fā)送，使流量下降，大大緩解數(shù)據(jù)流量的帶寬壓力，自然大幅度提升了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

IP組播的實(shí)時(shí)應(yīng)用主要包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置和軟件編程，指揮艦系統(tǒng)的指顯信息傳輸軟件就是采用的IP組播模式。至于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置，由于拓?fù)渲皇且粋€(gè)點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，無論是稀疏還是密集，或者何種分布樹，其結(jié)果都是一樣，因此，在路由配置時(shí)采用了稀疏-密集模式（PIM-SM-DM）。

4）路由器配置要點(diǎn) 指揮艦系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置如圖2所示。

圖2 路由配置示意圖

圖2中右側(cè)虛線框Jx和實(shí)線框Dl表示指揮艦在不同海域試驗(yàn)時(shí)的兩個(gè)岸站測控中心，因此，不會出現(xiàn)兩個(gè)岸站同時(shí)連接使用的情況。以下是 ship-SC到Dl-SC路由配置要點(diǎn)：

1）岸站端：

2）艦上指揮系統(tǒng)端

再說明遠(yuǎn)端LAN的路由：

3 結(jié)束語

DDN和IP網(wǎng)絡(luò)是海上靶場試驗(yàn)通信系統(tǒng)的兩大基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)，它們承擔(dān)著海上靶場所有應(yīng)用業(yè)務(wù)的接入，既有強(qiáng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)也有非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，既存在要求獨(dú)占信道的電路鏈接業(yè)務(wù)，也存在可以共享資源的分組交換業(yè)務(wù)，根據(jù)實(shí)際情況的不同，可能會產(chǎn)生各種不同的接入方案，因此應(yīng)加強(qiáng)接入方案分析和研究。

DDN把數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、數(shù)字交叉連接技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在了一起，具有顯著的實(shí)時(shí)支持特性和眾多功能，能提供和支持各種通信業(yè)務(wù)；IP網(wǎng)絡(luò)由于其特殊的優(yōu)勢，特別是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中核心運(yùn)算能力的大幅提升，在海上靶場的實(shí)時(shí)應(yīng)用方面也在逐步增強(qiáng)。不管未來海上靶場的試驗(yàn)通信系統(tǒng)如何發(fā)展，兩者都會不斷地改進(jìn)、滲透、融合。

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