趙心越

摘要：目前，民航氣象業(yè)務(wù)的常見傳輸方式是同步數(shù)字體系（Synchronous Digital System，SDH）光傳輸。該方式提高了帶寬的利用率，具有一定的優(yōu)勢，但也存在一定的不足。因此，討論了采用彈性分組環(huán)（Resilient Packet Ring，RPR）技術(shù)的升級SDH光傳輸技術(shù)在民航氣象業(yè)務(wù)中的應(yīng)用。該技術(shù)強大的保護(hù)能力、業(yè)務(wù)分級、公平算法等特點對于民航氣象業(yè)務(wù)傳輸來說優(yōu)勢明顯。同時，本研究討論了應(yīng)用RPR技術(shù)后各種民航氣象業(yè)務(wù)的分級傳輸。對于建設(shè)一個滿足多業(yè)務(wù)傳輸?shù)拿窈綒庀笸ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，RPR技術(shù)具有很大的潛力。

關(guān)鍵詞：同步數(shù)字體系（SDH）；彈性分組環(huán)（RPR）；業(yè)務(wù)分級傳輸

中圖分類號：TN914.332；TN929.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0006-03

Improvement of Meteorological SDH Optical Ring Network and Hierarchical Transmission of Meteorological Services

ZHAO Xinyue（Henan Air Traffic Control Branch of CAAC， Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： At present， the common transmission mode of civil aviation meteorological service is SDH optical transmis？ sion， which improves the utilization of bandwidth and has certain advantages， but this technology also has some short？ comings. This paper discusses the application of RPR technology as an upgrade technology of traditional SDH optical transmission in civil aviation meteorological services. The strong protection ability， service classification and fair algo？ rithm of this technology have strong advantages for civil aviation meteorological service transmission. At the same time， this paper also discusses the hierarchical transmission of various civil aviation meteorological services after the application of RPR technology. RPR technology has great potential for building a civil aviation meteorological com？ munication network to meet multi service transmission.

Keywords： Synchronous Digital System（SDH）；Resilient Packet Ring（RPR）；service hierarchical transmission

目前，民航氣象業(yè)務(wù)的一種常見傳輸方式是同步數(shù)字體系（Synchronous Digital System，SDH）光傳輸。SDH的誕生解決了因為接入媒介的帶寬限制而跟不上骨干網(wǎng)和用戶業(yè)務(wù)需求的發(fā)展導(dǎo)致用戶與核心網(wǎng)之間的接入瓶頸，同時提高了傳輸網(wǎng)上大量帶寬的利用率。為了支持各種業(yè)務(wù)的傳輸，SDH確定了由低速率復(fù)用獲得高速率，再由高速率復(fù)用獲得更高速率的方式來獲得各種通信速率。

1RPR技術(shù)簡介

在對比一些主流的通信技術(shù)后發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用彈性分組環(huán)（Resilient Packet Ring，RPR）技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對多種業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸?shù)墓δ?，同時RPR技術(shù)在某些方面優(yōu)勢巨大[1-2]。該技術(shù)沒有明確規(guī)定對應(yīng)的物理層，是一種新的介質(zhì)訪問控制（Media Access Control，MAC）層協(xié)議，所以可以廣泛應(yīng)用于SDH/SONET、以太網(wǎng)等傳統(tǒng)媒介。此技術(shù)不僅具備SDH的帶寬保障及50 ms保護(hù)倒換的優(yōu)勢，還具有以太網(wǎng)的成本低、可拓展性強以及結(jié)構(gòu)靈活等特點[3]。RPR技術(shù)具有環(huán)路帶寬共享、公平算法、業(yè)務(wù)等級嚴(yán)格以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)等優(yōu)點，同時可以對業(yè)務(wù)進(jìn)行分類。所以，對于不同業(yè)務(wù)的傳輸要求，彈性分組環(huán)更具有針對性。

RPR是IEEE 802.17 RPR工作組指定的一個MAC層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以有效提高數(shù)據(jù)包的傳輸效率。彈性分組環(huán)是一個MAC層協(xié)議，對物理層并無要求，可以作為分組層和光通路層的傳輸橋梁，大大提高交換機的效率[4]。RPR的傳輸長度可達(dá)2 000 km，可以包含最多255個節(jié)點。RPR提供了有效的抖動和時延保障以及可靠的時鐘，可以有效傳播實時性強的業(yè)務(wù)。

2RPR應(yīng)用優(yōu)勢

2.1強大的保護(hù)能力

RPR采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，雙環(huán)互為保護(hù)和備份，再加上SDH的環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能，保護(hù)能力非常強大。

2.2業(yè)務(wù)分級傳輸

按不同業(yè)務(wù)劃分不同保護(hù)級別，有利于滿足不同的業(yè)務(wù)需要。

2.3動態(tài)的帶寬分配

通過鏈路容量調(diào)整方案（Link Capacity Adjustment Scheme，LCAS）、虛級聯(lián)和RPR的統(tǒng)計空間復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)了端口帶寬動態(tài)分配。

2.4高效帶寬利用率

RPR單播幀在目的節(jié)點剝離的機制實現(xiàn)了環(huán)上帶寬的空間重用。環(huán)上帶寬可以實現(xiàn)幾個點的業(yè)務(wù)共用，相對于SDH大大提高了帶寬利用率[5]。

3RPR技術(shù)優(yōu)勢

3.1RPR的雙環(huán)結(jié)構(gòu)

RPR是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點包含兩個方向截然相反的路徑。將二者分別為了便于區(qū)分，命名為環(huán)0和環(huán)1。每個環(huán)都對應(yīng)有物理層實體。環(huán)0的傳輸方向定義為西向，對應(yīng)的物理層稱為西向物理層；環(huán)1的傳輸方向定義為東向，對應(yīng)的物理層稱為東向物理層。RPR的環(huán)路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

兩個節(jié)點之間稱為跨距段，圖1中S5和S4節(jié)點之間的路徑就是跨距段，包含了兩個方向相反的單項鏈路。數(shù)據(jù)在環(huán)上的傳輸速率相同，但有不同的傳輸延遲。如果兩個節(jié)點之間不能通信，如圖1中S3和S4節(jié)點之間，那么稱這個跨距段為不正?？缇喽危卜Q邊緣。此時，RPR會進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)（環(huán)回保護(hù)或者源路由保護(hù)）。當(dāng)節(jié)點錯誤時，如圖1中節(jié)點S0錯誤，數(shù)據(jù)在傳輸時將忽視這個節(jié)點直接進(jìn)行傳輸。

3.2RPR的業(yè)務(wù)分級

RPR將傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)劃分成A類、B類和C類，A類業(yè)務(wù)又劃分為A0類和A1類，B類業(yè)務(wù)分為B-CIR類和BEIR類。對業(yè)務(wù)類型進(jìn)行分類是一種很有效的機制[6]。由于環(huán)網(wǎng)的總帶寬是有限的，而傳輸流量的壓力在不同的影響因素下有大有小，當(dāng)傳輸壓力較大時，不可能將所有數(shù)據(jù)一起傳送。由于傳送數(shù)據(jù)的種類不同，對時延和抖動的要求也不一樣。這種分類機制有效地考慮了時延和抖動的因素，不同類型的業(yè)務(wù)對傳輸質(zhì)量的要求不同，分級傳送，既確保了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能夠按順序發(fā)送，滿足了不同業(yè)務(wù)的帶寬要求和時延抖動限制，又合理利用了網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。

分類操作在RPR的MAC層進(jìn)行，不同業(yè)務(wù)被分為3個類別中的一類或者其子類。傳輸時根據(jù)數(shù)據(jù)分類進(jìn)行帶寬分配和順序處理，滿足數(shù)據(jù)傳輸要求。RPR對業(yè)務(wù)的分級如表1所示。

3.3RPR的公平算法

當(dāng)節(jié)點擁塞時，MAC控制模塊中的公平控制模塊會根據(jù)公平算法計算一個公平速率，通過公平幀向上游發(fā)送，上游節(jié)點收到公平幀后識別包含的公平速率，根據(jù)公平速率來管理本節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送，調(diào)控數(shù)據(jù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)和添加，從而實現(xiàn)其功能[7]。

出現(xiàn)上面所說的情況時，可能某個或某些節(jié)點會占用大量的帶寬資源，影響其他節(jié)點對數(shù)據(jù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)，導(dǎo)致環(huán)路擁塞，也會影響一些高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的傳輸。公平算法通過控制擁塞節(jié)點的數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)發(fā)來提高RPR的傳輸質(zhì)量和效率。在擁塞發(fā)生后，公平控制模塊會依照公平算法計算出一個公平速率并向上游節(jié)點發(fā)送，上游節(jié)點收到這個公平速率后，調(diào)節(jié)向環(huán)上發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。擁塞狀況解除后，不再依據(jù)公平速率進(jìn)行調(diào)節(jié)；在擁塞不解除的情況下，擁塞節(jié)點會一直計算公平速率向上游節(jié)點發(fā)送。公平算法只調(diào)節(jié)公平受限業(yè)務(wù)——C類和BEIR業(yè)務(wù)，A類和B-CIR類業(yè)務(wù)不受該算法調(diào)節(jié)。公平算法按圖2進(jìn)行調(diào)節(jié)。

如圖2所示，S0至S5為RPR環(huán)上的6個節(jié)點，每個節(jié)點上都有流量添加或者轉(zhuǎn)發(fā)，最終導(dǎo)致S5節(jié)點擁塞。這時S5節(jié)點的公平控制模塊依照公平算法計算出一個公平速率，由公平幀向上游轉(zhuǎn)發(fā)，調(diào)節(jié)上游節(jié)點的添加和轉(zhuǎn)發(fā)流量。

4氣象業(yè)務(wù)的分級傳輸

在民航氣象業(yè)務(wù)中，有許多數(shù)據(jù)需要傳回設(shè)備室機房，如氣象雷達(dá)探測資料、自動氣象觀測系統(tǒng)探測資料、風(fēng)廓線探測資料、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)以及不間斷電源系統(tǒng)（Uninterruptible Power System，UPS）監(jiān)控數(shù)據(jù)等。以鄭州機場為例，在機場內(nèi)部需要傳回的數(shù)據(jù)有自動氣象觀測系統(tǒng)探測數(shù)據(jù)資料、風(fēng)廓線雷達(dá)探測數(shù)據(jù)資料、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)以及UPS監(jiān)控數(shù)據(jù)。對于民航氣象數(shù)據(jù)用戶來說，自動氣象觀測系統(tǒng)探測數(shù)據(jù)資料必須保證實時和準(zhǔn)確，風(fēng)向風(fēng)速和RVR等數(shù)據(jù)是飛行員和管制員進(jìn)行判斷的重要依據(jù)。目前，鄭州機場采用SDH光環(huán)網(wǎng)對這類重要數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，其他數(shù)據(jù)并未采用SDH光環(huán)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，所以目前設(shè)備機房存在多種光纖接入設(shè)備，存在設(shè)備冗余的問題，增加了維護(hù)工作量。

RPR作為一種新的MAC層協(xié)議，可以廣泛應(yīng)用于SDH/SONET、以太網(wǎng)等傳統(tǒng)媒介，對于民航氣象這一特定領(lǐng)域來說優(yōu)勢明顯。在民航氣象領(lǐng)域中，需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)很多，對于傳輸?shù)囊笠膊灰粯?。?yīng)用RPR技術(shù)可以節(jié)省資源及設(shè)備，又可以滿足各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸要求。自動氣象觀測系統(tǒng)探測數(shù)據(jù)資料傳輸要求實時性強，可以作為A類業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸，優(yōu)先級最高。視頻監(jiān)控這一類業(yè)務(wù)并非核心業(yè)務(wù)，可以作為C類業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸，優(yōu)先級較低。

5結(jié)語

未來，民航機場跑道數(shù)將會增多，各種相關(guān)設(shè)備會繼續(xù)安裝，需要傳輸?shù)母鞣N數(shù)據(jù)會越來越多，數(shù)據(jù)量也越來越大。將氣象業(yè)務(wù)分級傳輸，可以節(jié)省帶寬，提升承載網(wǎng)絡(luò)的利用效率。對于多種不同業(yè)務(wù)，利用RPR更具有針對性。對于基層氣象機務(wù)員來說，該技術(shù)可以減少機房設(shè)備，在保證業(yè)務(wù)正常傳輸?shù)耐瑫r減輕工作量。因此，對于建設(shè)一個滿足多業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，RPR技術(shù)具有巨大潛力。

參考文獻(xiàn)：

[1]DAVIK F，YILMAZ M，GJESSING S，et al.IEEE 802.17 resilient packet ring tutorial[J].Communications Magazine IEEE，2003（3）：112-118.

[2]王廷堯.SDH/SONET同步光通信基礎(chǔ)[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1996：273-334.

[3]錢歡.城域以太網(wǎng)多業(yè)務(wù)環(huán)的實現(xiàn)機制研究[D].武漢：武漢郵電科學(xué)研究院，2014：1-63.

[4]廖一明，廖海洲.RPR技術(shù)在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015（2）：12-15.

[5]IEEE.IEEE Standard for information technology-telecommunications and information exchange between systems-local and metropolitan area networks-specific requirements-Part 11： Wireless LAN Medium Access Control （MAC） and Physical Layer（PHY） specifications： amend[C]// IEEE Std 80211， 2004.

[6]陶智勇，張繼軍，包立明，等.彈性分組環(huán)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2003：29-88.

[7]張煥國，呂莎.RPR網(wǎng)的OAM研究[J].光通信技術(shù)，2007（3）：12-15.