光纖通信網(wǎng)絡鏈形自愈保護系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

王偉超，梁鋒偉，趙家鋒

大連市金州區(qū)勝利路727號65044部隊，遼寧 大連 116100

1 網(wǎng)絡現(xiàn)狀及存在的問題

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進程，軍隊網(wǎng)絡生存性以及故障性的處理問題近年來成為人們關注的焦點，現(xiàn)代網(wǎng)絡技術出現(xiàn)路由集中化、業(yè)務集中化的趨勢，使得網(wǎng)絡業(yè)務逐漸集中到單個的路由器上，在路由集中化為用戶帶來便利的同時，也不可避免的出現(xiàn)了一旦單個路由器出現(xiàn)問題則會影響眾多網(wǎng)絡用戶的情況。近年來光纖通訊網(wǎng)絡在我國獲得了很大的發(fā)展，但是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的這個硬件方面的局限性問題在這里也被放大，一些細小的網(wǎng)絡故障就可能導致重大網(wǎng)絡安全事故的發(fā)生，提高網(wǎng)絡自愈能力和相關安全的防范能力，對軍隊光纖網(wǎng)絡尤其重要。對軍隊光纖網(wǎng)絡進行成本和安全的綜合考慮后，我國當前軍隊光纖網(wǎng)絡形成了不同種類的網(wǎng)絡環(huán)形網(wǎng)，由于沒有一定的規(guī)則和相關限制，使得軍隊光纖網(wǎng)絡中采用的光傳輸設施林林總總、不盡相同。對當前我國軍隊光纖網(wǎng)絡中所應用的光傳輸設備進行分析后發(fā)現(xiàn)，主要有如下幾個問題影響了網(wǎng)絡保護系統(tǒng)的建設：第一為網(wǎng)絡光傳輸設施的自我安全保護能力不足，基于當前大多數(shù)傳輸設施所采用的人工切換自我保護措施，使得網(wǎng)絡環(huán)路保護不及時、保護機制低級、故障處理時間過長等，為提高網(wǎng)絡自愈保護能力造成了重大障礙；第二為網(wǎng)絡環(huán)路發(fā)現(xiàn)問題后采取措施等待時間過長，當系統(tǒng)發(fā)出警報后往往需要等待人工進行處理，人工進行故障判斷和處理對故障的及時反應性較差，一般系統(tǒng)故障處理時間均不能滿足終端用戶的需要，尤其對于軍隊這種及其需要機動性的單位，這種機械、半自動化的網(wǎng)絡系統(tǒng)環(huán)路保護更加不能滿足要求，從而對系統(tǒng)終端的用戶造成不良的影響。

2 光纖通訊網(wǎng)絡鏈形設計

2.1 自愈方案的提出

軍隊光傳輸?shù)陌l(fā)展如果要步入一個全新臺階，首先要解決其故障的檢修恢復問題。在光纖通訊網(wǎng)絡鏈形設計系統(tǒng)中增加一部分設備使現(xiàn)有系統(tǒng)擁有自動故障恢復功能，對本地接入端鏈路進行1：N（N 最大取4）的熱備份，使本地接入端具有冗余度為1的熱備份鏈路，當工作的鏈路出現(xiàn)故障時，迅速切換到備份的鏈路上，不影響終端用戶業(yè)務的正常運行。顯然這一系統(tǒng)改變了人工處理故障，人工切換線路的傳統(tǒng)模式，完成光纖通信鏈路故障告警的自動監(jiān)測、自動處理。本系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的自愈系統(tǒng)部署在實際的網(wǎng)絡。

文中提出的系統(tǒng)是保持原有光纖通信網(wǎng)絡的安全性基礎，同時增加全自動化的系統(tǒng)報警模塊、報警后系統(tǒng)全自動切換模塊和自愈系統(tǒng)安全鏈接。本系統(tǒng)的設計增加了原有網(wǎng)絡系統(tǒng)安全的自愈性，增強了系統(tǒng)對應急情況的自主反應性和選擇性，通過光纖與原有鏈接的加強鏈接，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡安全系統(tǒng)對應急情況的及時報警和應急處理。系統(tǒng)接受報警后可以通過系統(tǒng)鏈接發(fā)送給系統(tǒng)主控制模塊，依據(jù)先前已經(jīng)設定好的反應模塊進行自主切換處理。本系統(tǒng)的自主智能模塊主要由1×4光開關組成，系統(tǒng)可以很好的執(zhí)行應急反應處理動作，并作出及時反應。本系統(tǒng)的最初設計構想要求系統(tǒng)既能實現(xiàn)網(wǎng)絡系統(tǒng)自愈的最大化，又能夠保證原有網(wǎng)絡拓撲結構的完整性，且操作較為簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性較高。本系統(tǒng)通過人工智能實現(xiàn)人工判斷與操作，較人工操作具備更高的準確性和及時性，能夠實現(xiàn)較高級的系統(tǒng)自愈性，從而對光纖網(wǎng)絡起到良好的保護作用。

2.2 設計自愈方案

對軍隊光纖通信網(wǎng)絡的完善需要一系列的關于自愈系統(tǒng)的設計，只有將一系列的自愈系統(tǒng)設計整合起來，才能夠實現(xiàn)光纖通信網(wǎng)絡的自主化處理，提高網(wǎng)絡系統(tǒng)的自愈安全性。本系統(tǒng)自愈安全系統(tǒng)設計主要包括告警監(jiān)測和故障處理兩個重要環(huán)節(jié)。

2.2.1 告警監(jiān)測

告警監(jiān)測對軍隊光纖網(wǎng)絡安全的自愈系統(tǒng)具有重要的保障意義，是自愈系統(tǒng)成功反饋和執(zhí)行動作的重要基礎。本系統(tǒng)利用動態(tài)捕捉數(shù)據(jù)的方式對系統(tǒng)監(jiān)測中出現(xiàn)的動態(tài)數(shù)據(jù)進行抓捕。通過系統(tǒng)自主告警系統(tǒng)與子網(wǎng)管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)對接進行數(shù)據(jù)異常的監(jiān)測，同時改變子網(wǎng)管理系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)而發(fā)出各種警報信息。子網(wǎng)管理數(shù)據(jù)庫中存有數(shù)十種不同類型的報警信息模塊，報警觸發(fā)的模塊不同則報警信息不同。子網(wǎng)系統(tǒng)還可以對報警觸發(fā)信息進行系統(tǒng)分析，通過模擬性邏輯分析進行報警信息的安全性歸納，最終得出我們想要知道的告警原因和系統(tǒng)工作狀態(tài)。

2.2.2 故障處理

在自愈系統(tǒng)對報警模塊進行報警判定后通過主系統(tǒng)動作模塊進行系統(tǒng)智能動作的指令下達，從而執(zhí)行主系統(tǒng)智能切換模塊動作，完成系統(tǒng)的自我保護功能。

3 自愈方案實現(xiàn)功能

3.1 系統(tǒng)應具有的功能

光纖通訊網(wǎng)絡自愈系統(tǒng)可以用來保護各行業(yè)的關鍵性業(yè)務，對于軍隊這種要求機密性和機動性均較強的計算機網(wǎng)絡安全更加適合。該系統(tǒng)可以通過相關鏈路上抓捕告警信息、對告警信息進行系統(tǒng)化分析，并產(chǎn)生一個對應的鏈路選擇性信號，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡自主切換的智能化處理。

3.1.1 分光器、告警監(jiān)測、主控制模塊

從傳輸側主用方向接收端 STM-1接口提取 3%的光功率，將提取出來的光信號送入光接收模塊。而檢測模塊是通過光接收模塊從分光器中接收光信號，并生成電信號，然后利用 ARM微處理器從開銷處理芯片中提取 SDH開銷字節(jié)，得到我們需要的告警信息和相關性能信息，然后傳輸?shù)街骺刂颇K。主控制模塊接收到告警監(jiān)測模塊傳來的相應信息之后，通過相應的內(nèi)部模塊作進一步的處理。它同時也提供了和外部監(jiān)控終端通信的接口。

3.1.2 智能切換控制器設計

顯然在此環(huán)節(jié)中我們應該考慮到STM-1是一種成熟的通信技術，針對這種線路進行備份、開關、分配、再生的技術和相關集成電路有很多。在設計自愈系統(tǒng)中我們需要做的就是選擇正確的相關集成線路，最新技術精神研發(fā)而成的光切換器，使得光切換速度只需要30ms，并且具有自動閉鎖的功能，其精確地在切換的瞬間提供電流，切斷后則自動斷電。

3.2 監(jiān)控終端網(wǎng)管平臺

監(jiān)控終端網(wǎng)管平臺通過監(jiān)測報警設施對外界和自體報警信息進行反應并且啟動與報警模塊相連接的自主智能切換模塊，根據(jù)報警內(nèi)容進行自動切換動作的自主選擇，并顯示系統(tǒng)當前的信息狀態(tài)，為人工操作提供有效的依據(jù)。同時系統(tǒng)本地信息庫為監(jiān)控終端網(wǎng)絡安全提供了重要的信息基礎，包括：通信模塊，數(shù)據(jù)訪問模塊，人機界面模塊以及存放著所有設備信息、日志信息和測試結果信息的數(shù)據(jù)庫。當前我國國防保障系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)中還包含有除了報警監(jiān)測和切換監(jiān)測模塊的其他設備，對這些其他設備進行系統(tǒng)化管理和整合，可以提高系統(tǒng)網(wǎng)絡安全性和自愈性。同時，為了能夠及時對報警信息作出正確反應，還應加強對網(wǎng)絡外界線路和設備的管理，這樣就能夠起到優(yōu)化網(wǎng)絡傳輸線路、保障信息有效傳達的目的。

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