航天業(yè)務(wù)網(wǎng)閃斷問題研究分析

杜 魁，郝文縉，潘 亮，陳俊鋒，楊洪剛

(太原衛(wèi)星發(fā)射中心 通信團(tuán)，山西 岢嵐 036301)

航天業(yè)務(wù)網(wǎng)是支撐航天發(fā)射試驗(yàn)的基礎(chǔ)平臺(tái)，是聯(lián)接各類信息傳送的橋梁紐帶，具有點(diǎn)多、線長、面廣和實(shí)時(shí)性高、靈活性高、可靠性高等顯著特點(diǎn)，涉及有線、無線多種傳輸手段，涵蓋物理、網(wǎng)絡(luò)多層業(yè)務(wù)互聯(lián)，其重要性不言而喻.

1 閃斷基本情況

閃斷即線路中斷后又很快恢復(fù)的故障，是通信常見問題，會(huì)導(dǎo)致傳送信息的丟失，影響信息傳送的可靠性和實(shí)時(shí)性.閃斷在航天業(yè)務(wù)網(wǎng)運(yùn)行中常有出現(xiàn)，其故障間隔時(shí)間通常在1秒至幾分鐘之內(nèi)(大多數(shù)系統(tǒng)日志記錄故障時(shí)間精度為秒),因中斷時(shí)間短、恢復(fù)快而排查困難.按照航天業(yè)務(wù)網(wǎng)線路類型，閃斷故障可分為：衛(wèi)通傳輸線路閃斷、微波傳輸線路閃斷、光傳輸線路閃斷、電纜傳輸閃斷、IP網(wǎng)絡(luò)閃斷；按照影響的業(yè)務(wù)數(shù)量和特點(diǎn)可分為：單路閃斷、多路閃斷、群路閃斷；按照規(guī)律特征可分為：有規(guī)律閃斷、無規(guī)律閃斷.

圖1 為典型的航天業(yè)務(wù)網(wǎng)簡要示意圖，信號(hào)從起點(diǎn)到終點(diǎn)經(jīng)過環(huán)節(jié)多，故障處理需統(tǒng)籌考慮.

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年某發(fā)射場航天業(yè)務(wù)網(wǎng)產(chǎn)生重要影響的閃斷故障均在幾十余起以上，設(shè)備終端中關(guān)于閃斷的記錄有千余次之多，且相當(dāng)一部分因故障沒有復(fù)現(xiàn)不能實(shí)現(xiàn)真正的歸零.

圖1 典型航天業(yè)務(wù)網(wǎng)簡要示意圖Fig.1 Brief schematic diagram of typical Aerospace business network

2 閃斷形勢特點(diǎn)

由于航天業(yè)務(wù)網(wǎng)主要線路雙路有備份、可靠性實(shí)時(shí)性要求高的總體形勢，閃斷故障對(duì)任務(wù)的影響在一定程度上比長時(shí)間中斷更大，故障處理難度也更大，故其具有如下特點(diǎn)：

1)人員不易發(fā)現(xiàn)：閃斷持續(xù)時(shí)間短，肉眼觀察易忽視和走神，且很多在夜間發(fā)生；一些終端系統(tǒng)告警門限高，智能化水平低，反應(yīng)記錄不準(zhǔn)確甚至無反應(yīng)無記錄；值勤事件多，人為動(dòng)作或線路故障易混淆.

2)故障不易定位：短時(shí)間的中斷不利于系統(tǒng)觀察各設(shè)備狀態(tài)，不利于對(duì)整條鏈路中的各個(gè)環(huán)節(jié)逐一排查；采取的措施效果不能立即驗(yàn)證是否有效；一些故障無法復(fù)現(xiàn)，措施定位只能靠估算分析得出，不準(zhǔn)確.

3)狀態(tài)不易掌控：一些閃斷隨機(jī)出現(xiàn)，突發(fā)性強(qiáng)；間隔時(shí)間長短不一，甚至只出現(xiàn)一次或間隔幾天一次，規(guī)律性差.

4)判決不易評(píng)估：對(duì)于指揮員而言，一些閃斷故障是否已徹底排除將成為疑問，短時(shí)間的故障消失不代表已徹底解決；特別在臨近任務(wù)實(shí)施的短時(shí)間內(nèi)，進(jìn)一步的故障排除效果無法充分得到考驗(yàn).

此外，一些人員對(duì)日常通信中的閃斷沒有引起足夠重視，不及時(shí)觀察、記錄、匯報(bào)，不及時(shí)排除的現(xiàn)象還較多，給設(shè)備正常運(yùn)行、任務(wù)圓滿完成帶來了一定隱患.

3 閃斷原因分析

閃斷是線路中斷的一種，卻又不同于普通的線路中斷，基于航天業(yè)務(wù)網(wǎng)歷年來閃斷故障經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，造成閃斷的原因主要有如下幾種：

3.1 傳輸信道不穩(wěn)定

傳輸信道的不穩(wěn)定引起的閃斷通常為無規(guī)律閃斷，也可能為特定條件下的有規(guī)律閃斷，主要體現(xiàn)為誤碼率超標(biāo)造成線路瞬時(shí)中斷.不論有線或無線信道，引起信道誤碼超標(biāo)的因素主要有：

1)電磁干擾因素：包括輻射干擾和傳導(dǎo)干擾兩種，結(jié)合航天業(yè)務(wù)網(wǎng)應(yīng)用主要表現(xiàn)為：① 無線空間電磁干擾.此類故障在無線通信信道中發(fā)生較多，并且有逐年增加的趨勢.② 設(shè)備間電磁干擾.主要針對(duì)相隔較近但屏蔽效果不好的大功率、高頻設(shè)備，如一些功放、變頻器等.③ 設(shè)備內(nèi)電磁干擾.主要針對(duì)收發(fā)共用、合路分配單位，如中頻分合成器、雙工器等.④ 線纜間信號(hào)串?dāng)_.線纜并行走線時(shí)局部破損，造成電磁屏蔽效果不好或破損線纜的屏蔽層與芯線接觸造成短路[1].

2)接口故障因素：① 接口松動(dòng).指數(shù)據(jù)線、饋線、波導(dǎo)等各類接口與設(shè)備連接時(shí)有松動(dòng)，遇老鼠、大風(fēng)等情況時(shí)可能瞬時(shí)中斷.② 接口虛焊.指接口內(nèi)焊接不牢，阻值偏大或時(shí)通時(shí)斷.③ 接口短路.指接口內(nèi)芯線與屏蔽層接觸.④ 阻抗不匹配.指線纜接口阻抗性能惡化或與被接設(shè)備接口要求不匹配.

3)傳輸損耗因素：①傳輸距離過長.線纜傳輸距離與線規(guī)、發(fā)送功率、接收機(jī)性能、傳輸速率、誤碼要求等很多因素有關(guān)，在條件一定的情況下各類線纜均有其最大傳輸距離，航天業(yè)務(wù)網(wǎng)常用通信線纜傳輸距離如表1 所示.② 雨、雪、風(fēng)沙天氣引起的傳輸損耗對(duì)無線通信傳輸影響較大.③ 雷擊瞬間對(duì)無線和有線信道均有影響.④衛(wèi)星通信中的日凌影響.每年發(fā)生在春分、秋分季節(jié)，會(huì)造成中斷或閃斷，具體時(shí)間可準(zhǔn)確計(jì)算預(yù)測.

表1 航天業(yè)務(wù)網(wǎng)常用通信線纜傳輸距離表Tab.1 Transmission distance table of common communication cable in aerospace business network

3.2 設(shè)備性能不穩(wěn)定

設(shè)備性能不穩(wěn)定引起的閃斷通常為有規(guī)律閃斷，也可能為無規(guī)律閃斷甚至“不復(fù)現(xiàn)”，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1)單個(gè)設(shè)備正常幾率范圍內(nèi)的故障因素.設(shè)備在使用中均有其故障發(fā)生幾率，通常在0.5%以下，視具體設(shè)備性能質(zhì)量不同而不同.基于此，為確保整體信道的工作可靠，靶場通信設(shè)備應(yīng)用通常采取1+1備份方式，包括熱備份或冷備份狀態(tài)，甚至1+1負(fù)載分擔(dān)方式，但一些通信設(shè)備因價(jià)格昂貴或工作方式限制等原因，沒有實(shí)現(xiàn)熱備份，在此情況下單個(gè)設(shè)備故障會(huì)造成中斷或閃斷.

2)主備倒換因素.熱備份工作的設(shè)備在主備倒換期間通常會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)中斷，造成信道閃斷.冷備份主備倒換會(huì)造成相對(duì)長時(shí)間的通信中斷，1+1 負(fù)載分擔(dān)方式不存在主用或備用概念，當(dāng)其中一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，不會(huì)造成中斷.

3)設(shè)備超出使用壽命后性能不穩(wěn)定因素.通信設(shè)備均有其使用壽命，通常在出廠時(shí)經(jīng)過測試給出大概年限，一般為10 a左右，具體視設(shè)備性能質(zhì)量不同而不同.超出使用壽命的設(shè)備性能會(huì)下降，出現(xiàn)故障的幾率會(huì)提升，可能會(huì)造成閃斷[2].

4)設(shè)備老化后性能不穩(wěn)定因素.“老化”的說法在工作中經(jīng)常聽到，它具體是指高分子材料在加工、儲(chǔ)存和使用過程中，由于受內(nèi)外因素的綜合作用，其性能逐漸變壞，以致最后喪失使用價(jià)值的現(xiàn)象.設(shè)備的老化程度與設(shè)備材質(zhì)、機(jī)房工作環(huán)境、日常維護(hù)質(zhì)量等息息相關(guān).

3.3 工作環(huán)境不良

工作環(huán)境不良引起的閃斷通常為無規(guī)律閃斷，也可能為持續(xù)相似條件下的有規(guī)律閃斷，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1)供電不穩(wěn)定因素.機(jī)房供電突然變高或變低，或者停電后又迅速恢復(fù)，雖沒有損壞設(shè)備造成中斷，但突然的變化可能讓設(shè)備工作出錯(cuò)，特別對(duì)于沒有配備獨(dú)立變壓電源的設(shè)備而言，受供電不穩(wěn)定的影響更大.目前航天業(yè)務(wù)網(wǎng)通信機(jī)房的設(shè)備供電大多先經(jīng)過UPS穩(wěn)壓，而非直接采用市電，所以供電不穩(wěn)定造成閃斷的幾率較小.

2)溫度超標(biāo)因素.設(shè)備均有其正常工作范圍，溫度過高或過低對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行會(huì)造成一定影響.這里溫度是指設(shè)備工作溫度，受氣溫或機(jī)房溫度、設(shè)備散熱情況等影響.一些場區(qū)或點(diǎn)號(hào)低溫氣候長，室外設(shè)備特別是山頭點(diǎn)號(hào)設(shè)備冬季長期處于0°～-30°左右環(huán)境工作，易產(chǎn)生設(shè)備不工作或間歇性工作，造成中斷或閃斷.

3)濕度超標(biāo)因素.濕度過高會(huì)造成電子設(shè)備短路，濕度過低容易產(chǎn)生靜電，均會(huì)對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行造成一定影響.在雷雨季節(jié)需做好防水、防潮準(zhǔn)備，特別對(duì)于一些密封環(huán)境下的無人點(diǎn)號(hào)設(shè)備，因不透風(fēng)，長期處于潮濕狀態(tài).

4)接地不良因素.接地不良分為室外地網(wǎng)阻值偏高和室內(nèi)接地不規(guī)范兩種，其后果是不能有效防雷，或者設(shè)備共地性能不好，產(chǎn)生電位差，導(dǎo)致閃斷.常見故障為：工作地、保護(hù)地沒有分開，有混接現(xiàn)象；地排、地線接觸不好或者沒有連接；接地線線徑不夠，阻值偏高；地理環(huán)境改變或室外地線銹蝕導(dǎo)致地網(wǎng)阻值偏高.其中設(shè)備接地線主要是為了導(dǎo)靜電和調(diào)節(jié)電壓差，接地不良會(huì)導(dǎo)致靜電沒有被導(dǎo)走和電壓不穩(wěn)，造成傳輸誤碼，引發(fā)閃斷[3].

3.4 參數(shù)或軟件不匹配

參數(shù)或軟件不匹配引起的閃斷通常為有規(guī)律閃斷，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1)時(shí)鐘不同步因素.時(shí)鐘是同步傳輸?shù)幕A(chǔ)，航天業(yè)務(wù)網(wǎng)光傳輸、衛(wèi)通、微波通信網(wǎng)等傳輸線路均采用同步傳輸方式，若出現(xiàn)時(shí)鐘不同步，則會(huì)造成線路不通，或產(chǎn)生滑碼造成閃斷.時(shí)鐘通常包括內(nèi)鐘、外鐘或者主鐘、從鐘等，相鄰的DTE或DCE設(shè)備以及調(diào)制解調(diào)、復(fù)用解復(fù)用等設(shè)備內(nèi)部都存在時(shí)鐘相關(guān)問題，所以在RS-232，RS-422/485等數(shù)據(jù)線纜制作時(shí)需特別注意時(shí)鐘信號(hào)線的正?；蚪徊孢B接[4].

2)新機(jī)架或板件與老的軟件包沖突所致.新安裝設(shè)備容易出現(xiàn)此類問題，特別對(duì)于系列型的產(chǎn)品在升級(jí)時(shí)要引起注意，如航天業(yè)務(wù)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的SDH以及各型交換機(jī)等.

3)其他參數(shù)或軟件配置因素.速率、帶寬、優(yōu)先級(jí)、端口、緩存等各類參數(shù)設(shè)置或協(xié)議、策略的配置不匹配等，均可能引起數(shù)據(jù)丟失造成閃斷.隨著信息化建設(shè)和通信技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備性能和集成度不斷提高，軟件參數(shù)在通信運(yùn)維中的比例大大提高，其故障的可能性亦在提高.

3.5 其他引起閃斷的因素

一些閃斷故障突然發(fā)生卻又莫名消失，無法復(fù)現(xiàn)即無法驗(yàn)證.引起閃斷的因素除了上述以外，可能還有微波對(duì)調(diào)不精確、衛(wèi)通天線對(duì)星漂移、病毒發(fā)作、人為操作、多系統(tǒng)不兼容等各方面，均需我們引起注意.

4 閃斷處理方法

航天業(yè)務(wù)網(wǎng)故障的處理要根據(jù)故障現(xiàn)象和可能原因有序進(jìn)行，但基于閃斷故障的特點(diǎn)，其處理比線路徹底中斷故障的處理更難，特別對(duì)于大系統(tǒng)、多環(huán)節(jié)鏈路中發(fā)生的閃斷問題，涉及專業(yè)多、設(shè)備多、人員多，協(xié)調(diào)配合程度亦決定著故障處理的效率，對(duì)閃斷問題的快速準(zhǔn)確解決提出了挑戰(zhàn).

根據(jù)《固定通信臺(tái)站值勤維護(hù)管理?xiàng)l例》和各型任務(wù)通信保障要求，針對(duì)航天業(yè)務(wù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、崗位力量配置和常見閃斷故障的特點(diǎn)，綜合上述原因分析和歷年故障排除的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，遇到閃斷時(shí)可從如下幾方面著手解決.

4.1 處理原則

1)掌握現(xiàn)象.因?qū)I(yè)多、設(shè)備多、涉及人員多、告警時(shí)間短，需從全系統(tǒng)出發(fā)，認(rèn)真觀察，多方溝通，掌握閃斷的具體現(xiàn)象和影響，提高故障排除的針對(duì)性.

2)摸清規(guī)律.因不同原因造成的閃斷規(guī)律不同，需從全方位出發(fā)，廣泛了解，積極總結(jié)，摸清閃斷的時(shí)間、期間相關(guān)動(dòng)作等特點(diǎn)和規(guī)律，提高故障排除的準(zhǔn)確性.

3)縮小范圍.因信號(hào)傳輸節(jié)點(diǎn)多、鏈路長、影響面大，需從全流程出發(fā)，仔細(xì)分析，分段測試，縮小閃斷的故障區(qū)間，提高故障排除的時(shí)效性.

4)做好定位.因任務(wù)要求高、一些閃斷時(shí)有時(shí)無，需從全要素出發(fā)，大膽試驗(yàn)，盡量復(fù)現(xiàn)，做好閃斷的故障定位和歸零，提高故障排除的可靠性.

4.2 處理要求

1)故障發(fā)現(xiàn).認(rèn)真觀察，記錄及時(shí).

2)故障分析.系統(tǒng)全面，客觀深入.

3)故障處理.思路清晰，膽大心細(xì).

4)故障歸零.盡量復(fù)現(xiàn)，舉一反三.

5)故障全程.多方協(xié)作，密切配合.

4.3 處理總體思路

圖2 從全系統(tǒng)的角度出發(fā)，簡要列出了航天業(yè)務(wù)網(wǎng)閃斷故障處理的總體思路和TCP/IP框架下的專業(yè)分布，系統(tǒng)人員可按相關(guān)邏輯，逐步實(shí)施；崗位人員可從中對(duì)號(hào)入座，選取相應(yīng)部分參考執(zhí)行；或者各專業(yè)同步實(shí)施、綜合排查[5].

圖2 航天業(yè)務(wù)網(wǎng)閃斷故障處理簡要流程圖Fig.2 Brief flow diagram of flash break treatment of Aerospace business network

4.4 相關(guān)快速處理方法

在應(yīng)急等相關(guān)情況下，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行快速處理，此時(shí)應(yīng)先從可能性高和簡單易實(shí)施的方面進(jìn)行排查，可分為兩類：

4.4.1 有規(guī)律閃斷快速處理

對(duì)于有規(guī)律閃斷的故障，參數(shù)或軟件不匹配、設(shè)備性能不穩(wěn)定等問題的可能性較大，而特定條件下的傳輸信道不穩(wěn)定、工作環(huán)境不良等原因可能性較小，其中告警記錄通常能發(fā)揮較大作用.圖3 為有規(guī)律閃斷故障快速處理簡要流程，其中橫線代表可同步進(jìn)行.

圖3 有規(guī)律閃斷故障快速處理流程Fig.3 Fast handling flow diagram of regular flash break

4.4.2 無規(guī)律閃斷快速處理

對(duì)于無規(guī)律閃斷的故障，傳輸信道不穩(wěn)定、工作環(huán)境不良等原因的可能性較大，而設(shè)備性能不穩(wěn)定等問題的可能性較小，其狀態(tài)不易把握，告警記錄中的具體分析往往作用性不大，圖4 為無規(guī)律閃斷故障快速處理簡要流程.

圖4 無規(guī)律閃斷故障快速處理流程Fig.4 Fast handling flow diagram of random flash break

因問題現(xiàn)象不同、發(fā)生部位不同、影響程度不同等，不同故障的具體處理方法通常不同，如信道問題引起的閃斷，在用戶和網(wǎng)絡(luò)交換中心均能發(fā)現(xiàn)，而因用戶或網(wǎng)絡(luò)中心配置問題引起的閃斷，在信道中通常不能發(fā)現(xiàn)，亦不需要做相關(guān)動(dòng)作.為提高故障排除的快速準(zhǔn)確性，具體的故障處理應(yīng)視具體問題而定.

5 閃斷典型案例

5.1 B點(diǎn)至A點(diǎn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)閃斷

某年9月3日，B點(diǎn)至A點(diǎn)調(diào)度出現(xiàn)間斷干擾噪音大、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)斷時(shí)續(xù)、同時(shí)B衛(wèi)通至A衛(wèi)通鏈路的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(DDN)設(shè)備雙方中繼板間斷出現(xiàn)閃斷告警等現(xiàn)象，間隔短，比較有規(guī)律.

當(dāng)時(shí)，故障采取一系列由大到小的誤碼測試、分段定位等處理措施，將問題逐步縮小范圍后，再嘗試小范圍內(nèi)可疑設(shè)備倒換進(jìn)行問題定位排除及復(fù)現(xiàn)，最終定位為B衛(wèi)通數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)控制板時(shí)鐘鎖相環(huán)故障.整個(gè)測試處理線路簡單流程如圖5 所示，其中NCL為網(wǎng)絡(luò)控制板、ILC為中繼板、QSC為用戶板、SCMM2000為調(diào)制解調(diào)器.

但是，閃斷時(shí)系統(tǒng)日志有關(guān)于時(shí)鐘源頻繁跳動(dòng)無法鎖定的相關(guān)信息，人員沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，待各項(xiàng)測試基本完成、故障范圍縮小到B衛(wèi)通數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)才有所覺察；此處通過層次合理的誤碼測試逐步縮小范圍，最后進(jìn)行可疑故障部位主備倒換，將故障定位和復(fù)現(xiàn)，不免花費(fèi)較長時(shí)間，但其中的寶貴經(jīng)驗(yàn)仍值得學(xué)習(xí)借鑒.

圖5 B點(diǎn)至A點(diǎn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)閃斷故障測試處理線路簡單流程Fig.5 Simple flow diagram of flash break test processing circuit from B to A point in digital data network

5.2 IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)間斷丟包

某年10至11月，IP網(wǎng)對(duì)A，B方向數(shù)據(jù)間斷丟包，問題發(fā)生時(shí)間不同、長短不一、間隔無規(guī)律，檢查信道、設(shè)備、工作環(huán)境均正常，速率、端口、協(xié)議等各項(xiàng)策略配置正確，如圖6 所示.利用一次故障持續(xù)時(shí)間較長的時(shí)機(jī)，IP網(wǎng)管中心在檢測終端對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)過大，遂通知用戶更改發(fā)送數(shù)據(jù)速率，問題得以解決.事后分析鏡像抓包數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了流量超發(fā)結(jié)果.

此故障定位于用戶沒有遵守協(xié)議提高了數(shù)據(jù)發(fā)送速率，超出了網(wǎng)絡(luò)策略限制，造成丟包；故障的排除得益于網(wǎng)管中心抓住了一次長時(shí)間故障機(jī)遇，及時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了檢測分析，找出了用戶違規(guī)行為，值得我們警醒.

圖6 A點(diǎn)至B點(diǎn)和C點(diǎn)IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用簡單流程Fig.6 Simple flow diagram of IP network application from A to B and C point