分組交換技術(shù)在民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探析

梁有程 廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師

1 引言

民航業(yè)是國(guó)家信息安全保障工作的重點(diǎn)行業(yè)，民航信息網(wǎng)絡(luò)的安全與穩(wěn)定已成為國(guó)家信息網(wǎng)絡(luò)安全工作的重要組成部分。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的民航信息化也在加快，并先后建立了一系列的民航信息系統(tǒng)。民航信息系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)發(fā)展趨勢(shì)，使得各民航經(jīng)營(yíng)單位的運(yùn)營(yíng)環(huán)境發(fā)生變化，在這種新的形勢(shì)下民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸承載網(wǎng)絡(luò)的要求也越來(lái)越高。

民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)又稱(chēng)民航平面通信網(wǎng)，是民航兩大通信系統(tǒng)（平面通信和地空通信）之一，其主要功能是為民航單位提供生產(chǎn)、運(yùn)行管理及行政辦公信息的處理、傳輸及交換等通信服務(wù)。民航通信業(yè)務(wù)在不斷發(fā)展，民航各單位的通信信息量也不斷增大，這使得民航業(yè)為適應(yīng)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展必須不斷對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。在深入分析目前民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中存在的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)將新型現(xiàn)代通信設(shè)備引入民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)進(jìn)行重新優(yōu)化及設(shè)備改造，將對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有很大的改進(jìn)。傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化主要的目的是傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過(guò)理順網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)層次有利于充分發(fā)揮通信設(shè)備的功用并提高通信網(wǎng)絡(luò)的使用效率，這也利于后期網(wǎng)絡(luò)改造及新業(yè)務(wù)的接入。

基于民航信息網(wǎng)絡(luò)的重要性，引入新型的通信設(shè)備來(lái)促進(jìn)和完善民航信息網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展是目前民航信息網(wǎng)絡(luò)升級(jí)與改造的重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容之一；但如何引入新型的通信設(shè)備，引入哪類(lèi)新型設(shè)備就值得深入探討。PTN（PacketTransportNetwork，分組傳送網(wǎng)）是近年新出現(xiàn)的一種傳輸技術(shù)，是基于分組傳送的新一代多業(yè)務(wù)統(tǒng)一傳送網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)分組業(yè)務(wù)的高效傳送，同時(shí)能夠兼容對(duì)傳統(tǒng)TDM、ATM等業(yè)務(wù)的承載。PTN繼承了SDH傳送網(wǎng)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，具有接入業(yè)務(wù)多樣化、可靠性高、安全性好、網(wǎng)絡(luò)管理能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅可以接入多種業(yè)務(wù)，也可以解決民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)IP化的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)，嘗試在民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸網(wǎng)中引入PTN設(shè)備也成為本文探討的主要內(nèi)容。

2 民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

通信網(wǎng)絡(luò)主要由接入、傳輸、交換和網(wǎng)絡(luò)管理4大部分組成，民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)也具有通信網(wǎng)絡(luò)以上基本組成因素。我國(guó)民航信息網(wǎng)絡(luò)在改革開(kāi)放后就逐步建立起來(lái)，到20世紀(jì)90年代有了較快發(fā)展。隨著民航信息網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)容量的不斷擴(kuò)大，傳輸網(wǎng)絡(luò)也越來(lái)越顯現(xiàn)出它在民航信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中的重要性。傳輸網(wǎng)絡(luò)是民航數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，ATM技術(shù)在20世紀(jì)90年代逐步應(yīng)用于我國(guó)的民用通信業(yè)務(wù)中；民航在21世紀(jì)初逐步采用ATM設(shè)備替換以前的PDH設(shè)備，并對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)進(jìn)行改造，逐步采用ATM設(shè)備建立起覆蓋民航所有機(jī)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。該平臺(tái)以數(shù)字電路和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)為傳輸路由，能提供ATM、IP、固網(wǎng)電話等多種通信業(yè)務(wù)。

隨著通信技術(shù)及民航業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，早期建設(shè)的民航通信傳輸網(wǎng)慢慢出現(xiàn)了一定的問(wèn)題，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）網(wǎng)絡(luò)可靠性：早期建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)多次改造建設(shè)，造成個(gè)別網(wǎng)絡(luò)的安全及可靠性降低，網(wǎng)絡(luò)的合理性也受到相應(yīng)的影響；大部分通信設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，使得這些設(shè)備中的部分板件存在安全隱患。

（2）網(wǎng)絡(luò)高效性：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的業(yè)務(wù)配置與調(diào)整，造成業(yè)務(wù)通道的大量閑置，使得網(wǎng)絡(luò)通道利用率偏低；通道使用缺乏整體規(guī)劃也造成電路的運(yùn)行混亂，使得電路運(yùn)行的清晰度逐步降低；光纜線路纖芯的規(guī)劃分配不合理，使得部分光纜路由的纖芯使用混亂，降低了設(shè)備組網(wǎng)的高效性。

（3）網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的早期規(guī)劃不能滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求，造成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的連貫性能差；新業(yè)務(wù)的開(kāi)通也變得繁瑣；部分通信設(shè)備的升級(jí)難度加大，使得網(wǎng)絡(luò)對(duì)新業(yè)務(wù)接入的適應(yīng)能力的下降。

民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)之間也有一定的區(qū)別，民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承載的是民航信息系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)，對(duì)通信業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性和可靠性要求很高。在民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，傳輸網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)的承載基礎(chǔ)，承載各類(lèi)控制和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)既包括傳統(tǒng)的TDM也包括現(xiàn)行的分組傳送業(yè)務(wù)。傳輸承載網(wǎng)絡(luò)要保證民航通信業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)及安全必須具備良好的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)及網(wǎng)絡(luò)安全性能。隨著通信網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)IP化的快速發(fā)展，民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)該適應(yīng)民航通信網(wǎng)絡(luò)辦公系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及運(yùn)營(yíng)保障系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)，并能夠承載多種數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。

3 PTN設(shè)備在民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用初探

PTN技術(shù)是IP/MPLS、以太網(wǎng)技術(shù)和傳送技術(shù)3種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，順應(yīng)了通信網(wǎng)絡(luò)IP化、智能化、寬帶化的發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)民航信息網(wǎng)絡(luò)中傳輸網(wǎng)的現(xiàn)存問(wèn)題及業(yè)務(wù)需求，在民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中引入PTN設(shè)備來(lái)對(duì)現(xiàn)存的承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造優(yōu)化，不僅可以解決網(wǎng)絡(luò)的可靠性及可控性等問(wèn)題，而且可以輕易地實(shí)現(xiàn)多種新增業(yè)務(wù)的接入工作并滿足傳輸網(wǎng)絡(luò)未來(lái)全I(xiàn)P化、智能化的發(fā)展方向。

民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)應(yīng)緊密?chē)@通信業(yè)務(wù)的需求，并充分考慮數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)發(fā)展結(jié)構(gòu)?；谏鲜雒窈叫畔⒕W(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀的分析，可以清楚地認(rèn)識(shí)到民航信息網(wǎng)絡(luò)的特征及其對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的需求，并依據(jù)現(xiàn)有的基于ATM交換的民航信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，提出基于PTN技術(shù)的民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，該方案中民航數(shù)據(jù)網(wǎng)在總體結(jié)構(gòu)上繼續(xù)采用傳輸網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)行的層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，全網(wǎng)可分為接入層、匯接層及核心層（見(jiàn)圖1）。

圖1 基于分組交換技術(shù)的民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)層次示意圖

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，充分考慮到民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的重要性，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可采用分層的概念進(jìn)行規(guī)劃及設(shè)計(jì)，從上往下將通信網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)獨(dú)立的承載網(wǎng)絡(luò)；區(qū)域網(wǎng)絡(luò)也可按照這種分層概念來(lái)劃分，這種分層次的網(wǎng)絡(luò)劃分方式也便于后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)管理。

采用分組交換設(shè)備構(gòu)建的民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的核心層結(jié)構(gòu)類(lèi)似于傳統(tǒng)的基于ATM技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主要采用PTN設(shè)備來(lái)替代原來(lái)的ATM設(shè)備，該網(wǎng)絡(luò)的核心層由2個(gè)核心節(jié)點(diǎn)和8個(gè)一級(jí)節(jié)點(diǎn)組成，為便于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可采用mesh組網(wǎng)。根據(jù)民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需要，核心層的業(yè)務(wù)等級(jí)初定為10GE，業(yè)務(wù)等級(jí)可以根據(jù)后續(xù)的業(yè)務(wù)需要進(jìn)行調(diào)整。核心層構(gòu)成的PTN承載網(wǎng)主要負(fù)責(zé)各地區(qū)空管局至民航總局空管局之間的數(shù)據(jù)包通信。承載網(wǎng)絡(luò)的核心層通常采用雙星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的核心節(jié)點(diǎn)互為備份；在核心層中，總局空管局和民航總局及北京機(jī)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通信可采用高速傳輸鏈路通信，因此核心層的節(jié)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)設(shè)置為4個(gè)。

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的匯聚層主要為國(guó)內(nèi)各大型機(jī)場(chǎng)與民航數(shù)據(jù)通信中心間的數(shù)據(jù)通信，該通信方式為上下層間的數(shù)據(jù)傳輸，因此在匯聚層可采用鏈型組網(wǎng)，業(yè)務(wù)等級(jí)可設(shè)為10GE。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的第二層可劃分為匯聚層，該層節(jié)點(diǎn)可定義為二級(jí)節(jié)點(diǎn)，一級(jí)節(jié)點(diǎn)與二級(jí)節(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)浞绞綖樾切谓M網(wǎng)方式。匯聚層的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)也可采用鏈型組網(wǎng)，通過(guò)在匯聚層建立二級(jí)節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)直接連接。它們之間到核心層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)可采用直聯(lián)的節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。匯聚層采用PTN設(shè)備組建分組光傳送網(wǎng)，充分利用PTN設(shè)備的GMPLS技術(shù)，提供多重網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)，提升網(wǎng)絡(luò)安全性；接入層主要在現(xiàn)有的SDH網(wǎng)絡(luò)上做進(jìn)一步優(yōu)化，采用現(xiàn)有的SDH設(shè)備和PTN設(shè)備構(gòu)建PTN接入網(wǎng)，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，使現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)到PTN網(wǎng)絡(luò)。

接入層主要用于各小型機(jī)場(chǎng)內(nèi)部通信業(yè)務(wù)的傳輸承載及通信業(yè)務(wù)接入上層空管中心網(wǎng)絡(luò)，接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可采用GE鏈型組網(wǎng)的方式。二級(jí)節(jié)點(diǎn)下轄的三級(jí)節(jié)點(diǎn)都可以定義為接入層節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)接入層設(shè)備主要為本地節(jié)點(diǎn)提供低速的數(shù)據(jù)接入。接入層網(wǎng)絡(luò)可定義為星型結(jié)構(gòu)，該星型網(wǎng)絡(luò)以二級(jí)節(jié)點(diǎn)為核心。各個(gè)接入層節(jié)點(diǎn)利用PTN數(shù)據(jù)鏈路或衛(wèi)星鏈路接入上層的各二級(jí)節(jié)點(diǎn)。

核心層的mesh組網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方面可采用PTN設(shè)備的Tunnel或Wrapping保護(hù)來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。Tunnel 1：1保護(hù)采用擴(kuò)展APS協(xié)議通過(guò)保護(hù)通道傳送，它們之間的業(yè)務(wù)收發(fā)方式是單發(fā)單收，通信的兩端設(shè)備根據(jù)通信協(xié)議狀態(tài)和倒換狀態(tài)來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)的倒換；在Tunnel 1：1保護(hù)中，將工作通道與保護(hù)通道分離來(lái)避免通信業(yè)務(wù)的單點(diǎn)失效。Wrapping保護(hù)與Tunnel 1：1保護(hù)在網(wǎng)絡(luò)倒換中都需要采用APS協(xié)議；對(duì)于Wrapping保護(hù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)設(shè)備檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)失效，倒換請(qǐng)求由故障側(cè)的相鄰節(jié)點(diǎn)使用APS協(xié)議傳送。故障發(fā)生時(shí)，故障節(jié)點(diǎn)會(huì)檢測(cè)到失效或接收到倒換請(qǐng)求，并將該請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至失效節(jié)點(diǎn)，通信業(yè)務(wù)將被倒換至通信路由的反方向；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)失效或APS協(xié)議請(qǐng)求消失，通信業(yè)務(wù)恢復(fù)，通信業(yè)務(wù)的路由將返回原路由方向。在匯聚層網(wǎng)絡(luò)可部署MPLS TE FRR和VPN FRR，該保護(hù)機(jī)制和IP RAN業(yè)務(wù)保護(hù)獨(dú)立；接入層到匯聚層的端到端路徑上任意一點(diǎn)鏈路或者節(jié)點(diǎn)故障，可通過(guò)主備隧道保護(hù)來(lái)保障網(wǎng)絡(luò)的安全性。

在光纜線路方面，充分考慮原傳輸網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)存的光纜資源，只對(duì)部分的傳輸設(shè)備進(jìn)行更換與升級(jí)，不會(huì)涉及到光纜線路的升級(jí)改造，完全可以充分利用現(xiàn)存光纜線路，而不必新建光纜資源，既可以保證傳輸業(yè)務(wù)的順利切換，又節(jié)省了建設(shè)費(fèi)用。

在業(yè)務(wù)配置方面，充分考慮PTN設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)性能，根據(jù)PTN設(shè)備同時(shí)支持以太網(wǎng)及TDM業(yè)務(wù)傳輸?shù)奶匦?，可?shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及TDM業(yè)務(wù)的匯聚及傳輸；此外，PTN設(shè)備集合了IP交換及SDH技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，PTN設(shè)備使用的是類(lèi)似于SDH設(shè)備的網(wǎng)管系統(tǒng)的維護(hù)與操作習(xí)慣，他們可以在原有SDH設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上輕易掌握這種新設(shè)備的配置維護(hù)工作，從而大大節(jié)省人力資源的投入。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著民航通信業(yè)務(wù)量的不斷增大，民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)承載的通信業(yè)務(wù)種類(lèi)和規(guī)模也在不斷發(fā)展，為確保民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行穩(wěn)定，必然要求深入了解現(xiàn)有數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況及業(yè)務(wù)需求，并運(yùn)用科學(xué)的方法來(lái)對(duì)現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化及改造。PTN由于其自身的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，在公眾數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中已得到廣泛的應(yīng)用，如何將PTN設(shè)備引入民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)通信業(yè)務(wù)全I(xiàn)P化的發(fā)展方向是本文深入探討的焦點(diǎn)。本文結(jié)合PTN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特性及民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的設(shè)備基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析了民航數(shù)據(jù)通信基于ATM承載的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的現(xiàn)狀，并著重從通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向出發(fā)，提出在民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中引入PTN這一新型傳輸設(shè)備。通過(guò)探討采用PTN設(shè)備替換傳統(tǒng)的ATM數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)架構(gòu)及組網(wǎng)可行性，分析了PTN設(shè)備在民航數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用前景，為民航信息系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方向提供了參考依據(jù)及建設(shè)思路。

1 張宇.中國(guó)民航信息系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用.2011,1

2 劉建輝,衡紅軍.基于網(wǎng)格服務(wù)的民航信息發(fā)布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào).2007,7

3 張春魁,李?，|.民航ATM網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模和結(jié)構(gòu)的研究與實(shí)現(xiàn).空中交通管理.2003,1

4 陳紅艷,袁輝等.OTN與PTN、SDH技術(shù)在電力通信網(wǎng)的應(yīng)用.光通信研究.2013,4

5 李煒,王妙心等.基于PTN的多路徑傳輸連接建立機(jī)制研究.光通信技術(shù).2013,4

6 彭良福,李有生,黃勤珍.基于OTN+PTN的光傳輸網(wǎng)絡(luò)同步系統(tǒng)研究.光通信研究.2013,4

7 李劍宇.民航數(shù)據(jù)網(wǎng)路由技術(shù)及應(yīng)用策略.中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào).2007,7