顯控計算服務平臺的通信接入方法研究?

許桂明 王夢瀟

（中國電子科技集團公司第二十八研究所 南京 210007）

1 引言

隨著顯控信息服務平臺應用的聯(lián)合、共享、一體化、服務化等需求的深化，給平臺通信互聯(lián)提出了更高的要求，而通信接入是實現(xiàn)各平臺信息聯(lián)合、共享的重要環(huán)節(jié)。早在2011年美國國防部就提出了構建聯(lián)合信息環(huán)境（JIE），實現(xiàn)各層次、各領域信息服務平臺的信息接入與互聯(lián)［1～2］。在虛擬化、云計算等新技術的推動下，信息服務平臺對信息共享化、應用服務化提出了迫切要求。本文針對顯控計算平臺信息交互、通信互聯(lián)等特點，基于融合通信的思想，提出一種顯控計算服務平臺的通信接入方法，為完善、統(tǒng)一信息互聯(lián)，提升顯控計算服務平臺的接入能力進行探索。

2 通信接入的能力需求

顯控計算服務平臺包括計算、存儲、顯控和互聯(lián)等功能子系統(tǒng)，涉及陸上平臺、海上平臺等類型。陸上平臺依托發(fā)達的有線網(wǎng)絡、專線網(wǎng)絡等通信接入手段，具備較強的IP化通信能力；海上平臺依托各艦船通信接入點，如采用衛(wèi)星、VHF/HF等手段實現(xiàn)各艦船顯控服務平臺之間的信息互通。通信互聯(lián)在體制、鏈路、業(yè)務通達等方面對計算服務平臺提出了新的需求：包括信息接入標準化、資源共享、按需分配、集中管理等，提升視頻、話音、數(shù)據(jù)報文等各類信息的互聯(lián)互通以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托?；另外“高可用、一體化、虛擬化”的需求，使通信接入應支持即時可用等大數(shù)據(jù)特征的基礎網(wǎng)絡架構，以滿足各專業(yè)信息處理、數(shù)據(jù)處理、信號處理等應用［3～6］。

3 實現(xiàn)方法

通信接入包括物理鏈路引接、數(shù)據(jù)通信及信息組網(wǎng)等方面［7～8］。通過將物理鏈路引接引入數(shù)據(jù)通信接入平臺，實現(xiàn)多種通信手段的綜合應用及多樣業(yè)務數(shù)據(jù)的標準化接入，優(yōu)化、擴充了通信接入的功能，采用扁平化、多租戶、適應快速遷移的信息組網(wǎng)技術［9］，滿足虛擬化計算環(huán)境的應用，實現(xiàn)通信接入融合通信。

通信接入實現(xiàn)的總體框架如圖1所示，由融合通信接入平臺、局域網(wǎng)絡兩部分組成。融合通信接入平臺通過對各類有線/無線鏈路的綜合運用與IP化處理，實現(xiàn)對艦船、飛機、固定數(shù)據(jù)中心、機動車等各類數(shù)據(jù)節(jié)點的信息接入；局域網(wǎng)以大二層網(wǎng)絡架構為基礎構成平臺通信網(wǎng)絡，負責承載融合通信接入的信息流，為顯控計算業(yè)務提供支撐。

圖1 顯控計算服務平臺通信接入實現(xiàn)框架

1）融合通信接入平臺設計

融合通信接入平臺將有線/無線信息傳輸技術與IP化技術結合，在物理層面，依托有線/無線接入單元，引接專網(wǎng)、專線、衛(wèi)星、短波、超短波等各類通信鏈路［10］；在應用層面，通過音頻、視頻、數(shù)據(jù)等各類信息的IP化，實現(xiàn)艦船、飛機、機動車等各類信息互聯(lián)接入。

圖2 融合通信接入技術框架

如圖2所示，融合通信接入平臺由IP化通信接入模塊、非IP化通信接入模塊、多協(xié)議網(wǎng)關接入模塊及通信調(diào)度管理模塊構成。

IP化通信接入方式采用基于萬兆光纖通信的高速實時交換技術，接入專網(wǎng)、專線鏈路信息，實現(xiàn)固定數(shù)據(jù)節(jié)點的話音、視頻及各類數(shù)據(jù)報文的實時通信，具有高帶寬、強實時、鏈路穩(wěn)定的技術特點。

非IP化通信接入方式主要包括衛(wèi)星通信、短波、超短波等通信鏈路，衛(wèi)星通信可承載語音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務，通信速率較高，是高速遠程通信的主要方式；短波通信主要承載語音、報文、指令等低帶寬業(yè)務，是低速遠程通信的主要方式；超短波通信具有集群通信和自組織兩種模式，用于近海船只與固定數(shù)據(jù)中心及艦船、飛機間的近程通信。

多協(xié)議網(wǎng)關接入模塊是接入數(shù)據(jù)的IP化封裝與多協(xié)議轉換的中間平臺，通過對各類非IP化信息的IP化封裝及各類通信體制的協(xié)議轉換，實現(xiàn)不同顯控服務平臺間的互聯(lián)互通。

通信調(diào)度管理模塊是融合通信接入平臺的任務控制器，一方面對系統(tǒng)進行調(diào)度控制，管理各模塊的任務運行，實現(xiàn)鏈路無縫切換；另一方面提供系統(tǒng)狀態(tài)自檢、監(jiān)控等功能，實現(xiàn)融合通信系統(tǒng)綜合運維管理。

2）網(wǎng)絡互聯(lián)設計

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡大多采用三層樹狀網(wǎng)絡架構，存在東西向數(shù)據(jù)通信瓶頸問題及虛擬機動態(tài)遷移問題，無法滿足云計算應用需求［11］。為解決上述問題，云計算數(shù)據(jù)中心主要采用“大二層”網(wǎng)絡架構，基于扁平化設計思路，將三層通信協(xié)議與二層VLAN技術相融合，實現(xiàn)各節(jié)點數(shù)據(jù)在同一二層網(wǎng)絡內(nèi)的交互，支持虛擬機動態(tài)遷移。

圖3 大二層網(wǎng)絡體系架構

為適應顯控計算服務平臺虛擬化要求，采用基于隧道技術的大二層網(wǎng)絡架構，實現(xiàn)橫向虛擬化及邏輯分區(qū)線性可擴，并通過高密度萬兆連接，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。信息服務平臺大二層網(wǎng)絡架構如圖3所示：由核心層、接入層組成。核心層負責匯聚接入層流量，提供對業(yè)務的控制和優(yōu)化，在二層扁平化組網(wǎng)中作為網(wǎng)關，提供VLAN間的流量轉發(fā)，實現(xiàn)跨功能區(qū)域的平臺互聯(lián)。接入層采用高密度萬兆接入和交換機堆疊技術，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理服務器及終端接入，提供多種安全和QoS策略。組網(wǎng)協(xié)議方面，采用多鏈透明互聯(lián)協(xié)議（TRILL），完成報文數(shù)據(jù)在大二層網(wǎng)絡內(nèi)的轉發(fā)，該協(xié)議通過對IS-IS路由協(xié)議的擴充實現(xiàn)二層路由功能，其技術核心是路由網(wǎng)橋。路由網(wǎng)橋以IS-IS協(xié)議中的鏈路狀態(tài)協(xié)議來識別TRILL區(qū)域的拓撲結構，用最短路徑樹算法計算路由轉發(fā)表生成物理地址表，具有有效消除環(huán)路、高效轉發(fā)、快速收斂、支持與傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡無縫對接等特點［12］，為顯控計算服務平臺大二層網(wǎng)絡的構建提供了技術基礎。

4 典型顯控計算服務平臺構建

典型顯控計算服務平臺構建如圖4所示，由融合通信接入平臺、大二層網(wǎng)絡及顯控計算環(huán)境構成。融合通信接入平臺、大二層網(wǎng)絡實現(xiàn)有線/無線通信鏈路各類信息的統(tǒng)一接入與組網(wǎng)互聯(lián)；顯控計算環(huán)境按部署方式可分為有中心顯控計算環(huán)境及無中心顯控計算環(huán)境，通過有中心/無中心的計算環(huán)境體現(xiàn)“信息共享化、應用服務化”。

圖4 典型顯控計算服務平臺框架

有中心顯控計算環(huán)境將顯控業(yè)務平臺與計算服務平臺分離：虛擬化計算服務中心實現(xiàn)計算、存儲資源的統(tǒng)一整合與調(diào)度，向顯控業(yè)務平臺提供服務，顯控業(yè)務平臺包括固定式、便攜式等各類顯控終端設備，提供上層應用的顯示、操控界面。該平臺具有資源利用率高、部署靈活的特點，適用于業(yè)務類型多樣、計算服務規(guī)模較大的場合。

無中心顯控計算環(huán)境將各類顯控計算終端作為物理計算資源池，采用虛擬化資源調(diào)度平臺，實現(xiàn)顯控終端與計算服務平臺的融合，形成無中心化的計算服務中心。各顯控計算終端集成計算服務單元與顯控單元兩部分，分別用于虛擬化計算服務平臺部署與用戶界面顯控，具有節(jié)約空間、靈活可擴、資源利用高效等優(yōu)點，適用于艦船、車載等部署空間受限的應用環(huán)境。

典型顯控計算服務平臺集融合通信、大二層網(wǎng)絡與虛擬化計算的技術優(yōu)勢為一體，可根據(jù)應用環(huán)境的類型按需部署，與傳統(tǒng)顯控計算服務平臺相比，主要優(yōu)點有：

1）通信接入規(guī)范化

融合通信接入體系為數(shù)據(jù)、話音、視頻等各類信息提供了標準、統(tǒng)一、高效的接入手段，實現(xiàn)了多種通信鏈路的綜合運用與按需調(diào)度，提升了顯控計算服務平臺與不同業(yè)務系統(tǒng)間信息互聯(lián)、共享的能力。

2）通信交互方式優(yōu)化，提升信息服務效率

顯控計算服務平臺采用大二層組網(wǎng)結構及虛擬化計算環(huán)境，通過虛擬化、集群技術實現(xiàn)計算環(huán)境的靈活部署與快速遷移，提升信息服務效率。

信息服務平臺正由定制化系統(tǒng)向一體化、高可用、虛擬化系統(tǒng)快速轉型，支持融合通信與虛擬化技術的顯控計算服務平臺將成為新一代顯控計算信息系統(tǒng)的發(fā)展方向。

5 結語

本文從顯控計算平臺的通信能力需求出發(fā)，通過在信息接入、計算服務和網(wǎng)絡互聯(lián)等方面功能實現(xiàn)的分析，提出顯控計算服務平臺一種通信接入方法，構建了融合通信與大二層網(wǎng)絡體系，對未來顯控服務平臺的構建研發(fā)工作有一定的指導意義。

［1］姜志勇，張海燕.美海軍通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀分析［J］.通信技術，2015，9（48）：987-992.

［2］石劍琛.開放體系架構在海軍信息系統(tǒng)應用模式研究［J］. 艦船電子工程，2016，9（36）：5-8.

［3］馬永龍，陶偉等.公共計算與服務環(huán)境綜述［J］.計算機與數(shù)字工程，2016，44（7）：1298-1303.

［4］劉伯峰，劉帆等.基于云計算的作戰(zhàn)系統(tǒng)集成結構［J］.中國艦船研究，2013，8（4）：92-96.

［5］董曉明，馮浩等.全艦計算環(huán)境體系結構和系統(tǒng)集成框架［J］. 中國艦船研究，2014，9（1）：8-13.

［6］張路青.海上一體化信息基礎設施總體技術框架研究［J］. 艦船電子工程，2010，30（3）：1-3.

［7］黃坤，石朝明等.面向服務的艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)集成框架研究與原理驗證［J］. 中國艦船研究，2013，8（5）：1-5.

［8］章原發(fā).大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)在海軍作戰(zhàn)中的應用［J］.國防科技，2015，36（3）：101-103.

［9］宋建宇，褚孔統(tǒng).云計算架構及應用［J］.指揮信息系統(tǒng)與技術，2013，4（5）：46-50.

［10］蔡金旺，黃治華.海上戰(zhàn)術通信網(wǎng)絡服務架構研究［J］. 艦船科學技術，2016，38（8）：95-99.

［11］叢蓉，林宗祥等.虛擬化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構優(yōu)化技術［J］. 軍事通信技術，2016，37（3）：77-80.

［12］王斌鋒，蘇金，陳琳.云計算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡設計綜述［J］. 計算機研究與發(fā)展，，2016，53（9）：2085-2106.