氣象SDH光環(huán)網(wǎng)改進與氣象業(yè)務分級傳輸

趙心越

摘要：目前，民航氣象業(yè)務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)務中的應用。該技術(shù)強大的保護能力、業(yè)務分級、公平算法等特點對于民航氣象業(yè)務傳輸來說優(yōu)勢明顯。同時，本研究討論了應用RPR技術(shù)后各種民航氣象業(yè)務的分級傳輸。對于建設一個滿足多業(yè)務傳輸?shù)拿窈綒庀笸ㄐ啪W(wǎng)絡，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)務分級傳輸

中圖分類號：TN914.332；TN929.1文獻標識碼：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)務需求的發(fā)展導致用戶與核心網(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)務的傳輸，SDH確定了由低速率復用獲得高速率，再由高速率復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)，應用彈性分組環(huán)（Resilient Packet Ring，RPR）技術(shù)進行系統(tǒng)設計能夠?qū)崿F(xiàn)對多種業(yè)務進行傳輸?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)務等級嚴格以及網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)等優(yōu)點，同時可以對業(yè)務進行分類。所以，對于不同業(yè)務的傳輸要求，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)議標準，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。

2RPR應用優(yōu)勢

2.1強大的保護能力

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

2.2業(yè)務分級傳輸

按不同業(yè)務劃分不同保護級別，有利于滿足不同的業(yè)務需要。

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)都對應有物理層實體。環(huán)0的傳輸方向定義為西向，對應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會進入保護狀態(tài)（環(huán)回保護或者源路由保護）。當節(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)點直接進行傳輸。

3.2RPR的業(yè)務分級

RPR將傳輸?shù)臉I(yè)務劃分成A類、B類和C類，A類業(yè)務又劃分為A0類和A1類，B類業(yè)務分為B-CIR類和BEIR類。對業(yè)務類型進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)務對傳輸質(zhì)量的要求不同，分級傳送，既確保了業(yè)務數(shù)據(jù)能夠按順序發(fā)送，滿足了不同業(yè)務的帶寬要求和時延抖動限制，又合理利用了網(wǎng)絡帶寬資源。

分類操作在RPR的MAC層進行，不同業(yè)務被分為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)務的分級如表1所示。

3.3RPR的公平算法

當節(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)，導致環(huán)路擁塞，也會影響一些高優(yōu)先級業(yè)務的傳輸。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——C類和BEIR業(yè)務，A類和B-CIR類業(yè)務不受該算法調(diào)節(jié)。公平算法按圖2進行調(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)務的分級傳輸

在民航氣象業(yè)務中，有許多數(shù)據(jù)需要傳回設備室機房，如氣象雷達探測資料、自動氣象觀測系統(tǒng)探測資料、風廓線探測資料、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、風廓線雷達探測數(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確，風向風速和RVR等數(shù)據(jù)是飛行員和管制員進行判斷的重要依據(jù)。目前，鄭州機場采用SDH光環(huán)網(wǎng)對這類重要數(shù)據(jù)進行傳輸，其他數(shù)據(jù)并未采用SDH光環(huán)網(wǎng)進行傳輸，所以目前設備機房存在多種光纖接入設備，存在設備冗余的問題，增加了維護工作量。

RPR作為一種新的MAC層協(xié)議，可以廣泛應用于SDH/SONET、以太網(wǎng)等傳統(tǒng)媒介，對于民航氣象這一特定領域來說優(yōu)勢明顯。在民航氣象領域中，需要傳輸?shù)臉I(yè)務數(shù)據(jù)很多，對于傳輸?shù)囊笠膊灰粯?。應用RPR技術(shù)可以節(jié)省資源及設備，又可以滿足各種業(yè)務數(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)務進行傳輸，優(yōu)先級最高。視頻監(jiān)控這一類業(yè)務并非核心業(yè)務，可以作為C類業(yè)務進行傳輸，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)務分級傳輸，可以節(jié)省帶寬，提升承載網(wǎng)絡的利用效率。對于多種不同業(yè)務，利用RPR更具有針對性。對于基層氣象機務員來說，該技術(shù)可以減少機房設備，在保證業(yè)務正常傳輸?shù)耐瑫r減輕工作量。因此，對于建設一個滿足多業(yè)務傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡，RPR技術(shù)具有巨大潛力。

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