分組交換技術在民航數據通信網絡中的應用探析

梁有程 廣州民航職業技術學院實驗師

1 引言

民航業是國家信息安全保障工作的重點行業，民航信息網絡的安全與穩定已成為國家信息網絡安全工作的重要組成部分。隨著信息技術的不斷發展，我國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。民航信息系統的多業務經營發展趨勢，使得各民航經營單位的運營環境發生變化，在這種新的形勢下民航數據通信網絡對傳輸承載網絡的要求也越來越高。

民航數據通信網絡又稱民航平面通信網，是民航兩大通信系統（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、運行管理及行政辦公信息的處理、傳輸及交換等通信服務。民航通信業務在不斷發展，民航各單位的通信信息量也不斷增大，這使得民航業為適應通信業務的發展必須不斷對現有的網絡設備進行升級改造。在深入分析目前民航數據通信網絡中存在的網絡問題的基礎上，我們發現通過將新型現代通信設備引入民航數據通信網絡，對現有的數據傳輸網進行重新優化及設備改造，將對網絡性能有很大的改進。傳輸網絡優化主要的目的是傳輸網絡的結構優化，通過理順網絡結構并優化網絡層次有利于充分發揮通信設備的功用并提高通信網絡的使用效率，這也利于后期網絡改造及新業務的接入。

基于民航信息網絡的重要性，引入新型的通信設備來促進和完善民航信息網絡，以適應通信技術的不斷發展是目前民航信息網絡升級與改造的重點建設內容之一；但如何引入新型的通信設備，引入哪類新型設備就值得深入探討。PTN（PacketTransportNetwork，分組傳送網）是近年新出現的一種傳輸技術，是基于分組傳送的新一代多業務統一傳送網絡，能夠實現對分組業務的高效傳送，同時能夠兼容對傳統TDM、ATM等業務的承載。PTN繼承了SDH傳送網的傳統優勢，具有接入業務多樣化、可靠性高、安全性好、網絡管理能力強等諸多優點，不僅可以接入多種業務，也可以解決民航數據通信網絡全網IP化的業務發展趨勢，嘗試在民航數據通信網絡的傳輸網中引入PTN設備也成為本文探討的主要內容。

2 民航數據通信網絡現狀

通信網絡主要由接入、傳輸、交換和網絡管理4大部分組成，民航數據通信網絡也具有通信網絡以上基本組成因素。我國民航信息網絡在改革開放后就逐步建立起來，到20世紀90年代有了較快發展。隨著民航信息網絡業務容量的不斷擴大，傳輸網絡也越來越顯現出它在民航信號網絡中的重要性。傳輸網絡是民航數據網絡的重要組成部分，隨著光通信技術的發展，ATM技術在20世紀90年代逐步應用于我國的民用通信業務中；民航在21世紀初逐步采用ATM設備替換以前的PDH設備，并對現有的數據通信網進行改造，逐步采用ATM設備建立起覆蓋民航所有機場的數據通信基礎網絡平臺。該平臺以數字電路和衛星網絡為傳輸路由，能提供ATM、IP、固網電話等多種通信業務。

隨著通信技術及民航業務的不斷發展，早期建設的民航通信傳輸網慢慢出現了一定的問題，主要有以下幾點：

（1）網絡可靠性：早期建設的網絡經過多次改造建設，造成個別網絡的安全及可靠性降低，網絡的合理性也受到相應的影響；大部分通信設備的長時間運行，使得這些設備中的部分板件存在安全隱患。

（2）網絡高效性：經過長期的業務配置與調整，造成業務通道的大量閑置，使得網絡通道利用率偏低；通道使用缺乏整體規劃也造成電路的運行混亂，使得電路運行的清晰度逐步降低；光纜線路纖芯的規劃分配不合理，使得部分光纜路由的纖芯使用混亂，降低了設備組網的高效性。

（3）網絡擴展性：網絡結構的早期規劃不能滿足網絡發展的需求，造成網絡建設的連貫性能差；新業務的開通也變得繁瑣；部分通信設備的升級難度加大，使得網絡對新業務接入的適應能力的下降。

民航數據通信網與公共數據通信網之間也有一定的區別，民航數據通信網承載的是民航信息系統的實時控制業務，對通信業務實時性和可靠性要求很高。在民航數據通信網絡中，傳輸網絡是網絡的承載基礎，承載各類控制和數據業務，這些數據業務既包括傳統的TDM也包括現行的分組傳送業務。傳輸承載網絡要保證民航通信業務的實時及安全必須具備良好的網絡保護及網絡安全性能。隨著通信網絡全網IP化的快速發展，民航數據通信網絡還應該適應民航通信網絡辦公系統、監控系統及運營保障系統對數據通信網絡發展的趨勢，并能夠承載多種數據通信業務。

3 PTN設備在民航數據通信網絡中的應用初探

PTN技術是IP/MPLS、以太網技術和傳送技術3種技術相結合的產物，順應了通信網絡IP化、智能化、寬帶化的發展趨勢。針對民航信息網絡中傳輸網的現存問題及業務需求，在民航數據通信網絡中引入PTN設備來對現存的承載網絡進行改造優化，不僅可以解決網絡的可靠性及可控性等問題，而且可以輕易地實現多種新增業務的接入工作并滿足傳輸網絡未來全IP化、智能化的發展方向。

民航數據通信網的規劃與建設應緊密圍繞通信業務的需求，并充分考慮數據通信網絡的未來發展結構?；谏鲜雒窈叫畔⒕W絡現狀的分析，可以清楚地認識到民航信息網絡的特征及其對傳輸網絡的需求，并依據現有的基于ATM交換的民航信息網絡基礎，提出基于PTN技術的民航數據通信網絡建設方案，該方案中民航數據網在總體結構上繼續采用傳輸網絡現行的層次化網絡結構，全網可分為接入層、匯接層及核心層（見圖1）。

圖1 基于分組交換技術的民航數據通信網絡層次示意圖

在網絡結構方面，充分考慮到民航數據通信網絡業務的重要性，網絡結構可采用分層的概念進行規劃及設計，從上往下將通信網絡劃分為多個獨立的承載網絡；區域網絡也可按照這種分層概念來劃分，這種分層次的網絡劃分方式也便于后續的網絡規劃與網絡管理。

采用分組交換設備構建的民航數據通信網絡的核心層結構類似于傳統的基于ATM技術的網絡架構，主要采用PTN設備來替代原來的ATM設備，該網絡的核心層由2個核心節點和8個一級節點組成，為便于網絡業務的保護，網絡架構可采用mesh組網。根據民航數據通信網絡的業務需要，核心層的業務等級初定為10GE，業務等級可以根據后續的業務需要進行調整。核心層構成的PTN承載網主要負責各地區空管局至民航總局空管局之間的數據包通信。承載網絡的核心層通常采用雙星型網絡架構，在這種網絡結構中的核心節點互為備份；在核心層中，總局空管局和民航總局及北京機場的數據通信可采用高速傳輸鏈路通信，因此核心層的節點數量應設置為4個。

數據通信網的匯聚層主要為國內各大型機場與民航數據通信中心間的數據通信，該通信方式為上下層間的數據傳輸，因此在匯聚層可采用鏈型組網，業務等級可設為10GE。數據通信網絡的第二層可劃分為匯聚層，該層節點可定義為二級節點，一級節點與二級節點之間的拓撲方式為星形組網方式。匯聚層的網絡保護也可采用鏈型組網，通過在匯聚層建立二級節點間的互聯實現直接連接。它們之間到核心層的數據轉發可采用直聯的節點來實現。匯聚層采用PTN設備組建分組光傳送網，充分利用PTN設備的GMPLS技術，提供多重網絡保護技術，提升網絡安全性；接入層主要在現有的SDH網絡上做進一步優化，采用現有的SDH設備和PTN設備構建PTN接入網，充分利用現有網絡資源，使現存網絡平滑升級到PTN網絡。

接入層主要用于各小型機場內部通信業務的傳輸承載及通信業務接入上層空管中心網絡，接入層網絡結構可采用GE鏈型組網的方式。二級節點下轄的三級節點都可以定義為接入層節點，數據通信網絡接入層設備主要為本地節點提供低速的數據接入。接入層網絡可定義為星型結構，該星型網絡以二級節點為核心。各個接入層節點利用PTN數據鏈路或衛星鏈路接入上層的各二級節點。

核心層的mesh組網在網絡保護方面可采用PTN設備的Tunnel或Wrapping保護來保證網絡的安全運行。Tunnel 1：1保護采用擴展APS協議通過保護通道傳送，它們之間的業務收發方式是單發單收，通信的兩端設備根據通信協議狀態和倒換狀態來進行業務的倒換；在Tunnel 1：1保護中，將工作通道與保護通道分離來避免通信業務的單點失效。Wrapping保護與Tunnel 1：1保護在網絡倒換中都需要采用APS協議；對于Wrapping保護，當網絡上的節點設備檢測到網絡失效，倒換請求由故障側的相鄰節點使用APS協議傳送。故障發生時，故障節點會檢測到失效或接收到倒換請求，并將該請求轉發至失效節點，通信業務將被倒換至通信路由的反方向；當網絡失效或APS協議請求消失，通信業務恢復，通信業務的路由將返回原路由方向。在匯聚層網絡可部署MPLS TE FRR和VPN FRR，該保護機制和IP RAN業務保護獨立；接入層到匯聚層的端到端路徑上任意一點鏈路或者節點故障，可通過主備隧道保護來保障網絡的安全性。

在光纜線路方面，充分考慮原傳輸網絡現存的光纜資源，只對部分的傳輸設備進行更換與升級，不會涉及到光纜線路的升級改造，完全可以充分利用現存光纜線路，而不必新建光纜資源，既可以保證傳輸業務的順利切換，又節省了建設費用。

在業務配置方面，充分考慮PTN設備的網絡性能，根據PTN設備同時支持以太網及TDM業務傳輸的特性，可實現多種數據業務及TDM業務的匯聚及傳輸；此外，PTN設備集合了IP交換及SDH技術的優點，對傳輸網絡的業務維護人員來說，PTN設備使用的是類似于SDH設備的網管系統的維護與操作習慣，他們可以在原有SDH設備維護經驗的基礎上輕易掌握這種新設備的配置維護工作，從而大大節省人力資源的投入。

4 結束語

隨著民航通信業務量的不斷增大，民航數據通信網絡承載的通信業務種類和規模也在不斷發展，為確保民航數據通信網絡的運行穩定，必然要求深入了解現有數據通信網絡的運行狀況及業務需求，并運用科學的方法來對現有的通信網絡進行優化及改造。PTN由于其自身的技術優點，在公眾數據通信網絡中已得到廣泛的應用，如何將PTN設備引入民航數據通信網絡，以適應通信業務全IP化的發展方向是本文深入探討的焦點。本文結合PTN網絡的網絡特性及民航數據通信網絡現有的設備基礎，重點分析了民航數據通信基于ATM承載的數據傳輸網的現狀，并著重從通信網絡的發展方向出發，提出在民航數據通信網絡中引入PTN這一新型傳輸設備。通過探討采用PTN設備替換傳統的ATM數據承載網絡的業務架構及組網可行性，分析了PTN設備在民航數據通信網絡中的應用前景，為民航信息系統傳輸網絡的建設及網絡演進方向提供了參考依據及建設思路。

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7 李劍宇.民航數據網路由技術及應用策略.中國民航大學學報.2007,7