艦船平臺管理網絡技術研究

殷虎

（海軍駐武漢七一九所軍事代表室，湖北 武漢430064）

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艦船平臺管理網絡技術研究

殷虎

（海軍駐武漢七一九所軍事代表室，湖北 武漢430064）

摘要：艦艇作為整個海軍作戰網絡中的一個節點，通過建立平臺管理系統，可以實現武器系統、動力裝置和平臺管理的高度協調和統一，提高艦船綜合作戰能力。從艦船平臺管理系統的需求出發，對系統可采用的網絡技術從多業務能力、帶寬利用率、可靠性、業務保護能力等多方面進行了深入分析和研究。

關鍵詞：平臺管理；網絡；RPR

隨著信息化技術的迅猛發展，未來的海上戰爭將以信息化為基礎，以網絡中心戰為主要形式，從平臺中心戰向網絡中心戰轉變。通過利用信息處理與傳播技術優勢，可以將分布的傳感器、武器平臺及其相關的指揮機制，通過傳感器網絡、交戰網絡和信息網絡綜合成一個統一的作戰框架。

艦艇作為整個海軍作戰網絡中的一個節點，通過建立平臺管理系統，將武器系統、動力裝置和平臺管理進行協同和統一，通過先進的信息技術，對艦艇上的各個傳感器和子系統傳來的數據進行融合處理，在相當高的程度上實現獲取情報實時化、處理信息電腦化、指揮決策智能化和數字通訊網絡化，改革傳統指揮體制，從而使所有各系統更加協調地工作，大大提高艦船全武器協同的作戰能力。本文立足于建立艦船平臺管理系統的實際需求，對三種建立艦船平臺管理系統網絡的類型進行了分析研究，具有理論參考價值。

1　艦船平臺管理系統網絡需求

目前，先進的艦船平臺信息綜合系統方面的需求包含兩個方面[1]。其一，是以充分分析、處理各種作戰信息，快速做出態勢評估和輔助決策，并進行武器分配和控制，實現在最佳時機對敵目標的精確、有效打擊，提高艦艇的作戰效能為主要目標的綜合作戰指揮系統；其二，是以實現管控一體化，提高艦船機動性、快速反應能力和生存力，保障艦艇安全可靠航行。基于這種需求，搭建艦船平臺管理系統網絡，對選用的網絡技術需要有以下要求：

（1）網絡應具有數據、語音和視頻等多業務傳輸的能力，并且要滿足不同業務的服務質量要求，例如延遲抖動、丟包率等。艦船上的各種信息包括視頻信號、電話、各種傳感器和子系統的狀態信息以及控制信息等，這些信息都有各自不同的延遲、可靠性等的服務質量要求，平臺管理系統的網絡支撐平臺應采用合適的網絡技術滿足這些要求。

（2）網絡應具有高度的可靠性和穩定性。無故障持續工作時間要滿足艦艇的要求，網絡應具有很強的故障自愈力和業務保護能力，當發生節點故障時，可以在極短時間內恢復業務傳輸能力。

（3）網絡應具有安裝配置方便、維護簡單的特性。艦船的特殊環境條件，使網絡的配置、維護不方便，并且操作人員的網絡專業知識有限，因此，簡單的網絡配置和維護能力對艦船操作人員來說非常重要。

（4）網絡硬件必須滿足艦船環境條件和電磁兼容性要求，所采用的介質必須滿足穿艙水密等特殊要求。

（5）價格因素。即在滿足性能要求的情況下，結合艦船總體定價原則選用成熟可靠，定價合理的配件。

（6）技術成熟性和先進性。即是否采用成熟技術，技術應用是否代表了未來發展方向。

2　艦船平臺系統網絡技術

2.1當前主流網絡類型

相比普通導線傳輸而言，光纖傳輸具有傳輸頻帶寬、通信容量大、誤碼率低、抗電磁干擾能力和抗輻射能力強、尺寸小、重量輕以及可以較好地支持系統升級擴充改造要求等優點，所以光纖傳輸在艦船通信系統中得到了廣泛應用。隨著艦船平臺的需求及網絡技術的發展，近十年來，艦船局域網已經能廣泛支持話音、數據、視頻等信息綜合傳輸和交換，對于艦船平臺系統網絡而言，目前在艦船平臺網絡中應用范圍較廣的網絡技術主要有千兆以太網、SDH環網和RPR環網。

（1）千兆以太網

千兆以太網主要用于局域網環境和小型城域網環境，是一種基于共享媒體類型的物理網絡，特別適用于高速數據通信。雖然以太網采用了共享媒體的結構，用戶需要競爭網絡資源，當用戶數增加時，每個用戶實際獲得的鏈路傳送能力大幅度下降，不能保證通信的服務質量（Qos）。但是由于目前以太網組網都采用高容量的交換機，從而將沖突域控制在兩個接口之間，基本消除了共享沖突問題，從而大大提高了鏈路利用率。

千兆以太網由于其容量大、配置管理簡單、價格便宜等優點使其成為接入網和城域網采用的最主要的網絡技術之一。但是，千兆以太網技術依然沒有解決業務的服務質量保障問題，無法保證話音、視頻等實時性業務在千兆以太網上傳輸的服務質量[2]。該技術適用于視頻、音頻等實時性信息傳送要求不太高的艦船網絡。

（2）SDH環網

同步數字體系（SDH：Synchronous Digital Hierarchy）是一個將復接、線路傳輸及交換功能融為一體的、并由統一網管系統操作的綜合信息傳送網絡，可實現諸如網絡的有效管理、性能監視、動態網絡維護、不同供應廠商設備之間的互通等多項功能。它技術先進，具有標準幀結構與光接口、強大的網絡管理能力和靈活分插支路等特點；組網靈活，可組成點對點、星形、線型、環型等不同的拓樸結構網絡；擴容能力強，系統很容易從155M升級到622M，甚至2.5G；網絡可靠，具有MSP（復用段保護）、通道保護、自愈環等各種保護切換手段。

SDH網絡是由一些基本網絡單元（NE）組成的，在傳輸媒質上（如光纖、微波等）進行同步信息傳輸、復用和交叉連接的傳送網絡，它具有全世界統一的網絡節點接口（NNI）。目前廣泛使用的傳輸媒質是激光，激光的工作窗口為1310 nm和1550 nm，通常最大傳輸距離為60 km至80 km.

SDH最初是為電路交換業務而設計的，可對艦船平臺系統的話音、視頻等業務有很好的支持。SDH引入了MTSP技術支持多業務傳輸，采用將數據流映射到虛擬通道VC中的方式進行傳輸。其強大的多業務支持能力、高容量、高可靠性以及超強的網絡管理能力使其在大型艦船平臺網應用極為廣泛[3]。但是，由于其配置管理的復雜性以及帶寬利用率較低（SDH多采用雙環結構，一個為主環用于傳輸數據，一個為備用環，因此其帶寬利用率僅為50%）等缺點限制了其在中型艦船局域網和小型艦船區域網中的應用。

（3）RPR環網

彈性分組環（RPR）是一種基于高可擴展性和彈性技術的光纖環形網，能有效地傳送基于分組的業務流量。該技術能充分適合于當前各類艦船平臺網絡的數據、語音以及視頻要求。彈性分組環（RPR）是一種數據優化網絡，艦船平臺系統彈性分組環至少有兩個相互反方向傳送的光纖子環，環網上的節點共享帶寬，不需要進行電路指配。通過利用公平控制算法，環網上的各個節點能夠自動完成帶寬協調。每個節點都有一個環形網絡拓撲圖，都能將數據發送到光纖子環上，送往目的節點。兩個子環都可用于作為工作通道。為了防止光纖或節點故障時導致鏈路中斷，利用保護算法來消除相應的故障段。

RPR是為優化數據包傳輸而提出的一種新的MAC層協議。它既利用了SDH技術對延時和抖動性能嚴格保障、可靠的時鐘以及SDH環網50 ms快速保護的長處，又吸取了以太網技術的經濟、靈活和可擴展好的優點。因此，它不僅能有效地支持環形拓撲結構和在光纖斷開或連接失敗時實現快速恢復，同時具備數據傳輸的高效、簡單和低成本等典型以太網特性[4]。

作為一種新興的網絡技術，RPR技術綜合了SDH技術和以太網技術的優點，既能高效地處理突發性的數據業務，也可通過電路仿真的TDM解決方案來提供視頻、或話音信道，將數據和話音業務都統一到分組這一級別上進行處理；它既具有SDH的高可靠性優點，同時也具有以太網的配置管理簡單、即插即用的特性，從而使其既適用于大型艦船平臺網絡，也同樣適合于中小型艦船平臺網絡的組建。

2.2主要性能對比

根據前文所列出的艦船平臺信息系統的網絡平臺優選的三種網絡技術從多業務能力、帶寬利用率等六方面進行比較分析，對比分析情況如下：

（1）多業務能力

千兆以太網主要是針對大業務量數據傳輸而設計的網絡技術，雖然由于IP技術的日益完善，使話音、視頻等實時業務同樣可以在IP網上開展，但是基于共享鏈路模式的千兆以太網技術依然沒有解決多業務的服務質量問題，并且它不支持電路級的業務，因此，千兆以太網的多業務能力較差，對于傳輸運算信息量大的艦船平臺網絡能力不足。

SDH環網具有很強的多業務能力。SDH本身是為電路業務而量身定做的，因此其對電路業務有很好的支持；目前SDH采用MSTP技術使其能夠支持其他類型的數據業務，由于SDH采用將數據業務映射到特定的VC虛通道上的方式通過數據傳輸服務，因此，只要能夠合理的配置VC通道參數，就可以為數據業務提供電信級的服務質量保障，可以滿足[5]。

RPR環網可以提供多種業務，并且通過靈活的環路帶寬管理，嚴格的COS分類機制和分布式的公平控制算法等為多業務提供服務質量保障能力。首先，它支持靈活的帶寬顆粒、帶寬的動態共享和分配。每個節點能夠維護通過自身的業務負荷(包括本地上環和過環業務量)，網管可根據這些信息來統計RPR環路各個跨段上的資源使用情況，實現環路帶寬的靈活、動態管理。其次，它提供嚴格的COS分類：RPR規范了A、B、C三種業務等級，提供了可靠的保障高優先級業務的機制。再次，RPR規范了一種分布式的公平控制算法來實現各節點帶寬的動態公平分配，并可根據需求為環上的各節點分配不同的權重，在環路帶寬發生擁塞時，保證各節點高優先級業務的傳送，并實現低優先級業務的公平接入和帶寬分配。

目前RPR設備除了提供數據業務外，還針對傳統的電路業務提供了T1信道，為傳統的電話、視頻等業務的提供信道服務。

（2）帶寬利用率

由于千兆以太網大都采用交換機互連從而消除了共享沖突問題，帶寬利用率很高，但是當千兆以太網為網狀拓撲結構時，它必須通過生成樹消除環狀鏈路，從而造成帶寬利用的不均勻。

SDH環網一般由主環和備用環組成，平時數據傳輸只在主環中傳輸，備用環僅做鏈路備用，從而造成帶寬率用率低于50%.為了承載分組業務，發展了PoS（packet over SDH／SONET）技術，將分組包封后映射進SDH／SONET幀后在環網上傳送，但是這種映射方式的效率較低，隨著分組業務在傳送業務中比重逐漸增大，SDH／SONET的成本也隨之增加。同時，SDH／SONET的靜態帶寬分配很難適合分組業務的突發性，從而使數據傳輸的效率降低。

RPR環網兩個子環都作為工作通道，大大節約了光纖資源，提高了帶寬利用率。RPR網絡能實現“空間重用”或帶寬倍增。空間重用技術增加了每個子環上同時“對話”的容量。RPR還具有發送多播分組的有效機制。與格形網拓撲結構不同，在格形網中，需要對分組進行多個復制以發送到多個通道中，而RPR節點能夠共享一個分組。

（3）可靠性和業務保護能力

目前艦船平臺千兆以太網一般采用星型拓撲結構，當網絡中有光纖斷裂或節點宕機便會造成網絡無法互通，可靠性較差。為了提高千兆以太網的可靠性，通常在兩節點間采用多條鏈路的方式，形成網狀結構，但是為了消除網絡中的環路，需要采用生成樹算法，這種算法的收斂較慢，當有鏈路發生問題時，需要30 s以上的時間才能恢復業務的傳輸。

SDH環網采用雙環的方式保證網絡的可靠性，自愈時間小于50 ms.

RPR環網具有類似于SDH環網的可靠性，自愈時間小于50 ms.

（4）配置、管理簡單性

千兆以太網的特點之一便是配置管理簡單，可以即插即用，操作人員幾乎不需要配置什么就可連通網絡，適合于艦船平臺管理網絡局域網組網；SDH網絡配置管理復雜，要實現網絡的連通，需要配置相應的虛通道VC，當網絡拓撲發生變化時，需要重新配置，這一點對艦船平臺管理局域網組網不利；RPR具有類似于以太網的管理，可以即插即用，網絡管理、配置十分簡單，適合艦船平臺局域網組網。

（5）價格

千兆以太網的組網價格最便宜；SDH組網最貴；RPR居中。

（6）技術成熟性和先進性

千兆以太網由于其簡單型、高容量和價格低廉是目前性能要求不高的艦船平臺局域網組網廣泛使用的技術；SDH特別適合于以電路業務為主的艦船平臺管理局域網；RPR是一種新興的面向數據的多業務網絡技術。

從技術發展的角度來看，面向分組數據傳輸的支持多業務的RPR網絡技術是未來艦船平臺網技術發展的方向；而SDH最適合于以電路業務為主的艦船平臺網絡，由于其強大的多業務能力和基于SDH的面向分組業務的新技術的不斷出現，SDH將在很長時間內繼續存在。

千兆以太網最大的缺點是無法提供服務質量保障，但是由于其高容量、簡單等優點，在接入網范圍

依然是主流技術（如表1所示）。

表1　網絡技術對比分析表

4　結束語

通過分析可以看出：RPR技術融合了SDH技術和千兆以太網技術的優點，滿足先進的艦船平臺管理系統多業務支持能力、強業務保護能力、配置管理簡單等要求，而且目前RPR技術在民用領域已得到廣泛應用，因此，RPR技術可作為先進艦船平臺管理系統首選的網絡技術；SDH技術雖然比RPR技術有更強的多業務能力，具有相同的業務保護能力，成熟性高，但是由于其配置管理較為復雜，價格偏高，對艇員的網絡技術知識和操作技能有較高要求，因此可以將SDH技術作為大型特種類艦船平臺管理系統的網絡技術；對于千兆以太網技術，其管理簡單，它對多業務支持能力低，網絡可靠性和業務保護能力較差，比較適合于小型艦船信息管理的需求，也可以作為接入網領域的備選網絡技術。

參考文獻：

[1]張占松．電路與系統仿真實踐[M]．北京：科學出版社，2000.

[2]曾建超，俞志和．虛擬現實的技術及其應用[M]．北京：清華大學出版社，1996.

[3]何利，王厚軍．基于虛擬技術的實驗教學[J]．實用測試技術，2001，（4）：17-18.

[4]陳興瑞．虛擬現實技術在實驗教學中的應用探討[J]．曲埠師范大學學報，2001，27（7）：114-117.

[5]張春仙．虛擬現實技術在現代教學中的應用[J]．計算機科學與實踐，2005，3（8）：115-116.

中圖分類號:TP311

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）04-0169-03

收稿日期：2016-01-04

作者簡介：殷虎（1974-），男，河北石家莊人，碩士研究生，工程師，從事電子工程研究。

Research of the Integrated Platform Management System Network Technology

YIN Hu
（Naval Representative at No.719 Institute，Wuhan 430064，China）

Abstract:As a node of navy combat network，through setting up the integrated platform management system，the naval ships can realize matching and unification of the weaponry along with the power equipment and the platform management，consequently improving the integrated combat ability.According the practically requirement of the naval ships integrated platform management system，we analyzed the multi-operation ability，the bandwidth utilized percentage，the reliability and the operation-protection ability of the network technology thoroughly.

Key words:platform management；network；RPR