基于N可靠的智能自愈網絡體系結構研究

張賢軍，李 鶴，盧 玲

（1.中國人民解放軍31006部隊，北京 100840；2.中國人民解放軍91917部隊，北京 100841；3.中國人民解放軍61623部隊，北京 100840）

1 應急指揮網絡體系結構技術應用特點

（1）星型組網結構。各個終端使用各自的線纜連接到網絡中，點到點的鏈路與中心節點相連。優點是一個節點故障，不會影響整個網絡的運行，較為容易增加新的節點，整體結構簡單、容易實現、便于管理，缺點是中心節點是全網絡的可靠瓶頸，一旦中心節點故障會引起整個網絡癱瘓。

（2）環型組網結構。各節點通過線路連成一個封閉的環形，組成閉合回路。優點是結構簡單、容易實現，傳輸延遲確定，缺點是每個節點均為網絡可靠性的瓶頸，任意節點出現故障都會造成網絡癱瘓。

（3）總線型組網結構。所有的節點共享一條數據通道，所有設備均連接到公共總線上。優點是結構簡單、布線容易、可靠性較高，易于擴充，是局域網常采用的拓撲結構，缺點是所有的數據都需經過總線傳送，總線是整個網絡的瓶頸，出現故障判斷難。

（4）樹型組網結構。節點按層次連接，在上下節點之間進行信息交互。優點是連接簡單，維護方便，適用于匯集信息的應用要求，缺點是資源共享能力較低，可靠性不高，某個節點或鏈路故障會影響下連整個網絡運行。

（5）網狀組網結構。節點之間連接是任意的，沒有規律。優點是系統可靠性高，比較容易擴展，缺點是結構復雜，任一節點都與多點進行連接，必須采用路由算法和流量控制方法。

（6）混合組網結構。由兩種以上單一網絡結構混合起來構成的一種網絡拓撲。優點是更能滿足較大網絡的拓展，利用各自優點，規避缺點。

2 N可靠的網絡結構

2.1 網絡結構可靠性計算方法

網絡可靠性是指從它開始運行（t=0）到某時刻t這段時間內能正常運行的概率，用R（t）表示。所謂失效率，是指單位時間內失效的網絡原器件數與原器件總數的比例，用λ表示，當λ為常數時，可靠性與失效率的關系為。可靠性計算主要涉及三種網絡結構，即串聯網絡結構、并聯網絡結構和冗余網絡結構。

在多子節點網絡設備串聯網絡結構中，假設一個網絡由n個子節點網絡組成，當且僅當所有的子節點網絡都能正常工作時，系統才能正常工作，這種稱為串聯網絡，如圖1所示。

圖1 串聯子節點網絡示意圖

設網絡的各個子節點網絡可靠性分別用R1，R2，…，Rn表示，則整個網絡的可靠性R=R1×R2×…×Rn；如果網絡的各個子節點網絡失效率分別用λ1，λ2，…，λn來表示，則整個網絡的失效率λ=λ1+λ2+…+λn。不難看出這種網絡結構子節點網絡越多可靠性越差，失效率越大。

在多子節點網絡設備并聯網絡結構中，假如一個網絡由n個子節點網絡組成，只要一個子節點網絡能夠正常工作，系統就能正常工作，如圖2所示。

圖2 并聯子節點網絡示意圖

設網絡的各個子節點網絡可靠性分別用R1，R2，…，Rn表示，則整個網絡的可靠性R=1-（1-R1）×（1-R2）×…×（1-Rn）；如果網絡的各個子節點網絡失效率分別用λ1，λ2，…，λn來表示，則整個網絡的失效率。不難看出在多子節點網絡并聯網絡中只有一個子節點網絡是真正需要的，其余n-1個子節點網絡都被稱為冗余子節點網絡，并且該網絡隨著冗余子節點網絡數量的增加，其平均無故障時間也會增加。串聯網絡結構就是一個有問題就會癱瘓，并聯網絡結構就是只要有一個能用就能正常工作。

2.2 網絡結構組織應用

2.2.1 多節點互聯

應急指揮通信網絡結構設計，可把一個自治域邊界節點作為中心節點，域內節點分別與其相連，相鄰節點互聯，組成星環網絡結構，為了確保節點可靠性，每個節點采用兩臺以上核心設備，所有節點核心設備1組成平面1星環網絡、核心設備2組成平面2星環網絡，各節點核心設備1和核心設備2互聯，平面間網絡互通；各自治域邊界節點核心設備1和核心設備2分別互聯，組成雙平面的自治域間星環網絡。依此隨各節點核心設備增加，可構設多個平面網絡結構。

2.2.2 多路由備份

應急指揮通信網絡為滿足應急需要而建設，為確保鏈路可靠，在網絡結構設計時采用多路由備份保障，從承載網絡層面每個節點至少要設置三條以上不同信道出口路由，分別鏈接其他不同節點；為了確保節點設備可靠，每個節點布設兩臺以上核心設備同時在線工作，每臺設備配置不同路由策略，達到不同路由的目的。在傳輸鏈路層面同級節點間和上下級節點間鏈路，采用不同物理路由的光傳輸鏈路，確保鏈路可靠；部分易毀易斷的重要鏈路和節點間，利用基于ASON和OTN光保護網絡技術，實現網絡傳輸層的智能保護。

2.2.3 大帶寬傳輸

應急指揮通信網絡為確保傳輸質量和效率，采用大帶寬互聯鏈路，大帶寬代表單位時間內能傳輸的數據量，在應急指揮信息急劇增長的情況下，信息化指揮對應急信息傳遞速率要求越來越高，對網絡帶寬需求越來越迫切，為避免網絡擁塞，保持網絡業務輕載，達到信息高效可靠傳輸的目的，必須預置大帶寬互聯鏈路。根據應急指揮通信網絡的特殊作用和要求，網絡結構設計應確保每一條鏈路帶寬平均利用率不超30%，峰值不超過60%。網絡結構設計的迂回路由或備份鏈路應與主用使用同等帶寬，確保主用路由中斷，備份鏈路能夠承載起主用鏈路的業務。

2.2.4 多平面組網

應急指揮通信網絡為確保抗毀抗擾能力，可采用多平面組網，在傳輸層為承載層各鏈路構設ASON或OTN自保護平面，實現光網絡保護層；在承載層采用多核心設備、多物理路由、大帶寬鏈路建設2個以上平面，形成平面內部迂回路由備份，平面間互聯互通備份，實現承載網絡自我保護的可靠結構；將天基網絡與地面承載網絡全時冗余互連，形成星地一體化的組網結構，可選取各自治域邊界節點，通過傳輸鏈路，分別接入衛星地面收發設備，形成星地鏈路實時交換網絡，當有線全部中斷時，通過衛星鏈路接替有線鏈路進行保障；利用短波通信手段，組織建立應急備份網，收發設備與承載網絡互連，作為有線鏈路、衛星毀癱受擾不可通信的極端條件下，確保指揮可靠通聯。

3 智能自愈網絡構設

3.1 網絡自愈控制

網絡自愈控制是通過設備、鏈路、網絡多層面分類保護，確保信息有效傳遞，建設智能管控層，對網絡進行監管和控制、分析，達到信息通信傳遞自愈。當網絡發生局部故障時，接受管控對象的故障報文，進行故障等級和影響范圍判斷分析，尋找最佳匹配空余網絡對象替代故障對象提供臨時網絡服務保障，當網絡性能下降時，通過網絡管控的診斷性測試分析，找出已發生或潛在的瓶頸，報告網絡性能變化趨勢，自動調配優質的網絡傳輸服務。

3.2 路由策略設置

空地一體化多業務多手段綜合組網，按需設置可靠的路由策略是關鍵，按照主用、備用和帶寬、傳輸時延，為各類業務自動匹配優選設置路由策略。從網絡整體可靠性和業務傳遞質量、時延等方面考慮，路由策略一般設置為主用鏈路、同一平面迂回鏈路、另一平面網絡路由、衛星鏈路，最后選擇短波等通信手段。智能自愈網絡路由策略設置主要是通過技術或行為手段對網絡設備參數或運行策略進行周期性的控制和管理，實時監控和自動分析網絡，通過控制器或行為對網絡設備自動下發指令，按照預想策略規則對網絡資源再分配，滿足應急指揮通信網絡的保障需要。

4 結束語

隨著通信網絡技術的快速發展，針對應急指揮通信網絡快速部署、靈活機動、安全抗毀等能力需求，下一代應急指揮通信網絡將采用智能光傳輸、IP多媒體系統、軟交換、軟件無線電、智能編碼和高效多載波調制、天基信息傳輸與分發等技術，不斷提高信息傳遞的有效性和可靠性，設計基于軟件定義的高可靠智能自愈應急指揮通信網絡結構，探討全網資源動態調配、基于態勢感知的網絡重構、高可靠網絡控制、自適應抗干擾轉發等相關技術，不斷提高網絡的可靠性，增強應急指揮通信網絡的抗毀頑存能力，更好地滿足未來信息化指揮需要。