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合、共享、一體化、服務化等需求的深化，給平臺通信互聯提出了更高的要求，而通信接入是實現各平臺信息聯合、共享的重要環節。早在2011年美國國防部就提出了構建聯合信息環境（JIE），實現各層次、各領域信息服務平臺的信息接入與互聯［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、統一信息互聯，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、顯控和互聯等功能子系統，涉及陸上平臺、海上平臺等類型。陸上平臺依托發達的有線網絡、專線網絡等通信接入手段，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，如采用衛星、VHF/HF等手段實現各艦船顯控服務平臺之間的信息互通。通信互聯在體制、鏈路、業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、數據報文等各類信息的互聯互通以及數據傳輸的可靠性和效率；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據特征的基礎網絡架構，以滿足各專業信息處理、數據處理、信號處理等應用［3～6］。

3 實現方法

通信接入包括物理鏈路引接、數據通信及信息組網等方面［7～8］。通過將物理鏈路引接引入數據通信接入平臺，實現多種通信手段的綜合應用及多樣業務數據的標準化接入，優化、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技術［9］，滿足虛擬化計算環境的應用，實現通信接入融合通信。

通信接入實現的總體框架如圖1所示，由融合通信接入平臺、局域網絡兩部分組成。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，實現對艦船、飛機、固定數據中心、機動車等各類數據節點的信息接入；局域網以大二層網絡架構為基礎構成平臺通信網絡，負責承載融合通信接入的信息流，為顯控計算業務提供支撐。

圖1 顯控計算服務平臺通信接入實現框架

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、專線、衛星、短波、超短波等各類通信鏈路［10］；在應用層面，通過音頻、視頻、數據等各類信息的IP化，實現艦船、飛機、機動車等各類信息互聯接入。

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、多協議網關接入模塊及通信調度管理模塊構成。

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、專線鏈路信息，實現固定數據節點的話音、視頻及各類數據報文的實時通信，具有高帶寬、強實時、鏈路穩定的技術特點。

非IP化通信接入方式主要包括衛星通信、短波、超短波等通信鏈路，衛星通信可承載語音、圖像、視頻、數據等綜合業務，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據中心及艦船、飛機間的近程通信。

多協議網關接入模塊是接入數據的IP化封裝與多協議轉換的中間平臺，通過對各類非IP化信息的IP化封裝及各類通信體制的協議轉換，實現不同顯控服務平臺間的互聯互通。

通信調度管理模塊是融合通信接入平臺的任務控制器，一方面對系統進行調度控制，管理各模塊的任務運行，實現鏈路無縫切換；另一方面提供系統狀態自檢、監控等功能，實現融合通信系統綜合運維管理。

2）網絡互聯設計

傳統數據中心網絡大多采用三層樹狀網絡架構，存在東西向數據通信瓶頸問題及虛擬機動態遷移問題，無法滿足云計算應用需求［11］。為解決上述問題，云計算數據中心主要采用“大二層”網絡架構，基于扁平化設計思路，將三層通信協議與二層VLAN技術相融合，實現各節點數據在同一二層網絡內的交互，支持虛擬機動態遷移。

圖3 大二層網絡體系架構

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絡架構，實現橫向虛擬化及邏輯分區線性可擴，并通過高密度萬兆連接，保證數據傳輸的穩定可靠。信息服務平臺大二層網絡架構如圖3所示：由核心層、接入層組成。核心層負責匯聚接入層流量，提供對業務的控制和優化，在二層扁平化組網中作為網關，提供VLAN間的流量轉發，實現跨功能區域的平臺互聯。接入層采用高密度萬兆接入和交換機堆疊技術，實現大數據處理服務器及終端接入，提供多種安全和QoS策略。組網協議方面，采用多鏈透明互聯協議（TRILL），完成報文數據在大二層網絡內的轉發，該協議通過對IS-IS路由協議的擴充實現二層路由功能，其技術核心是路由網橋。路由網橋以IS-IS協議中的鏈路狀態協議來識別TRILL區域的拓撲結構，用最短路徑樹算法計算路由轉發表生成物理地址表，具有有效消除環路、高效轉發、快速收斂、支持與傳統二層網絡無縫對接等特點［12］，為顯控計算服務平臺大二層網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、大二層網絡及顯控計算環境構成。融合通信接入平臺、大二層網絡實現有線/無線通信鏈路各類信息的統一接入與組網互聯；顯控計算環境按部署方式可分為有中心顯控計算環境及無中心顯控計算環境，通過有中心/無中心的計算環境體現“信息共享化、應用服務化”。

圖4 典型顯控計算服務平臺框架

有中心顯控計算環境將顯控業務平臺與計算服務平臺分離：虛擬化計算服務中心實現計算、存儲資源的統一整合與調度，向顯控業務平臺提供服務，顯控業務平臺包括固定式、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，適用于業務類型多樣、計算服務規模較大的場合。

無中心顯控計算環境將各類顯控計算終端作為物理計算資源池，采用虛擬化資源調度平臺，實現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，具有節約空間、靈活可擴、資源利用高效等優點，適用于艦船、車載等部署空間受限的應用環境。

典型顯控計算服務平臺集融合通信、大二層網絡與虛擬化計算的技術優勢為一體，可根據應用環境的類型按需部署，與傳統顯控計算服務平臺相比，主要優點有：

1）通信接入規范化

融合通信接入體系為數據、話音、視頻等各類信息提供了標準、統一、高效的接入手段，實現了多種通信鏈路的綜合運用與按需調度，提升了顯控計算服務平臺與不同業務系統間信息互聯、共享的能力。

2）通信交互方式優化，提升信息服務效率

顯控計算服務平臺采用大二層組網結構及虛擬化計算環境，通過虛擬化、集群技術實現計算環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向一體化、高可用、虛擬化系統快速轉型，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的發展方向。

5 結語

本文從顯控計算平臺的通信能力需求出發，通過在信息接入、計算服務和網絡互聯等方面功能實現的分析，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絡體系，對未來顯控服務平臺的構建研發工作有一定的指導意義。

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