氣象SDH光環(huán)網(wǎng)改進(jìn)與氣象業(yè)務(wù)分級(jí)傳輸

趙心越

摘要：目前，民航氣象業(yè)務(wù)的常見(jiàn)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(shì)，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(jí)SDH光傳輸技術(shù)在民航氣象業(yè)務(wù)中的應(yīng)用。該技術(shù)強(qiáng)大的保護(hù)能力、業(yè)務(wù)分級(jí)、公平算法等特點(diǎn)對(duì)于民航氣象業(yè)務(wù)傳輸來(lái)說(shuō)優(yōu)勢(shì)明顯。同時(shí)，本研究討論了應(yīng)用RPR技術(shù)后各種民航氣象業(yè)務(wù)的分級(jí)傳輸。對(duì)于建設(shè)一個(gè)滿(mǎn)足多業(yè)務(wù)傳輸?shù)拿窈綒庀笸ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，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(wù)分級(jí)傳輸

中圖分類(lèi)號(hào)：TN914.332；TN929.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(wù)的一種常見(jiàn)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?yàn)榻尤朊浇榈膸捪拗贫簧瞎歉删W(wǎng)和用戶(hù)業(yè)務(wù)需求的發(fā)展導(dǎo)致用戶(hù)與核心網(wǎng)之間的接入瓶頸，同時(shí)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(wù)的傳輸，SDH確定了由低速率復(fù)用獲得高速率，再由高速率復(fù)用獲得更高速率的方式來(lái)獲得各種通信速率。

1RPR技術(shù)簡(jiǎn)介

在對(duì)比一些主流的通信技術(shù)后發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用彈性分組環(huán)（Resilient Packet Ring，RPR）技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多種業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸?shù)墓δ埽瑫r(shí)RPR技術(shù)在某些方面優(yōu)勢(shì)巨大[1-2]。該技術(shù)沒(méi)有明確規(guī)定對(duì)應(yīng)的物理層，是一種新的介質(zhì)訪問(wèn)控制（Media Access Control，MAC）層協(xié)議，所以可以廣泛應(yīng)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(hù)倒換的優(yōu)勢(shì)，還具有以太網(wǎng)的成本低、可拓展性強(qiáng)以及結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)[3]。RPR技術(shù)具有環(huán)路帶寬共享、公平算法、業(yè)務(wù)等級(jí)嚴(yán)格以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分類(lèi)。所以，對(duì)于不同業(yè)務(wù)的傳輸要求，彈性分組環(huán)更具有針對(duì)性。

RPR是IEEE 802.17 RPR工作組指定的一個(gè)MAC層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)MAC層協(xié)議，對(duì)物理層并無(wú)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(jī)的效率[4]。RPR的傳輸長(zhǎng)度可達(dá)2 000 km，可以包含最多255個(gè)節(jié)點(diǎn)。RPR提供了有效的抖動(dòng)和時(shí)延保障以及可靠的時(shí)鐘，可以有效傳播實(shí)時(shí)性強(qiáng)的業(yè)務(wù)。

2RPR應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1強(qiáng)大的保護(hù)能力

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

2.2業(yè)務(wù)分級(jí)傳輸

按不同業(yè)務(wù)劃分不同保護(hù)級(jí)別，有利于滿(mǎn)足不同的業(yè)務(wù)需要。

2.3動(dòng)態(tài)的帶寬分配

通過(guò)鏈路容量調(diào)整方案（Link Capacity Adjustment Scheme，LCAS）、虛級(jí)聯(lián)和RPR的統(tǒng)計(jì)空間復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了端口帶寬動(dòng)態(tài)分配。

2.4高效帶寬利用率

RPR單播幀在目的節(jié)點(diǎn)剝離的機(jī)制實(shí)現(xiàn)了環(huán)上帶寬的空間重用。環(huán)上帶寬可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)點(diǎn)的業(yè)務(wù)共用，相對(duì)于SDH大大提高了帶寬利用率[5]。

3RPR技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1RPR的雙環(huán)結(jié)構(gòu)

RPR是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)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(gè)環(huán)都對(duì)應(yīng)有物理層實(shí)體。環(huán)0的傳輸方向定義為西向，對(duì)應(yīng)的物理層稱(chēng)為西向物理層；環(huán)1的傳輸方向定義為東向，對(duì)應(yīng)的物理層稱(chēng)為東向物理層。RPR的環(huán)路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間稱(chēng)為跨距段，圖1中S5和S4節(jié)點(diǎn)之間的路徑就是跨距段，包含了兩個(gè)方向相反的單項(xiàng)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(gè)節(jié)點(diǎn)之間不能通信，如圖1中S3和S4節(jié)點(diǎn)之間，那么稱(chēng)這個(gè)跨距段為不正常跨距段，也稱(chēng)邊緣。此時(shí)，RPR會(huì)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)（環(huán)回保護(hù)或者源路由保護(hù)）。當(dāng)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤時(shí)，如圖1中節(jié)點(diǎn)S0錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)將忽視這個(gè)節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行傳輸。

3.2RPR的業(yè)務(wù)分級(jí)

RPR將傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)劃分成A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)，A類(lèi)業(yè)務(wù)又劃分為A0類(lèi)和A1類(lèi)，B類(lèi)業(yè)務(wù)分為B-CIR類(lèi)和BEIR類(lèi)。對(duì)業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)是一種很有效的機(jī)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(dāng)傳輸壓力較大時(shí)，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(lèi)不同，對(duì)時(shí)延和抖動(dòng)的要求也不一樣。這種分類(lèi)機(jī)制有效地考慮了時(shí)延和抖動(dòng)的因素，不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)對(duì)傳輸質(zhì)量的要求不同，分級(jí)傳送，既確保了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能夠按順序發(fā)送，滿(mǎn)足了不同業(yè)務(wù)的帶寬要求和時(shí)延抖動(dòng)限制，又合理利用了網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。

分類(lèi)操作在RPR的MAC層進(jìn)行，不同業(yè)務(wù)被分為3個(gè)類(lèi)別中的一類(lèi)或者其子類(lèi)。傳輸時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)分類(lèi)進(jìn)行帶寬分配和順序處理，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸要求。RPR對(duì)業(yè)務(wù)的分級(jí)如表1所示。

3.3RPR的公平算法

當(dāng)節(jié)點(diǎn)擁塞時(shí)，MAC控制模塊中的公平控制模塊會(huì)根據(jù)公平算法計(jì)算一個(gè)公平速率，通過(guò)公平幀向上游發(fā)送，上游節(jié)點(diǎn)收到公平幀后識(shí)別包含的公平速率，根據(jù)公平速率來(lái)管理本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送，調(diào)控?cái)?shù)據(jù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)和添加，從而實(shí)現(xiàn)其功能[7]。

出現(xiàn)上面所說(shuō)的情況時(shí)，可能某個(gè)或某些節(jié)點(diǎn)會(huì)占用大量的帶寬資源，影響其他節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)，導(dǎo)致環(huán)路擁塞，也會(huì)影響一些高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸。公平算法通過(guò)控制擁塞節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)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(huì)依照公平算法計(jì)算出一個(gè)公平速率并向上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送，上游節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)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(jìn)行調(diào)節(jié)；在擁塞不解除的情況下，擁塞節(jié)點(diǎn)會(huì)一直計(jì)算公平速率向上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送。公平算法只調(diào)節(jié)公平受限業(yè)務(wù)——C類(lèi)和BEIR業(yè)務(wù)，A類(lèi)和B-CIR類(lèi)業(yè)務(wù)不受該算法調(diào)節(jié)。公平算法按圖2進(jìn)行調(diào)節(jié)。

如圖2所示，S0至S5為RPR環(huán)上的6個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都有流量添加或者轉(zhuǎn)發(fā)，最終導(dǎo)致S5節(jié)點(diǎn)擁塞。這時(shí)S5節(jié)點(diǎn)的公平控制模塊依照公平算法計(jì)算出一個(gè)公平速率，由公平幀向上游轉(zhuǎn)發(fā)，調(diào)節(jié)上游節(jié)點(diǎn)的添加和轉(zhuǎn)發(fā)流量。

4氣象業(yè)務(wù)的分級(jí)傳輸

在民航氣象業(yè)務(wù)中，有許多數(shù)據(jù)需要傳回設(shè)備室機(jī)房，如氣象雷達(dá)探測(cè)資料、自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)探測(cè)資料、風(fēng)廓線(xiàn)探測(cè)資料、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及不間斷電源系統(tǒng)（Uninterruptible Power System，UPS）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等。以鄭州機(jī)場(chǎng)為例，在機(jī)場(chǎng)內(nèi)部需要傳回的數(shù)據(jù)有自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)探測(cè)數(shù)據(jù)資料、風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)資料、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及UPS監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。對(duì)于民航氣象數(shù)據(jù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)探測(cè)數(shù)據(jù)資料必須保證實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確，風(fēng)向風(fēng)速和RVR等數(shù)據(jù)是飛行員和管制員進(jìn)行判斷的重要依據(jù)。目前，鄭州機(jī)場(chǎng)采用SDH光環(huán)網(wǎng)對(duì)這類(lèi)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，其他數(shù)據(jù)并未采用SDH光環(huán)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，所以目前設(shè)備機(jī)房存在多種光纖接入設(shè)備，存在設(shè)備冗余的問(wèn)題，增加了維護(hù)工作量。

RPR作為一種新的MAC層協(xié)議，可以廣泛應(yīng)用于SDH/SONET、以太網(wǎng)等傳統(tǒng)媒介，對(duì)于民航氣象這一特定領(lǐng)域來(lái)說(shuō)優(yōu)勢(shì)明顯。在民航氣象領(lǐng)域中，需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)很多，對(duì)于傳輸?shù)囊笠膊灰粯印?yīng)用RPR技術(shù)可以節(jié)省資源及設(shè)備，又可以滿(mǎn)足各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸要求。自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)探測(cè)數(shù)據(jù)資料傳輸要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可以作為A類(lèi)業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸，優(yōu)先級(jí)最高。視頻監(jiān)控這一類(lèi)業(yè)務(wù)并非核心業(yè)務(wù)，可以作為C類(lèi)業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸，優(yōu)先級(jí)較低。

5結(jié)語(yǔ)

未來(lái)，民航機(jī)場(chǎng)跑道數(shù)將會(huì)增多，各種相關(guān)設(shè)備會(huì)繼續(xù)安裝，需要傳輸?shù)母鞣N數(shù)據(jù)會(huì)越來(lái)越多，數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大。將氣象業(yè)務(wù)分級(jí)傳輸，可以節(jié)省帶寬，提升承載網(wǎng)絡(luò)的利用效率。對(duì)于多種不同業(yè)務(wù)，利用RPR更具有針對(duì)性。對(duì)于基層氣象機(jī)務(wù)員來(lái)說(shuō)，該技術(shù)可以減少機(jī)房設(shè)備，在保證業(yè)務(wù)正常傳輸?shù)耐瑫r(shí)減輕工作量。因此，對(duì)于建設(shè)一個(gè)滿(mǎn)足多業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，RPR技術(shù)具有巨大潛力。

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