大型艦船傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制初探

鐘熙宇

【摘要】 ? ?目前的大型艦船，目前正在開(kāi)展“多網(wǎng)合一”工作，期望用一張網(wǎng)取代之前分別建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)。文章對(duì)電信級(jí)以太網(wǎng)、PTN技術(shù)作了比較，根據(jù)艦船網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需求和特征對(duì)兩種技術(shù)體制進(jìn)行了分析，給出了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制選擇的建議。

【關(guān)鍵詞】 ? ?電信級(jí)以太網(wǎng) ? ?PTN ? ?網(wǎng)絡(luò)體制

引言：

目前的大型艦船中，多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)分別部署了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，作為信息傳輸和交換的平臺(tái)。隨著信息化水平和集成優(yōu)化要求的飛速提升，目前正在開(kāi)展“多網(wǎng)合一”工作，期望用一張網(wǎng)作為覆蓋全艦的信息骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，取代之前各系統(tǒng)分別建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)。以下根據(jù)艦船各應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)際需求，從實(shí)際需求和技術(shù)體制等方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制進(jìn)行了分析，以便于實(shí)際應(yīng)用的選擇。

一、承載的業(yè)務(wù)與需求

全艦網(wǎng)絡(luò)作為全艦公共信息基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)全艦信息系統(tǒng)的綜合接入、傳輸和路由功能，是全艦信息共享和互聯(lián)互通的基礎(chǔ)條件。全艦網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備如下特性：

1.開(kāi)放性、可擴(kuò)展性

應(yīng)采用開(kāi)放式體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持網(wǎng)絡(luò)功能和架構(gòu)的擴(kuò)展演進(jìn)，滿(mǎn)足未來(lái)的擴(kuò)展需求;

2.多業(yè)務(wù)承載

要向所有信息系統(tǒng)提供無(wú)差別的網(wǎng)絡(luò)接入及數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。要滿(mǎn)足多樣化的接口需要;滿(mǎn)足多種機(jī)制的業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸需要。

3.高服務(wù)質(zhì)量保證

應(yīng)具備多層次、多業(yè)務(wù)的QoS能力，支持多業(yè)務(wù)端到端帶寬保證及多層次報(bào)文優(yōu)先級(jí)分類(lèi)和調(diào)度能力。

4.高可靠性

應(yīng)具備極強(qiáng)的健壯性和抗毀自愈能力，確保網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)鏈路、設(shè)備等多種故障情況下的正常通信，滿(mǎn)足局部故障時(shí)關(guān)鍵業(yè)務(wù)零中斷的需求。

5.網(wǎng)絡(luò)易用性

全船網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)復(fù)雜性和通信復(fù)雜性增加后，必須提升網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化運(yùn)維管理水平，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置管理難度，提高可用性。

6.網(wǎng)絡(luò)安全性

加強(qiáng)安全防御體系和安全防護(hù)能力的設(shè)計(jì)，建立完善的安全防護(hù)架構(gòu)和措施。

1.1帶寬需求分析

大型艦船內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求，與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)本身數(shù)據(jù)量的大小、應(yīng)用層協(xié)議所表述的通信格式及通信方式密切相關(guān)。下面，我們以某型大型艦船平臺(tái)為例。

全船共可分為探測(cè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和船舶管理系統(tǒng)的三大類(lèi)業(yè)務(wù)。傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔⒅饕顟B(tài)、目標(biāo)、導(dǎo)航信息等公共數(shù)據(jù)、操作和命令數(shù)據(jù)、視頻、全景圖片、海圖、云圖、記錄數(shù)據(jù)及監(jiān)控和保障類(lèi)數(shù)據(jù)。

1.1.1探測(cè)系統(tǒng)

探測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)、圖像類(lèi)業(yè)務(wù)和存儲(chǔ)業(yè)務(wù)。

其中數(shù)據(jù)類(lèi)業(yè)務(wù)帶寬需求約為1.2Gbps;視頻類(lèi)業(yè)務(wù)帶寬需求約為1.7Gbps;圖像類(lèi)業(yè)務(wù)帶寬需求（海圖、云圖數(shù)據(jù)下載）約為0.16Gbps;艦船內(nèi)部各處的視頻監(jiān)視圖像需要存儲(chǔ)，以每路攝像頭帶寬需求4～6Mbps，全船需要存儲(chǔ)的攝像頭數(shù)量600個(gè)計(jì)算，此類(lèi)業(yè)務(wù)帶寬需求為3.6Gbps。上述業(yè)務(wù)總的帶寬需求約為6.66Gbps。為避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，考慮網(wǎng)絡(luò)的利用率和負(fù)載因素，帶寬使用應(yīng)小于70%，該大型艦船平臺(tái)探測(cè)系統(tǒng)總的帶寬需求應(yīng)為9.51Gbps。

1.1.2通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)包括管理類(lèi)業(yè)務(wù)、話(huà)音通信業(yè)務(wù)、辦公類(lèi)業(yè)務(wù)、視頻監(jiān)視類(lèi)業(yè)務(wù)和閉路電視業(yè)務(wù)。

其中管理類(lèi)業(yè)務(wù)帶寬需求約為300Mbps;話(huà)音通信業(yè)務(wù)帶寬需求約為500Mbps;辦公類(lèi)業(yè)務(wù)帶寬需求約為2Gbps;視頻監(jiān)視類(lèi)業(yè)務(wù)包括各處操作臺(tái)實(shí)時(shí)調(diào)看和回看攝像頭，以每路攝像頭帶寬需求4～6Mbps，全船需要存儲(chǔ)的攝像頭數(shù)量600個(gè)計(jì)算，此類(lèi)業(yè)務(wù)帶寬需求為3.6Gbps;閉路電視業(yè)務(wù)帶寬需求約為2Gbps;

統(tǒng)計(jì)上述通信系統(tǒng)總的帶寬需求約為8.4Gbps。

1.1.3船舶管理系統(tǒng)

船舶管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息、采集控制信息、視頻業(yè)務(wù)和音頻業(yè)務(wù)信息。其中占用帶寬較大的主要為視頻業(yè)務(wù)。考慮網(wǎng)絡(luò)利用率和帶寬冗余，船舶管理業(yè)務(wù)主干鏈路網(wǎng)絡(luò)帶寬為10Gbps。

1.2業(yè)務(wù)特征分析

從發(fā)送時(shí)機(jī)上看，其中某些數(shù)據(jù)具有速率穩(wěn)定性和傳送周期性，某些數(shù)據(jù)具有典型突發(fā)特性，另一些數(shù)據(jù)可能存在周期性大尺寸數(shù)據(jù)和小尺寸突發(fā)數(shù)據(jù)同時(shí)交互的情況;

從設(shè)備區(qū)域來(lái)看，某些交互數(shù)據(jù)在本艙室或鄰近艙室，可在本區(qū)域接入交換機(jī)組內(nèi)完成交互。某些交互數(shù)據(jù)由于設(shè)備跨區(qū)域布置需要跨區(qū)域接入交換機(jī)實(shí)現(xiàn)交互。

從傳輸帶寬來(lái)看，某些業(yè)務(wù)如話(huà)音、視頻等帶寬基本可預(yù)測(cè)，屬于穩(wěn)定速率業(yè)務(wù)。以圖片文件格式傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，根據(jù)圖像的壓縮算法和原始尺寸，圖片傳輸?shù)膸捇静豢深A(yù)計(jì)。

1.3實(shí)需求分析

全艦網(wǎng)絡(luò)交換和傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)種類(lèi)較多，對(duì)實(shí)時(shí)性的要求不一而同。實(shí)時(shí)性要求最高的可達(dá)到時(shí)延要求30μs，時(shí)延抖動(dòng)3μs級(jí)別。要求較低的例如生活保障類(lèi)數(shù)據(jù)，時(shí)延要求100ms，時(shí)延抖動(dòng)50ms。

1.4服務(wù)質(zhì)量需求

各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有不同重要程度，要求一體化網(wǎng)絡(luò)具備多層次、多業(yè)務(wù)的QoS能力，支持多業(yè)務(wù)端到端帶寬保證及多層次報(bào)文優(yōu)先級(jí)分類(lèi)、映射和調(diào)度能力。

1.5業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)互通需求

全艦網(wǎng)絡(luò)承載的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在保持邏輯獨(dú)立性的同時(shí)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間也有信息互通的需求。全艦網(wǎng)絡(luò)應(yīng)提供安全可靠的隔離手段，建立全艦信息網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一安全防護(hù)機(jī)制。

1.6可靠性需求

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身的高可靠性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抗毀性應(yīng)適應(yīng)惡劣環(huán)境下高強(qiáng)度使用的要求，因此需要做到設(shè)備簡(jiǎn)單、可管、可控、可靠，拓?fù)渲貜?fù)冗余，網(wǎng)絡(luò)部分損壞、故障可隔離不擴(kuò)散、傳輸路徑可自愈。平均無(wú)故障時(shí)間間隔MTBCF≥10000h。全艦網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能支持雙冗余乃至四冗余接入網(wǎng)絡(luò)。