基于多鏈路的路由交換策略應(yīng)用

趙志鵬 賈成 俸玉祥 徐維開

1．中國電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所；2．西安衛(wèi)星測(cè)控中心

隨著軍隊(duì)信息化的不斷發(fā)展，對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)偵察的機(jī)動(dòng)性、隨域接入性，信息數(shù)據(jù)回傳的實(shí)時(shí)性與抗干擾可靠性提出了更嚴(yán)格要求。偵察采集數(shù)據(jù)通過Ku頻段動(dòng)中通、Ka頻段動(dòng)中通、微波散射設(shè)備等手段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳。在復(fù)雜電磁環(huán)境下，以上部分頻段通信手段會(huì)受到電磁干擾或者敵人電磁干擾，從而阻斷采集數(shù)據(jù)的回傳。適當(dāng)路由交換策略與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多傳輸鏈路的自動(dòng)切換及可靠傳輸。

軍隊(duì)現(xiàn)代化、信息化進(jìn)程不斷深入，為了實(shí)時(shí)掌控一線偵察情況，為后方指揮提供正確的敵情依據(jù)。現(xiàn)在的偵察已經(jīng)擺脫單純的音視頻信息采集，伴隨相應(yīng)的偵察干擾設(shè)備以及多維呈像設(shè)備等各類信息采集設(shè)備，各類采集設(shè)備產(chǎn)生大量的信息采集數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的信息傳輸速率提出更高要求。對(duì)于外場(chǎng)偵察要求機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)回傳的實(shí)時(shí)性、回傳速率高、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高；并且要求通信不受到地域接入的限制。

1 研究現(xiàn)狀

現(xiàn)在國內(nèi)外普遍通過提高通信手段的抗干擾能力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，比如采用超寬帶技術(shù)使得有用信息信號(hào)淹沒在噪聲內(nèi)，使得通信信號(hào)難以受到干擾，最后在通過同類信號(hào)的相干操作實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)的還原，有效提高信號(hào)的抗干擾能力與可靠性；也有同時(shí)采用多種通信手段實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的可靠傳輸，當(dāng)一種傳輸手段受到干擾的時(shí)候，通過頻頻檢測(cè)干擾信號(hào)所在頻段，通過人為操作采用不受干擾的傳輸手段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠回傳；本系統(tǒng)也是采用多種傳輸手段，但是采用的不是檢測(cè)及人為干預(yù)的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳，而是采用路由探針技術(shù)與路由策略實(shí)現(xiàn)傳輸鏈路的自動(dòng)選擇，完成數(shù)據(jù)的可靠回傳。

2 方案設(shè)計(jì)

現(xiàn)在軍隊(duì)的偵察探測(cè)采用機(jī)動(dòng)性、越野性強(qiáng)的車載底盤作為搭載平臺(tái)；同時(shí)配備視頻采集設(shè)備、音頻設(shè)備、各頻段的雷達(dá)偵察設(shè)備及三維呈像設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集；采集數(shù)據(jù)通過交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯聚，匯聚數(shù)據(jù)再通過路由器選擇Ku頻段動(dòng)中通、Ka頻段動(dòng)中通、微波散射設(shè)備等通信鏈路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳。系統(tǒng)組成如圖1所示：

圖1 偵察干擾系統(tǒng)組成Fig.1 Reconnaissance jamming system composition

采集終端設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集后，通過路由器檢測(cè)各傳輸鏈路的通斷狀態(tài)，通過鏈路通斷狀態(tài)的對(duì)比，選擇合適的傳輸鏈路進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的傳輸，這樣有效避免的受干擾傳輸通道的不可靠傳輸，也實(shí)現(xiàn)了鏈路的自動(dòng)切換，有效降低人為操作的主觀誤操作。

3 工作原理

靜態(tài)路由工作原理如下：

當(dāng)路由器的響應(yīng)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，路由器會(huì)讀取包中的網(wǎng)絡(luò)部分相應(yīng)的目標(biāo)的邏輯地址，進(jìn)而通過路由表中進(jìn)行查詢，若通過路由表中查詢到了相應(yīng)的目標(biāo)地址對(duì)應(yīng)的路由條目，則把數(shù)據(jù)包發(fā)送到路由器的相應(yīng)端口；若路由表中不存在目標(biāo)地址對(duì)應(yīng)的路由條目。若路由器中配置了相應(yīng)的默認(rèn)路由路徑，就根據(jù)默認(rèn)路由的配置把數(shù)據(jù)包發(fā)送到路由器的相應(yīng)端口，如果路由器中不存在相應(yīng)的配置默認(rèn)路由路徑，則丟棄該包，并反饋不可達(dá)信息給原端口。這就是數(shù)據(jù)包傳輸?shù)穆酚蛇^程，可見路由路徑是路由器根據(jù)自身建立的路由表進(jìn)行的，其過程中間經(jīng)過了路由查詢、判斷與選擇和數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)過程的過程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包從路由器的一個(gè)端口“路由”到另一個(gè)端口的過程。靜態(tài)路由是由操作人員在路由器中進(jìn)行人工配置的固定路由路徑。

OSPF動(dòng)態(tài)路由工作原理如下：

OSPF動(dòng)態(tài)路由通過組播的方式在所有開啟OSPF的接口轉(zhuǎn)發(fā)Hello包，通過Hello包的反饋信息，來確定是否有OSPF鄰居，如果發(fā)現(xiàn)了，則通過進(jìn)一步建立OSPF鄰居關(guān)系，形成相關(guān)聯(lián)系。而后相鄰OSPF之間互相發(fā)送鏈路狀態(tài)通告相互告知路由連接關(guān)系，形成鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。再通過相關(guān)路由算法，計(jì)算出傳輸最佳路徑（Cost最小）后放入路由表。

BFD探針技術(shù)工作原理如下：

BFD由被服務(wù)的上層協(xié)議形式來建立會(huì)話關(guān)系，也就是相關(guān)的應(yīng)用參數(shù)與檢測(cè)參數(shù)（其中包括目的地址和源地址）是由上層相關(guān)協(xié)議通告給BFD。BFD得到相鄰參數(shù)和檢測(cè)參數(shù)之后，逐漸建立BFD會(huì)話，會(huì)話建立前存在兩種對(duì)應(yīng)工作模式。其中一種是主動(dòng)的：在建立會(huì)話前無論是否收到其他端口發(fā)來的BFD控制報(bào)文，都會(huì)主動(dòng)發(fā)送相應(yīng)的BFD控制報(bào)文；另一種則是被動(dòng)的，在建立會(huì)話前不主動(dòng)發(fā)送BFD控制報(bào)文，一直等到收到其他端口發(fā)送來的BFD控制報(bào)文。BFD的會(huì)話有兩種工作方式，其中一種是Echo報(bào)文，鏈路一端發(fā)送Echo報(bào)文給對(duì)應(yīng)其他端口建立會(huì)話，這種方式僅支持單跳檢測(cè)；另一種則是控制報(bào)文，鏈路兩端的接口通過循環(huán)周期性的發(fā)送控制報(bào)文，然后建立會(huì)話。控制原理如圖2所示：

圖2 BFD工作原理圖Fig.2 BFD working principle diagram

BFD會(huì)話建立后，會(huì)進(jìn)行周期性地快速發(fā)送BFD報(bào)文檢驗(yàn)，若在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)沒有收到對(duì)端反饋的BFD報(bào)文，則會(huì)認(rèn)為該雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑出現(xiàn)故障，然后就通知被服務(wù)的對(duì)應(yīng)層的應(yīng)用進(jìn)行處理。該中探測(cè)機(jī)制并沒有鄰居主動(dòng)發(fā)現(xiàn)能力，而是必須依靠被服務(wù)的相關(guān)層應(yīng)用通告其鄰居相關(guān)信息層以建立會(huì)話。不管是網(wǎng)絡(luò)層地址、物理鏈路狀態(tài)、二層鏈路狀態(tài)可達(dá)性，還是應(yīng)用層協(xié)議運(yùn)行狀態(tài)、傳輸層連接狀態(tài)，都可以通過以上手段被BFD感知到。

4 連接關(guān)系

視頻采集設(shè)備、音頻采集設(shè)備、偵察干擾設(shè)備、三維呈現(xiàn)像素設(shè)備通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部業(yè)務(wù)匯聚，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過路由器實(shí)現(xiàn)與傳輸數(shù)據(jù)的交互，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、交換與傳輸功能。

路由器采用OSPF動(dòng)態(tài)路由技術(shù)和BFD探測(cè)技術(shù)；OSPF動(dòng)態(tài)路由技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多路由自動(dòng)學(xué)習(xí)和切換，BFD探測(cè)技術(shù)可以探測(cè)鏈路是否可用，并與路由協(xié)議聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳輸鏈路的切換。網(wǎng)絡(luò)具備多傳輸通道數(shù)據(jù)同傳，組網(wǎng)靈活特點(diǎn)；在系統(tǒng)組成不變的情況下，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示：

圖3 互聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)回傳圖Fig.3 Data return diagram of interconnection relationship

以太網(wǎng)交換機(jī)1作為通信車輛的網(wǎng)關(guān)，為各業(yè)務(wù)分配不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)段，并使用默認(rèn)路由指向路由器1。路由器1作為通信車輛的網(wǎng)絡(luò)出口，與在地面接收站的路由器2進(jìn)行多條物理鏈路互聯(lián)，路由器間的每條物理鏈路使用一個(gè)接口網(wǎng)段，并在此網(wǎng)段上建立OSPF鄰居關(guān)系（區(qū)域?yàn)?）。在對(duì)內(nèi)的路由方向，交換機(jī)2使用靜態(tài)路由指向路由器2。在對(duì)外的路由方向，路由器1使用靜態(tài)路由和OSPF路由相結(jié)合的方式指向路由器2，并優(yōu)選靜態(tài)路由；在配置靜態(tài)路由時(shí)，結(jié)合BFD探測(cè)技術(shù)，為每一種業(yè)務(wù)配置主用和備用兩條路由，根據(jù)業(yè)務(wù)的重要程度和帶寬需求，有計(jì)劃的將流量分配到不同的物理鏈路上，當(dāng)BFD探測(cè)到主用鏈路故障時(shí)，可以自動(dòng)將流量切換到備用鏈路，OSPF路由作為靜態(tài)路由的備份。

5 系統(tǒng)仿真結(jié)果

根據(jù)以上網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，采用華為eNSP軟件對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真。其中線路1模擬Ka動(dòng)中通傳輸鏈路、線路2模擬Ku動(dòng)中傳輸鏈路、線路3模擬微波散射鏈路；偵察車業(yè)務(wù)1、業(yè)務(wù)2模擬仿真視頻采集設(shè)備、音頻采集設(shè)備、偵察干擾設(shè)備、三維呈現(xiàn)像素設(shè)備等終端采集設(shè)備，地面接受站業(yè)務(wù)1、業(yè)務(wù)2仿真業(yè)務(wù)設(shè)備。其仿真連接圖如圖4所示：

圖4 三層網(wǎng)絡(luò)原理仿真圖Fig.4 Three-layer network principle simulation diagram

通過采用eNSP軟件對(duì)地面接收站、傳輸線路及通信車輛進(jìn)行模擬與仿真，對(duì)路由器1、路由器2進(jìn)行IP地址、OSPF路由、靜態(tài)路由及BFD探測(cè)配置。通過試驗(yàn)仿真，得到以下結(jié)果：

當(dāng)鏈路1、鏈路2受到干擾中斷時(shí)，可以通過路由器自動(dòng)切鏈路3進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)鏈路2、鏈路3受到干擾中斷時(shí)，可以通過路由器自動(dòng)切鏈路1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)鏈路1、鏈路3受到干擾中斷時(shí)，可以通過路由器自動(dòng)切鏈路2進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；最終可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

通過仿真可以驗(yàn)證：在多條傳輸鏈路條件下，通過對(duì)路由器的路由交換策略、BFD配置、動(dòng)靜態(tài)路由配置，在某些鏈路受到干擾情況下，路由器可以通過BFD探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸鏈路的狀態(tài)檢測(cè)，并自動(dòng)切換到可用的傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)抗干擾、可靠傳輸。