船載動中通雙平面衛星網絡備份方法研究

張 軍，郭 豐

(解放軍92941部隊，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引 言

隨著現代科技的發展，船載動中通天線解決了船只在移動中通信的難題。動中通天線具有動態下穩定跟蹤衛星的能力，能幫助用戶實現動態條件下不間斷的互聯網接入、視頻會議、語音電話、傳真、文件傳輸等多媒體數據傳輸。在某些重大活動保障或者某些無人值守船只的動中通衛星通信網絡中，網絡一旦中斷會造成嚴重損失，這就對網絡傳輸的可靠性有極高的要求。

本文基于船載動中通天線衛星通信系統，設計了一種雙平面通信網絡，針對雙平面網絡下鏈路互為備份自動切換的方法進行了研究。詳細分析了組網形式、備份形式、自動切換、自動恢復的實現方式，并在此基礎上分析出配置方法，在實際船載動中通衛星網絡中進行驗證，結果表明雙平面網絡的備份方式有效可行。

1 實現過程

1.1 組網形式

在船載動中通衛星通信網絡中有2條相互獨立的衛星通信鏈路，即衛通一平面和衛通二平面。在每條鏈路中的船載衛通站都可以獨立與基地中心站進行通信，互不影響。每個衛通平面均由船載站調制解調器、船載動中通天線、地面中心站天線、中心站調制解調器等設備組成。除此之外還有類似編解碼器、視頻會議終端、語音網關等業務設備，以及實現鏈路自動切換的關鍵設備——路由器，如圖1所示。

圖1 船載動中通雙平面衛星網絡組成框圖

1.2 備份方法

路由器將業務設備的數據接入至2個平面的衛通網絡中，并實現鏈路自動切換功能。路由器要具備多WAN口接口備份、IPsec VPN隧道、網絡質量分析(NQA)探測等功能。

如圖2所示，路由器的LAN口與業務設備連接，WAN1口與一平面船載衛通站連接，WAN2口與二平面船載衛通站連接。正常情況下，業務設備的數據通過LAN口進入路由器，路由器優先從WAN1口將數據送入一平面船載衛通站。如果一平面船載衛通站鏈路故障，路由器內部有自動探測和切換機制，將數據從WAN2口送入二平面船載衛通站。從而保障了業務數據的不間斷傳輸。

圖2 船載站兩平面衛通互為備份框圖

路由器由WAN1口切換至WAN2口，是基于NQA探測機制，在此基礎上通過接口備份與NQA聯動、路由與NQA聯動、VPN隧道與NQA聯動共同實現的。

NQA是一種實時的網絡性能探測和統計技術，可以對響應時間、網絡抖動、丟包率等網絡信息進行統計。NQA能夠實時監視網絡服務質量(QoS)，在網絡發生故障時進行有效的故障診斷和定位。

在該網絡中，NQA探測功能是鏈路自動切換的基礎。船載端的路由器定時從WAN1口發出針對中心站一平面調制解調器IP地址的探測包，每個探測包有多個探測針。當該包的所有探測針均探測失敗時，則判斷該探測包探測失敗，該鏈路異常。然后聯動功能把NQA探測結果通知IPsec VPN、靜態路由、接口備份等模塊，這些模塊再根據探測結果進行相應的處理。

1.3 自動切換

船載端衛通鏈路的自動切換是基于NQA探測，同時進行IPsec VPN隧道、靜態路由、硬件接口等模塊的切換來共同完成，任何一個環節缺一不可。

船載端業務設備的數據進入路由器，經路由器建立的IPsec VPN隧道傳輸至中心站端的路由器。這里的IPsec VPN隧道是在船載端和中心站端建立的數據傳輸加密隧道，根據雙平面衛通建立了2條與NQA探測聯動的隧道。在NQA探測一平面衛通正常的情況下，路由器內部只有一平面的VPN隧道有效，另一條無效；如果NQA探測一平面衛通鏈路異常，則自動切換為二平面的VPN隧道使能。

業務數據包的轉發還要靠靜態路由來實現，靜態路由規定了數據包下一跳IP地址和目的IP地址。根據雙平面衛通，船載端路由器建立了從船載端路由器到中心站2個不同調制解調器的靜態路由。在NQA探測一平面衛通正常的情況下，路由器內部只有通往一平面中心站調制解調器的靜態路由有效，另一條無效；如果NQA探測一平面衛通鏈路異常，則自動切換為到二平面中心站調制解調器的路由。

除VPN隧道和靜態路由外，數據傳輸還要依靠硬件接口來實現。船載端路由器的WAN1接口和WAN2接口分別接入一、二平面的船載衛通站。這里依靠接口備份與NQA聯動實現了接口的切換。在NQA探測一平面衛通正常的情況下，WAN1接口激活，為up狀態，數據可從WAN1口交互；如果NQA探測一平面衛通鏈路異常，則自動將WAN1接口強制為down狀態，接口失效，同時將WAN2接口激活。

1.4 自動恢復

在船載動中通雙平面衛通網絡中，如果已經切換至二平面衛通網絡，當一平面衛通網絡恢復正常后，路由器仍然可以再切換回一平面衛通網絡。主要通過以下兩方面實現：

一是NQA探測。無論當前衛通網絡走的是一平面還是二平面，NQA探測始終在運行，一直在檢測中心站一平面調制解調器IP地址是否可以到達。一旦檢測到目標IP可到達，則把探測成功的消息告訴其他模塊。

另一方面是優先級。在IPsec VPN、靜態路由等功能模塊中，均有優先級設置，一平面的VPN、路由等設置的優先級要高于二平面。在NQA探測成功后，數據則會選擇優先級高的鏈路進行傳輸。

1.5 配置過程

實現船載動中通雙平面網絡下鏈路互為備份自動切換的功能，需要對路由器進行策略配置，主要體現在以下幾方面：

(1) 配置接口的IP地址和到中心站的靜態路由，保證兩端路由可達；

(2) 配置NQA組和NQA測試例，監視一平面船載站到中心站的鏈路；

(3) 配置IPsecVPN隧道安全提議，定義IPSec的保護方法；

(4) 配置安全策略，并指定根據NQA組的狀態建立或拆除IPSec隧道；

(5) 配置接口備份，并與NQA探測聯動。

2 測試與驗證

將本文的船載動中通雙平面衛星網絡備份方法應用于實際船載動中通衛星網絡中進行驗證測試，斷開船載端路由器WAN1口與一平面調制解調器網線，WAN1接口失效，狀態變為down，網絡切換至二平面時間小于3 s；重新接上網線，網絡恢復至一平面時間小于2 s。斷開船載端一平面調制解調器與中心站一平面調制解調器之間的衛星網絡，一平面網絡中斷，但WAN1口仍激活，狀態為up，5 s后網絡切換至二平面，WAN1口失效，狀態為down，WAN2口激活，狀態為up；若恢復一平面衛星網絡，則通信恢復至一平面時間小于3 s。

測試結果表明，該方法有效可行，在該網絡中如果主鏈路發生故障，系統可迅速切換至備份鏈路；如果主鏈路通信恢復，系統可迅速恢復至主鏈路。

3 結束語

本文基于船載動中通雙平面網絡互為備份自動切換功能，經過長期的調試和測試，性能已經十分穩定，能夠很好地實現衛星鏈路的自動切換和恢復，切換時間也滿足衛星通信網絡的使用要求。目前，本方法只實現了點到點和點到多點的雙平面網絡的備份，對于網狀等復雜網絡的雙平面備份方法還有待于測試和完善。