華為路由器傳輸雷達信號延時的優化

周穎

（民航華東空管局通信網絡公司，上海 200335）

0 引 言

隨著近年來通信技術的發展，華為的通信設備進入民航空管等專業業務的傳輸領域。民航空管行業對傳輸的信號在延時、丟包等方面有些更嚴格的要求。

目前民航空管有華為AR3260 路由器使用RTC終端接入技術傳輸雷達信號的案例。為了在上述環境下正常的傳輸雷達信號，需要對華為AR3260 的部分配合至RTC 終端接入技術進行分析，研究影響雷達信號傳輸延時的配置參數，并測試這些配置參數對延時的影響程度。

1 RTC 終端接入技術

雷達信號在數據鏈路層使用HDLC 協議，通過華為AR3260 路由器和RTC 終端接入技術將HDLC 信號使用同步串口連接到路由器，通過IP 網絡透傳HDLC 報文，實現終端設備之間的數據交互。

RTC 終端接入技術可以解決IP 網絡無法透傳HDLC 報文的問題，其基本架構如圖1所示。路由器配置RTC 終端接入功能后，可以將被監控終端（如雷達源）傳送的HDLC報文封裝成TCP 報文，通過IP 網絡建立TCP 連接，將封裝后的TCP 報文傳送到遠端路由器，遠端路由器再將TCP 報文解封為HDLC 報文，傳送到監控終端（各類雷達用戶接入設備），實現IP 網絡透傳HDLC 報文的功能，RTC 終端接入技術基本構架如圖1所示。

圖1 RTC 終端接入技術基本構架示意圖

在RTC 終端接入技術中的基本架構里，包含三種角色：終端（監控終端和被監控終端）、RTC 客戶端、RTC 服務器端。

（1）終端分為監控終端和被監控終端。在空管數據網的應用中，雷達源為被監控設備，雷達用戶接入設備為監控終端。雷達源作為被監控終端，負責實時采集雷達數據，及時響應雷達用戶接入設備的數據請求，將監控數據發送給雷達用戶接入設備。

（2）RTC 客服端連接監控終端，通常作為RTC 終端接入技術的發起方，主動向RTC 服務器端發起TCP 連接，以此獲取數據信息。在空管數據網應用中，雷達信號輸出路由器為RTC 客服端，與雷達用戶接入設備物理相連，并主動向雷達信號輸入路由器發起TCP 連接。

（3）RTC 服務器端連接被監控終端，通常作為RTC 終端接入技術的接收方，負責接收RTC 客服端發出的TCP 連接請求，之后向被監控終端發送采集的數據。在空管數據網應用中，雷達信號輸入路由器為RTC 服務器端，與雷達源物理相連，并在接收到RTC 客服端發送的請求后，向其發送雷達信號。

RTC 終端接入技術數據轉發流程如圖2所示。

圖2 RTC 終端接入技術數據數據轉發流程示意圖

RTC 終端接入技術數據轉發流程可分為八個流程，如下帶入空管傳輸雷達數據的環境加以說明：

（1）雷達用戶接入設備發送請求數據（HDLC 封裝）給雷達信號輸出路由器；

（2）雷達用戶接入設備發送的請求數據觸發雷達信號輸出路由器向雷達信號輸入路由器發起TCP 連接請求；

（3）雷達信號輸入路由器接收到雷達信號輸出路由器的TCP 連接請求，通過TCP 三次握手后，建立TCP連接；

（4）雷達信號輸出路由器將雷達用戶接入設備發送的HDLC 報文封裝成TCP 報文后，通過IP 網絡發送到RTC 服務器端。目前由于空管使用雷達信號多為單向傳輸，該流程可能不執行；

（5）雷達信號輸入路由器接收到TCP 報文后，將其解封裝為HDLC 報文后，再發送給雷達源。目前由于空管使用雷達信號多為單向傳輸，該流程可能不執行；

（6）雷達源將采集的雷達數據以HDLC 報文形式發送給雷達信號輸入路由器；

（7）雷達信號輸入路由器將雷達源發送的HDLC 報文封裝成TCP 報文后，通過IP 網絡發送到雷達信號輸出路由器；

（8）雷達信號輸出路由器將雷達源發送的TCP 報文解封裝成HDLC 報文后，發送給雷達用戶接入設備。

2 雷達產生延時的環節

根據上文對RTC 技術的介紹，在路由器將HDLC 幀封裝成TCP 報文的過程和TCP 傳輸過程中會影響雷達信號的延時。其中HDLC 幀封裝過程中影響延時的路由器參數有：itf number ；TCP 傳輸過程中影響延時的路由器參數有：擁塞算法的選擇、TCP 連接收發緩沖區大小（tcpsendbuf-size和tcprecvbuf-size）。

上述路由器配置參數都對雷達信號延時有不同程度的影響，需要研究其對雷達信號傳輸延時的影響程度，并進行優化。

3 相關配置參數的測試

3.1 itfnumber

itf number 命令用來配置同步方式下串行接口的幀間填充符的個數。幀間填充符是接口在沒有發送業務數據時發送的碼型，用來使接收設備在收到數據幀后有一定的緩沖時間對數據幀進行處理，并為接收下一幀做好充分準備。

幀間填充符的個數表示兩個相鄰幀之間存在多少個幀間填充符，而幀間填充符作為額外開銷，會影響接口的實際傳輸速率。通過執行itf number 命令，用戶可以手動設置幀間填充符的數目，從而對傳輸速率進行適配。

幀間填充符的個數對傳輸數據延時的影響表現為：增大幀間填充符的個數，實際發送有效數據包的速率減小，延時增大；減小幀間填充符的個數，實際發送有效數據包的速率變大，延時減小。

華為路由器串行接口默認itf number 數值為4 個字符，取值范圍為0～ 12 字節。目前TDM 數據網同步端口itf number 數據為默認配置

為了確認itf number 對雷達信號延時的影響程度，分別對某selex 雷達A、B 某信號傳輸端口配置不同的itf number值，得到雷達信號延時測試結果如表1所示。

表1 itf number 對雷達信號傳輸延時影響測試結果

根據表1中三個對照組的測試結果，可以明顯看出itf number 取值與雷達信號延時成正比。但itf number 取值對雷達信號延時的影響不明顯。無法通過修改itf number 取值達到較大程度降低雷達信號延時的目的。

3.2 TCP 連接收發緩沖區和擁塞算法

Nagle 算法是為了盡可能發送大塊數據，避免網絡中充斥著許多小數據塊，以減少IP 報頭和TCP 報頭的開銷，提升網絡資源利用率。

該算法的核心思想是最多只能有一個未被確認的數據小分組存在于網絡，而待發送的其他小分組會被重新分組成一個較大的分組，等收到上一個小分組的應答或長度達到一定程度后再發送。

收發緩沖區起到緩沖數據的作用。TCP 接收緩沖區為較小值時，路由器將不間斷發送數據；TCP 接收緩沖區為較大值時，TCP 緩存區將集中存儲一定量數據后再發送出去，可能產生一定延時。

Nagle 算法發送數據的主要規則如下：

（1）如果數據包長度達到tcp min-mss，則允許發送；

（2）若所有發出去的小分組都被確認，則允許發送；

（3）設置了tcpnodelay 選項，則允許發送。

由于使用Nagle 算法時需要達到一定條件才會發送數據，因此會引起數據排隊，產生額外延時。

目前華為路由器RTC 技術中默認配置為使用Nagle 算法，反之可在RTA 模板中開啟tcpnodelay enhance 命令配置TCP 連接中不使用Nagle 算法，以減少TCP 報文收發過程中的時延。

圖2中RTC 終端接入技術數據轉發流程中步驟4 和步驟7 中收發緩沖區起到緩沖數據的作用。用戶可使用tcpsendbuf-size 和tcprecvbuf-size 命令在華為路由器上配置TCP 連接收發緩沖區大小。

根據雷達業務的特性和對收發緩沖區的研究，可以進一步對收發緩沖區大小做出以下結論：

（1）收發緩沖區大小配置為較小值雖然可以提高傳輸的實時性，但抗傳輸抖動性能差，容易產生丟包；

（2）收發緩沖區大小配置為較大值雖然可以提高抗傳輸抖動性能，但會增加信號的延時；

（3）雷達信號需要較好的實時性；

（4）傳輸速率較高的雷達需要將收發緩沖區配置相對較大值以免丟包。

為了驗證上述配置參數對雷達信號延時的影響程度，對某selex 雷達業務RTA 模板中配置參數進行不同配置，得到雷達信號延時測試結果表2所示。

表2 RTA 模板不同參數對雷達延時的影響

根據表2中的測試結果，可以看出TCP 的收發緩沖區不論配置為何值，其對雷達信號的延時的影響沒有明顯變化規律。而開啟tcpnodelay enhance 算法后，雷達信號延時有較大程度的減小。

4 結 論

根據對華為路由器和RTC 技術中影響雷達信號傳輸延時的相關參數的測試研究，itf number 取值以及TCP 收發緩沖區取值對雷達信號的傳輸延時影響程度較小。而開啟tcpnodelay enhance 功能可明顯降低雷達信號傳輸的延時。目前華為AR3260 路由器開啟tcpnodelay enhance 功能后傳輸雷達信號，雷達用戶在實際使用中確認雷達信號延時處于正常范圍之內。但目前的研究方式僅針對雷達信號的傳輸延時，若考慮到傳輸中的抖動等因素，須進一步研究。