IP over DDN在某導彈試驗指揮艦系統中的設計與應用

孫 東，白龍江，李 燕

（1. 91550部隊95分隊，遼寧 大連 116023；2. 91550部隊92分隊，遼寧 大連 116023）

為實現導彈武器的試驗、訓練、演練以及作戰海上指揮，需要在某艦上構建一套指揮顯示系統，以無線電數字通信技術實現與陸地測控中心的信息傳輸。

在岸海之間的通信組織中，除了傳統的語音指揮通信功能外，還要求具備實況視頻圖像、實時數據、圖表，以及決策等指揮控制信息的傳輸功能。為提升信息傳輸的可靠性，主干信道采用了微波通信和衛星通信互為備份的方式。兩種通信方式優勢互補，共同承擔海上機動通信任務。

通信的應用業務主要包括：勤務電話、語音指揮調度、實況視頻圖像和指揮顯示共4類信息。其中，實況視頻圖像和指揮顯示信息屬于強實時性應用業務，并且采用IP體制，因此，系統中需要配備具有三層交換的網絡設備，通過路由的WAN口達成高層應用到實際物理信道之間的一系列變換任務。

為保護已有投資，系統需要使用先期承建的衛星通信系統，但是，原設備無論接口數量、還是接口標準都無法滿足IP業務、勤務電話和語音指揮調度等多個業務同時接入的需求；另一方面，由于衛星資源限制，任務中可供使用的衛星通信帶寬資源有限。因此，將指揮艦系統的多實時應用業務可靠、靈活地接入到衛星通信系統，是本文系統建設的關鍵問題。

1 IP over DDN解決方案

基于上述種種問題，根據某靶場現有通信裝備資源，本文設計提出了以DDN技術為基礎，承載IP分組業務的IP over DDN解決方案。DDN技術是海上靶場普遍使用的成熟通信技術，它采用了 TDM數字時分復用技術，在傳輸中沒有更多復雜的處理過程（只有復用和解復用處理），因此網絡時延小，特別適合于小容量實時數據傳輸的工作需求。

IP over DDN方案，是利用DDN設備配備的各種標準接口（例如V系列、X系列），可以比較方便地實現多種通信業務包括IP實時應用業務的順利接入，在DDN系統中經過點到點、以及點到多點專線劃分，以64K為基準進行傳輸數據帶寬（本文中簡稱帶寬，下同）配給，由此實現了在較少帶寬資源條件下的多業務通信應用。

關于岸海通信主干信道的選擇，考慮到無線電傳輸的特點，采用微波通信和衛星通信兩條通路同時工作的方式，發送端將應用業務在兩路信道上同時送出，接收端收到后在兩路信息中擇優使用。微波通信傳輸容量大、時延小、誤碼率低，而衛星通信覆蓋范圍廣、作用距離遠、傳輸信道穩定。若將兩種通信方式結合使用，共同承擔主干信道任務，則可以取長補短，加強系統的可用性。

具體實現方法：在DDN設備上使用4種接口：1）配置1個G.703接口連接IP路由器的WAN口，而路由器的 LAN口可以將視頻和指揮顯示信息等業務順利接入，由于DDN的透明特性，在IP應用層不需要添加任何對 DDN設備的操作或管理；2）通過 B+D業務板連接調度交換機，將語音指揮調度業務接入；3）通過 LS業務板連接程控交換機，將勤務電話業務接入； 4）配置1個V.35接口直接連接衛星通信轉發器，保證通信業務的上行與下行；5）再配置 1個 G.703接口連接到微波通信設備，將通信業務接入微波通信信道，實現與衛星通信信道的互為備份設計。

海上指揮艦系統與陸地指控中心通信系統設計如圖1所示。

圖1 岸艦系統通信結構框圖

2 網絡規劃與設備配置

1）路由協議選擇 指揮艦系統使用了 2對（4端）路由器，通過點對點連接形成了相對獨立的兩個廣域網。對于這種網絡結構，應該首選靜態路由協議，在成對使用的路由器中，只要簡單的添加一條指向對方的路由表項就可以了。針對本系統這種海上一點對應陸地多點的路由網絡，使用一條默認路由配置完全可以滿足需要。配置要點如下：

WAN口配置的地址網段要留有適當余地，掩碼位數＜30，如果選29，可以有6個連接，基本符合要求。

靜態路由配置中一定要包含命令：ip default –network Serial 0/1。

2）時隙劃分 指揮艦系統的衛星通信轉發器通過1個V.35為通信業務提供了上行通道，同時約定了上行的帶寬。為解決多業務接入問題，配置了 DDN接入節點機，用以提供各種業務支持電路，由此可以實現多業務的同時接入。DDN接入節點機具有N*64kbit/s(N=1～31)復用，以及小于64kbit/s子速率復用和交叉連接功能，按時隙固定資源分配，每個時隙為64K的帶寬。本系統的4路B+D語音指揮調度需要占用8個時隙，2路勤務電話需要2個時隙，還要留出1個時隙用于DDN系統網絡管理。

由此計算，實況視頻圖像和實時指顯信息等IP業務實際使用的帶寬不超過1280Kbps，通過路由器接入時，必須選擇具備信道化使用的接口模塊，同時還需要對E1控制器進行時隙配置。

假設衛星通信信道分配給 IP業務使用總的帶寬只有1024Kbps，應該怎樣配置呢？首先要確定業務需求，其中實況視頻圖像基本要求的傳輸帶寬不能小于768Kbps；需要實時傳輸的指揮顯示信息包括：被跟蹤目標的測量數據、參試海域的艦船位置以及指揮決策信息等，所需帶寬不大于 320Kbps；總需求實際為1.088Kbps。1024Kbps帶寬包含了16個時隙，可以分配5個時隙給指揮顯示信息，剩余的11個時隙給視頻。業務帶寬分配確定后，在 DDN節點機上確定具體可以使用的時隙序列號，然后，在對應使用的一對路由器中寫上相同的時隙配置命令，例如：

還要在IP體制編解碼器中配置傳輸速率小于704Kbps。

3）實時應用中的組播協議選擇 實況視頻傳輸是典型的實時應用，為保證畫面的清晰和連貫，對網絡延遲以及抖動有很高的要求，但在指揮艦系統中指揮顯示信息則具有更高的實時性要求。試驗任務中，經岸站測控中心處理后的被試品動態飛行參數，以每秒4次的頻率進行刷新，由于被試品機動性強，一旦飛行出現異常，可能威脅到水面艦船的安全，所以，能否及時提供準確的指顯信息，特別是預測和輔助決策信息，進行有效控制，是試驗任務成敗的重要因素。

IP網絡承載實時應用有兩個缺陷，一是IP技術是以“盡力而為”的方式提供服務，不能保證傳輸可靠性；二是TCP/IP協議體系中的TCP協議或UDP協議雖然對于 Internet的傳統應用可以提供一定的容錯和糾錯功能，但TCP協議的建鏈和確認以及重傳引入的時延對于實時業務來說是不能忍受的。如何利用IP協議族的特點整體提高系統的實時性，才是問題的關鍵所在。

提高網絡實時性最直接的方法就是：通過提升硬件檔次來增加網絡（特別是廣域網）的帶寬，然而，這往往需要較大投資來支持。在不增加任何帶寬的情況下，能否通過減少流量，避免沖突和擁塞來保障實時性呢？基于 UDP的組播技術在實時應用中是一個不錯的選擇。

指揮艦系統中，無論是實況視頻圖像傳輸，還是實時指揮顯示信息傳輸，其共同特點就是信息源只有一個點，而接收信息的目的節點卻為數眾多，而且，接收端個數可隨意改變，連接網絡的時機也不確定，例如執行試驗任務時，使用筆記本電腦，可以隨時連接網絡接收實時數據，完成指揮顯示工作。面對這樣的應用需求，使用只能單播的TCP協議存在許多弊病，將一個源信息分發到N個所需節點時，首先要建立N個點對點連接，再把相同的數據在網上傳送N遍，不但效率低還使本來就缺乏的帶寬變得更加擁塞；因為程序是事先寫好的，任務中要隨機增加或減少工作節點是不允許的，那樣將導致系統連接超時。由于是衛星通信，無線信道極易受到干擾，當信號中斷或某個節點故障時，程序就會反復多次詢問和重建鏈路，TCP的這種重傳和擁塞控制機制，會使網絡狀況急劇惡化，從而帶來災難性后果，通信的實時性無法保障。相對而言采用UDP組播模式，傳輸效率和質量卻要好得多。

選擇UDP協議運行的程序，在網路中可以任意的連接或斷開，類似于一個具有“熱插拔”功能的組件。UDP支持單播、廣播和組播方式，由于受到路由器的限制，廣播數據被限制在本地 LAN內，然而，組播數據卻可以跨越路由器，在WAN中傳播。對于一點對多點的實時應用，采用UDP組播技術，只要將信源數據向多播組發送一次，就會有N個組中成員的程序同時收得到，這樣就能減少網絡上相同信息的重復發送，使流量下降，大大緩解數據流量的帶寬壓力，自然大幅度提升了系統的實時性。

IP組播的實時應用主要包括網絡設備配置和軟件編程，指揮艦系統的指顯信息傳輸軟件就是采用的IP組播模式。至于網絡設備配置，由于拓撲只是一個點對點網絡，無論是稀疏還是密集，或者何種分布樹，其結果都是一樣，因此，在路由配置時采用了稀疏-密集模式（PIM-SM-DM）。

4）路由器配置要點 指揮艦系統網絡配置如圖2所示。

圖2 路由配置示意圖

圖2中右側虛線框Jx和實線框Dl表示指揮艦在不同海域試驗時的兩個岸站測控中心，因此，不會出現兩個岸站同時連接使用的情況。以下是 ship-SC到Dl-SC路由配置要點：

1）岸站端：

2）艦上指揮系統端

再說明遠端LAN的路由：

3 結束語

DDN和IP網絡是海上靶場試驗通信系統的兩大基礎傳輸網絡，它們承擔著海上靶場所有應用業務的接入，既有強實時業務也有非實時業務，既存在要求獨占信道的電路鏈接業務，也存在可以共享資源的分組交換業務，根據實際情況的不同，可能會產生各種不同的接入方案，因此應加強接入方案分析和研究。

DDN把數據通信技術、數字通信技術、數字交叉連接技術和計算機技術有機地結合在了一起，具有顯著的實時支持特性和眾多功能，能提供和支持各種通信業務；IP網絡由于其特殊的優勢，特別是網絡設備中核心運算能力的大幅提升，在海上靶場的實時應用方面也在逐步增強。不管未來海上靶場的試驗通信系統如何發展，兩者都會不斷地改進、滲透、融合。

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