國家突發公共事件預警信息發布系統衛星備份系統網絡設計

◆王 濤 何恒宏

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國家突發公共事件預警信息發布系統衛星備份系統網絡設計

◆王 濤 何恒宏

（國家氣象信息中心 北京 100081）

國家突發事件預警信息發布系統是國家突發事件應急體系的重要組成部分，是國務院應急平臺唯一的預警信息發布系統。為實現國家突發事件預警信息發布系統、國家與各省發布管理平臺之間的地面網絡的備份，滿足系統發布管理平臺之間數據的可靠傳輸。本文結合全國氣象寬帶網絡現狀，考慮“國突系統”的建設需要，以及氣象部門衛星應急通信系統的使用需要，對“國突系統”衛星備份系統網絡設計進行了闡述。

預警信息；衛星備份系統；網絡

0 引言

國家突發事件預警信息發布系統（以下簡稱“國突系統”）是國家突發事件應急體系的重要組成部分，是國務院應急平臺唯一的預警信息發布系統。

衛星備份系統是“國突系統”建設的一部分，主要是在氣象部門現有衛星應急通信系統基礎上，擴充衛星通信設備，實現“國突系統”國家與各省發布管理平臺之間的地面網絡的備份，滿足“國突系統”中發布管理平臺之間數據的可靠傳輸。

1 需求分析

綜合考慮“國突系統”需求及目前氣象部門衛星應急通信系統業務情況，主要應用需求包括：

（1）地面網絡中斷時，“國突系統”國家級與省級發布管理平臺之間數據應急傳輸。

（2）地面網絡正常時，省級衛星通信車（以下簡稱應急車）與省級應用系統通信。

（3）地面網絡全部中斷時，應急車與省級應用系統通信。

2 網絡設計

根據“國突系統”衛星備份系統需求，將衛星備份系統地面網絡接入寬帶網主干系統，通過路由設計實現地面網絡與衛星鏈路熱備份，正常情況下，通過地面網絡進行數據通信，當地面網絡中斷時，啟用衛星備份鏈路，承擔“國突系統”預警信息的通信傳輸。

2.1 網絡結構設計

（1）國家級網絡

國家級衛星備份系統各設備使用三層交換機進行互聯，并將該交換機作為衛星主站設備的網關；主站互聯交換機連接至國家級寬帶網匯聚交換機，接入數據通信vlan，主站互聯交換機與國家級寬帶網匯聚交換機間使用鏈路聚合實現可靠連接；主站互聯交換機與寬帶網路由器建立BGP動態路由交換，并配合靜態路由，實現地面網絡與衛星網絡的熱備份；寬帶網路由器通過VRRP為主站互聯交換機建立虛擬冗余網關。

（2）省級網絡

在省級寬帶網互連交換機上劃分衛星通信vlan，省級衛星通信設備直接連接至省級寬帶網匯聚交換機衛星通信vlan接口；省級寬帶網路由器新建網絡連線至匯聚交換機衛星通信vlan接口。寬帶網路由器通過VRRP為衛星通信設備建立虛擬冗余網關。省級衛星通信設備與寬帶網路由器間通過靜態路由互指的方式實現地面網絡與衛星網絡的熱備份。

2.2 熱備路由設計

衛星備份系統熱備路由切換是通過衛星備份通信觸發機制、動態路由學習及路由選擇機制來實現，即通過衛星通信系統ToS檢測和路由優先級選擇實現在地面鏈路全部中斷情況下的衛星應急通信。

2.2.1 衛星備份通信觸發機制

由于衛星備份系統通過檢測數據流中IP包頭中的ToS觸發通信，建立衛星應急鏈路。因此，為保證在地面網絡中斷時及時觸發衛星鏈路，保障應急通信，需在省級寬帶網路由器上進行ToS配置，以便省級衛星通信設備檢測到數據流中IP報頭中的ToS及時觸發衛星鏈路。衛星備份通信觸發流程如下：

（1）在地面網絡中斷時，省級寬帶網路由器將數據流導向衛星通信設備；

（2）數據流在去往衛星通信設備的省級寬帶網路由器出口進行ToS標記；

（3）省級衛星通信設備配置與省級寬帶網路由器相同的ToS值，當衛星通信設備接收到數據流，并檢測發現標記該ToS值，立即觸發衛星鏈路，省級與國家級實現衛星應急通信。

2.2.2 國家級衛星備份系統路由設計

為滿足衛星備份系統通信需求，同時保證網絡結構穩定性和可靠性，將衛星備份主站匯聚交換機作為寬帶網和衛星備份系統網絡的邊界，采用不同的動態路由協議和靜態路由配置，通過路由優先級及精細程度選擇路由，從而實現各種情況下衛星備份系統業務通信。

2.2.2.1 寬帶網路由設計

寬帶網區主要通過比較靜態路由、動態路由進行程度確定路由優先級，從而實現地面線路與衛星鏈路的熱備份。主要設計包括：

（1）國家級寬帶網路由器配置所有省級IP地址段匯總后的靜態路由指向衛星備份系統匯聚交換機。

（2）國家級寬帶網路由器可通過BGP路由協議學習到各省宣告的較精細的路由條目。根據網絡尋址規則，去往同一目的地址存在兩條路由，優選子網掩碼最長的路由條目。因此，在寬帶網正常的情況下，在國家級寬帶網路由器上去往省級節點的數據會優先選擇較精細的BGP路由通過寬帶網地面網絡進行傳輸。

（3）當寬帶網線路中斷時，國家級寬帶網路由器將無法再學習到省級路由器宣告的較精細的BGP路由，去往省級節點的數據只能通過靜態路由轉發至衛星備份系統匯聚交換機，從而實現寬帶網地面線路與衛星鏈路熱備份。

2.2.2.2 衛星備份系統路由設計

衛星備份系統同樣通過比較靜態路由、動態路由精細程度確定路由優先級，從而實現動態選路。主要設計包括：

（1）衛星備份主站匯聚交換機與國家級寬帶網路由器間采用BGP路由協議進行動態路由交換；

（2）衛星備份主站匯聚交換機與衛星通信設備間采用RIP路由協議進行動態路由交換，同時配置默認路由指向衛星備份主站信令Modem；

（3）衛星備份主站信令Modem配置默認路由指向衛星備份主站匯聚交換機；

（4）寬帶網正常時，衛星備份系統匯聚交換機可從寬帶網路由器學習到國家級和各省宣告的BGP路由，當應急車有與省內業務通信需求時，去往省級節點的數據經匯聚交換機通過BGP路由轉發至寬帶網路由器，再經寬帶網傳輸，實現應急車與本省業務系統通信；

（5）寬帶網中斷時，衛星備份系統匯聚交換機無法再學習到省級路由器宣告的BGP路由，只學習到國家級路由器宣告的BGP路由，以及衛星備份系統宣告的去往省級RIP路由，省級與國家級可通過衛星備份系統進行通信。

2.2.3 省級衛星備份系統路由設計

省級衛星備份系統則通過衛星通信設備與寬帶網路由器間互指靜態路由的方式實現網絡連通：

（1）在省級寬帶網路由器上，將國家級IP地址匯總后配置靜態路由指向省級衛星備份通信設備。

（2）省級寬帶網路由器可通過BGP路由協議學習到國家級及其他省級宣告的較精細的路由條目。在寬帶網正常時，省級寬帶網路由器上去往國家級的數據會優先選擇較精細的BGP路由通過寬帶網進行傳輸；當寬帶網中斷時，省級寬帶網路由器將無法學習到國家級和其他省級宣告的BGP路由，去往國家級的數據只能通過靜態路由轉發衛星通信設備。

（3）省級寬帶網路由器上需配置訪問衛星備份系統的靜態路由，由于國家級寬帶網路由器對衛星備份系統地址段進行宣告，因此，為避免路由沖突該靜態路由配置低優先級，寬帶網正常時，BGP路由生效；寬帶網中斷時，低優先級靜態路由生效。

（4）在衛星通信設備上，配置靜態路由將與省級IP地址段指向省級寬帶網路由器。

2.2.4線路切換分析

依照上述網絡設計，對“國突系統”衛星備份系統應用場景分析如下：

（1）寬帶網地面網絡正常時，國家級與省級業務系統通信

寬帶網地面網絡正常時，省級業務系統與國家級業務系統間的通信通過寬帶網傳輸，衛星備份系統不啟用。

（2）寬帶網中斷時，國家級與省級業務系統通信

寬帶網中斷時，省級寬帶網路由器去往國家級地址段指向衛星通信設備的靜態路由生效，省級業務系統自動通過衛星鏈路與國家級業務系統進行通信。

（3）寬帶網正常時，應急車與本省通信

寬帶網正常時，省應急車通過衛星鏈路，經由國家到省寬帶網地面鏈路，實現與本省業務系統通信。

（4）寬帶網中斷時，應急車與本省通信

寬帶網中斷時，省應急車通過衛星鏈路，經由國家級衛星備份系統，實現與本省業務系統通信。

3 結束語

本文對“國突系統”衛星備份系統網絡進行的設計滿足了“國突系統”應用需求。目前“國突系統”衛星備份系統已完成建設，通信網絡按照本文設計方案進行實施，并多次為“國突系統”國家級與省級發布管理平臺之間提供應急數據傳輸，應用效果良好。

[1]中國電子工程設計院.國家突發事件預警信息發布系統建設項目可行性研究報告[R]，2008.

[2]Diane Teare，Bob Vachon，Rick Graziani.Cisco IP Routing（ROUTE）Foundation Learning Guide[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[3]Todd Lammle. Cisco Certified Network Associate Study Guide [M].北京：人民郵電出版社，2012.