民航通信網應用展望

王強

摘 要：在過去的一些年內，我國民航一直處于快速發展時期，機場旅客吞吐量、航班架次均保持著較高的增長速度。為適應民航行業快速發展，伴隨著計算機技術、通信技術以及它們融合產生的計算機網絡技術的飛速發展，民航系統內的各類IT業務系統發展突飛猛進，涉及運行生產、安全保障、辦公OA、電子政務、安全監管等等，覆蓋全民航各機構。隨著各類業務數據量、相互之間的數據交換量的提升，系統對于網絡的大帶寬、低時延、高冗余、高可擴展性的需求逐漸顯現。相比較而言，現有民航數據通信網（ATM網）帶寬低、技術擴展性差，在一定程度上滯后于主流網絡技術的發展。在這種背景下，急需建設一套安全、可靠、技術先進、適用性廣泛、覆蓋全民航系統的全新的民航通信網。

關鍵詞：民航通信網；通信技術；數據交換

中圖分類號：V351 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0023-03

隨著我國民航事業的快速發展，民航系統飛行安全和運行管理等各類業務信息的傳輸、交換需求不斷增加，現有民航數據通信網（ATM網）難以滿足民航系統數據傳輸的需求，需采用成熟先進的通信技術，組建保障民航各型數據業務傳輸應用和安全可靠的專用通信網絡[1]。為適應民航快速發展的需要，增強民航信息傳輸能力，提高飛行安全和運營保障水平，2015年1月12日，國家發展改革委印發《關于民航通信網工程可行性研究報告的批復》（發改基礎〔2015〕118號），同意實施民航通信網工程。準備組建覆蓋民航局、地區管理局、監管局，民航空管系統，民航運輸機場及航空公司的專用通信網絡，即民航通信網。民航通信網主要承載民航視頻業務、民航綜合及專業業務、民航航空安全保障業務等三類業務。其中，民航視頻業務主要包括視頻等多媒體業務，民航綜合及專業業務主要包括各種辦公類管理業務，民航航空安全保障業務主要包括雷達信號引接、甚高頻信號引接、民航自動轉報等。

1 民航數據網介紹

民航通信網總體網絡構架包括：傳輸網、IP及TDM承載網、網絡管理系統、網絡安全系統等，如圖1所示。

傳輸網是通信網底層物理網，提供傳輸通道，在總體架構上采用基于MSTP技術的層次化雙星型網絡架構，全網劃分為核心層、匯聚層和接入層。業務承載網構建在傳輸網之上，構架民航IP承載網和TDM承載網，實現各類業務接入的有效承載。在網絡接入層配置安全防護設備，在網控中心配置安全管理系統，在網絡骨干節點配置入侵檢測系統。網絡管理系統采用分級部署、分級管理，在北京、上海網控中心建設一級網管，在7個地區空管局建設二級網管，在37個空管分局（站）節點設置監視終端。此外，還在北京網控中心部署實驗測試、培訓和運維分析管理系統以及在北京十里河空管機房配置全網應急容災備份中心。

1.1 傳輸網

傳輸網是民航通信網的底層物理傳輸網，提供傳輸通道，并實現中繼資源的調度及業務的綜合傳送。傳輸網劃分為核心層、匯聚層和接入層，設置了四個級別的節點：—級節點2個，分別設置在北京和上海網控中心；二級節點14個，設置在7個地區空管局、7個區域管制中心；三級節點37個，設置在37個空管分局（站）；四級節點237個，設置在民航局、民航局空管局、北京應急通信容災中心（十里河）、廣州老白云空管通信樓、廣州終端管制中心、上海終端管制中心、珠海進近、三亞區管及上海浦東機場航管樓、上海虹橋機場航管樓、首都機場航管樓、成都老航管樓、烏魯木齊航管樓、7個地區管理局、41個監管局、9個地區空管局同城機場（含拉薩）、167個民航地方機場。在各級節點分別配置了對應等級的傳輸設備。傳輸網拓撲圖如圖2所示。

北京網控和上海網控之間通過622M冗余互聯，北京網控和各地區空管局之間通過622M互聯，上海網控和各區域管制中心通過622M互聯。地區空管局、區域管制中心分別和空管分局（站）之間通過155M互聯；區域管制中心通過雙622M互聯至地區空管局，終端管制中心（三亞區管、珠海進近）通過雙622M連接至地區空管局。空管分局（站）通過雙155M接入至地區空管局，監管局通過雙155M接入至空管分局（站）；航管通信樓通過155M中繼接入本地匯聚節點；9個地區空管局同城機場（含拉薩）通過155M接入地區空管局，167個民航機場通過10M接入至傳輸網。

在北京網控中心區域和其它區域內，通過運營商或本地裸光纖連接DWDM節點形成區域內光環網，實現區域內大數據業務的交互，同時通過電信運營商線路與MSTP傳輸網相連，實現區域間的信息交互。

1.2 IP承載網

IP承載網構建在傳輸網之上，實現IP業務接入的有效承載。IP承載網承載的業務，包括民航電子政務視頻系統、民航局運行決策視頻系統、民航電子政務辦公系統、民航檔案信息管理系統、民航財務管理信息系統、民航電子政務異地災備系統、民航公安安保系統、民航航班時刻信息系統、民航安全信息管理系統、民航人力資源管理系統、民航運輸保障應用系統、民航飛行標準管理應用系統、民航空管行業安全審計管理系統、氣象會商和氣象數據庫、航行情報信息系統、空管局視頻系統、空管辦公自動化和信息化互聯、通用航空管理系統等，并針對以上業務的自身帶寬需求及業務特性設計了QoS保障機制。

IP承載網的結構與傳輸網大致相同，也包括3個網絡層次（核心層、匯聚層、接入層）。共設置762個節點，其中，2個全網核心節點，設置在北京和上海網控中心；14個區域核心節點，設置在7個地區空管局以及7個區域管制中心；37個地區匯聚節點，設置在37個空管分局（站）；709個業務接入節點，設置在民航局、民航局空管局、北京應急通信容災中心（十里河）、2個終端管制中心、三亞區管、珠海進近、7個地區管理局、41個監管局、6個航管通信樓、2個地區空管局辦公樓（華北、西北）、212個民航機場、31個航空公司以及403個空管臺站。各級節點分別配置相應等級的IP業務接入路由設備。endprint

1.2.1 路由、IP和組播策略

民航通信網所有網絡節點位于一個自治域內，使用私有自治域系統（AS）號碼65219。域間路由協議采用BGP，在AS邊界通過EBGP控制路由的發送、接收、匯總和屬性修改等。

IP地址規劃和網絡結構、路由協議、流量及業務規劃等結合并與網絡層次相對應。IP地址劃分包括網絡設備Loopback/管理地址、設備互聯地址和業務地址。

網絡建設初期采用PIM-SSM，當組播業務流量達到一定量級，逐步采用PIM-SM平滑過渡。民航IP承載網路由器設備具備NGMVPN演進能力，實現組播數據流量和控制報文在BGP/MPLSIPVPN網絡上的分層轉發。

1.2.2 網絡服務質量（QoS）策略

在民航數據通信網中QoS在邊緣完成業務的分類和標記，在核心根據QoS標記作分類轉發。結合網絡的實際情況，在接入及邊緣設備層、匯聚層和核心骨干層采用不同的QoS模型實現機制。

接入層采用DiffServ+IntServ混合模式的QoS策略，對于一般業務用DiffServ實現業務的分類、標記和聚合，重點保障業務通過IntServ模型實現端到端的QoS保證。

匯聚層釆用DiffServ模型，實現隊列調度和擁塞避免，完成對其他業務數據包的DSCP-EXP映射轉換，同時根據數據包不同的DSCP或EXP值使用PQ和WRR進行隊列調度，使用WRED進行擁塞避免。

核心層采用DiffServ模型，實現基于硬件的流量整形和擁塞避免機制，核心層使用WRED擁塞避免，在核心設備的所有端口實施MDRR和WRED。

報文分類一般按照IP報文頭的CoS（ClassofService優先級字段）、VLANTAG報文的802.1P、MPLS報文的EXP、用戶的優先級、復雜流分類等字段和方法。QoS策略按照DiffServ模型和業務開展的需要在網絡不同位置實施，原則上在網絡邊界實施分類標記和流量控制，在全網實施擁塞控制。民航IP承載網的服務質量保障方案設計，以鏈路輕載方式為主、以區分服務（DiffServ）、快速路由收斂和快速重路由（FRR）等技術為輔，實現QoS保證。

1.3 TDM承載網

TDM承載網滿足甚高頻話音、雷達、自動轉報等業務的接入要求，支持ADS-B、管制移交電話業務接入發展需要。TDM承載網利用傳輸層實現與1P承載網的物理隔離，采用IP技術體制，經交換設備搭建骨干承載網，通過落地設備和接入設備搭建接入網。

TDM承載網構架在傳輸網之上，其結構與傳輸網大致相同，共設置有681個節點，其中：一級節點16個，設置在在北京網控、上海網控、7個地區空管局以及7個區管中心；二級節點50個，設置在民航局、民航局空管局、北京應急通信容災中心（十里河）、2個終端管制中心、三亞區管、珠海進近、6個航管通信樓、37個空管分局（站）；三級節點615個，設置在403個空管臺站。各級節點分別配置相應等級的TDM承載設備。

1.4 網絡管理系統

在北京和上海設置2套異地互備的一級網管，負責全網的技術支持、全網協調、資源優化、電路配置、信息管理等；在7個地區空管局分別設置1套二級網管，分別負責各自轄區內的設備保障、電路配置等；在37個空管分局（站）分別配置網管監視終端，負責日常運維監視；在北京應急通信容災中心（十里河）進行網管系統數據和運維數據的容災備份。

網管系統的底層硬件平臺是承載傳輸網管、IP網、TDM專業網絡管理系統及綜合網絡管理平臺的支撐系統，采用云計算虛擬化技術實現，系統包括網絡層、服務器及存儲層，及業務功能區、廣域網區域鏈路負載均衡和應用區域的應用負載均衡等各個區域層次。

1.5 網絡安全設備

在網絡信息安全越來越受到重視的今天，民航通信網也是針對網絡信息安全的需要，在各級節點配置都配置了相應的網絡安全設備。民航通信網配置的網絡安全設備大體上可分為三類：（1）入侵檢測系統，包括網絡攻擊檢測系統、等保支撐服務系統，安裝在北京網控中心，覆蓋上海網控中心、北京應急通信容災中心、各地區空管局、各空管分局（站）的三級設備旁路。（2）安全防護設備，包括安全訪問控制設備、病毒過濾網關、綜合安全網關、邊界安全網關，安裝在民航通信網的網絡邊界處，包括民航局、民航局空管局、北京應急通信容災中心、北京網控中心、上海網控中心、各地區管理局、監管局、地區空管局、區域管制中心、終端管制中心、各空管分局（站）、地方機場以及航空公司等節點。（3）安全管理系統，包括網絡安全管理系統、終端安全管理系統、病毒防護管理系統、安全設備網管及終端、運維堡壘主機、網絡綜合審計設備、網絡身份識別等。安裝在北京和上海網控中心以及各地區空管局。

2 民航通信網的特點

作為一個覆蓋全民航的專用通信網絡，民航通信網覆蓋面廣，承載業務種類繁多[2]。根據前述內容及網絡設計原則，民航通信網具有以下幾個特點：

2.1 可靠性

為保障所承載的業務數據可以高效，高可靠的傳輸，民航通信網從網絡架構層面、路由層面和硬件設備層面這三個方面來考慮整體的網絡架構可靠性。物理架構層面，重要節點全部配置雙設備、雙鏈路，以此保證整個骨干網在物理架構層面形成完全冗余的架構，同時還采用相應的路由技術實現整個路由的冗余和快速切換。路由架構層面，IP承載網采用MPLS-TE、FRR、BFD等鏈路快速切換技術，當某條物理鏈路出現故障時，可以保證快速檢測并快速切換至冗余鏈路進行數據傳輸，有效保障業務傳輸的實時性和可靠性；TDM承載網采用設置冗余點到點隧道迂回路由的方式進行可靠性保障。設備性能層面，在重要節點配備高端設備，配置雙引擎，雙電源，重要業務配置雙板卡等冗余保障機制來實現物理設備自身的冗余保障。

2.2 安全性

民航通信網依據國家關于等級保護系統三級的要求，在全網部署綜合安全防護體系及防護策略。根據各類節點的安全防護需求，在全網部署不同性能特性的安全設備。其中，高性能設備是安全訪問控制設備、病毒過濾網關，部署在IP承載網中核心、匯聚節點的網絡邊界處；中等性能設備綜合安全網關可同時提供訪問控制和病毒過濾功能，部署在在地區管理局、監管局以及匯聚節點處的網絡邊界處；邊界安全網關，功能與綜合安全網關相同但性能略低，部署在接入層節點。

2.3 實時性

為滿足各類業務系統的帶寬需求，民航通信網具有處理突發數據的實時傳輸能力，具備良好的服務質量保障（QoS）能力。QoS設計根據不同的業務系統對網絡的不同需求分配匹配不同的QoS保障策略，以保障不同業務對網絡性能的需求。

2.4 擴展性

民航通信網具備強大的網絡擴展能力。一方面系統預留了冗余帶寬、接口、板卡等資源，另一方面系統采用的組網技術也具備充分方便的擴展能力。

3 結語

民航數據通信網是保障飛行安全、空中交通管理及民航行業運行信息傳輸的重要基礎設施，提供民航系統飛行安全和運行管理等各類業務信息的傳輸、數據交換服務。我國民航業正處于高速發展階段，行業的發展也更依賴各類高質量、高性能、安全可靠服務支撐。在這種背景下，民航數據網必將擁有廣泛的應用前景[3]。

參考文獻

[1]李啟東.關于如何加強民航通信網建設的探討[J].通訊世界，2015，（13）：113.

[2]許靜.民航空管通信網的可靠性分析[J].信息技術與信息化，2014，（9）：65-67.

[3]張宇軒.民航通信技術的應用與發展[J].信息通信，2014，（8）：184.endprint