Vanguard設備使用衛星鏈路傳輸雷達數據的參數調優

谷瑞

摘 要：文章結合新疆民航空管Vanguard語音數據網的實際運用經驗，分析通常用在其中繼端口的Annex G協議是如何利用X.25協議進行流量控制的，并以此為基礎通過實驗確定了與小帶寬、大時延的衛星電路相適配的Vanguard幀中繼虛電路的相關參數。

關鍵詞：Vanguard；路由器；X.25；幀中繼；滑動窗口；雷達數據

中圖分類號：TN927 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）10-0029-03

Abstract： Based on the practical application experience of Xinjiang civil aviation air traffic control vanguard voice data network， this paper analyzes how the Annex G protocol （which is usually used in the following port） uses X.25 protocol to control the traffic. Based on this， the parameters of the vanguard frame relay circuit are determined by experiments to be adapted to the satellite circuits with small bandwidth and long delay.

Keywords： vanguard； Router； X.25； frame relay； sliding window； radar data

引言

Vanguard 系列路由器在民航通信領域有著廣泛應用。新疆民航空管Vanguard語音數據網已建設完成，但是在測試過程中，該網絡存在雷達數據傳輸嚴重異常的情況，無法滿足自動化用戶的接入要求。經過不懈努力與反復實驗，該問題已得到較好解決。

1 新疆空管Vanguard語音數據網的構成

Vanguard系列多業務接入路由器較好的支持多種協議如IP、幀中繼、X.25、TBOP等之間的互通，主要用于將多種業務接入廣域網，并具有維護簡單、故障率低等優點。

新疆空管Vanguard語音數據網中的節點以點對點的方式傳輸VHF信號、雷達數據等多種空管業務，以Vanguard 6840路由器作為節點設備，由民航ku衛星網提供中繼鏈路，作為地面傳輸方式的重要保障手段。

圖1表現了新疆地區遠端雷達站的雷達數據傳輸至民航烏魯木齊空管中心所經過的設備和物理線路。使用V.24接口的雷達信號數據通過Vanguard路由器的TBOP（面向比特透明傳輸協議）端口進入Vanguard路由器。TBOP協議可以透明傳輸HDLC數據幀，適用于傳輸雷達數據。經過內部處理后，雷達數據被承載到Vanguard幀中繼端口的一條PVC虛電路上，從以v.35為物理接口的廣域網幀中繼接口向外發送，通過民航Ku衛星網和SDH本地網的透明傳輸到達雷達數據用戶側的Vanguard路由器，再接入用戶。

2 Vanguard路由器雷達數據業務傳輸中遇到的問題解決思路

使用恒光HCT-8810雷達數據測試儀對由圖1所示物理線路傳輸的雷達數據進行測試，發現收到的雷達數據存在大量扇區丟失、正北幀丟失的情況，且由雷達數據時延測試測得延遲平均達15秒。

在尋找雷達數據傳輸異常的原因的過程中，發現Vanguard路由器上存在一些異常現象。登陸遠端雷達站Vanguard路由器的管理界面，依次進入Main>Status/statistics> Detailed Port Stat菜單，查看輸入雷達數據的TBOP端口的狀態，發現端口下存在大量Lost Segments（網絡層丟包）和Frames Queued（數據鏈路層排隊未發出的幀）；并且在同一路由器上進入Main>Status/statistics> Detailed Link Stat菜單，查看幀中繼站的狀態，顯示在廣域網幀中繼鏈路上存在隱式擁塞。

而將中繼鏈路替換為地面鏈路后，上述問題即消失，并且將兩臺Vanguard做背靠背連接再進行測試，得到雷達數據時延測試結果為與雷達數據源處測得的時延相差僅30ms，該時延差即為兩臺Vanguard設備傳輸雷達信號的固有開銷。因此，需解決Vanguard路由器通常使用的雷達數據業務配置在使用衛星鏈路時存在流量控制問題。

3 調整X.25滑動窗口相關參數改善雷達數據質量

Vanguard系列路由器在使用幀中繼作為廣域網接口協議時，在承載幀中繼虛電路的frame station（幀中繼站）上主要使用的是ANSI T1.617 Annex G協議。該協議規定了如何使用幀中繼的DLCI虛電路傳輸X.25分組數據。利用X.25協議完善的差錯校正和流量控制機制，Annex G虛電路可以提供可靠的傳輸業務，也是由原有的X.25網絡向幀中繼網絡過渡的一種手段。而X.25協議的數據鏈路層和分組層（對應OSI協議的網絡層）均使用滑動窗口方式來實現流量控制。因此可考慮調整幀中繼站中的X.25相關參數，與滑動窗口有關參數的默認值如下：

K Frame Window（數據鏈路層滑動窗口尺寸）： 7

W Packet Window（網絡層包緩沖區大小）： 7

P Packet Size： 128（網絡包大小）

Data Queue Upper Threshold： 5（數據隊列上限）

Data Queue Lower Threshold： 0（數據隊列下限）

Window Subtractor：0（窗口減法器）

3.1 K Frame Window參數的調整

根據計算機網絡的相關理論，在數據鏈路層的連續ARQ協議中需對已發出但未收到確認信息的數據幀的數量加以限制，即使用發送窗口對發送端進行流量控制。使用有限的幾個比特來編號，用作幀的序號，并使“窗口”的值小于幀序號的最大值，用以表示最多可以發送多少個未收到確認信息的幀。如使用3位比特進行編號，即幀序號為0（二進制為000）到7（二進制為111），此即模8的幀結構；如使用7位比特編號，即幀序號從0到127，此即模128的幀結構。

X.25協議的LAPB規程（平衡型鏈路訪問規程）定義的數據鏈路層滑動窗口的控制參數是窗口尺寸k，即在收到確認信息前可以發送的最大幀數，對應于frame station（幀中繼站）的K Frame Window參數。在模8幀結構下，K Frame Window參數的取值范圍為1到7。k值的選定取決于物理鏈路的傳播時延和數據的傳送速率，對于大多數鏈路來說，模8幀結構都已經夠用，而X.25協議規定在用于衛星鏈路這種長時延鏈路時，應采用模128的幀結構，幀序號范圍應更大。在Vanguard的參數設置中，K值的取值范圍為1到63。據此可修改K參數為最大值，方法如下：

進入Main>Configure>Port菜單，將Frame Sequence Counting參數由NORM（即模8幀結構）修改為EXT（即模128）；

進入Main>Configure>FRI Stations菜單，將K Frame Window值修改為最大值63。

3.2 W Packet Window參數的調整

根據廠家的定義，W Packet Window參數規定了Packet Buffering（包緩沖區）的大小，它的含有是能夠被緩存和重發的三層數據包的數量，用來協調不同網絡設備之間的速度匹配問題，過小的緩沖空間在發生擁塞時容易丟包出錯。

類似于K參數，W Packet Window參數也為滑動窗口控制參數的取值范圍，不同在于分組層的W Packet Window對單個邏輯信道（即虛電路）進行流量控制，鏈路層的K Frame Window控制的是DTE-DCE接口上的流量。并W Packet Window參數值也有模8和模128之分，在X.25分組層的GFI（一般格式標識符）的定義中可以體現這種區分。

GFI位于分組報文頭，由4比特組成，分別定義為QDSS，其中SS為模式比特，SS=01表示分組的順序號是模8方式，SS=10表示是模128方式。

修改W Packet Window參數的方法如下：

進入Main>Configure>Port菜單，將Packet Sequence Counting參數由NORM（即模8）修改為EXT（即模128）；

進入Main>Configure>FRI Stations菜單，將W Packet Window參數修改為經驗值40；

經測試僅將W Packet Window從默認值修改成40以后，雷達信號時延立即降低至1秒以下。

3.3 Window Subtractor參數的調整

根據Vanguard原廠資料《Vanguard Managed Solutions：Frame Relay Interface/Access》的x25窗口配置建議，應在使用高延時的鏈路時調整window Subtractor參數，一般應使該參數接近或等于W packet window的大小，設置該參數的同時應將同一幀中繼站的以下兩個參數做修改：

Data Queue Upper Threshold： 15

Data Queue Lower Threshold： 4

根據上表，因Vanguard所用的衛星中繼帶寬為64kbps，故嘗試將window subtractor的值設置為4，將幀中繼站的參數修改為：

K Frame Window： 63

W Packet Window： 40

P Packet Size： 128

Data Queue Upper Threshold： 15

Data Queue Lower Threshold： 4

Window subtractor：4

修改參數后時延大為下降，從平均時延15s降至700ms左右，且雷達數據測試也未發現大量丟扇區和正北的情況。長期測試后發現雷達信號時延波動明顯，并且測試一個小時以內就會出現突發大時延且時延曲線不連續的現象，此現象的原因應是HCT-8810測試儀在時延測試中每秒記錄十個點跡以繪制曲線，如果時延跳變過大導致曲線不連續。

然后將Windows subtractor修改為36，使其接近W Packet Window修改后的值，測試發現出現突發大延時的現象變為緩和，時延曲線趨向平穩。

4 其他參數的調整

經過反復測試，發現將以下參數與上一節提到的參數一同修改后，對雷達數據質量亦有改善：

進入Main>Configure>Port菜單，將幀中繼端口的Clock Source（時鐘源）修改為EXT（外時鐘），并且無論本端和遠端的Vanguard路由器都做此修改，即都從中繼電路設備取同步時鐘。

在Main>Configure>Port菜單下進入雷達數據口，將Receive Byte Count（接收比特計數）由MAX修改為896；將Maximum Frame Size（允許最大幀大小）由4500修改為2000；將 port options由None修改為CBR（恒定信息速率）。

修改完參數后重啟設備，發現vanguard雷達數據口Lost Segments（網絡層丟包）的現象得到大大緩解，Frames Queued（幀排隊）不再出現，使用HCT8810測試信號時延，時延曲線波動已很細小，正北幀和扇區丟失的情況也未出現，得出平均時延為400ms左右。

5 結束語

最終vanguard路由器參數調整的結果為：

FRI Port（幀中繼端口）：

Clock Source：EXT

Frame Sequence Counting：EXT

Packet Sequence Counting：EXT

FRI Stations（幀中繼站）：

K Frame Window： 63

W Packet Window： 40

P Packet Size： 128

Data Queue Upper Threshold： 15

Data Queue Lower Threshold： 4

Window Subtractor： 36

雷達數據TBOP口：

Receive Byte Count：896

Maximum Frame Size：2000

Port Options ： CBR

通過對X.25協議細節的探討，最終可以證明，調整與x.25滑動窗口相關的Vanguard路由器幀中繼虛電路參數，對傳輸業務質量尤其是雷達數據的質量的提高有很關鍵的作用。經過以上工作，通過民航Ku衛星網傳輸的雷達數據的時延已從平均15秒降至約400毫秒。今后可以進一步對vanguard路由器端口所用的協議進行研究，以使民航空管業務的質量得以更好保證。

參考文獻：

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