戰術通信網絡架構中路由交換策略關鍵性分析

張方巍，張 敏，朱力楊

（中國電子科技集團公司第二十八研究所，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著軍隊信息化的不斷發展，戰術通信對數據和音視頻傳輸的可靠性提出了嚴格要求。戰術通信系統網架構中通常運用微波、長期演進（Long Term Evolution，LTE）、超短波、衛星以及自組網等無線通信方式和光纖等有線通信方式。環境頻段干擾、地形以及通信距離等因素，直接決定采用何種通信手段。機動裝備部署地點經常更換，通信環境不確定，且戰術通信網絡架構中通信手段多、通信節點復雜，需結合路由交換策略，實現通信網絡系統的穩定運行。

路由交換策略運行在路由器上，能夠保證到達指定路徑，開展有效的路徑選擇，即負責指路[1]，可以實現多種通信方式的優先選路和無線/有線通信鏈路的切換等功能。利用無線/有線混合鏈路下數據路由控制技術和路由交換網絡開放式最短路徑優先（Open Shortest Path First，OSPF）鄰居震蕩抑制技術，闡述實際應用中容易出現的問題，并提出相應的解決方法。

1 通信系統網絡架構

中心站與各站點之間使用LTE和光纖2種通信方式，可以根據環境頻段干擾信息和地形等因素選用通信方式，結合無線/有線混合鏈路下數據路由控制技術和路由交換網絡OSPF鄰居震蕩抑制技術等路由交換策略，實現中心站和各站點之間的組網互聯與信息高效穩定傳輸。通信系統網絡架構中數通設備連接關系如圖1所示。

圖1 網絡架構中數通設備連接關系

2 軟件干擾抵消方法

2.1 無線/有線混合鏈路下數據路由控制技術分析

2.1.1 主備鏈路配置

若中心站與各站點之間使用LTE和光纖2種通信方式，光纖通信鏈路作為主用鏈路，LTE通信鏈路作為備用鏈路。

配置主備鏈路，需先配置OSPF協議。OSPF協議是應用廣泛的鏈路狀態類型的路由協議[2]。作為1種鏈路狀態協議，它基于復雜的路由算法進行路由計算得出最短路徑樹[3]。如圖1所示，4臺路由器均已運行OSPF路由協議，互相建立OSPF鄰居關系，再配置4臺路由器對接LTE和光纖端口的OSPF cost值，即路由器端口運行OSPF協議所需的路徑開銷cost值越小，優先級越高。cost的取值范圍為1～65 535，接口默認cost值為1。

配置如下：Router 1；Router 2；Router 3；Router 4；Ge0端口的cost值為10；Ge1端口的cost值為100。

配置完成后，當中心站與各站點之間同時使用光纖通信和LTE通信時，優先使用光纖通信鏈路。4臺路由器與LTE和光纖通信方式相連的端口分別配置為相同大小的OSPF cost值，以避免路由選擇路徑的混亂。通信鏈路標識如圖2所示。

圖2 通信鏈路標識

若通信節點之間相應的通信方式接口cost值配置不同時，如圖2所示，中心站與站點1之間使用LTE通信，中心站與站點2之間使用光纖通信和LTE通信。中心站路由器LTE通信接口的cost值為100，光纖通信接口的cost值為1，站點1和站點2的LTE與光纖通信接口的cost值分別為5和10。通信路徑及路徑開銷值如圖3所示。

當中心站與站點1通信時，如圖3所示，有2條通信路徑可選擇。通信路徑1的路徑開銷值cost為110，通信路徑2的路徑開銷值cost為26。因為通信路徑2的路徑開銷值較小，所以中心站與站點1之間默認選擇路徑2的傳輸數據。此時沒有按照網絡規劃的路徑傳輸數據，給通信設備帶來了處理數據包的壓力，且占用通信鏈路帶寬，可能會造成鏈路堵塞。

圖3 通信路徑及路徑開銷值

因此，各個通信節點的路由器與LTE和光纖通信方式相連的端口應分別配置為相同大小的OSPF cost值，確保通信網絡系統穩定運行。

2.1.2 OSPF與BFD聯動

若系統進行主備鏈路切換時的耗時較高，將丟失大量數據包，嚴重影響通信質量。采用OSPF動態路由協議與雙向轉發檢測（Bidirectional Forwarding Detection，BFD）協議聯動探測技術，降低主備鏈路切換過程的耗時。OSPF動態路由協議可以自動學習和切換多條路由；BFD協議可以檢測網絡鏈路是否可達，并與OSPF動態路由協議聯動，實現傳輸鏈路的自動切換[4]。

BFD協議通過在2臺網絡設備上建立會話，檢測網絡設備間的雙向轉發路徑，為上層應用服務。BFD協議自身沒有發現OSPF鄰居的能力，通過OSPF動態路由協議告知其鄰接關系，然后鏈路兩端的端口通過周期性發送檢測報文建立BFD會話[5]。會話建立后會以毫秒為計時單位，循環周期性地快速發送BFD報文。如果在檢測時間內沒有收到對端回復的BFD報文，則認為該傳輸鏈路不可達，快速做出反應，通知給本地OSPF進程，由OSPF協議切換信息數據傳輸鏈路。OSPF協議通過Hello包機制建立并維護鄰居關系，以秒為時間單位收發Hello包，以毫秒為時間單位建立BFD路由策略維護會話。BFD路由協議能更快地檢測出通信鏈路的通斷并給出反應，減少了通信鏈路切換所需的時間。BFD協議工作原理如圖4所示。

圖4 BFD協議工作原理

3 硬件干擾抵消方法

戰術通信網絡架構中存在多個通信節點，即存在多臺路由設備。在廣播網和非廣播-多路訪問網絡（Non-Broadcast Multiple Access，NBMA）中，任意2臺路由器中間都要傳遞路由信息[6]。如圖1所示，網絡中有4臺路由器，因為每2臺路由器之間都需要建立鄰接關系，所以4臺路由器需建立6個鄰接關系，導致任何1臺路由器的路由信息變化都會進行多次傳遞與交互，占用大量的帶寬資源，給網絡系統帶來非必要的信息數據傳輸壓力。為解決此問題，OSPF動態路由協議定義了指定路由器（Designated Router，DR）。通過選舉產生DR后，其他路由器只和DR建立鄰接關系和進行信息交互，減少了網絡中各路由器之間鄰接關系的數量[7]，節省了大量帶寬資源，減少了路由器數據傳輸的壓力。

3.1 DR的選舉

網絡中DR的選舉有自動選舉和人為指定2種方式。

3.1.1 自動選舉

當整個網絡系統中路由器沒有DR配置即缺省情況下，所有路由器的DR優先級dr-priority值為1，DR由網絡中的路由器共同自動選舉。選舉中使用的“選票”是Hello報文，每臺路由器將自己選出的DR寫入Hello報文，發給同網段上的其他路由器。選舉規則為Router-id最大的路由器為DR[8]。

3.1.2 人為指定

DR即為網絡系統中的路由器接口配置DR優先級ospf dr-priority。dr-priority的取值為0～255的整數，取值越大，優先級越高。當取值為0時，此路由器永遠不會被選舉成DR。

3.2 實際應用

若中心站與各站點之間使用光纖通信，光纖存在DR頻繁掉線故障時，導致中心站與站點3之間的通信斷斷續續而引起全系統通信網絡的卡頓與延遲。因未配置DR的優先級，自動選舉Router-id最大的Router 4為DR。當中心站與站點3之間因光纖問題頻繁重新連接時，導致網絡架構中的路由器必須重新選舉DR。這個反復選舉的過程占用了大量帶寬，引起了網絡波動，造成全系統網絡的卡頓與較大延遲。如圖1所示，網絡架構中中心站的路由器必然一直在線，因此需人為指定Router 1為DR。

配置如下：

Router 1，LTE通信Ge0端口的ospf dr-priority值為10；

Router 1，光纖通信Ge1端口的ospf dr-priority值為10

配置完成后，圖1中其他路由器的DR優先級ospf dr-priority為缺省值1，因此Router 1的DR優先級最高，Router 1被選舉成DR，解除了DR頻繁掉線導致全系統網絡卡頓與延遲的隱患[9]。

4 結 論

路由交換策略在戰術通信網絡架構中起著關鍵作用。在實際工程中，通過無線/有線混合鏈路下數據路由控制技術和路由交換網絡OSPF鄰居震蕩抑制技術2個方面詳細闡述路由交換策略在工程項目中的實際應用，實現了異構網絡架構中多鏈路快速切換，解除了多節點通信網絡系統中DR頻繁掉線導致全系統網絡卡頓與延遲的隱患，使得通信網絡系統能夠高效穩定傳輸數據、話音以及視頻信息，完善了戰術通信網絡架構。