基于多鏈路的路由交換策略應用

趙志鵬 賈成 俸玉祥 徐維開

1．中國電子科技集團公司第三十四研究所；2．西安衛星測控中心

隨著軍隊信息化的不斷發展，對于戰場偵察的機動性、隨域接入性，信息數據回傳的實時性與抗干擾可靠性提出了更嚴格要求。偵察采集數據通過Ku頻段動中通、Ka頻段動中通、微波散射設備等手段實現數據的回傳。在復雜電磁環境下，以上部分頻段通信手段會受到電磁干擾或者敵人電磁干擾，從而阻斷采集數據的回傳。適當路由交換策略與網絡質量分析技術，可以實現多傳輸鏈路的自動切換及可靠傳輸。

軍隊現代化、信息化進程不斷深入，為了實時掌控一線偵察情況，為后方指揮提供正確的敵情依據。現在的偵察已經擺脫單純的音視頻信息采集，伴隨相應的偵察干擾設備以及多維呈像設備等各類信息采集設備，各類采集設備產生大量的信息采集數據對系統的信息傳輸速率提出更高要求。對于外場偵察要求機動性強、數據回傳的實時性、回傳速率高、抗干擾能力強、可靠性高；并且要求通信不受到地域接入的限制。

1 研究現狀

現在國內外普遍通過提高通信手段的抗干擾能力實現數據的可靠傳輸，比如采用超寬帶技術使得有用信息信號淹沒在噪聲內，使得通信信號難以受到干擾，最后在通過同類信號的相干操作實現傳輸信號的還原，有效提高信號的抗干擾能力與可靠性；也有同時采用多種通信手段實現對采集數據的可靠傳輸，當一種傳輸手段受到干擾的時候，通過頻頻檢測干擾信號所在頻段，通過人為操作采用不受干擾的傳輸手段實現數據的可靠回傳；本系統也是采用多種傳輸手段，但是采用的不是檢測及人為干預的形式實現數據的回傳，而是采用路由探針技術與路由策略實現傳輸鏈路的自動選擇，完成數據的可靠回傳。

2 方案設計

現在軍隊的偵察探測采用機動性、越野性強的車載底盤作為搭載平臺；同時配備視頻采集設備、音頻設備、各頻段的雷達偵察設備及三維呈像設備實現數據的采集；采集數據通過交換機進行數據的匯聚，匯聚數據再通過路由器選擇Ku頻段動中通、Ka頻段動中通、微波散射設備等通信鏈路實現數據的回傳。系統組成如圖1所示：

圖1 偵察干擾系統組成Fig.1 Reconnaissance jamming system composition

采集終端設備完成數據采集后，通過路由器檢測各傳輸鏈路的通斷狀態，通過鏈路通斷狀態的對比，選擇合適的傳輸鏈路進行采集數據的傳輸，這樣有效避免的受干擾傳輸通道的不可靠傳輸，也實現了鏈路的自動切換，有效降低人為操作的主觀誤操作。

3 工作原理

靜態路由工作原理如下：

當路由器的響應端口收到一個數據包時，路由器會讀取包中的網絡部分相應的目標的邏輯地址，進而通過路由表中進行查詢，若通過路由表中查詢到了相應的目標地址對應的路由條目，則把數據包發送到路由器的相應端口；若路由表中不存在目標地址對應的路由條目。若路由器中配置了相應的默認路由路徑，就根據默認路由的配置把數據包發送到路由器的相應端口，如果路由器中不存在相應的配置默認路由路徑，則丟棄該包，并反饋不可達信息給原端口。這就是數據包傳輸的路由過程，可見路由路徑是路由器根據自身建立的路由表進行的，其過程中間經過了路由查詢、判斷與選擇和數據的路由轉發過程的過程，實現數據包從路由器的一個端口“路由”到另一個端口的過程。靜態路由是由操作人員在路由器中進行人工配置的固定路由路徑。

OSPF動態路由工作原理如下：

OSPF動態路由通過組播的方式在所有開啟OSPF的接口轉發Hello包，通過Hello包的反饋信息，來確定是否有OSPF鄰居，如果發現了，則通過進一步建立OSPF鄰居關系，形成相關聯系。而后相鄰OSPF之間互相發送鏈路狀態通告相互告知路由連接關系，形成鏈路狀態數據庫。再通過相關路由算法，計算出傳輸最佳路徑（Cost最小）后放入路由表。

BFD探針技術工作原理如下：

BFD由被服務的上層協議形式來建立會話關系，也就是相關的應用參數與檢測參數（其中包括目的地址和源地址）是由上層相關協議通告給BFD。BFD得到相鄰參數和檢測參數之后，逐漸建立BFD會話，會話建立前存在兩種對應工作模式。其中一種是主動的：在建立會話前無論是否收到其他端口發來的BFD控制報文，都會主動發送相應的BFD控制報文；另一種則是被動的，在建立會話前不主動發送BFD控制報文，一直等到收到其他端口發送來的BFD控制報文。BFD的會話有兩種工作方式，其中一種是Echo報文，鏈路一端發送Echo報文給對應其他端口建立會話，這種方式僅支持單跳檢測；另一種則是控制報文，鏈路兩端的接口通過循環周期性的發送控制報文，然后建立會話。控制原理如圖2所示：

圖2 BFD工作原理圖Fig.2 BFD working principle diagram

BFD會話建立后，會進行周期性地快速發送BFD報文檢驗，若在檢測時間內沒有收到對端反饋的BFD報文，則會認為該雙向轉發路徑出現故障，然后就通知被服務的對應層的應用進行處理。該中探測機制并沒有鄰居主動發現能力，而是必須依靠被服務的相關層應用通告其鄰居相關信息層以建立會話。不管是網絡層地址、物理鏈路狀態、二層鏈路狀態可達性，還是應用層協議運行狀態、傳輸層連接狀態，都可以通過以上手段被BFD感知到。

4 連接關系

視頻采集設備、音頻采集設備、偵察干擾設備、三維呈現像素設備通過交換機實現內部業務匯聚，業務數據通過路由器實現與傳輸數據的交互，實現整個系統的數據采集、交換與傳輸功能。

路由器采用OSPF動態路由技術和BFD探測技術；OSPF動態路由技術可以實現多路由自動學習和切換，BFD探測技術可以探測鏈路是否可用，并與路由協議聯動實現傳輸鏈路的切換。網絡具備多傳輸通道數據同傳，組網靈活特點；在系統組成不變的情況下，系統網絡如圖3所示：

圖3 互聯關系數據回傳圖Fig.3 Data return diagram of interconnection relationship

以太網交換機1作為通信車輛的網關，為各業務分配不同的業務網段，并使用默認路由指向路由器1。路由器1作為通信車輛的網絡出口，與在地面接收站的路由器2進行多條物理鏈路互聯，路由器間的每條物理鏈路使用一個接口網段，并在此網段上建立OSPF鄰居關系（區域為0）。在對內的路由方向，交換機2使用靜態路由指向路由器2。在對外的路由方向，路由器1使用靜態路由和OSPF路由相結合的方式指向路由器2，并優選靜態路由；在配置靜態路由時，結合BFD探測技術，為每一種業務配置主用和備用兩條路由，根據業務的重要程度和帶寬需求，有計劃的將流量分配到不同的物理鏈路上，當BFD探測到主用鏈路故障時，可以自動將流量切換到備用鏈路，OSPF路由作為靜態路由的備份。

5 系統仿真結果

根據以上網絡連接關系，采用華為eNSP軟件對系統網絡進行仿真。其中線路1模擬Ka動中通傳輸鏈路、線路2模擬Ku動中傳輸鏈路、線路3模擬微波散射鏈路；偵察車業務1、業務2模擬仿真視頻采集設備、音頻采集設備、偵察干擾設備、三維呈現像素設備等終端采集設備，地面接受站業務1、業務2仿真業務設備。其仿真連接圖如圖4所示：

圖4 三層網絡原理仿真圖Fig.4 Three-layer network principle simulation diagram

通過采用eNSP軟件對地面接收站、傳輸線路及通信車輛進行模擬與仿真，對路由器1、路由器2進行IP地址、OSPF路由、靜態路由及BFD探測配置。通過試驗仿真，得到以下結果：

當鏈路1、鏈路2受到干擾中斷時，可以通過路由器自動切鏈路3進行數據傳輸；當鏈路2、鏈路3受到干擾中斷時，可以通過路由器自動切鏈路1進行數據傳輸；當鏈路1、鏈路3受到干擾中斷時，可以通過路由器自動切鏈路2進行數據傳輸；最終可以實現數據的可靠傳輸。

通過仿真可以驗證：在多條傳輸鏈路條件下，通過對路由器的路由交換策略、BFD配置、動靜態路由配置，在某些鏈路受到干擾情況下，路由器可以通過BFD探測技術實現對傳輸鏈路的狀態檢測，并自動切換到可用的傳輸鏈路，實現數據抗干擾、可靠傳輸。