機動通信網(wǎng)快速組網(wǎng)技術(shù)研究與實現(xiàn)

當(dāng)突發(fā)災(zāi)害發(fā)生導(dǎo)致通信的中斷或阻塞時，當(dāng)執(zhí)行機動作戰(zhàn)任務(wù)時，當(dāng)固定通信網(wǎng)遭到破壞不能及時修復(fù)時，當(dāng)某一地區(qū)沒有或很少有可利用的通信設(shè)施而急需通信時，都需要迅速建立通信網(wǎng)絡(luò)，提供有效的通信保障。作為一種根據(jù)任務(wù)需要臨時開設(shè)的通信網(wǎng)絡(luò)，機動通信網(wǎng)組網(wǎng)靈活、作戰(zhàn)響應(yīng)能力強、受地形環(huán)境影響小，能夠在以上應(yīng)用場合發(fā)揮出巨大作用。機動通信網(wǎng)的任務(wù)具有突發(fā)性，對網(wǎng)絡(luò)的時效性有著特殊的要求。任務(wù)下達后首先面臨的問題就是組網(wǎng)，而如何才能根據(jù)任務(wù)要求快速地組網(wǎng)則是需要深入研究的課題。

1 機動通信網(wǎng)的組網(wǎng)流程 

機動通信網(wǎng)具有機動、快速、靈活的特點，組網(wǎng)速度是機動通信網(wǎng)快速特點的體現(xiàn)，組網(wǎng)快慢直接影響到任務(wù)的執(zhí)行效果。由機動通信網(wǎng)的組網(wǎng)流程圖中可以看出，機動通信網(wǎng)的組網(wǎng)需要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)點布設(shè)、網(wǎng)元連接和網(wǎng)絡(luò)開通四個環(huán)節(jié)(見圖1)。因此，通過相應(yīng)技術(shù)手段縮短這幾個環(huán)節(jié)所需的時間就是快速組網(wǎng)技術(shù)的核心。

2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的主要作用是根據(jù)組網(wǎng)需求設(shè)計目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的拓撲、規(guī)劃設(shè)備快速開通參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)動態(tài)管理策略，完成網(wǎng)管中心的無中心管理策略的預(yù)配置。輔助操作員完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的軟件稱為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件，該軟件能向操作員提供地理信息、設(shè)備參數(shù)等大量的輔助信息，降低規(guī)劃操作的復(fù)雜度；同時其規(guī)劃流程、數(shù)據(jù)生成與下發(fā)、預(yù)案管理等功能降低規(guī)劃操作的難度。使用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件能提高規(guī)劃效率和準(zhǔn)確性、縮短規(guī)劃時間，尤其當(dāng)任務(wù)緊急時在行進途中也能利用該軟件進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，有助于網(wǎng)絡(luò)的快速開通。


網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件主要包括程序主框架、地理信息平臺應(yīng)用、預(yù)案管理、網(wǎng)絡(luò)拓撲規(guī)劃(包含節(jié)點規(guī)劃、鏈路規(guī)劃功能)、設(shè)備參數(shù)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)性能評估、結(jié)果輸出等功能模塊。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的主要過程如下(見圖2)：

(1)根據(jù)任務(wù)的地點要求，準(zhǔn)備相應(yīng)地區(qū)的地理信息數(shù)據(jù)，為通信站址規(guī)劃功能的實現(xiàn)打下基礎(chǔ)；

(2)建立通信設(shè)備資源等網(wǎng)絡(luò)可用設(shè)備資源庫，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配提供支持；

(3)依據(jù)任務(wù)要求確定用戶類型、數(shù)量、位置、業(yè)務(wù)量等數(shù)據(jù)，生成用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；

(4)根據(jù)前面生成設(shè)備資源、地理信息、用戶分布、業(yè)務(wù)需求等條件，進行用戶接入規(guī)劃配置，滿足網(wǎng)絡(luò)用戶的接入需求；

(5)根據(jù)用戶接入規(guī)劃結(jié)果、網(wǎng)絡(luò)抗毀性的要求，規(guī)劃最佳網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，選定鏈路上所用的傳輸設(shè)備種類；

(6)根據(jù)頻率管理系統(tǒng)提供的有關(guān)頻率信息、用戶輸入頻率規(guī)劃限定條件、鏈路設(shè)備配置和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，合理分配傳輸設(shè)備的工作頻率和備用頻率；

(7)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的結(jié)果，進行通信設(shè)備分配，然后輸出網(wǎng)絡(luò)開通所需要無線傳輸設(shè)備工作頻率、節(jié)點連接配置等的基本數(shù)據(jù)報告，以指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的開通；

(8)完成網(wǎng)絡(luò)拓撲規(guī)劃后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶需求，完成電話號碼預(yù)分配、IP用戶、IP地址的統(tǒng)一規(guī)劃、業(yè)務(wù)路由的配置等業(yè)務(wù)規(guī)劃功能；

(9)將所有規(guī)劃數(shù)據(jù)記庫，生成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃文件。


3 節(jié)點布設(shè)

節(jié)點布設(shè)的首要工作是將節(jié)點運送到指定地點。通常情況下，機動通信網(wǎng)節(jié)點的組成單位是通信車，接受任務(wù)后直接開赴任務(wù)區(qū)域。但對于島嶼、艦船、無公路或道路損毀地區(qū)等通信車無法快速到達的地域，就要通過可搬移節(jié)點完成組網(wǎng)。

可搬移節(jié)點的裝載方式是將通信設(shè)備裝入統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的可搬移機箱內(nèi)并固定。在運輸和開通使用中，設(shè)備和可搬移機箱可以分開，也可以合并在一起，合并和分離的依據(jù)是任務(wù)的需要?？砂嵋蒲b載方式實際是一種“模塊化”裝載體制，機箱替代了機架和工作臺，互連線纜由專用線纜箱安放；使用時，只要供電條件和環(huán)境條件符合設(shè)備要求，可以在廣泛地域中使用?？砂嵋茩C箱具有統(tǒng)一的外觀尺寸、一定的抗沖擊震動和防雨淋能力?？砂嵋茩C箱采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，使用時可根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境采取不同的組合和相對穩(wěn)固的堆疊方式。可搬移節(jié)點具有較高的靈活性，對應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性強。通過船運、空運和人工搬移等形式可以快速地將可搬移節(jié)點運送到任務(wù)區(qū)域，有利于在更短的時間內(nèi)完成節(jié)點的布設(shè)。

節(jié)點布設(shè)的另一個重要工作是連接節(jié)點間的物理線路。光纖線路容量大、時延小、差錯率低，是節(jié)點間互連的首選線路。當(dāng)任務(wù)區(qū)域沒有即設(shè)光纜，需要現(xiàn)場敷設(shè)時，敷設(shè)速度就成為節(jié)點快速布設(shè)的關(guān)鍵。對于地勢平坦的環(huán)境可采用車輛在兩站點間布設(shè)；對于地形環(huán)境復(fù)雜和危險的環(huán)境(如沼澤地、叢林等)，采用人工或地面部署平臺將會十分困難，此時可采取方法是將光纜繞制成線團，利用飛行器作為空基平臺實現(xiàn)快速敷設(shè)。受到重量和體積的限制，利用飛行器敷設(shè)時更適合采用微型光纜而非傳統(tǒng)的野戰(zhàn)光纜，其連續(xù)長度可達50 km以上。

4  網(wǎng)元連接

網(wǎng)元連接階段的主要工作是在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點到位、物理線路連接完成的前提下在鏈路層建立節(jié)點之間的連接。在這個階段，手動操作的多少會直接影響網(wǎng)元連接速度，自適應(yīng)組網(wǎng)與管理通道自動建立都是將部分操作按照預(yù)先的設(shè)定由設(shè)備自動完成，從而減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的人工設(shè)置，增強網(wǎng)絡(luò)的自主運行能力，加快網(wǎng)元連接速度。

4.1  自適應(yīng)組網(wǎng)

具備自適應(yīng)組網(wǎng)功能的網(wǎng)元在互相連接后能夠自動識別接入對等節(jié)點，針對相同屬性的物理接口進行速率自適應(yīng)，自動將接口連通狀態(tài)上報給高層處理。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的核心交換和傳輸設(shè)備將與其相連接的對等節(jié)點的設(shè)備號、端口號、槽號以及獲得端口速率等信息存儲，形成互連設(shè)備拓撲信息庫。針對話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無需前期配置，可以直接在互連的中繼和業(yè)務(wù)端口上配置PVC或SVC通道，進行業(yè)務(wù)傳送。

自適應(yīng)組網(wǎng)從鏈路層協(xié)議和路由協(xié)議等不同層次來實現(xiàn)。通過鏈路層協(xié)議實現(xiàn)中繼鏈路兩端節(jié)點的動態(tài)識別，獲取節(jié)點對端信息和鏈路相關(guān)特性，進行節(jié)點的安全鑒別，檢測中繼鏈路的通斷狀態(tài)并向高層報告；通過實現(xiàn)動態(tài)路由協(xié)議，自動交互路由更新信息，并自動計算和更新核心路由表，從而達到網(wǎng)絡(luò)路由隨網(wǎng)絡(luò)拓撲變化而自動更新(見圖3)。


網(wǎng)絡(luò)節(jié)點互連中繼接口路由協(xié)議默認配置為動態(tài)路由協(xié)議。因為每臺傳輸交換設(shè)備的Router-ID都是惟一的，無需關(guān)心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點何時接入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由信息會自動交互并瞬間完成路由信息更新，使得IP類業(yè)務(wù)可以隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的接入即時使用。

4.2 管理通道自動建立

管理通道是一級網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對二級網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)乃至整個網(wǎng)絡(luò)直接進行規(guī)劃數(shù)據(jù)下發(fā)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視的數(shù)據(jù)傳送通道。手工配置的方法需要在每個節(jié)點分別操作，完成時間由最晚的一個節(jié)點決定，效率很低且對操作的要求高；通道自動建立則是按照預(yù)先的設(shè)定由設(shè)備自動完成，耗費的時間幾乎可以忽略不計。各種節(jié)點設(shè)備建立管理通道的實現(xiàn)方式大致相同，下面就以在ATM交換機上用幀中繼PVC建立管理通道為例說明這個過程。

所有交換機都使用統(tǒng)一的幀中繼接口作為網(wǎng)管設(shè)備接入用。用于網(wǎng)管設(shè)備接入的幀中繼接口至本交換機所有中繼接口的PVC數(shù)據(jù)，其VPI／VCI取值設(shè)為一個固定值。依據(jù)操作方便原則，PVC互通方式設(shè)置為業(yè)務(wù)互通透明方式，原因是透明方式不要求互連的交換機幀中繼端PVC的DLCI數(shù)值相同，這樣規(guī)劃數(shù)據(jù)可靈活設(shè)置。考慮到網(wǎng)管通道只作為下發(fā)規(guī)劃數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)查詢、上報使用，這些PVC的帶寬設(shè)為64 Kb／s即可滿足要求。網(wǎng)管通道PVC的優(yōu)先級最高，用戶不能隨意刪除，這樣就保證了網(wǎng)管PVC的資源不被業(yè)務(wù)PVC搶占，不會出現(xiàn)網(wǎng)管PVC因資源被占而建立不成功的情況。

以上過程和步驟以初始配置文件的形式固化在安裝文件中，由交換機在啟動時調(diào)用使管理通道PVC自動加載。各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不論以何種中繼互連，都能使網(wǎng)管信息網(wǎng)連通，一級網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在任意節(jié)點接入二級網(wǎng)管中心都能管理全網(wǎng)。

5  網(wǎng)絡(luò)開通

網(wǎng)絡(luò)開通階段的主要工作是將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件規(guī)劃的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)下發(fā)和運行。使用網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的文件傳輸功能，利用在網(wǎng)元連接階段建立的管理通道，一級網(wǎng)絡(luò)管理中心把按照任務(wù)要求做好的規(guī)劃數(shù)據(jù)分發(fā)給各二級管理中心，二級管理中心把規(guī)劃數(shù)據(jù)配置到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)各設(shè)備。整個過程由程序控制自動完成，減少了數(shù)據(jù)下發(fā)的人工操作，縮短了網(wǎng)絡(luò)開通的時間。規(guī)劃數(shù)據(jù)下發(fā)完成后一級管理中心根據(jù)二級管理中心上報網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)設(shè)備狀態(tài)或直接對某二級管理中心進行查詢，進而確定下發(fā)數(shù)據(jù)是否已經(jīng)配置成功，掌握網(wǎng)絡(luò)是否處于可用狀態(tài)，最終完成網(wǎng)絡(luò)的開通，其過程如圖4所示。


6 結(jié)  語

快速組網(wǎng)技術(shù)是機動通信研究的一個重點，對快速組網(wǎng)技術(shù)的研究也滲透到組網(wǎng)的整個過程中。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件、節(jié)點搬移、線纜快速敷設(shè)、自適應(yīng)組網(wǎng)、管理通道自動建立、數(shù)據(jù)自動下發(fā)等各種手段的研究和應(yīng)用使得機動通信網(wǎng)的組網(wǎng)速度得到了極大提高。