基于overlay架构的通信训练模拟网络设计﹡

蒲长春， 谢 宇

(中国电子科技集团公司第30研究所，四川 成都 610041)

0 引言

现代战术通信网络日益复杂，装备类型多、网络规模大、服务要求高、技术更新快、电磁环境恶劣，对指挥人员和作战人员快速掌握和应用通信装备形成了极大挑战。建立战术通信模拟网络、开展模拟训练是解决这一挑战的有效途径之一，由于模拟训练具有经济、安全、可控、灵活、不受自然条件限制、便于管理与考核等突出优点，可迅速提高指挥人员指挥水平、增强专业人员专业技能，已在国内外广泛应用[1]。

根据通信模拟训练需求，战术通信模拟网络应具备以下特点：

1）能够模拟实装网络通信环境（设备、接口、协议、网络拓扑、电磁环境、组网方式等），为应用系统提供与实装一致的通信特性[2]。

2）能够模拟实装网络操作环境，支持装备操作技能训练。

3）能够传输各类实装业务，使用方式与实际环境一致，支持专业人员开展战术训练。

4）支持异地分布式训练和多级联合训练。

5）支持导调控制、训练管理、考核评估，支持随机实施作业指导，支持训练过程回放和重演。

就构建模拟网络而言，通常实现方式包括计算机仿真、物理仿真、半实物仿真等，主要是通过数学建模和统计分析的方法，为通信系统的规划、设计、验证、评估等方面的工作提供定量分析，为降低系统设计风险、提高产品性能、缩短建设周期等提供科学决策依据[3]。受计算机仿真可信度较差、HLA体系结构在大规模网络仿真时效率较低[4]以及物理仿真成本较高等因素影响，这两种方式不宜作为构建训练用模拟网络的主要方式。随着互联网的发展，出现了一种新的网络构建方法，即 overlay网络（又译为重叠网或覆盖网），该方法与特定技术、特定层次无关，是在已有的承载网络基础之上，通过增加额外的、间接的、虚拟的层，能在不改变现有网络架构的条件下支持特殊网络应用需求[5]。

作者根据通信训练的特点，提出基于 overlay网络架构的模拟网络设计方法。该方法利用半实物的模拟通信设备，在通用网络设备构成的承载网络之上，增加一层基于全 IP的、拓扑结构可软件重构的重叠网络，该重叠网络能够有效融合通信网络模拟、装备操作技能训练、专业人员战术训练、导调控制、考核评估等训练环节，为受训人员提供与实装系统一致的训练环境，且不受地域限制、部署灵活、通用性和扩展性好。

1 系统结构

基于overlay架构的模拟网络基本结构与一般overlay网络类似，如图1所示。图1中模拟通信节点由模拟路由设备和模拟传输设备构成，其数量和互连关系与实装的通信节点一致；承载网络是由以太网交换机、路由器构成，无论这些交换机、路由器部署在何地，只要承载网络可达，总可以利用该网络构建重叠的模拟网络，且模拟网络的部署不会改变原承载网络的结构，从而能够很好支持异地分布式训练和多级联合训练。

图1 模拟网络结构

模拟网络通过以太网接口与承载网络互连，利用承载网络作为传输通道，构建一个模拟网络空间，在该空间内，通信要素、拓扑关系、路由协议、编号编址、支持的业务类型等与实装系统完全一致，且可根据导调系统的要求进行自动控制，从而为受训人员提供与实战网络环境几乎完全一致的通信与指挥训练平台。

从图1可以看出，模拟网络与承载网络的拓扑结构不是一一对应的，存在各自独立的网络空间，这可能在路由、QoS方面带来一定的负面作用，模拟网络节点可能不会恰好位于承载网络的最优传输路径上，这方面的分析和优化研究已有较多成果。如果考虑到承载网络传输带宽和交换能力远大于模拟网络本身的情况下，这一因素可以忽略。

2 系统组成

用于战术通信训练的模拟网络通常包括以下六个部分：

1）模拟通信设备：包括各类模拟路由设备、模拟传输设备，用于模拟实装设备的人机接口和通信特性，支持装备操作训练和战术训练。

2）网络控制系统：实现模拟网络规划和监控，控制网络拓扑结构、通信特性和电磁环境。

3）导调控制系统：是模拟训练的控制与管理中心，实现训练组织、指导、管理、控制、考核、评估等功能。

4）实装互连系统：支持模拟网络传输实装业务，并与实装网络互连互通。

5）仿真互连系统：支持模拟训练网络与计算机仿真环境互连。

6）承载网络系统：由各类通用路由器、交换机构成，用于承载模拟网络，可以是局域网，也可以是跨地域的广域网。

3 设计思路

（1）模拟通信设备

主要功能如下：

1）模拟通信设备应具备与实装设备基本一致的外部结构特征和人机接口。

2）模拟通信设备采用统一的网络管理与控制协议，支持参数加载、接受导调控制。

3）受训人员通过模拟通信设备人机界面执行的有效操作能够自动上报到导调控制系统。

4）模拟路由设备采用实装路由协议，用于构建模拟的路由节点。

5）模拟传输设备采用实装链路协议和专用控制协议，用于构建模拟的通信链路。

（2）网络控制系统

主要功能如下：

1）支持分级分布式部署方式。

2）能够根据实装网络的应用方式，规划出与实装一致的模拟网络。

3）能够监控各个模拟设备的工作状态。

4）能够根据导调指令，控制模拟网络的拓扑结构和通信特性。

5）能够控制模拟传输设备的建链方式，使之工作方式与实装一致。

6）能够根据导调指令，控制模拟网络所处复杂电磁环境。

（3）导调控制系统

主要功能如下：

1）支持分级分布式部署方式。

2）支持训练管理功能，能够各类训练基础数据进行管理。

3）支持导调控制功能，对训练过程进行随机干预。

4）支持训练监控功能，实时掌握训练过程，并支持回放和重演。

5）支持考核评估功能。

（4）实装互连系统

主要功能如下：

1）业务控制系统采用基于IP的信令协议，实现模拟网络内的各类话音业务和数据业务传输。

2）实装互连网关通过以太网接口与模拟网络连接，通过实装物理接口与实装网络互连，在模拟网络与实装网络之间实现接口、协议、信令转换，支持实装业务在模拟网络与实装网络之间互通。

（5）仿真互连系统

模拟网络通过仿真接口设备与计算机仿真系统互连，采用专用高效接口协议，支持训练科目初始化、综合战场环境初始化、导调干预等功能，扩展训练要素和训练科目，增强训练效果。

4 系统应用

系统典型应用方式如图2所示。

图2 模拟训练网络典型部署示意

各个模拟通信节点、导调控制系统、战场环境仿真系统、网络控制系统、实装互连系统均可部署于不同位置或地域，支持异地分布式训练和多级联合训练。

5 结语

与传统的基于局域网以及单装操作的训练系统相比，基于overlay架构的模拟训练网络具有以下突出特点[6]：

1）模拟网络拓扑结构及通信特性可软件重构，采用实装链路协议和路由协议，能够逼真模拟实装网络拓扑结构，支持导调系统实施随机干预。

2）采用统一的基于IP的通信技术，增强了系统的灵活性和扩展性，部署时不必改变现有网络结构，且随着系统的发展可以很容易地增加新的功能，适应新的训练需求。

3）采用分级分布式的网络管理和导调控制结构，能够高效、灵活的组织异地分布式训练和多级联合训练。

4）支持与实装网络和仿真环境互连，扩展了训练规模和训练要素，增强训练效果。

由于 overlay网络架构固有的开放性和灵活性，文中所论述的模拟训练网络亦可很容易扩展到其它应用领域[7]，如可应用于模拟训练装备/系统的研制和部署；可作为通信网络试验床，开展路由、服务质量、寻址、安全、组播、应用系统等测试[8]；也可作为军用实验室基础设施，支撑装备发展规划、体系结构优化和技术体制论证。

[1] 刘兴堂,万少松,张双选.论军用模拟训练器/系统的发展趋势[J].系统仿真学报,2002(05):647-649.

[2] 陈红,蔡晓霞.通信对抗训练模拟设备的研制及应用[J].航天电子对抗,2003(01):47-48.

[3] 周春华,冀潇.基于QualNet的半实物网络仿真[J].科协论坛:下半月,2011(08):67-68.

[4] 韦涛,田永春,姜永广.基于协同的半实物网络仿真系统设计[J].通信技术,2011(12):64-66.

[5] 杜丽娟,余镇危.覆盖网体系结构及应用研究[J].计算机工程与应用,2009,45(28):102-104.

[6] 陈志辉,李大双.对美军下一代数据链 TTNT技术的分析与探讨[J].信息安全与通信保密,2011(05):76-78.

[7] 李莉,卢春,杨柯.LVS:优秀的服务器集群解决方案[J].信息安全与通信保密,2011(09):74-76.

[8] 韦泽训.承载移动互联网的传输网络组网模式分析[J].通信技术,2011,44(09):98-100.