3G无线通讯技术在空管本地传输网中的应用浅析

王 强

民航温州空管站网络传输室，浙江温州 325000

3G无线通讯技术在空管本地传输网中的应用浅析

王 强

民航温州空管站网络传输室，浙江温州 325000

本文通过分析3G无线通讯在温州空管本地传输网中的测试案例，探讨3G无线通讯技术在空管业务数据传输中的应用。

3G无线通讯；VANGUARD6840路由器；SOTCP协议；VPDN；安全性

随着国内民航业近几年的快速发展，以及建设综合性的交通枢纽的需求，近几年国内各大机场周边的改扩建工程均开展得如火如荼。随之而来大量的道路开挖和不规范施工对通讯运营商的线缆管网造成大量的破坏，也直接威胁着空管业务网络传输的安全和正常保障。微波、卫星等无线传输技术可以作为实体光缆的保护备份措施，但也存在着诸如使用条件较高（天线架设、环境影响）、建设周期长、投资较大等问题。本文介绍了温州空管网络传输室使用3G无线网络作为本地传输网传输备用线路的测试案例，探讨3G无线通讯技术在空管业务数据传输中的应用。

1 系统硬件构成

1.1VANGUARD6840路由器

VANGUARD6840路由器在民航空管业务传输中应用广泛，作为主要的接入设备，其可实现自动转报业务、甚高频业务、雷达信号引接业务、民航气象业务、航行情报业务在民航空管网络中的传输。目前温州空管本地传输网主要由VANGUARD6840路由器构成，根据不同节点与本场传输机房主节点各自组成保护环网，承载的业务包括以下：大罗山雷达站雷达信号的引接；大罗山甚高频遥控台信号的引接；乐清雷达站雷达信号的引接。VANGUARD6840路由器主要由以下几个部件构成：MPC8270 PowerPC 处理器，4个扩展插槽（根据引接的业务不同，选择不同的业务子卡），1个RS-232管理端口，1个RS-232端口（最高可达115.2 Kbps），2个10/100M自适应以太网口，2个高速串行端口，256 MB SDRAM 插槽，256 MB Compact Flash 。目前温州本地传输网的中继连接方式为使用租用的电信运营商的2M带宽的E1线路，经E1转V.35的协议转换后接VANGUARD6840的高速串行数据口。

1.2Gazelle R101i-C工业3G路由器

Gazelle R101i-C 工业 3G 路由器是RAISECOM公司生产的适用于电信3G无线网络环境下的数据回传业务设备，采用 3G 高速无线网络作为数据承载网络，为远程设备和中心站点之间的通信提供安全高速的无线连接。它支持中国电信的 CDMA2000网络制式，借助3G 网络快速接入互联网或者企业专用网络。Gazelle R101i-C 工业 3G 路由器采用工业级标准设计，具有功耗低、尺寸小、 重量轻、 EMC 指标严格、 工作温度可达-20℃～70℃的特点，便于应用在严苛、狭小的应用环境中。它同时具有 VPN 功能，能够接入基于 3G 网络的VPDN（ Virtual Private Dial up Networks，虚拟专用拨号网）专用通道，支持数据在安全的 IPSec隧道中传输，防止数据被访问和篡改，提供了更高的网络安全性。

1.3硬件拓扑

本次使用3G无线网络作为空管本地传输网传输备用线路的硬件连接拓扑如下图1所示。

温州大罗山雷达站机房海拔大约650m，温州空管站传输机房海拔大约30m，两站点直线距离大约12km。图1中大罗山雷达型号为RAYRHEON MK-IID；大罗山甚高频收发信机型号为R&S XU4200；甚高频遥控盒型号为GB4000V；终端自动化系统为民航28所的牧羊人2000型自动化系统。

2 功能实现与分析

本测试方案中需要传输的业务为雷达业务和甚高频语音业务，VANGUARD6840路由器分别使用SDB2子卡和E&M子卡接入业务。引接雷达业务的串口使用的是TBOP（Transparent Bit Oriented Protocol）协议，时钟速率设为9600Bit/S；引接甚高频语音业务的接口为E&M语音接口，语音的压缩率为16Kbps，开启VAD控制功能。R101i-C 3G 路由器的数据接入为IP数据包，因此需要将VANGUARD接入的串口数据转换成IP数据包。

这可以通过VANGUARD设备的SOTCP协议来实现，SOTCP（Serial Protocol over TCP）协议是允许VANGUARD设备经由IP网络封装和传输串口数据的专属协议。SOTCP协议包括以下几个特征：1）经由IP网络封装和解压串口协议数据；2）在一条TCP会话中容纳多条SVC（Switching Virtual Circuit）虚链路；3）同时管理多条TCP会话；4）具有的流量控制功能在数据源端和对端之间提供了一种可靠的传输机制。SOTCP协议支持封装的常用的串口协议包括：TBOP（雷达业务）、PAD（转报业务）、VOICE PORT（甚高频业务、电话业务）等。若VANGUARD6840路由器使用的软件版本在5.2及以上版本，则其支持的SVC包括数据SVC和语音SVC，版本低的可能只支持数据SVC或语音SVC。使用VANGUARD设备的SOTCP协议进行串口数据封装与解压的过程大致如下：数据源节点的VANGUARD路由器设备在接收到串口数据后，通过SOTCP协议插入一个前缀的SOTCP头，SOTCP头包含源设备IP地址、目的设备IP地址、源设备端口号、目的设备端口号等信息。目的地设备收到SOTCP数据包后，根据SOTCP头包含的信息将串口数据解封装出来，通过串行数据端口传给目的地的串行数据设备。

VANGUARD路由器设备通过10/100M自适应以太网口与R101i-C 3G 路由器的以太网口相连。VANGUARD路由器配置时，节点配置和数据串口的配置与以高速串口为传输中继的节点配置完全一致。不同点在于以太网口的配置，在配置以太网口时需要配置IP地址和子网掩码。然后配置SOTCP地图表，需要配置对端节点的节点号和IP地址。最后配置路由选择表，将所有数据都指向SOTCP端口中来传输。

R101i-C 3G 路由器的参数配置，需要连接PC登录路由器进行配置。主要需要配置3G路由器的用户名和密码（由电信提供），以便在两端的3G路由器连接时通过电信局端的RADIUS（Remote Authentication Dial In User Service）服务器的AAA（Authentication、Authorization、Accounting ）认证。此外还需要配置APN参数（由电信提供），此参数表示电信提供的VPDN专线的域名。VPDN称为虚拟专用拨号网，是基于拨号用户的虚拟专用拨号网业务。它是利用IP网络的承载功能结合相应的认证和授权机制建立起来的安全的虚拟专用网。VPDN的具体实现是采用隧道技术，即将局域网的数据封装在隧道中进行传输。Gazelle R101i-C 工业3G 路由器中VPDN的具体实现是采用IPsec（Internet Protocol security）隧道模式。IPSec隧道模式支持站点到站点的组网模式，支持ESP、 AH、 ESP-AH 封装协议，支持 SHA、MD5 认证算法， 3DES、DES、AES 加密算法，从而将数据与Internet公网数据完全隔离开，从而实现了安全、快速、私密的网络接入和应用。

本次测试的网络拓扑如图2所示。

硬件及网络连接完成后，可登录VANGUARD查看SOTCP及SVC的建立情况。SOTCP及SVC成功建立后，将大罗山雷达站的雷达数据与甚高频语音数据分别接入节点VG201的串口，在VG101节点的数据输出端口分别接入终端自动化系统和甚高频遥控盒，来测试信号质量。测试结果显示，甚高频语音信号清晰，满足用户使用需要，雷达信号由于网络时延的影响，存在偶发的瞬断现象。在测试期间，3G无线传输建立的链路受天气影响较小，持续在线能力较强（测试两个月期间未发生SOTCP连接掉线情况），但网络信号强度的不断变化容易造成网络时延的变化，对雷达信号造成一定影响。

3 3G无线传输在空管网络保障的优势性

3.1初始投资小、实施周期段、容灾能力强

在空管本地传输网中，外台节点一般包含雷达站和甚高频遥控台站，因信号覆盖、电磁环境、土地审批等选址因素的影响，外台选址一般都地处远离市中心的地域。传统的运营商提供的SDH专线需要单独铺设专用的光纤线路来连接运营商数据机房和外台节点，在此情况下增加链路备份保护时，存在投资大、建设周期长、管线抗灾能力差等问题。而使用3G无线网络组建VPDN专用虚拟拨号网作为本地传输网的备份链路，外台节点只需增加具有3G通信能力的路由器，不必投入大量资金和时间对现有设备和管线进行升级和替换，部署灵活，实施周期短，容灾能力相对较强。同时3G无线传输也对机场周边建设施工造成运营商传输线路中断的风险提供了很好的保护。

3.2使用成本低

电信运营商3G数据通信按流量计费，利用运营商3G无线网络解决方案为有线专线提供备份传输通道，用户可根据实际情况选择合适的套餐，采用3G无线接入的链路租用成本将远远低于租用专线电路的成本。

［1］刘懿瑞.Vanguard SOTCP协议在卫星网中的应用［J］.环球市场信息导报，2014（11）：42.

［2］秦柯.Cisco IPSec VPN实战指南［M］.北京：人民邮电出版社，2012.

TP3

A

1674-6708（2015）147-0087-02

王强，本科，工程师，工作单位：民航温州空中交通管理站，研究方向：空管通信监视专业