舰船平台管理网络技术研究

殷虎

（海军驻武汉七一九所军事代表室，湖北 武汉430064）



舰船平台管理网络技术研究

殷虎

（海军驻武汉七一九所军事代表室，湖北 武汉430064）

摘要：舰艇作为整个海军作战网络中的一个节点，通过建立平台管理系统，可以实现武器系统、动力装置和平台管理的高度协调和统一，提高舰船综合作战能力。从舰船平台管理系统的需求出发，对系统可采用的网络技术从多业务能力、带宽利用率、可靠性、业务保护能力等多方面进行了深入分析和研究。

关键词：平台管理；网络；RPR

随着信息化技术的迅猛发展，未来的海上战争将以信息化为基础，以网络中心战为主要形式，从平台中心战向网络中心战转变。通过利用信息处理与传播技术优势，可以将分布的传感器、武器平台及其相关的指挥机制，通过传感器网络、交战网络和信息网络综合成一个统一的作战框架。

舰艇作为整个海军作战网络中的一个节点，通过建立平台管理系统，将武器系统、动力装置和平台管理进行协同和统一，通过先进的信息技术，对舰艇上的各个传感器和子系统传来的数据进行融合处理，在相当高的程度上实现获取情报实时化、处理信息电脑化、指挥决策智能化和数字通讯网络化，改革传统指挥体制，从而使所有各系统更加协调地工作，大大提高舰船全武器协同的作战能力。本文立足于建立舰船平台管理系统的实际需求，对三种建立舰船平台管理系统网络的类型进行了分析研究，具有理论参考价值。

1　舰船平台管理系统网络需求

目前，先进的舰船平台信息综合系统方面的需求包含两个方面[1]。其一，是以充分分析、处理各种作战信息，快速做出态势评估和辅助决策，并进行武器分配和控制，实现在最佳时机对敌目标的精确、有效打击，提高舰艇的作战效能为主要目标的综合作战指挥系统；其二，是以实现管控一体化，提高舰船机动性、快速反应能力和生存力，保障舰艇安全可靠航行。基于这种需求，搭建舰船平台管理系统网络，对选用的网络技术需要有以下要求：

（1）网络应具有数据、语音和视频等多业务传输的能力，并且要满足不同业务的服务质量要求，例如延迟抖动、丢包率等。舰船上的各种信息包括视频信号、电话、各种传感器和子系统的状态信息以及控制信息等，这些信息都有各自不同的延迟、可靠性等的服务质量要求，平台管理系统的网络支撑平台应采用合适的网络技术满足这些要求。

（2）网络应具有高度的可靠性和稳定性。无故障持续工作时间要满足舰艇的要求，网络应具有很强的故障自愈力和业务保护能力，当发生节点故障时，可以在极短时间内恢复业务传输能力。

（3）网络应具有安装配置方便、维护简单的特性。舰船的特殊环境条件，使网络的配置、维护不方便，并且操作人员的网络专业知识有限，因此，简单的网络配置和维护能力对舰船操作人员来说非常重要。

（4）网络硬件必须满足舰船环境条件和电磁兼容性要求，所采用的介质必须满足穿舱水密等特殊要求。

（5）价格因素。即在满足性能要求的情况下，结合舰船总体定价原则选用成熟可靠，定价合理的配件。

（6）技术成熟性和先进性。即是否采用成熟技术，技术应用是否代表了未来发展方向。

2　舰船平台系统网络技术

2.1当前主流网络类型

相比普通导线传输而言，光纤传输具有传输频带宽、通信容量大、误码率低、抗电磁干扰能力和抗辐射能力强、尺寸小、重量轻以及可以较好地支持系统升级扩充改造要求等优点，所以光纤传输在舰船通信系统中得到了广泛应用。随着舰船平台的需求及网络技术的发展，近十年来，舰船局域网已经能广泛支持话音、数据、视频等信息综合传输和交换，对于舰船平台系统网络而言，目前在舰船平台网络中应用范围较广的网络技术主要有千兆以太网、SDH环网和RPR环网。

（1）千兆以太网

千兆以太网主要用于局域网环境和小型城域网环境，是一种基于共享媒体类型的物理网络，特别适用于高速数据通信。虽然以太网采用了共享媒体的结构，用户需要竞争网络资源，当用户数增加时，每个用户实际获得的链路传送能力大幅度下降，不能保证通信的服务质量（Qos）。但是由于目前以太网组网都采用高容量的交换机，从而将冲突域控制在两个接口之间，基本消除了共享冲突问题，从而大大提高了链路利用率。

千兆以太网由于其容量大、配置管理简单、价格便宜等优点使其成为接入网和城域网采用的最主要的网络技术之一。但是，千兆以太网技术依然没有解决业务的服务质量保障问题，无法保证话音、视频等实时性业务在千兆以太网上传输的服务质量[2]。该技术适用于视频、音频等实时性信息传送要求不太高的舰船网络。

（2）SDH环网

同步数字体系（SDH：Synchronous Digital Hierarchy）是一个将复接、线路传输及交换功能融为一体的、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，可实现诸如网络的有效管理、性能监视、动态网络维护、不同供应厂商设备之间的互通等多项功能。它技术先进，具有标准帧结构与光接口、强大的网络管理能力和灵活分插支路等特点；组网灵活，可组成点对点、星形、线型、环型等不同的拓朴结构网络；扩容能力强，系统很容易从155M升级到622M，甚至2.5G；网络可靠，具有MSP（复用段保护）、通道保护、自愈环等各种保护切换手段。

SDH网络是由一些基本网络单元（NE）组成的，在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用和交叉连接的传送网络，它具有全世界统一的网络节点接口（NNI）。目前广泛使用的传输媒质是激光，激光的工作窗口为1310 nm和1550 nm，通常最大传输距离为60 km至80 km.

SDH最初是为电路交换业务而设计的，可对舰船平台系统的话音、视频等业务有很好的支持。SDH引入了MTSP技术支持多业务传输，采用将数据流映射到虚拟通道VC中的方式进行传输。其强大的多业务支持能力、高容量、高可靠性以及超强的网络管理能力使其在大型舰船平台网应用极为广泛[3]。但是，由于其配置管理的复杂性以及带宽利用率较低（SDH多采用双环结构，一个为主环用于传输数据，一个为备用环，因此其带宽利用率仅为50%）等缺点限制了其在中型舰船局域网和小型舰船区域网中的应用。

（3）RPR环网

弹性分组环（RPR）是一种基于高可扩展性和弹性技术的光纤环形网，能有效地传送基于分组的业务流量。该技术能充分适合于当前各类舰船平台网络的数据、语音以及视频要求。弹性分组环（RPR）是一种数据优化网络，舰船平台系统弹性分组环至少有两个相互反方向传送的光纤子环，环网上的节点共享带宽，不需要进行电路指配。通过利用公平控制算法，环网上的各个节点能够自动完成带宽协调。每个节点都有一个环形网络拓扑图，都能将数据发送到光纤子环上，送往目的节点。两个子环都可用于作为工作通道。为了防止光纤或节点故障时导致链路中断，利用保护算法来消除相应的故障段。

RPR是为优化数据包传输而提出的一种新的MAC层协议。它既利用了SDH技术对延时和抖动性能严格保障、可靠的时钟以及SDH环网50 ms快速保护的长处，又吸取了以太网技术的经济、灵活和可扩展好的优点。因此，它不仅能有效地支持环形拓扑结构和在光纤断开或连接失败时实现快速恢复，同时具备数据传输的高效、简单和低成本等典型以太网特性[4]。

作为一种新兴的网络技术，RPR技术综合了SDH技术和以太网技术的优点，既能高效地处理突发性的数据业务，也可通过电路仿真的TDM解决方案来提供视频、或话音信道，将数据和话音业务都统一到分组这一级别上进行处理；它既具有SDH的高可靠性优点，同时也具有以太网的配置管理简单、即插即用的特性，从而使其既适用于大型舰船平台网络，也同样适合于中小型舰船平台网络的组建。

2.2主要性能对比

根据前文所列出的舰船平台信息系统的网络平台优选的三种网络技术从多业务能力、带宽利用率等六方面进行比较分析，对比分析情况如下：

（1）多业务能力

千兆以太网主要是针对大业务量数据传输而设计的网络技术，虽然由于IP技术的日益完善，使话音、视频等实时业务同样可以在IP网上开展，但是基于共享链路模式的千兆以太网技术依然没有解决多业务的服务质量问题，并且它不支持电路级的业务，因此，千兆以太网的多业务能力较差，对于传输运算信息量大的舰船平台网络能力不足。

SDH环网具有很强的多业务能力。SDH本身是为电路业务而量身定做的，因此其对电路业务有很好的支持；目前SDH采用MSTP技术使其能够支持其他类型的数据业务，由于SDH采用将数据业务映射到特定的VC虚通道上的方式通过数据传输服务，因此，只要能够合理的配置VC通道参数，就可以为数据业务提供电信级的服务质量保障，可以满足[5]。

RPR环网可以提供多种业务，并且通过灵活的环路带宽管理，严格的COS分类机制和分布式的公平控制算法等为多业务提供服务质量保障能力。首先，它支持灵活的带宽颗粒、带宽的动态共享和分配。每个节点能够维护通过自身的业务负荷(包括本地上环和过环业务量)，网管可根据这些信息来统计RPR环路各个跨段上的资源使用情况，实现环路带宽的灵活、动态管理。其次，它提供严格的COS分类：RPR规范了A、B、C三种业务等级，提供了可靠的保障高优先级业务的机制。再次，RPR规范了一种分布式的公平控制算法来实现各节点带宽的动态公平分配，并可根据需求为环上的各节点分配不同的权重，在环路带宽发生拥塞时，保证各节点高优先级业务的传送，并实现低优先级业务的公平接入和带宽分配。

目前RPR设备除了提供数据业务外，还针对传统的电路业务提供了T1信道，为传统的电话、视频等业务的提供信道服务。

（2）带宽利用率

由于千兆以太网大都采用交换机互连从而消除了共享冲突问题，带宽利用率很高，但是当千兆以太网为网状拓扑结构时，它必须通过生成树消除环状链路，从而造成带宽利用的不均匀。

SDH环网一般由主环和备用环组成，平时数据传输只在主环中传输，备用环仅做链路备用，从而造成带宽率用率低于50%.为了承载分组业务，发展了PoS（packet over SDH／SONET）技术，将分组包封后映射进SDH／SONET帧后在环网上传送，但是这种映射方式的效率较低，随着分组业务在传送业务中比重逐渐增大，SDH／SONET的成本也随之增加。同时，SDH／SONET的静态带宽分配很难适合分组业务的突发性，从而使数据传输的效率降低。

RPR环网两个子环都作为工作通道，大大节约了光纤资源，提高了带宽利用率。RPR网络能实现“空间重用”或带宽倍增。空间重用技术增加了每个子环上同时“对话”的容量。RPR还具有发送多播分组的有效机制。与格形网拓扑结构不同，在格形网中，需要对分组进行多个复制以发送到多个通道中，而RPR节点能够共享一个分组。

（3）可靠性和业务保护能力

目前舰船平台千兆以太网一般采用星型拓扑结构，当网络中有光纤断裂或节点宕机便会造成网络无法互通，可靠性较差。为了提高千兆以太网的可靠性，通常在两节点间采用多条链路的方式，形成网状结构，但是为了消除网络中的环路，需要采用生成树算法，这种算法的收敛较慢，当有链路发生问题时，需要30 s以上的时间才能恢复业务的传输。

SDH环网采用双环的方式保证网络的可靠性，自愈时间小于50 ms.

RPR环网具有类似于SDH环网的可靠性，自愈时间小于50 ms.

（4）配置、管理简单性

千兆以太网的特点之一便是配置管理简单，可以即插即用，操作人员几乎不需要配置什么就可连通网络，适合于舰船平台管理网络局域网组网；SDH网络配置管理复杂，要实现网络的连通，需要配置相应的虚通道VC，当网络拓扑发生变化时，需要重新配置，这一点对舰船平台管理局域网组网不利；RPR具有类似于以太网的管理，可以即插即用，网络管理、配置十分简单，适合舰船平台局域网组网。

（5）价格

千兆以太网的组网价格最便宜；SDH组网最贵；RPR居中。

（6）技术成熟性和先进性

千兆以太网由于其简单型、高容量和价格低廉是目前性能要求不高的舰船平台局域网组网广泛使用的技术；SDH特别适合于以电路业务为主的舰船平台管理局域网；RPR是一种新兴的面向数据的多业务网络技术。

从技术发展的角度来看，面向分组数据传输的支持多业务的RPR网络技术是未来舰船平台网技术发展的方向；而SDH最适合于以电路业务为主的舰船平台网络，由于其强大的多业务能力和基于SDH的面向分组业务的新技术的不断出现，SDH将在很长时间内继续存在。

千兆以太网最大的缺点是无法提供服务质量保障，但是由于其高容量、简单等优点，在接入网范围

依然是主流技术（如表1所示）。

表1　网络技术对比分析表

4　结束语

通过分析可以看出：RPR技术融合了SDH技术和千兆以太网技术的优点，满足先进的舰船平台管理系统多业务支持能力、强业务保护能力、配置管理简单等要求，而且目前RPR技术在民用领域已得到广泛应用，因此，RPR技术可作为先进舰船平台管理系统首选的网络技术；SDH技术虽然比RPR技术有更强的多业务能力，具有相同的业务保护能力，成熟性高，但是由于其配置管理较为复杂，价格偏高，对艇员的网络技术知识和操作技能有较高要求，因此可以将SDH技术作为大型特种类舰船平台管理系统的网络技术；对于千兆以太网技术，其管理简单，它对多业务支持能力低，网络可靠性和业务保护能力较差，比较适合于小型舰船信息管理的需求，也可以作为接入网领域的备选网络技术。

参考文献：

[1]张占松．电路与系统仿真实践[M]．北京：科学出版社，2000.

[2]曾建超，俞志和．虚拟现实的技术及其应用[M]．北京：清华大学出版社，1996.

[3]何利，王厚军．基于虚拟技术的实验教学[J]．实用测试技术，2001，（4）：17-18.

[4]陈兴瑞．虚拟现实技术在实验教学中的应用探讨[J]．曲埠师范大学学报，2001，27（7）：114-117.

[5]张春仙．虚拟现实技术在现代教学中的应用[J]．计算机科学与实践，2005，3（8）：115-116.

中图分类号:TP311

文献标识码：B

文章编号：1672-545X（2016）04-0169-03

收稿日期：2016-01-04

作者简介：殷虎（1974-），男，河北石家庄人，硕士研究生，工程师，从事电子工程研究。

Research of the Integrated Platform Management System Network Technology

YIN Hu
（Naval Representative at No.719 Institute，Wuhan 430064，China）

Abstract:As a node of navy combat network，through setting up the integrated platform management system，the naval ships can realize matching and unification of the weaponry along with the power equipment and the platform management，consequently improving the integrated combat ability.According the practically requirement of the naval ships integrated platform management system，we analyzed the multi-operation ability，the bandwidth utilized percentage，the reliability and the operation-protection ability of the network technology thoroughly.

Key words:platform management；network；RPR