基于PWE3隧道技术实现甚高频业务的传输
2021-10-21黄玉芝
【摘要】 本文论证在民航IP业务承载网络中使用PWE3技术实现VHF信号传输的可行性和应用可能性，结合PWE3技术的原理和在实际网络中的实践，确认利用PWE3隧道技术可以实现VHF业务的传输，信号稳定可靠。
【关键词】 PWE3 VHF业务 隧道技术
引言：
民航地空VHF语音通信是依靠VHF频段的无线电波为空管交通管制部门、航空公司运营管理部门与飞行员之间提供直接的语音通信服务，并为民航航空器的搜寻、救援等紧急情况下提供特殊通信保障[1]。就空管而言，终端区VHF台一般建在終端区内或者较近的附近，区域管制VHF台就需要建设在离区域管制中心较远的地方，以便实现航路的覆盖，因此传输网络是地空通信重要的一环。
传统的地面传输网络采用PCM技术，使用E&M信令实现VHF语音的传输，随着网络的IP承载化，利用IP技术实现VHF信号的传输变得越来越重要，并已逐步取代传统的PCM接入网络。
本文介绍利用PWE3技术实现VHF语音的传输，并达到传输时延小、信号质量稳定且失真小的效果，满足民航语音通信的要求。
一、PWE3简介
PWE3（Pseudo Wire Emulation Edge-to-Edge：边缘到边缘的伪线路仿真）是2001年4月IETF（Internet工程任务组）提出，经过不断的更新发展，PWE3技术已完美成熟，相关的草案已转为正式的RFC文档，并在运营商网络和企业网络中得到广泛运用[2]。
PWE3是在分组交换网络（IP或者MPLS）中仿真帧中继、以太网、低速TDM电路等业务的基本特征的一种技术，伪线路（Pseudo Wire，PW）的功能包括在入口封装特定业务（如本文所研究的低速TDM业务：VHF语音）的PDU，然后在入口和出口之间的隧道上承载这些PDU，管理他们的定时和顺序，尽可能的模仿这些业务所需的功能[3]。
PWE3是一种端到端的二层业务承载技术，属于点到点方式的L2VPN，显然，MPLS L2VPN 是在 MPLS PSN 上实现 PWE3 的技术。基于MPLS网络本身的一些特性，使基于MPLS的PWE3技术逐步成为主流技术。
在MPLS网络的PE中，PWE3以LDP为信令协议，通过隧道模拟CE端的各种业务，透明传递二层数据[4]。值得注意的是，这种模拟是近似的，对TDM数据会带来失真。
二、利用PWE3实现VHF语音传输的应用场景
在民航空管的VHF传输场景中，各管制中心和远端台站之间通过基于IP组建的业务承载网络相连，如图1所示。由于语音通信的实时性要求和VHF业务高可靠性要求，管制中心端与远端台站端至少有两条链路可达。
管制中心端的内话系统和远端台站端的VHF收发信机通过E&M端口接入路由器。信息在穿越业务承载网络时，需要使用PWE3技术建立业务数据传输隧道。
本文以某地区终端管制中心为例，终端管制中心与远端台站之间建设有基于华为系列路由器的IP业务承载网络，其中在终端管制中心端采用的华为AR3260设备作为业务落地设备，在台站端采用华为AR2240设备作为业务接入设备，中继链路采用租用运营商MSTP链路或者自建MSTP链路，终端管制中心与远端台站端只有有两条完全独立的路由可达。
三、VHF信号端到端传输工程
下面介绍VHF信号在业务承载网络中的传输过程。
如图2所示，VHF收发信机与各管制中心的内话系统通过IP业务承载网络相连。其中，管制中心端的内话系统有线方式接入AR3260路由器E&M接口，远端台站端的VHF收发信机通过有线方式接入AR2240路由器E&M接口。其中管制中心端AR路由器和远端台站端的AR路由器预先建立PWE3隧道。
当位于终端管制中心的管制人员需要与飞行员通话时，E&M数据通过隧道透传的过程如下：
①管制中心端的AR路由器的E&M接口接收来自内话系统的E&M信令和模拟信号，并转换为数字信号;
②管制中心端AR路由器把E&M数字信号封装为PWE3格式的报文;
③PWE3报文通过预先建立MPLS隧道透传到远端台站端AR路由器;
④远端台站端AR路由器将E&M数字信号从PWE3报文中解析出来，并转换为模拟信号，再通过E&M接口发送给VHF收发信台;
⑤给VHF收发信台通过无线方式将E&M数据发送给位于飞行器上的接收器。
⑥飞行员呼叫管制员的数据传输过程与上面的过程相反。
四、构建PWE3隧道实现VHF信号的传输
本文以某终端管制中心的IP承载网络为例，将业务承载网络简化为如图3所示的情况，构建从管制中心端AR路由器（配置中简称：GZZX-AR3260）经过汇聚路由器（配置中简称：HJ-R）到远端台站端AR路由器（配置中简称：TZ-AR2240）的一条PWE3隧道，进而实现VHF信号的传输。本文基于三台路由器已经建立了相关的路由关系，仅讨论构建PWE3隧道的过程。
4.1 管制中心端AR路由器
①使能MPLS：在设备上使能MPLS，并在远端台站端AR路由器之间建立远端对等体关系。
[GZZX-AR3260] mpls lsr-id 1.1.1.1
[GZZX-AR3260] mpls
[GZZX-AR3260-mpls] quit
[GZZX-AR3260] mpls ldp
[GZZX-AR3260-mpls-ldp] quit
[GZZX-AR3260] interface gigabitethernet 1/0/0
[GZZX-AR3260-GigabitEthernet1/0/0] mpls
[GZZX-AR3260-GigabitEthernet1/0/0] mpls ldp
[GZZX-AR3260-GigabitEthernet1/0/0] quit
[GZZX-AR3260] mpls ldp remote-peer 2.2.2.2
[GZZX-AR3260-mpls-ldp-remote-2.2.2.2] remote-ip 2.2.2.2
[GZZX-AR3260-mpls-ldp-remote-2.2.2.2] quit
[GZZX-AR3260]mpls l2vpn #全局使能L2VPN 功能
②使用PW模板建立PWE3。
[GZZX-AR3260]pw-template 2.2.2.2 #使用PW模板建立PWE3
[GZZX-AR3260-pw-template2.2.2.2]peer-address 2.2.2.2 #指定远端PW的地址
[GZZX-AR3260-pw-template2.2.2.2]tdm-encapsulation-number 8 #根据需要选择每个PW包所封装的TDM帧数，配置较少的打包帧数可以获得较小的网络时延，但是会有更多的封装开销;而配置较多的打包帧数可以获得更高的带宽利用率，但是会引入更大的打包时延。
③配置接口，创建传输VHF信号的PWE3隧道。
[GZZX-AR3260]interface Serial 6/0/0
[GZZX-AR3260-Serial6/0/0]em passthrough enable #使能数据透传功能，以便E&M数据可以通过MPLS隧道傳输
[GZZX-AR3260-Serial6/0/0]mpls l2vc pw-template 2.2.2.2 100 #创建PWE3隧道，其中100为VC ID，该条业务两端的路由器接口下配置VC ID时需保持一致。
4.2 汇聚路由器
在汇聚路由器上需全局和在与管制中心端/远端台站端AR路由器的下行端口处使能MPLS和MPLS LDP功能。
[HJ-R] mpls lsr-id 3.3.3.3
[HJ-R] mpls
[HJ-R-mpls] quit
[HJ-R] mpls ldp
[HJ-R-mpls-ldp] quit
[HJ-R] interface gigabitethernet 1/0/0
[HJ-R-GigabitEthernet1/0/0] mpls
[HJ-R-GigabitEthernet1/0/0] mpls ldp
[HJ-R-GigabitEthernet1/0/0] quit
[HJ-R] interface gigabitethernet 2/0/0
[HJ-R-GigabitEthernet2/0/0] mpls
[HJ-R-GigabitEthernet2/0/0] mpls ldp
[HJ-R-GigabitEthernet2/0/0] quit
4.3 远端台站端AR路由器
远端台站端AR路由器配置与管制中心端AR路由器配置相似，仅IP地址不一致，在此就不一一赘述。
4.4 结果验证
查看接口的详细信息，以管制中心端AR路由器为例，可以看到接口的物理状态和链路层协议状态都是Up。而通过管制员的实际使用，该传输方案正常可行。
[GZZX-AR3260]display interface Serial 6/0/0
Serial6/0/0 current state ： UP
Line protocol current state ： UP
Last line protocol up time ： 2021-05-07 16：00：49
Description：HUAWEI， AR Series， Serial6/0/0 Interface
Route Port，The Maximum Transmit Unit is 1500， Hold timer is 10（sec）
Internet protocol processing ： disabled
L2VPN connection of the main PW is up
L2VPN connection of the second PW is down
Last physical up time ： 2021-05-06 16：02：13
Last physical down time ： 2021-05-06 16：02：13
Current system time： 2021-05-07 17：46：16
Input bandwidth utilization ： 0%
Output bandwidth utilization ： 0%
五、结束语
VHF通信目前是民航地空通信的首选，但随着民航通信专网的IP化，使用IP网络模拟传统的PCM技术来满足VHF信号传输需求，是过渡阶段多方都容易接受的方案。将PWE3技术应用在VHF信号的传输中是一次有益的尝试，验证了这种技术的可行性。
参 考 文 献
[1]艾雨. 民航地空话音通信系统设计研究[J]. 中国设备工程， 2019（15）.
[2]陈春玲， 张玲， 张锦跃. 多段伪线路组网技术的研究与实现[J]. 计算机技术与发展， 2011， 21（010）：32-35.
[3]张锦跃. MPLS PWE3多段PW体系结构的研究与实现[D]. 南京邮电大学.2011
[4]孙健. 基于IP承载网的MPLS VPN的设计与实现[D]. 西安电子科技大学， 2008.
黄玉芝（1986.03），男，汉族，重庆巫山，高级工程师，本科毕业，研究方向：网络传输与接入技术。
