浅析VOIP地空通信网异地共享测试中遇见的网络中断问题

王蓟宁

摘要：天府国际机场顺利建成后，计划以天府机场、终端区为实验场所对VOIP地空通信设备异地共享进行测试。在测试过程中，将天府机场、终端区地空通信网络互连后，发现部分台站监控中断、异地VOIP无法连接等问题。通过对地空通信网络进行初步检查分析，查明了问题原因，为今后多地网络互连积累了经验，提供了实践基础。

关键词：地空通信;生命树;GPS时钟;

引言

VOIP地空通信网是民航的发展趋势之一，天府机场建成后成都的两场四地为测试该网络异地共享提供了契机，通过测试可以为今后西南四地互连积累经验，提供数据支撑。

1、成都地空通信网络现状

目前天府航管小区机房采用两台华为交换机堆叠作为核心设备，航管小区机房中相关业务系统直接接入核心交换机;天府机场有两个塔台，每个塔台有两台接入交换机，两台交换机以主备方式分别由单链路连接到航管小区核心交换机。终端区机房和天府航管小区机房类似，由两台华为交换机堆叠作为核心设备，终端区机房中相关业务直接接入核心交换机;终端应急区、双流航管小区等其他区域的业务，分别有两台接入交换机，两台交换机以主备方式分别由单链路连接到终端区机房核心交换机。天府航管小区机房核心和终端区机房核心，计划用双链路连接，因连通时业务异常，暂时处于断开状态。

目前以航管小区、终端区机房为中心形成的两部分网络系统，仍然是典型的二层交换式网络，所有交换机上根据不同的业务划分了多个VLAN。以天府航管小区机房为例，将不同业务网段的三层IP网关配置在核心交换机上，来实现该机房和其他区域的终端网络三层路由通信。终端区机房情况相同。

如果要实现两个机房之间以及所连业务的连通，仅依靠VLAN划分会有很多问题，这也是现在两个机房连通时业务异常的主要原因。

另外，除了地空通信中的业务网段地址，在网络中因为有GPS时钟同步的需求，地空通信网络与时钟同步网络连接在了一起，同时监视专业相关设备也同样在时钟同步交换机上获取时钟信号。

2、网络问题原因分析

2.1生成樹问题

原计划将两个机房业务连通进行分析，发现现网中的生成树协议较为混乱，这给网络架构、流量转发造成了问题。

1）天府航管小区生成树：

天府航管小区网络中，核心交换机连接了GPS时钟同步网络，GPS时钟同步网络连接为更为复杂的其他业务网络。经过仔细排查，发现网络中的生成树根桥位于终端区机房中的一台交换机上。交换机GPS-B连接核心交换机的接口被阻塞。

2）终端区网络生成树：

终端区网络中，核心交换机也连接了GPS时钟同步网络，终端区网络的生成树根桥在交换机上。终端区核心交换机连接GPS-B的接口被阻塞。

3）综上所述，两个机房中的地空通信网络，因为没有合理的网络规划，导致生成树根桥位置不合理。加之地空通信网络和GPS时钟同步网络连接，上面网络中还有众多和GPS时钟同步网络连接的交换机未画出，网络连接非常复杂，生成树路径由自动选择也不合理，网络容易出现不稳定现象，导致故障排查困难等问题。

目前网络由航管小区、终端区两个区域网络构成，连通2个区域网络时存在业务异常。经过排查，2个区域网络有各自的业务系统，有各自的IP地址段和VLAN规划。当通过二层网络技术连通时，由于生成树协议、VLAN未统一规划，易产生连通异常问题。

3、网络优化具体措施

3.1生成树优化

当前地空通信网络运行多区域生成树协议，且和GPS时钟同步网络连接在一起，时钟同步网络又与其他业务网络连接，整个网络并没有对生成树进行规划，也没有生成树的保护机制。

1）对地空通信网络进行生成树规划，两个核心机房分别运行生成树协议;

2）多区域生成树协议适用于多区域复杂网络，建议用快速生成树协议取代;

3）把地空通信网络和时钟同步网络的生成树隔离开，使网络结构清晰化，减少网络半径，减少网络出现重新计算生成树的概率，缩短网络收敛时间为秒级;

4）规划地空通信网络中的核心交换机作为生成树的根桥，并通过设置根桥保护，配置边缘端口等方式，保证生成树的稳定性。

3.2路由规划

目前通信网络中未运行路由协议，依靠把网关配置在同一台交换机的方式进行网络通信，当网络比较大的时候，就会出现通信故障，这也是目前两个机房连通时出现故障的一个因素;另外网络规模扩大以后将导致无法有效管理，故障排查也变得异常困难。

建议两个机房核心交换机分别作为各自网关，两个机房之间及与其他业务网络通信时，采用路由协议，根据网络规模及路由网段数量综合评估采用静态路由或动态路由。静态路由协议适用于小规模的网络使用，路由需要手工添加，路由可控性较强;动态路由适用于大规模网络，能够自动计算网络最佳转发路径，免于人工干预，为网络管理维护提供便利。

3.3其他方面措施

1）交换机未开启远程登录

目前交换机设备未开启远程管理功能，为了网络管理和排查故障，建议开启交换机设备远程登录功能，采用安全的SSH连接，同时配置交换机设备访问控制策略，既保证安全，也方便远程管理。

2）网络设备无统一网管系统

成都作为民航空管区域中心，网络规模较大。网管系统可以实现对网络资源、业务、用户的统一管理以及实现智能联动。网管系统即类似于内话、电台的监控系统，能够对网络设备、链路进行实时监控。网络作为IT基础设施，是所有上层应用系统的底座，没有基础的网络系统，上层应用系统将无从谈起。因此，通过网管系统实现对基础网络设施的实时监控也是十分必要的。

4. 下一步工作计划及展望

目前，地空通信网络与监视数据网络的连接点在GPS时钟数据交换机，虽然该交换机上地空通信相关设备接口和监视数据相关接口进行了VLAN划分，可以隔离地空通信设备和监视设备之间的数据互通，但通过该交换机连接的设备仍然属于同一个生成树下，当网络结构发生变化，需要重新计算生成树时，计算过程中出现的网络不可用情况仍然会波及到相关的监视设备。

为保证测试过程安全可控，对运行不造成影响，首先要将地空通信网络与监视数据网络隔离。建议GPS时钟服务器对于不同业务类型使用多个独立的网卡进行时钟信号分发。下一步将天府机场与重庆分局进行互联测试时也使用同样的网络结构进行交换机网络隔离。

在地空通信信号逐步由模拟信号转向VOIP的过程中，天府机场、终端区是首次建立起了一套地空通信数据网络，同时，在监视信号数据越来越多的由串口数据转为IP数据的趋势下，监视数据的IP网络规模也越来越大，需要管理的网络设备越来越多。而目前缺乏有效的网络设备管理手段、技术人员也普遍缺乏网络管理相关知识。希望将来在成都四地建设网管系统，对所辖生产运行相关的网络设备进行监控和管理，可以大幅度提升网络相关问题的处置能力，并逐步培养技术人员网络相关知识，为西南地空通信网络发展奠定坚实的网络基础。

参考文献：

[1] 《民用航空空中交通管制服务地空通信设备配置第1部分》：语音通信（MH/T4028.1-2010）.

[2] 王熠 VoIP技术在民航VHF通信系统中的发展与应用.通信设计与应用.2016.5.

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[4] 王丽 生成树协议与交换网络环路的研究. 数字技术与应用.2016.2.