基于多链路的路由交换策略应用

赵志鹏 贾成 俸玉祥 徐维开

1．中国电子科技集团公司第三十四研究所；2．西安卫星测控中心

随着军队信息化的不断发展，对于战场侦察的机动性、随域接入性，信息数据回传的实时性与抗干扰可靠性提出了更严格要求。侦察采集数据通过Ku频段动中通、Ka频段动中通、微波散射设备等手段实现数据的回传。在复杂电磁环境下，以上部分频段通信手段会受到电磁干扰或者敌人电磁干扰，从而阻断采集数据的回传。适当路由交换策略与网络质量分析技术，可以实现多传输链路的自动切换及可靠传输。

军队现代化、信息化进程不断深入，为了实时掌控一线侦察情况，为后方指挥提供正确的敌情依据。现在的侦察已经摆脱单纯的音视频信息采集，伴随相应的侦察干扰设备以及多维呈像设备等各类信息采集设备，各类采集设备产生大量的信息采集数据对系统的信息传输速率提出更高要求。对于外场侦察要求机动性强、数据回传的实时性、回传速率高、抗干扰能力强、可靠性高；并且要求通信不受到地域接入的限制。

1 研究现状

现在国内外普遍通过提高通信手段的抗干扰能力实现数据的可靠传输，比如采用超宽带技术使得有用信息信号淹没在噪声内，使得通信信号难以受到干扰，最后在通过同类信号的相干操作实现传输信号的还原，有效提高信号的抗干扰能力与可靠性；也有同时采用多种通信手段实现对采集数据的可靠传输，当一种传输手段受到干扰的时候，通过频频检测干扰信号所在频段，通过人为操作采用不受干扰的传输手段实现数据的可靠回传；本系统也是采用多种传输手段，但是采用的不是检测及人为干预的形式实现数据的回传，而是采用路由探针技术与路由策略实现传输链路的自动选择，完成数据的可靠回传。

2 方案设计

现在军队的侦察探测采用机动性、越野性强的车载底盘作为搭载平台；同时配备视频采集设备、音频设备、各频段的雷达侦察设备及三维呈像设备实现数据的采集；采集数据通过交换机进行数据的汇聚，汇聚数据再通过路由器选择Ku频段动中通、Ka频段动中通、微波散射设备等通信链路实现数据的回传。系统组成如图1所示：

图1 侦察干扰系统组成Fig.1 Reconnaissance jamming system composition

采集终端设备完成数据采集后，通过路由器检测各传输链路的通断状态，通过链路通断状态的对比，选择合适的传输链路进行采集数据的传输，这样有效避免的受干扰传输通道的不可靠传输，也实现了链路的自动切换，有效降低人为操作的主观误操作。

3 工作原理

静态路由工作原理如下：

当路由器的响应端口收到一个数据包时，路由器会读取包中的网络部分相应的目标的逻辑地址，进而通过路由表中进行查询，若通过路由表中查询到了相应的目标地址对应的路由条目，则把数据包发送到路由器的相应端口；若路由表中不存在目标地址对应的路由条目。若路由器中配置了相应的默认路由路径，就根据默认路由的配置把数据包发送到路由器的相应端口，如果路由器中不存在相应的配置默认路由路径，则丢弃该包，并反馈不可达信息给原端口。这就是数据包传输的路由过程，可见路由路径是路由器根据自身建立的路由表进行的，其过程中间经过了路由查询、判断与选择和数据的路由转发过程的过程，实现数据包从路由器的一个端口“路由”到另一个端口的过程。静态路由是由操作人员在路由器中进行人工配置的固定路由路径。

OSPF动态路由工作原理如下：

OSPF动态路由通过组播的方式在所有开启OSPF的接口转发Hello包，通过Hello包的反馈信息，来确定是否有OSPF邻居，如果发现了，则通过进一步建立OSPF邻居关系，形成相关联系。而后相邻OSPF之间互相发送链路状态通告相互告知路由连接关系，形成链路状态数据库。再通过相关路由算法，计算出传输最佳路径（Cost最小）后放入路由表。

BFD探针技术工作原理如下：

BFD由被服务的上层协议形式来建立会话关系，也就是相关的应用参数与检测参数（其中包括目的地址和源地址）是由上层相关协议通告给BFD。BFD得到相邻参数和检测参数之后，逐渐建立BFD会话，会话建立前存在两种对应工作模式。其中一种是主动的：在建立会话前无论是否收到其他端口发来的BFD控制报文，都会主动发送相应的BFD控制报文；另一种则是被动的，在建立会话前不主动发送BFD控制报文，一直等到收到其他端口发送来的BFD控制报文。BFD的会话有两种工作方式，其中一种是Echo报文，链路一端发送Echo报文给对应其他端口建立会话，这种方式仅支持单跳检测；另一种则是控制报文，链路两端的接口通过循环周期性的发送控制报文，然后建立会话。控制原理如图2所示：

图2 BFD工作原理图Fig.2 BFD working principle diagram

BFD会话建立后，会进行周期性地快速发送BFD报文检验，若在检测时间内没有收到对端反馈的BFD报文，则会认为该双向转发路径出现故障，然后就通知被服务的对应层的应用进行处理。该中探测机制并没有邻居主动发现能力，而是必须依靠被服务的相关层应用通告其邻居相关信息层以建立会话。不管是网络层地址、物理链路状态、二层链路状态可达性，还是应用层协议运行状态、传输层连接状态，都可以通过以上手段被BFD感知到。

4 连接关系

视频采集设备、音频采集设备、侦察干扰设备、三维呈现像素设备通过交换机实现内部业务汇聚，业务数据通过路由器实现与传输数据的交互，实现整个系统的数据采集、交换与传输功能。

路由器采用OSPF动态路由技术和BFD探测技术；OSPF动态路由技术可以实现多路由自动学习和切换，BFD探测技术可以探测链路是否可用，并与路由协议联动实现传输链路的切换。网络具备多传输通道数据同传，组网灵活特点；在系统组成不变的情况下，系统网络如图3所示：

图3 互联关系数据回传图Fig.3 Data return diagram of interconnection relationship

以太网交换机1作为通信车辆的网关，为各业务分配不同的业务网段，并使用默认路由指向路由器1。路由器1作为通信车辆的网络出口，与在地面接收站的路由器2进行多条物理链路互联，路由器间的每条物理链路使用一个接口网段，并在此网段上建立OSPF邻居关系（区域为0）。在对内的路由方向，交换机2使用静态路由指向路由器2。在对外的路由方向，路由器1使用静态路由和OSPF路由相结合的方式指向路由器2，并优选静态路由；在配置静态路由时，结合BFD探测技术，为每一种业务配置主用和备用两条路由，根据业务的重要程度和带宽需求，有计划的将流量分配到不同的物理链路上，当BFD探测到主用链路故障时，可以自动将流量切换到备用链路，OSPF路由作为静态路由的备份。

5 系统仿真结果

根据以上网络连接关系，采用华为eNSP软件对系统网络进行仿真。其中线路1模拟Ka动中通传输链路、线路2模拟Ku动中传输链路、线路3模拟微波散射链路；侦察车业务1、业务2模拟仿真视频采集设备、音频采集设备、侦察干扰设备、三维呈现像素设备等终端采集设备，地面接受站业务1、业务2仿真业务设备。其仿真连接图如图4所示：

图4 三层网络原理仿真图Fig.4 Three-layer network principle simulation diagram

通过采用eNSP软件对地面接收站、传输线路及通信车辆进行模拟与仿真，对路由器1、路由器2进行IP地址、OSPF路由、静态路由及BFD探测配置。通过试验仿真，得到以下结果：

当链路1、链路2受到干扰中断时，可以通过路由器自动切链路3进行数据传输；当链路2、链路3受到干扰中断时，可以通过路由器自动切链路1进行数据传输；当链路1、链路3受到干扰中断时，可以通过路由器自动切链路2进行数据传输；最终可以实现数据的可靠传输。

通过仿真可以验证：在多条传输链路条件下，通过对路由器的路由交换策略、BFD配置、动静态路由配置，在某些链路受到干扰情况下，路由器可以通过BFD探测技术实现对传输链路的状态检测，并自动切换到可用的传输链路，实现数据抗干扰、可靠传输。