华为路由器传输雷达信号延时的优化

周颖

（民航华东空管局通信网络公司，上海 200335）

0 引 言

随着近年来通信技术的发展，华为的通信设备进入民航空管等专业业务的传输领域。民航空管行业对传输的信号在延时、丢包等方面有些更严格的要求。

目前民航空管有华为AR3260 路由器使用RTC终端接入技术传输雷达信号的案例。为了在上述环境下正常的传输雷达信号，需要对华为AR3260 的部分配合至RTC 终端接入技术进行分析，研究影响雷达信号传输延时的配置参数，并测试这些配置参数对延时的影响程度。

1 RTC 终端接入技术

雷达信号在数据链路层使用HDLC 协议，通过华为AR3260 路由器和RTC 终端接入技术将HDLC 信号使用同步串口连接到路由器，通过IP 网络透传HDLC 报文，实现终端设备之间的数据交互。

RTC 终端接入技术可以解决IP 网络无法透传HDLC 报文的问题，其基本架构如图1所示。路由器配置RTC 终端接入功能后，可以将被监控终端（如雷达源）传送的HDLC报文封装成TCP 报文，通过IP 网络建立TCP 连接，将封装后的TCP 报文传送到远端路由器，远端路由器再将TCP 报文解封为HDLC 报文，传送到监控终端（各类雷达用户接入设备），实现IP 网络透传HDLC 报文的功能，RTC 终端接入技术基本构架如图1所示。

图1 RTC 终端接入技术基本构架示意图

在RTC 终端接入技术中的基本架构里，包含三种角色：终端（监控终端和被监控终端）、RTC 客户端、RTC 服务器端。

（1）终端分为监控终端和被监控终端。在空管数据网的应用中，雷达源为被监控设备，雷达用户接入设备为监控终端。雷达源作为被监控终端，负责实时采集雷达数据，及时响应雷达用户接入设备的数据请求，将监控数据发送给雷达用户接入设备。

（2）RTC 客服端连接监控终端，通常作为RTC 终端接入技术的发起方，主动向RTC 服务器端发起TCP 连接，以此获取数据信息。在空管数据网应用中，雷达信号输出路由器为RTC 客服端，与雷达用户接入设备物理相连，并主动向雷达信号输入路由器发起TCP 连接。

（3）RTC 服务器端连接被监控终端，通常作为RTC 终端接入技术的接收方，负责接收RTC 客服端发出的TCP 连接请求，之后向被监控终端发送采集的数据。在空管数据网应用中，雷达信号输入路由器为RTC 服务器端，与雷达源物理相连，并在接收到RTC 客服端发送的请求后，向其发送雷达信号。

RTC 终端接入技术数据转发流程如图2所示。

图2 RTC 终端接入技术数据数据转发流程示意图

RTC 终端接入技术数据转发流程可分为八个流程，如下带入空管传输雷达数据的环境加以说明：

（1）雷达用户接入设备发送请求数据（HDLC 封装）给雷达信号输出路由器；

（2）雷达用户接入设备发送的请求数据触发雷达信号输出路由器向雷达信号输入路由器发起TCP 连接请求；

（3）雷达信号输入路由器接收到雷达信号输出路由器的TCP 连接请求，通过TCP 三次握手后，建立TCP连接；

（4）雷达信号输出路由器将雷达用户接入设备发送的HDLC 报文封装成TCP 报文后，通过IP 网络发送到RTC 服务器端。目前由于空管使用雷达信号多为单向传输，该流程可能不执行；

（5）雷达信号输入路由器接收到TCP 报文后，将其解封装为HDLC 报文后，再发送给雷达源。目前由于空管使用雷达信号多为单向传输，该流程可能不执行；

（6）雷达源将采集的雷达数据以HDLC 报文形式发送给雷达信号输入路由器；

（7）雷达信号输入路由器将雷达源发送的HDLC 报文封装成TCP 报文后，通过IP 网络发送到雷达信号输出路由器；

（8）雷达信号输出路由器将雷达源发送的TCP 报文解封装成HDLC 报文后，发送给雷达用户接入设备。

2 雷达产生延时的环节

根据上文对RTC 技术的介绍，在路由器将HDLC 帧封装成TCP 报文的过程和TCP 传输过程中会影响雷达信号的延时。其中HDLC 帧封装过程中影响延时的路由器参数有：itf number ；TCP 传输过程中影响延时的路由器参数有：拥塞算法的选择、TCP 连接收发缓冲区大小（tcpsendbuf-size和tcprecvbuf-size）。

上述路由器配置参数都对雷达信号延时有不同程度的影响，需要研究其对雷达信号传输延时的影响程度，并进行优化。

3 相关配置参数的测试

3.1 itfnumber

itf number 命令用来配置同步方式下串行接口的帧间填充符的个数。帧间填充符是接口在没有发送业务数据时发送的码型，用来使接收设备在收到数据帧后有一定的缓冲时间对数据帧进行处理，并为接收下一帧做好充分准备。

帧间填充符的个数表示两个相邻帧之间存在多少个帧间填充符，而帧间填充符作为额外开销，会影响接口的实际传输速率。通过执行itf number 命令，用户可以手动设置帧间填充符的数目，从而对传输速率进行适配。

帧间填充符的个数对传输数据延时的影响表现为：增大帧间填充符的个数，实际发送有效数据包的速率减小，延时增大；减小帧间填充符的个数，实际发送有效数据包的速率变大，延时减小。

华为路由器串行接口默认itf number 数值为4 个字符，取值范围为0～ 12 字节。目前TDM 数据网同步端口itf number 数据为默认配置

为了确认itf number 对雷达信号延时的影响程度，分别对某selex 雷达A、B 某信号传输端口配置不同的itf number值，得到雷达信号延时测试结果如表1所示。

表1 itf number 对雷达信号传输延时影响测试结果

根据表1中三个对照组的测试结果，可以明显看出itf number 取值与雷达信号延时成正比。但itf number 取值对雷达信号延时的影响不明显。无法通过修改itf number 取值达到较大程度降低雷达信号延时的目的。

3.2 TCP 连接收发缓冲区和拥塞算法

Nagle 算法是为了尽可能发送大块数据，避免网络中充斥着许多小数据块，以减少IP 报头和TCP 报头的开销，提升网络资源利用率。

该算法的核心思想是最多只能有一个未被确认的数据小分组存在于网络，而待发送的其他小分组会被重新分组成一个较大的分组，等收到上一个小分组的应答或长度达到一定程度后再发送。

收发缓冲区起到缓冲数据的作用。TCP 接收缓冲区为较小值时，路由器将不间断发送数据；TCP 接收缓冲区为较大值时，TCP 缓存区将集中存储一定量数据后再发送出去，可能产生一定延时。

Nagle 算法发送数据的主要规则如下：

（1）如果数据包长度达到tcp min-mss，则允许发送；

（2）若所有发出去的小分组都被确认，则允许发送；

（3）设置了tcpnodelay 选项，则允许发送。

由于使用Nagle 算法时需要达到一定条件才会发送数据，因此会引起数据排队，产生额外延时。

目前华为路由器RTC 技术中默认配置为使用Nagle 算法，反之可在RTA 模板中开启tcpnodelay enhance 命令配置TCP 连接中不使用Nagle 算法，以减少TCP 报文收发过程中的时延。

图2中RTC 终端接入技术数据转发流程中步骤4 和步骤7 中收发缓冲区起到缓冲数据的作用。用户可使用tcpsendbuf-size 和tcprecvbuf-size 命令在华为路由器上配置TCP 连接收发缓冲区大小。

根据雷达业务的特性和对收发缓冲区的研究，可以进一步对收发缓冲区大小做出以下结论：

（1）收发缓冲区大小配置为较小值虽然可以提高传输的实时性，但抗传输抖动性能差，容易产生丢包；

（2）收发缓冲区大小配置为较大值虽然可以提高抗传输抖动性能，但会增加信号的延时；

（3）雷达信号需要较好的实时性；

（4）传输速率较高的雷达需要将收发缓冲区配置相对较大值以免丢包。

为了验证上述配置参数对雷达信号延时的影响程度，对某selex 雷达业务RTA 模板中配置参数进行不同配置，得到雷达信号延时测试结果表2所示。

表2 RTA 模板不同参数对雷达延时的影响

根据表2中的测试结果，可以看出TCP 的收发缓冲区不论配置为何值，其对雷达信号的延时的影响没有明显变化规律。而开启tcpnodelay enhance 算法后，雷达信号延时有较大程度的减小。

4 结 论

根据对华为路由器和RTC 技术中影响雷达信号传输延时的相关参数的测试研究，itf number 取值以及TCP 收发缓冲区取值对雷达信号的传输延时影响程度较小。而开启tcpnodelay enhance 功能可明显降低雷达信号传输的延时。目前华为AR3260 路由器开启tcpnodelay enhance 功能后传输雷达信号，雷达用户在实际使用中确认雷达信号延时处于正常范围之内。但目前的研究方式仅针对雷达信号的传输延时，若考虑到传输中的抖动等因素，须进一步研究。