IP over DDN在某导弹试验指挥舰系统中的设计与应用

孙 东，白龙江，李 燕

（1. 91550部队95分队，辽宁 大连 116023；2. 91550部队92分队，辽宁 大连 116023）

为实现导弹武器的试验、训练、演练以及作战海上指挥，需要在某舰上构建一套指挥显示系统，以无线电数字通信技术实现与陆地测控中心的信息传输。

在岸海之间的通信组织中，除了传统的语音指挥通信功能外，还要求具备实况视频图像、实时数据、图表，以及决策等指挥控制信息的传输功能。为提升信息传输的可靠性，主干信道采用了微波通信和卫星通信互为备份的方式。两种通信方式优势互补，共同承担海上机动通信任务。

通信的应用业务主要包括：勤务电话、语音指挥调度、实况视频图像和指挥显示共4类信息。其中，实况视频图像和指挥显示信息属于强实时性应用业务，并且采用IP体制，因此，系统中需要配备具有三层交换的网络设备，通过路由的WAN口达成高层应用到实际物理信道之间的一系列变换任务。

为保护已有投资，系统需要使用先期承建的卫星通信系统，但是，原设备无论接口数量、还是接口标准都无法满足IP业务、勤务电话和语音指挥调度等多个业务同时接入的需求；另一方面，由于卫星资源限制，任务中可供使用的卫星通信带宽资源有限。因此，将指挥舰系统的多实时应用业务可靠、灵活地接入到卫星通信系统，是本文系统建设的关键问题。

1 IP over DDN解决方案

基于上述种种问题，根据某靶场现有通信装备资源，本文设计提出了以DDN技术为基础，承载IP分组业务的IP over DDN解决方案。DDN技术是海上靶场普遍使用的成熟通信技术，它采用了 TDM数字时分复用技术，在传输中没有更多复杂的处理过程（只有复用和解复用处理），因此网络时延小，特别适合于小容量实时数据传输的工作需求。

IP over DDN方案，是利用DDN设备配备的各种标准接口（例如V系列、X系列），可以比较方便地实现多种通信业务包括IP实时应用业务的顺利接入，在DDN系统中经过点到点、以及点到多点专线划分，以64K为基准进行传输数据带宽（本文中简称带宽，下同）配给，由此实现了在较少带宽资源条件下的多业务通信应用。

关于岸海通信主干信道的选择，考虑到无线电传输的特点，采用微波通信和卫星通信两条通路同时工作的方式，发送端将应用业务在两路信道上同时送出，接收端收到后在两路信息中择优使用。微波通信传输容量大、时延小、误码率低，而卫星通信覆盖范围广、作用距离远、传输信道稳定。若将两种通信方式结合使用，共同承担主干信道任务，则可以取长补短，加强系统的可用性。

具体实现方法：在DDN设备上使用4种接口：1）配置1个G.703接口连接IP路由器的WAN口，而路由器的 LAN口可以将视频和指挥显示信息等业务顺利接入，由于DDN的透明特性，在IP应用层不需要添加任何对 DDN设备的操作或管理；2）通过 B+D业务板连接调度交换机，将语音指挥调度业务接入；3）通过 LS业务板连接程控交换机，将勤务电话业务接入； 4）配置1个V.35接口直接连接卫星通信转发器，保证通信业务的上行与下行；5）再配置 1个 G.703接口连接到微波通信设备，将通信业务接入微波通信信道，实现与卫星通信信道的互为备份设计。

海上指挥舰系统与陆地指控中心通信系统设计如图1所示。

图1 岸舰系统通信结构框图

2 网络规划与设备配置

1）路由协议选择 指挥舰系统使用了 2对（4端）路由器，通过点对点连接形成了相对独立的两个广域网。对于这种网络结构，应该首选静态路由协议，在成对使用的路由器中，只要简单的添加一条指向对方的路由表项就可以了。针对本系统这种海上一点对应陆地多点的路由网络，使用一条默认路由配置完全可以满足需要。配置要点如下：

WAN口配置的地址网段要留有适当余地，掩码位数＜30，如果选29，可以有6个连接，基本符合要求。

静态路由配置中一定要包含命令：ip default –network Serial 0/1。

2）时隙划分 指挥舰系统的卫星通信转发器通过1个V.35为通信业务提供了上行通道，同时约定了上行的带宽。为解决多业务接入问题，配置了 DDN接入节点机，用以提供各种业务支持电路，由此可以实现多业务的同时接入。DDN接入节点机具有N*64kbit/s(N=1～31)复用，以及小于64kbit/s子速率复用和交叉连接功能，按时隙固定资源分配，每个时隙为64K的带宽。本系统的4路B+D语音指挥调度需要占用8个时隙，2路勤务电话需要2个时隙，还要留出1个时隙用于DDN系统网络管理。

由此计算，实况视频图像和实时指显信息等IP业务实际使用的带宽不超过1280Kbps，通过路由器接入时，必须选择具备信道化使用的接口模块，同时还需要对E1控制器进行时隙配置。

假设卫星通信信道分配给 IP业务使用总的带宽只有1024Kbps，应该怎样配置呢？首先要确定业务需求，其中实况视频图像基本要求的传输带宽不能小于768Kbps；需要实时传输的指挥显示信息包括：被跟踪目标的测量数据、参试海域的舰船位置以及指挥决策信息等，所需带宽不大于 320Kbps；总需求实际为1.088Kbps。1024Kbps带宽包含了16个时隙，可以分配5个时隙给指挥显示信息，剩余的11个时隙给视频。业务带宽分配确定后，在 DDN节点机上确定具体可以使用的时隙序列号，然后，在对应使用的一对路由器中写上相同的时隙配置命令，例如：

还要在IP体制编解码器中配置传输速率小于704Kbps。

3）实时应用中的组播协议选择 实况视频传输是典型的实时应用，为保证画面的清晰和连贯，对网络延迟以及抖动有很高的要求，但在指挥舰系统中指挥显示信息则具有更高的实时性要求。试验任务中，经岸站测控中心处理后的被试品动态飞行参数，以每秒4次的频率进行刷新，由于被试品机动性强，一旦飞行出现异常，可能威胁到水面舰船的安全，所以，能否及时提供准确的指显信息，特别是预测和辅助决策信息，进行有效控制，是试验任务成败的重要因素。

IP网络承载实时应用有两个缺陷，一是IP技术是以“尽力而为”的方式提供服务，不能保证传输可靠性；二是TCP/IP协议体系中的TCP协议或UDP协议虽然对于 Internet的传统应用可以提供一定的容错和纠错功能，但TCP协议的建链和确认以及重传引入的时延对于实时业务来说是不能忍受的。如何利用IP协议族的特点整体提高系统的实时性，才是问题的关键所在。

提高网络实时性最直接的方法就是：通过提升硬件档次来增加网络（特别是广域网）的带宽，然而，这往往需要较大投资来支持。在不增加任何带宽的情况下，能否通过减少流量，避免冲突和拥塞来保障实时性呢？基于 UDP的组播技术在实时应用中是一个不错的选择。

指挥舰系统中，无论是实况视频图像传输，还是实时指挥显示信息传输，其共同特点就是信息源只有一个点，而接收信息的目的节点却为数众多，而且，接收端个数可随意改变，连接网络的时机也不确定，例如执行试验任务时，使用笔记本电脑，可以随时连接网络接收实时数据，完成指挥显示工作。面对这样的应用需求，使用只能单播的TCP协议存在许多弊病，将一个源信息分发到N个所需节点时，首先要建立N个点对点连接，再把相同的数据在网上传送N遍，不但效率低还使本来就缺乏的带宽变得更加拥塞；因为程序是事先写好的，任务中要随机增加或减少工作节点是不允许的，那样将导致系统连接超时。由于是卫星通信，无线信道极易受到干扰，当信号中断或某个节点故障时，程序就会反复多次询问和重建链路，TCP的这种重传和拥塞控制机制，会使网络状况急剧恶化，从而带来灾难性后果，通信的实时性无法保障。相对而言采用UDP组播模式，传输效率和质量却要好得多。

选择UDP协议运行的程序，在网路中可以任意的连接或断开，类似于一个具有“热插拔”功能的组件。UDP支持单播、广播和组播方式，由于受到路由器的限制，广播数据被限制在本地 LAN内，然而，组播数据却可以跨越路由器，在WAN中传播。对于一点对多点的实时应用，采用UDP组播技术，只要将信源数据向多播组发送一次，就会有N个组中成员的程序同时收得到，这样就能减少网络上相同信息的重复发送，使流量下降，大大缓解数据流量的带宽压力，自然大幅度提升了系统的实时性。

IP组播的实时应用主要包括网络设备配置和软件编程，指挥舰系统的指显信息传输软件就是采用的IP组播模式。至于网络设备配置，由于拓扑只是一个点对点网络，无论是稀疏还是密集，或者何种分布树，其结果都是一样，因此，在路由配置时采用了稀疏-密集模式（PIM-SM-DM）。

4）路由器配置要点 指挥舰系统网络配置如图2所示。

图2 路由配置示意图

图2中右侧虚线框Jx和实线框Dl表示指挥舰在不同海域试验时的两个岸站测控中心，因此，不会出现两个岸站同时连接使用的情况。以下是 ship-SC到Dl-SC路由配置要点：

1）岸站端：

2）舰上指挥系统端

再说明远端LAN的路由：

3 结束语

DDN和IP网络是海上靶场试验通信系统的两大基础传输网络，它们承担着海上靶场所有应用业务的接入，既有强实时业务也有非实时业务，既存在要求独占信道的电路链接业务，也存在可以共享资源的分组交换业务，根据实际情况的不同，可能会产生各种不同的接入方案，因此应加强接入方案分析和研究。

DDN把数据通信技术、数字通信技术、数字交叉连接技术和计算机技术有机地结合在了一起，具有显著的实时支持特性和众多功能，能提供和支持各种通信业务；IP网络由于其特殊的优势，特别是网络设备中核心运算能力的大幅提升，在海上靶场的实时应用方面也在逐步增强。不管未来海上靶场的试验通信系统如何发展，两者都会不断地改进、渗透、融合。

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