战术通信网络架构中路由交换策略关键性分析

张方巍，张 敏，朱力杨

（中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏 南京 210000）

0 引 言

随着军队信息化的不断发展，战术通信对数据和音视频传输的可靠性提出了严格要求。战术通信系统网架构中通常运用微波、长期演进（Long Term Evolution，LTE）、超短波、卫星以及自组网等无线通信方式和光纤等有线通信方式。环境频段干扰、地形以及通信距离等因素，直接决定采用何种通信手段。机动装备部署地点经常更换，通信环境不确定，且战术通信网络架构中通信手段多、通信节点复杂，需结合路由交换策略，实现通信网络系统的稳定运行。

路由交换策略运行在路由器上，能够保证到达指定路径，开展有效的路径选择，即负责指路[1]，可以实现多种通信方式的优先选路和无线/有线通信链路的切换等功能。利用无线/有线混合链路下数据路由控制技术和路由交换网络开放式最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）邻居震荡抑制技术，阐述实际应用中容易出现的问题，并提出相应的解决方法。

1 通信系统网络架构

中心站与各站点之间使用LTE和光纤2种通信方式，可以根据环境频段干扰信息和地形等因素选用通信方式，结合无线/有线混合链路下数据路由控制技术和路由交换网络OSPF邻居震荡抑制技术等路由交换策略，实现中心站和各站点之间的组网互联与信息高效稳定传输。通信系统网络架构中数通设备连接关系如图1所示。

图1 网络架构中数通设备连接关系

2 软件干扰抵消方法

2.1 无线/有线混合链路下数据路由控制技术分析

2.1.1 主备链路配置

若中心站与各站点之间使用LTE和光纤2种通信方式，光纤通信链路作为主用链路，LTE通信链路作为备用链路。

配置主备链路，需先配置OSPF协议。OSPF协议是应用广泛的链路状态类型的路由协议[2]。作为1种链路状态协议，它基于复杂的路由算法进行路由计算得出最短路径树[3]。如图1所示，4台路由器均已运行OSPF路由协议，互相建立OSPF邻居关系，再配置4台路由器对接LTE和光纤端口的OSPF cost值，即路由器端口运行OSPF协议所需的路径开销cost值越小，优先级越高。cost的取值范围为1～65 535，接口默认cost值为1。

配置如下：Router 1；Router 2；Router 3；Router 4；Ge0端口的cost值为10；Ge1端口的cost值为100。

配置完成后，当中心站与各站点之间同时使用光纤通信和LTE通信时，优先使用光纤通信链路。4台路由器与LTE和光纤通信方式相连的端口分别配置为相同大小的OSPF cost值，以避免路由选择路径的混乱。通信链路标识如图2所示。

图2 通信链路标识

若通信节点之间相应的通信方式接口cost值配置不同时，如图2所示，中心站与站点1之间使用LTE通信，中心站与站点2之间使用光纤通信和LTE通信。中心站路由器LTE通信接口的cost值为100，光纤通信接口的cost值为1，站点1和站点2的LTE与光纤通信接口的cost值分别为5和10。通信路径及路径开销值如图3所示。

当中心站与站点1通信时，如图3所示，有2条通信路径可选择。通信路径1的路径开销值cost为110，通信路径2的路径开销值cost为26。因为通信路径2的路径开销值较小，所以中心站与站点1之间默认选择路径2的传输数据。此时没有按照网络规划的路径传输数据，给通信设备带来了处理数据包的压力，且占用通信链路带宽，可能会造成链路堵塞。

图3 通信路径及路径开销值

因此，各个通信节点的路由器与LTE和光纤通信方式相连的端口应分别配置为相同大小的OSPF cost值，确保通信网络系统稳定运行。

2.1.2 OSPF与BFD联动

若系统进行主备链路切换时的耗时较高，将丢失大量数据包，严重影响通信质量。采用OSPF动态路由协议与双向转发检测（Bidirectional Forwarding Detection，BFD）协议联动探测技术，降低主备链路切换过程的耗时。OSPF动态路由协议可以自动学习和切换多条路由；BFD协议可以检测网络链路是否可达，并与OSPF动态路由协议联动，实现传输链路的自动切换[4]。

BFD协议通过在2台网络设备上建立会话，检测网络设备间的双向转发路径，为上层应用服务。BFD协议自身没有发现OSPF邻居的能力，通过OSPF动态路由协议告知其邻接关系，然后链路两端的端口通过周期性发送检测报文建立BFD会话[5]。会话建立后会以毫秒为计时单位，循环周期性地快速发送BFD报文。如果在检测时间内没有收到对端回复的BFD报文，则认为该传输链路不可达，快速做出反应，通知给本地OSPF进程，由OSPF协议切换信息数据传输链路。OSPF协议通过Hello包机制建立并维护邻居关系，以秒为时间单位收发Hello包，以毫秒为时间单位建立BFD路由策略维护会话。BFD路由协议能更快地检测出通信链路的通断并给出反应，减少了通信链路切换所需的时间。BFD协议工作原理如图4所示。

图4 BFD协议工作原理

3 硬件干扰抵消方法

战术通信网络架构中存在多个通信节点，即存在多台路由设备。在广播网和非广播-多路访问网络（Non-Broadcast Multiple Access，NBMA）中，任意2台路由器中间都要传递路由信息[6]。如图1所示，网络中有4台路由器，因为每2台路由器之间都需要建立邻接关系，所以4台路由器需建立6个邻接关系，导致任何1台路由器的路由信息变化都会进行多次传递与交互，占用大量的带宽资源，给网络系统带来非必要的信息数据传输压力。为解决此问题，OSPF动态路由协议定义了指定路由器（Designated Router，DR）。通过选举产生DR后，其他路由器只和DR建立邻接关系和进行信息交互，减少了网络中各路由器之间邻接关系的数量[7]，节省了大量带宽资源，减少了路由器数据传输的压力。

3.1 DR的选举

网络中DR的选举有自动选举和人为指定2种方式。

3.1.1 自动选举

当整个网络系统中路由器没有DR配置即缺省情况下，所有路由器的DR优先级dr-priority值为1，DR由网络中的路由器共同自动选举。选举中使用的“选票”是Hello报文，每台路由器将自己选出的DR写入Hello报文，发给同网段上的其他路由器。选举规则为Router-id最大的路由器为DR[8]。

3.1.2 人为指定

DR即为网络系统中的路由器接口配置DR优先级ospf dr-priority。dr-priority的取值为0～255的整数，取值越大，优先级越高。当取值为0时，此路由器永远不会被选举成DR。

3.2 实际应用

若中心站与各站点之间使用光纤通信，光纤存在DR频繁掉线故障时，导致中心站与站点3之间的通信断断续续而引起全系统通信网络的卡顿与延迟。因未配置DR的优先级，自动选举Router-id最大的Router 4为DR。当中心站与站点3之间因光纤问题频繁重新连接时，导致网络架构中的路由器必须重新选举DR。这个反复选举的过程占用了大量带宽，引起了网络波动，造成全系统网络的卡顿与较大延迟。如图1所示，网络架构中中心站的路由器必然一直在线，因此需人为指定Router 1为DR。

配置如下：

Router 1，LTE通信Ge0端口的ospf dr-priority值为10；

Router 1，光纤通信Ge1端口的ospf dr-priority值为10

配置完成后，图1中其他路由器的DR优先级ospf dr-priority为缺省值1，因此Router 1的DR优先级最高，Router 1被选举成DR，解除了DR频繁掉线导致全系统网络卡顿与延迟的隐患[9]。

4 结 论

路由交换策略在战术通信网络架构中起着关键作用。在实际工程中，通过无线/有线混合链路下数据路由控制技术和路由交换网络OSPF邻居震荡抑制技术2个方面详细阐述路由交换策略在工程项目中的实际应用，实现了异构网络架构中多链路快速切换，解除了多节点通信网络系统中DR频繁掉线导致全系统网络卡顿与延迟的隐患，使得通信网络系统能够高效稳定传输数据、话音以及视频信息，完善了战术通信网络架构。