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(北京宇航系統(tǒng)工程研究所,北京 100076)

基于國產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的火箭地面測(cè)發(fā)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)

呂明,司群英,侯彥嬌,汪東洋,廖友萍

(北京宇航系統(tǒng)工程研究所,北京100076)

高可靠的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)作為運(yùn)載火箭遠(yuǎn)距離測(cè)發(fā)控的基礎(chǔ)平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭地面遠(yuǎn)距離測(cè)試發(fā)控的重要技術(shù)保障;通過對(duì)運(yùn)載火箭地面測(cè)發(fā)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)深入研究，采用國產(chǎn)商用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建原型平臺(tái)、開展原理性驗(yàn)證試驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，不斷改進(jìn)技術(shù)方案，解決了冗余熱備網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選用、冗余故障切換、故障切換實(shí)時(shí)性、網(wǎng)絡(luò)可靠性等技術(shù)難題，提出了基于國產(chǎn)化設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案;對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的工作原理、可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性進(jìn)行了詳細(xì)分析;建立的國產(chǎn)化高可靠網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不僅能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的火箭測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，使網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)具有更好的可靠性、實(shí)時(shí)性、擴(kuò)展性和靈活性，更進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性；設(shè)計(jì)的國產(chǎn)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)可用于運(yùn)載火箭地面測(cè)發(fā)控網(wǎng)絡(luò)使用。

運(yùn)載火箭；網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

0 引言

遠(yuǎn)距離地面測(cè)控技術(shù)已經(jīng)在運(yùn)載火箭型號(hào)中得到普遍應(yīng)用，運(yùn)載火箭地面測(cè)試網(wǎng)絡(luò)作為地面遠(yuǎn)控測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)平臺(tái)，為各分系統(tǒng)地面測(cè)試提供高可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。運(yùn)載火箭測(cè)試網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)千兆以太網(wǎng)技術(shù)，通過架構(gòu)冗余、設(shè)備冗余、線路冗余、端口冗余等設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)高可靠、低延時(shí)、無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。通過歷次測(cè)試、發(fā)射任務(wù)對(duì)該網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的檢驗(yàn)，充分證明網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工作穩(wěn)定[1-2]。

隨著我國運(yùn)載火箭的發(fā)展，地面測(cè)試任務(wù)的復(fù)雜程度也不斷提高，為了滿足運(yùn)載火箭地面遠(yuǎn)控測(cè)試技術(shù)的新的需求，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)在保持高可靠、低延時(shí)、無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上亟待提高其擴(kuò)展性和靈活性。為此，以現(xiàn)有成熟的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)和商用通信設(shè)備為契機(jī)，針對(duì)運(yùn)載火箭地面遠(yuǎn)控測(cè)試在可靠性、擴(kuò)展性、靈活性等方面的更高需求，提出了3種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并選用國產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)3種架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)[3-4]。

1 二級(jí)基礎(chǔ)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為運(yùn)載火箭遠(yuǎn)距離測(cè)發(fā)控提供了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在充分利用商用互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，采用成熟、通用的IEEE-802.3系列標(biāo)準(zhǔn)千兆以太網(wǎng)技術(shù)，綜合架構(gòu)冗余、設(shè)備冗余、線路冗余、端口冗余等技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有高可靠、低延時(shí)、無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，從而滿足運(yùn)載火箭地面遠(yuǎn)控測(cè)試過程對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的功能、性能需求。

運(yùn)載火箭測(cè)試網(wǎng)絡(luò)二級(jí)架構(gòu)平臺(tái)如圖1所示，分別為“前端”和“后端”。前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝于發(fā)射塔地下控制間，主要實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)前端終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入；后端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝于指揮控制大廳，主要實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)后端終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入。地面測(cè)發(fā)控的測(cè)試設(shè)備均通過以太網(wǎng)鏈路接入運(yùn)載火箭測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的前端和后端，前、后端之間的數(shù)據(jù)傳輸、指令通信均通過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)；各分系統(tǒng)后端的數(shù)據(jù)傳輸、指令通信同樣也通過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。因此，具備高可靠、低延時(shí)、無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸特性的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)對(duì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭地面遠(yuǎn)控測(cè)試具有非常重要的意義。

運(yùn)載火箭測(cè)試網(wǎng)絡(luò)在論證、設(shè)計(jì)階段充分考慮單機(jī)可靠性與系統(tǒng)可靠性之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在滿足網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)整體高可靠性的前提下，創(chuàng)新采用通用、商業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并綜合運(yùn)用多種冗余、備份技術(shù)，最終構(gòu)建具有高度可靠性和穩(wěn)定性的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)。

圖1 二級(jí)基礎(chǔ)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)拓?fù)?/p>

針對(duì)二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)所采用的冗余、備份技術(shù)大致可歸納為以下幾種方式：

1)CSS(Cluser Switch System)集群交換系統(tǒng)；

2)Floating Static Routes 浮動(dòng)靜態(tài)路由技術(shù)；

3)GEC(Gigabit-EtherChannel)千兆以太網(wǎng)鏈路捆綁協(xié)議；

4)RSTP(Rapid Spanning-Tree Protocol)快速生成樹協(xié)議；

5)NIC Team 網(wǎng)卡鏈路捆綁技術(shù)。

針對(duì)現(xiàn)有二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)，前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間(SWA和SWB)、后端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間(SWC和SWD)分別配置“集群交換系統(tǒng)”，構(gòu)成具有高可靠性的設(shè)備級(jí)互備、冗余系統(tǒng)；前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與后端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間利用“千兆以太網(wǎng)鏈路捆綁協(xié)議”和“浮動(dòng)靜態(tài)路由技術(shù)”，并通過多路備份光纖連接構(gòu)成具有高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸鏈路；各分系統(tǒng)的終端設(shè)備通過“網(wǎng)卡鏈路捆綁技術(shù)”和“快速生成樹協(xié)議”分別配置網(wǎng)卡捆綁，實(shí)現(xiàn)工作網(wǎng)卡及鏈路、備份網(wǎng)卡及鏈路的冗余保護(hù)和自愈切換。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)綜合運(yùn)用以上標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和協(xié)議，完整地實(shí)現(xiàn)了對(duì)架構(gòu)、設(shè)備、線路、端口等全面、有效的備份，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置的不斷優(yōu)化，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)主、備系統(tǒng)間在三秒鐘內(nèi)的快速工作狀態(tài)切換，滿足運(yùn)載火箭測(cè)試網(wǎng)絡(luò)在任何一度故障發(fā)生的情況下均應(yīng)具備快速自愈功能的設(shè)計(jì)要求。

為了全面、準(zhǔn)確掌握現(xiàn)有二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的性能，通過搭建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能(吞吐率、丟包率、轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延等)進(jìn)行全面測(cè)試，其結(jié)果均滿足GB/T 21671-2008《基于以太網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)評(píng)規(guī)范》的要求。二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的“轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延”指標(biāo)更是明顯低于國標(biāo)要求(長(zhǎng)度為1518-Byte的數(shù)據(jù)幀，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延小于1毫秒)，其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)性完全滿足測(cè)試過程中數(shù)據(jù)、指令傳輸?shù)牡蜁r(shí)延需求。相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

注:UDP單播、 UDP組播、TCP單播均為20%吞吐量，實(shí)際帶寬占用200 M。

通過在測(cè)試和發(fā)射階段對(duì)二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行監(jiān)測(cè)，架構(gòu)設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢(shì)和不足：

1)二級(jí)架構(gòu)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)潔，具有良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性和靈活性；

2)各分系統(tǒng)以VLAN技術(shù)隔離，數(shù)據(jù)流可控性好，便于指定傳輸路徑；

3)基于IP的浮動(dòng)靜態(tài)路由自愈能力強(qiáng)，具有較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載能力；

4)二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與測(cè)試終端間的傳輸距離受雙絞線100M限制；

5)由于前、后端各分測(cè)試系統(tǒng)終端設(shè)備增加，二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)缺乏接入靈活性。

二級(jí)架構(gòu)能夠滿足火箭地面測(cè)試基本使用要求。針對(duì)二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)在有效傳輸距離、終端接入靈活性等方面的不足，同時(shí)為適應(yīng)運(yùn)載火箭地面遠(yuǎn)控測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，在保持高可靠、低延時(shí)、無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的設(shè)計(jì)持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化。為此，在二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化并發(fā)展了三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)設(shè)計(jì)。

2 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2.1 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)概述

三級(jí)架構(gòu)是在二級(jí)基礎(chǔ)架構(gòu)基礎(chǔ)上擴(kuò)充的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠更好地解決雙絞線傳輸距離的限制，以改善二級(jí)架構(gòu)在有效傳輸距離、終端接入靈活性等方面的不足。運(yùn)載火箭測(cè)試網(wǎng)絡(luò)三級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)所具有的擴(kuò)展性和靈活性特點(diǎn)，形成“上端”、“前端”、“后端”冗余、串接的三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái),如圖2所示。

圖2 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)拓?fù)?/p>

三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的上端由SWP-SWQ、SWX-SWY等多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，在不改變前端、后端二級(jí)架構(gòu)的前提下，上端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備形成環(huán)形冗余連接(SWA-SWP-SWQ-SWB-SWA冗余環(huán)、SWA-SWX-SWY-SWB-SWA冗余環(huán))，借助“快速生成樹協(xié)議”構(gòu)建基于數(shù)據(jù)鏈路層的高可靠性網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)、設(shè)備、線路、端口的主、備冗余工作模式。

三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)在正常工作狀態(tài)下，前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWA負(fù)責(zé)與上端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWP和SWX之間的數(shù)據(jù)交換，并負(fù)責(zé)將上端測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至后端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWC；前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWA在SWA-SWP-SWQ-SWB-SWA冗余環(huán)和SWA-SWX-SWY-SWB-SWA冗余環(huán)中均擔(dān)當(dāng)“快速生成樹協(xié)議”的“根節(jié)點(diǎn)”，實(shí)時(shí)監(jiān)控兩個(gè)RSTP冗余環(huán)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)環(huán)路中任意線路或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，“快速生成樹協(xié)議”能夠瞬時(shí)切換數(shù)據(jù)傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的快速故障切換和自愈恢復(fù)。

當(dāng)前端“根節(jié)點(diǎn)”SWA發(fā)生故障時(shí)，前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWB負(fù)責(zé)與上端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWQ和SWY之間的數(shù)據(jù)交換，并負(fù)責(zé)將上端測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至后端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWD；前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWB在SWA-SWP-SWQ-SWB-SWA冗余環(huán)和SWA-SWX-SWY-SWB-SWA冗余環(huán)中均擔(dān)當(dāng)“備份根節(jié)點(diǎn)”，為“根節(jié)點(diǎn)”網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWA提供冗余、備份功能，同時(shí)也能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控兩個(gè)RSTP冗余環(huán)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)環(huán)路中SWA及其相關(guān)線路發(fā)生故障時(shí)，“快速生成樹協(xié)議”能夠瞬時(shí)切換數(shù)據(jù)傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的快速故障切換和自愈恢復(fù)。

2.2 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)分析

三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的設(shè)計(jì)源于對(duì)二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)成功設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，在技術(shù)上具有良好的一致性與繼承性，因此在架構(gòu)、設(shè)備、線路、端口等方面的冗余、備份技術(shù)與工作機(jī)制完全相同。以下針對(duì)三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)在各種故障模式下的自愈機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)說明：

2.2.1 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)正常狀態(tài)下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模型

上端的終端測(cè)試設(shè)備的工作網(wǎng)卡分別連接SWP或SWX，備份網(wǎng)卡分別連接SWQ或SWY。正常狀態(tài)下，終端測(cè)試設(shè)備通過工作網(wǎng)卡收/發(fā)數(shù)據(jù)，傳輸路徑為(如圖3所示)：

PC-N工作網(wǎng)卡→上端SWP→P工作線路→前端SWA→后端SWC；

PC-M工作網(wǎng)卡→上端SWX→X工作線路→前端SWA→后端SWC。

圖3 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)正常狀態(tài)下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模型

2.2.2 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)PC-N或PC-M工作網(wǎng)卡/線路故障狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸示意

上端的終端測(cè)試設(shè)備PC-N或PC-M的工作網(wǎng)卡/線路故障狀態(tài)下，PC-N和PC-M通過“網(wǎng)卡鏈路捆綁技術(shù)”快速自動(dòng)切換至備份網(wǎng)卡，終端測(cè)試設(shè)備通過備份網(wǎng)卡正常收/發(fā)數(shù)據(jù)，傳輸路徑變化為(如圖4所示)：

PC-N備份網(wǎng)卡→上端SWQ→上端SWP→P工作線路→前端SWA→后端SWC

PC-M備份網(wǎng)卡→上端SWY→上端SWX→X工作線路→前端SWA→后端SWC

圖4 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)PC-N或PC-M工作網(wǎng)卡/線路故障 狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸示意

2.2.3 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWP或SWX故障狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸示意

上端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWP或SWX故障狀態(tài)下，PC-N和PC-M通過“網(wǎng)卡鏈路捆綁技術(shù)”快速自動(dòng)切換至備份網(wǎng)卡，上端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過“快速生成樹協(xié)議”瞬時(shí)切換至上端備份網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(SWQ、SWY)，終端測(cè)試設(shè)備通過備份網(wǎng)卡正常收/發(fā)數(shù)據(jù)，傳輸路徑變化為(如圖5所示)：

PC-N備份網(wǎng)卡→上端SWQ→Q備份線路→前端SWB→前端SWA→后端SWC；

PC-M備份網(wǎng)卡→上端SWY→Y備份線路→前端SWB→前端SWA→后端SWC。

圖5 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SWP或SWX故障 狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸示意

2.2.4 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)P工作線路或X工作線路故障狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸示意

上端與前端之間的工作線路(P工作線路、X工作線路)故障狀態(tài)下，上端與前端之間的工作線路通過“快速生成樹協(xié)議”瞬時(shí)切換至備份線路(Q備份線路、Y備份線路)，終端測(cè)試設(shè)備通過工作網(wǎng)卡正常收/發(fā)數(shù)據(jù)，傳輸路徑變化為(如圖6所示)：

PC-N工作網(wǎng)卡→上端SWP→上端SWQ→Q備份線路→前端SWB→前端SWA→后端SWC；

PC-M工作網(wǎng)卡→上端SWX→上端SWY→Y備份線路→前端SWB→前端SWA→后端SWC。

圖6 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)P工作線路或X工作線路故障 狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸示意

2.2.5 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)前端“根節(jié)點(diǎn)”SWA故障狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸示意

冗余環(huán)“根節(jié)點(diǎn)”SWA故障狀態(tài)下，“備份根節(jié)點(diǎn)”SWB通過“CSS協(xié)議”接管SWA全部的交換、轉(zhuǎn)發(fā)功能，同時(shí)通過“快速生成樹協(xié)議”瞬間切換環(huán)路的線路狀態(tài)并恢復(fù)上端和前端之間的數(shù)據(jù)交換，終端測(cè)試設(shè)備通過工作網(wǎng)卡正常收/發(fā)數(shù)據(jù)，傳輸路徑變化為(如圖7所示)。

圖7 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)前端“根節(jié)點(diǎn)”SWA故障 狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸示意

PC-N工作網(wǎng)卡→上端SWP→上端SWQ→Q備份線路→前端SWB→后端SWD；

PC-M工作網(wǎng)卡→上端SWX→上端SWY→Y備份線路→前端SWB→后端SWD。

通過以上對(duì)三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)故障狀態(tài)下自愈機(jī)制進(jìn)行的詳細(xì)分析，顯示三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)同樣具有很高的可靠性，并對(duì)原有二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在傳輸距離和接入靈活性方面的不足進(jìn)行了極大的優(yōu)化，其整體設(shè)計(jì)思路完全可以適應(yīng)運(yùn)載火箭地面遠(yuǎn)控測(cè)試技術(shù)目前及未來的使用。

通過搭建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面測(cè)試，三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)在可靠性、實(shí)時(shí)性等方面與二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基本相同，同樣可以滿足在任何一度故障發(fā)生的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)主、備系統(tǒng)間在三秒鐘內(nèi)的快速工作狀態(tài)切換，從而完整的繼承了二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)所具備的高可靠、低延時(shí)、無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸特性。針對(duì)三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能(吞吐率、丟包率、轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延等)所進(jìn)行的測(cè)試，同樣滿足GB/T 21671-2008所規(guī)定全部指標(biāo)要求，其中上端至后端的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延較二級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)略有增加，但依然明顯低于國標(biāo)1毫秒的要求。相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 三級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

注: 注:UDP單播、 UDP組播、TCP單播均為20%吞吐量，實(shí)際帶寬占用200 M。

3 四級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

四級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是在三級(jí)架構(gòu)“上端”、“前端”、“后端”的基礎(chǔ)上增加“遠(yuǎn)端”的四級(jí)拓?fù)浼軜?gòu)，“遠(yuǎn)端”相對(duì)于發(fā)射場(chǎng)為總裝廠和試驗(yàn)室。四級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)發(fā)射場(chǎng)、總裝廠、試驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)互連，實(shí)現(xiàn)異地信息共享。伴隨測(cè)試、發(fā)射過程的測(cè)發(fā)控?cái)?shù)據(jù)逐步累積與豐富，四級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將能為今后開發(fā)自動(dòng)化判讀、大數(shù)據(jù)分析等高級(jí)應(yīng)用提供有力的基礎(chǔ)平臺(tái)支撐。

四級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，“后端”、“遠(yuǎn)端”之間設(shè)計(jì)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模式(暫不提供設(shè)備或線路的冗余、備份機(jī)制)，并以“遠(yuǎn)端”為中心構(gòu)建星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各路HT專線中均串聯(lián)防火墻(兩臺(tái))并根據(jù)保密要求增設(shè)加密機(jī)配置。通過以上規(guī)劃實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程異地?cái)?shù)據(jù)瀏覽等功能，并增加遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信的安全性和保密性，如圖8所示。

其中“遠(yuǎn)端”主要提供遠(yuǎn)程、異地?cái)?shù)據(jù)瀏覽和多地、多網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。“多地”是指發(fā)射場(chǎng)、總裝廠和試驗(yàn)室等，分布在不同地域，“多網(wǎng)”是指發(fā)射場(chǎng)多個(gè)工位網(wǎng)絡(luò)、總裝廠多個(gè)工位網(wǎng)絡(luò)及試驗(yàn)室等多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

針對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸專網(wǎng)的建設(shè)，需要對(duì)多地多網(wǎng)的IP地址進(jìn)行全新規(guī)劃，并為HT專線部署防火墻、加密機(jī)等必要的安全、加密設(shè)備，以增加全網(wǎng)的安全性和可靠性?？紤]到多地多網(wǎng)之間大量非時(shí)延敏感共享數(shù)據(jù)的交換，以及少量時(shí)延敏感VDI數(shù)據(jù)的傳輸，帶寬可設(shè)計(jì)為10 Mb至155 Mb。

4 結(jié)束語

上述二級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)已經(jīng)在火箭地面測(cè)試中成功應(yīng)用，隨著我國運(yùn)載火箭技術(shù)的發(fā)展，測(cè)試任務(wù)的復(fù)雜程度不斷提高。四級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可作為今后地面遠(yuǎn)控測(cè)試的基礎(chǔ)平臺(tái)，在保證高可靠、低延時(shí)、無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，提升了擴(kuò)展性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性等，并努力向集成化、通用化、模塊化方向發(fā)展，為運(yùn)載火箭測(cè)試技術(shù)的發(fā)展提供成熟、先進(jìn)、可靠的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)。

圖8 四級(jí)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)拓?fù)?/p>

[1]Doyle J,Routing TCP/IP Volume I[Z].1998.

[2]Doyle J, Caroll J D,Routing TCP/IP Volume II[Z].2001.

[3]Oppenheimer P.Top-Down Network design Second Edition[Z].2004.

[4]GB/T 21617-2008.基于以太網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)系統(tǒng)驗(yàn)收評(píng)測(cè)規(guī)范[S].2008.

DesignofRocketMeasure-Launch-ControlPlatformonGroundBasedonDomesticNetworkEquipments

Lv Ming, Si Qunying, Hou Yanjiao, Wang Dongyang,Liao Youping

(Beijing Institute Of Astronautical System Engineering，Beijing 100076, China)

High available network is the basic platform for the rocket remote measure-launch-control, it is an important technology to guarantee measure, launch and control for launching rocket remotely. By deeply researching the network architecture of rocket measure-launch-control on ground, building prototype network platform using domestic commercial network equipment, carrying out many tests for proof of concept. Solve problems such as redundant hot standby protocol selection, instant redundant fault fail-over, real-time data transmission, network platform reliability improvement and so on. Finally, designed the new generation measure-launch-control network architecture based on domestic network equipment, and analyzed the principle, reliability, real-time and security of the network in detail. The established network architecture can not only cope with complex rocket test sites, but also improve the scalability and flexibility of the network platform, and further improve the network security. The design of the new network architecture based on domestic equipment can be used for rocket remote measure-launch-control on ground.

launch vehicle; network design; network topology

2017-08-07；

2017-08-19。

呂 明(1965-)，男，北京市人，大學(xué)，高級(jí)工程師，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)方向的研究。

1671-4598(2017)10-0054-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.10.015

V554

A