許桂明 王夢瀟

（中國電子科技集團公司第二十八研究所 南京 210007）

1 引言

隨著顯控信息服務(wù)平臺應(yīng)用的聯(lián)合、共享、一體化、服務(wù)化等需求的深化，給平臺通信互聯(lián)提出了更高的要求，而通信接入是實現(xiàn)各平臺信息聯(lián)合、共享的重要環(huán)節(jié)。早在2011年美國國防部就提出了構(gòu)建聯(lián)合信息環(huán)境（JIE），實現(xiàn)各層次、各領(lǐng)域信息服務(wù)平臺的信息接入與互聯(lián)［1～2］。在虛擬化、云計算等新技術(shù)的推動下，信息服務(wù)平臺對信息共享化、應(yīng)用服務(wù)化提出了迫切要求。本文針對顯控計算平臺信息交互、通信互聯(lián)等特點，基于融合通信的思想，提出一種顯控計算服務(wù)平臺的通信接入方法，為完善、統(tǒng)一信息互聯(lián)，提升顯控計算服務(wù)平臺的接入能力進行探索。

2 通信接入的能力需求

顯控計算服務(wù)平臺包括計算、存儲、顯控和互聯(lián)等功能子系統(tǒng)，涉及陸上平臺、海上平臺等類型。陸上平臺依托發(fā)達的有線網(wǎng)絡(luò)、專線網(wǎng)絡(luò)等通信接入手段，具備較強的IP化通信能力；海上平臺依托各艦船通信接入點，如采用衛(wèi)星、VHF/HF等手段實現(xiàn)各艦船顯控服務(wù)平臺之間的信息互通。通信互聯(lián)在體制、鏈路、業(yè)務(wù)通達等方面對計算服務(wù)平臺提出了新的需求：包括信息接入標準化、資源共享、按需分配、集中管理等，提升視頻、話音、數(shù)據(jù)報文等各類信息的互聯(lián)互通以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托?；另外“高可用、一體化、虛擬化”的需求，使通信接入應(yīng)支持即時可用等大數(shù)據(jù)特征的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以滿足各專業(yè)信息處理、數(shù)據(jù)處理、信號處理等應(yīng)用［3～6］。

3 實現(xiàn)方法

通信接入包括物理鏈路引接、數(shù)據(jù)通信及信息組網(wǎng)等方面［7～8］。通過將物理鏈路引接引入數(shù)據(jù)通信接入平臺，實現(xiàn)多種通信手段的綜合應(yīng)用及多樣業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的標準化接入，優(yōu)化、擴充了通信接入的功能，采用扁平化、多租戶、適應(yīng)快速遷移的信息組網(wǎng)技術(shù)［9］，滿足虛擬化計算環(huán)境的應(yīng)用，實現(xiàn)通信接入融合通信。

通信接入實現(xiàn)的總體框架如圖1所示，由融合通信接入平臺、局域網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。融合通信接入平臺通過對各類有線/無線鏈路的綜合運用與IP化處理，實現(xiàn)對艦船、飛機、固定數(shù)據(jù)中心、機動車等各類數(shù)據(jù)節(jié)點的信息接入；局域網(wǎng)以大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成平臺通信網(wǎng)絡(luò)，負責(zé)承載融合通信接入的信息流，為顯控計算業(yè)務(wù)提供支撐。

圖1 顯控計算服務(wù)平臺通信接入實現(xiàn)框架

1）融合通信接入平臺設(shè)計

融合通信接入平臺將有線/無線信息傳輸技術(shù)與IP化技術(shù)結(jié)合，在物理層面，依托有線/無線接入單元，引接專網(wǎng)、專線、衛(wèi)星、短波、超短波等各類通信鏈路［10］；在應(yīng)用層面，通過音頻、視頻、數(shù)據(jù)等各類信息的IP化，實現(xiàn)艦船、飛機、機動車等各類信息互聯(lián)接入。

圖2 融合通信接入技術(shù)框架

如圖2所示，融合通信接入平臺由IP化通信接入模塊、非IP化通信接入模塊、多協(xié)議網(wǎng)關(guān)接入模塊及通信調(diào)度管理模塊構(gòu)成。

IP化通信接入方式采用基于萬兆光纖通信的高速實時交換技術(shù)，接入專網(wǎng)、專線鏈路信息，實現(xiàn)固定數(shù)據(jù)節(jié)點的話音、視頻及各類數(shù)據(jù)報文的實時通信，具有高帶寬、強實時、鏈路穩(wěn)定的技術(shù)特點。

非IP化通信接入方式主要包括衛(wèi)星通信、短波、超短波等通信鏈路，衛(wèi)星通信可承載語音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)，通信速率較高，是高速遠程通信的主要方式；短波通信主要承載語音、報文、指令等低帶寬業(yè)務(wù)，是低速遠程通信的主要方式；超短波通信具有集群通信和自組織兩種模式，用于近海船只與固定數(shù)據(jù)中心及艦船、飛機間的近程通信。

多協(xié)議網(wǎng)關(guān)接入模塊是接入數(shù)據(jù)的IP化封裝與多協(xié)議轉(zhuǎn)換的中間平臺，通過對各類非IP化信息的IP化封裝及各類通信體制的協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同顯控服務(wù)平臺間的互聯(lián)互通。

通信調(diào)度管理模塊是融合通信接入平臺的任務(wù)控制器，一方面對系統(tǒng)進行調(diào)度控制，管理各模塊的任務(wù)運行，實現(xiàn)鏈路無縫切換；另一方面提供系統(tǒng)狀態(tài)自檢、監(jiān)控等功能，實現(xiàn)融合通信系統(tǒng)綜合運維管理。

2）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)計

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)大多采用三層樹狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，存在東西向數(shù)據(jù)通信瓶頸問題及虛擬機動態(tài)遷移問題，無法滿足云計算應(yīng)用需求［11］。為解決上述問題，云計算數(shù)據(jù)中心主要采用“大二層”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，基于扁平化設(shè)計思路，將三層通信協(xié)議與二層VLAN技術(shù)相融合，實現(xiàn)各節(jié)點數(shù)據(jù)在同一二層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的交互，支持虛擬機動態(tài)遷移。

圖3 大二層網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

為適應(yīng)顯控計算服務(wù)平臺虛擬化要求，采用基于隧道技術(shù)的大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)橫向虛擬化及邏輯分區(qū)線性可擴，并通過高密度萬兆連接，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。信息服務(wù)平臺大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示：由核心層、接入層組成。核心層負責(zé)匯聚接入層流量，提供對業(yè)務(wù)的控制和優(yōu)化，在二層扁平化組網(wǎng)中作為網(wǎng)關(guān)，提供VLAN間的流量轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)跨功能區(qū)域的平臺互聯(lián)。接入層采用高密度萬兆接入和交換機堆疊技術(shù)，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理服務(wù)器及終端接入，提供多種安全和QoS策略。組網(wǎng)協(xié)議方面，采用多鏈透明互聯(lián)協(xié)議（TRILL），完成報文數(shù)據(jù)在大二層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)，該協(xié)議通過對IS-IS路由協(xié)議的擴充實現(xiàn)二層路由功能，其技術(shù)核心是路由網(wǎng)橋。路由網(wǎng)橋以IS-IS協(xié)議中的鏈路狀態(tài)協(xié)議來識別TRILL區(qū)域的拓撲結(jié)構(gòu)，用最短路徑樹算法計算路由轉(zhuǎn)發(fā)表生成物理地址表，具有有效消除環(huán)路、高效轉(zhuǎn)發(fā)、快速收斂、支持與傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)無縫對接等特點［12］，為顯控計算服務(wù)平臺大二層網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

4 典型顯控計算服務(wù)平臺構(gòu)建

典型顯控計算服務(wù)平臺構(gòu)建如圖4所示，由融合通信接入平臺、大二層網(wǎng)絡(luò)及顯控計算環(huán)境構(gòu)成。融合通信接入平臺、大二層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)有線/無線通信鏈路各類信息的統(tǒng)一接入與組網(wǎng)互聯(lián)；顯控計算環(huán)境按部署方式可分為有中心顯控計算環(huán)境及無中心顯控計算環(huán)境，通過有中心/無中心的計算環(huán)境體現(xiàn)“信息共享化、應(yīng)用服務(wù)化”。

圖4 典型顯控計算服務(wù)平臺框架

有中心顯控計算環(huán)境將顯控業(yè)務(wù)平臺與計算服務(wù)平臺分離：虛擬化計算服務(wù)中心實現(xiàn)計算、存儲資源的統(tǒng)一整合與調(diào)度，向顯控業(yè)務(wù)平臺提供服務(wù)，顯控業(yè)務(wù)平臺包括固定式、便攜式等各類顯控終端設(shè)備，提供上層應(yīng)用的顯示、操控界面。該平臺具有資源利用率高、部署靈活的特點，適用于業(yè)務(wù)類型多樣、計算服務(wù)規(guī)模較大的場合。

無中心顯控計算環(huán)境將各類顯控計算終端作為物理計算資源池，采用虛擬化資源調(diào)度平臺，實現(xiàn)顯控終端與計算服務(wù)平臺的融合，形成無中心化的計算服務(wù)中心。各顯控計算終端集成計算服務(wù)單元與顯控單元兩部分，分別用于虛擬化計算服務(wù)平臺部署與用戶界面顯控，具有節(jié)約空間、靈活可擴、資源利用高效等優(yōu)點，適用于艦船、車載等部署空間受限的應(yīng)用環(huán)境。

典型顯控計算服務(wù)平臺集融合通信、大二層網(wǎng)絡(luò)與虛擬化計算的技術(shù)優(yōu)勢為一體，可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的類型按需部署，與傳統(tǒng)顯控計算服務(wù)平臺相比，主要優(yōu)點有：

1）通信接入規(guī)范化

融合通信接入體系為數(shù)據(jù)、話音、視頻等各類信息提供了標準、統(tǒng)一、高效的接入手段，實現(xiàn)了多種通信鏈路的綜合運用與按需調(diào)度，提升了顯控計算服務(wù)平臺與不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)間信息互聯(lián)、共享的能力。

2）通信交互方式優(yōu)化，提升信息服務(wù)效率

顯控計算服務(wù)平臺采用大二層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及虛擬化計算環(huán)境，通過虛擬化、集群技術(shù)實現(xiàn)計算環(huán)境的靈活部署與快速遷移，提升信息服務(wù)效率。

信息服務(wù)平臺正由定制化系統(tǒng)向一體化、高可用、虛擬化系統(tǒng)快速轉(zhuǎn)型，支持融合通信與虛擬化技術(shù)的顯控計算服務(wù)平臺將成為新一代顯控計算信息系統(tǒng)的發(fā)展方向。

5 結(jié)語

本文從顯控計算平臺的通信能力需求出發(fā)，通過在信息接入、計算服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等方面功能實現(xiàn)的分析，提出顯控計算服務(wù)平臺一種通信接入方法，構(gòu)建了融合通信與大二層網(wǎng)絡(luò)體系，對未來顯控服務(wù)平臺的構(gòu)建研發(fā)工作有一定的指導(dǎo)意義。

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