史璐璐，孫立鵬，張亞龍，任幸東，李向鵬

（太原衛(wèi)星發(fā)射中心，太原，030045）

0 引言

海上航天發(fā)射是一種新的衛(wèi)星發(fā)射模式，有利于運(yùn)載火箭執(zhí)行特殊軌道衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，可以選擇低緯度發(fā)射區(qū)域，節(jié)約能耗，提高運(yùn)載能力。國外海上發(fā)射技術(shù)已經(jīng)有50 多年的歷史［1］，但應(yīng)用實(shí)踐規(guī)模較小，1999 年3 月，海上發(fā)射公司成功發(fā)射了第1 枚運(yùn)載火箭。

2019年6月，中國首次在海上成功發(fā)射了長征十一號(hào)火箭，驗(yàn)證了關(guān)鍵技術(shù)［2］。2020年9月，長征十一號(hào)火箭海遙二運(yùn)載火箭發(fā)射的圓滿成功，標(biāo)志著中國海上發(fā)射進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用階段［3］。隨著中國航天發(fā)射多樣化深入拓展，發(fā)射試驗(yàn)任務(wù)逐步成為重點(diǎn)發(fā)展課題。海上航天發(fā)射任務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)具有系統(tǒng)性強(qiáng)、可靠性和機(jī)動(dòng)性要求高、易受環(huán)境影響等特點(diǎn)，陸海間通信、船船間通信是網(wǎng)絡(luò)組織的難點(diǎn)。中國海上發(fā)射任務(wù)處于起步階段，通信網(wǎng)絡(luò)組織方面缺少可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，中國通信保障模式尚未形成固化模式。本文通過對(duì)通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及模式、信息傳輸流程、應(yīng)急通信保障方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在為海上航天發(fā)射通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和快速構(gòu)建提供參考，為提高海上發(fā)射任務(wù)通信保障能力奠定基礎(chǔ)。

1 節(jié)點(diǎn)設(shè)置及信息系統(tǒng)組成

1.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)海上發(fā)射任務(wù)組織模式，需要保障指控中心、岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)、海上發(fā)射平臺(tái)、保障船4個(gè)節(jié)點(diǎn)間的信息傳輸。任務(wù)準(zhǔn)備階段，通信系統(tǒng)需要保障岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)對(duì)火箭和衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)測(cè)試工作。在火箭海上運(yùn)輸和發(fā)射階段，要保障由指控中心、保障船及發(fā)射平臺(tái)間組織信息通信。通信節(jié)點(diǎn)設(shè)置及信息傳輸需求示意如圖1所示。

1.2 信息系統(tǒng)組成

1.2.1 業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成

海上航天發(fā)射任務(wù)信息系統(tǒng)主要包括測(cè)發(fā)系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)。通信網(wǎng)絡(luò)是將各系統(tǒng)的任務(wù)信息快速、安全、可靠地提供給分系統(tǒng)內(nèi)部和指控中心，在協(xié)同方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。通信網(wǎng)絡(luò)的功能和性能直接影響著整個(gè)發(fā)射任務(wù)信息系統(tǒng)的運(yùn)行效率和應(yīng)用效果。海上發(fā)射任務(wù)信息系統(tǒng)構(gòu)成示意如圖2所示。

圖2 信息系統(tǒng)構(gòu)成示意Fig.2 Information system composition

1.2.2 信息傳輸需求

指控中心也是信息處理、應(yīng)用以及指揮系統(tǒng)的核心。發(fā)射平臺(tái)、保障船、岸上測(cè)試技術(shù)區(qū)的測(cè)發(fā)系統(tǒng)設(shè)備、測(cè)控系統(tǒng)設(shè)備、氣象系統(tǒng)設(shè)備、指揮通信設(shè)備的任務(wù)相關(guān)信息需要傳輸至指控中心，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后為任務(wù)實(shí)時(shí)組織指揮提供決策支持。在發(fā)射平臺(tái)、保障船、岸上測(cè)試技術(shù)區(qū)的分中心之間也需要獲得任務(wù)實(shí)施發(fā)射的相關(guān)信息，便于協(xié)同指控中心完成發(fā)射任務(wù)各階段的具體工作。

海上發(fā)射任務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)保障的業(yè)務(wù)類型主要有數(shù)據(jù)、指揮調(diào)度、圖像、電話等。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括測(cè)發(fā)系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)、C3I數(shù)據(jù)、船上測(cè)控設(shè)備數(shù)據(jù)、船上氣象設(shè)備數(shù)據(jù)。指揮調(diào)度采用分級(jí)指揮方式，并覆蓋各個(gè)重要參試崗位。圖像業(yè)務(wù)傳輸將實(shí)施發(fā)射過程中的實(shí)況圖像、狀態(tài)監(jiān)視圖像、發(fā)射海域狀況監(jiān)視圖像實(shí)時(shí)傳輸至相應(yīng)的指揮所，為指揮員提供直觀的決策支持。電話業(yè)務(wù)保障日常通信聯(lián)絡(luò)。

2 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要以海上航天機(jī)動(dòng)發(fā)射任務(wù)需求為牽引，運(yùn)用IP網(wǎng)絡(luò)綜合承載各系統(tǒng)業(yè)務(wù)，結(jié)合保障海上發(fā)射轉(zhuǎn)運(yùn)過程中和發(fā)射區(qū)域的應(yīng)急通信需求，建設(shè)結(jié)構(gòu)體系合理、網(wǎng)絡(luò)一體化、開放式、安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。在通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸、安全共享和智能處理，確保發(fā)射過程高效、安全、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則為：

a）信息安全、保密性原則。

采用加密技術(shù)和完善的網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制，應(yīng)用可信的網(wǎng)絡(luò)安全管理軟件，確保信息系統(tǒng)的安全。

b）可靠性與實(shí)用性相結(jié)合原則。

采用成熟的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，系統(tǒng)具備一定的可升級(jí)能力，同時(shí)具備必要的管理、冗余、備份、容錯(cuò)和網(wǎng)絡(luò)自愈等功能，以保證可靠性和穩(wěn)定性。

海上機(jī)動(dòng)發(fā)射任務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)和信息傳輸關(guān)系復(fù)雜，安裝放置空間有限，陸海間不具備地面電路開通條件。為適應(yīng)機(jī)動(dòng)快速發(fā)射特點(diǎn)，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，控制好建設(shè)規(guī)模，避免盲目建設(shè)。

c）應(yīng)急保障原則。

海上環(huán)境狀況有很多不可控因素，當(dāng)任務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)遭受破壞時(shí)，為準(zhǔn)確掌握出海執(zhí)行任務(wù)人員安全狀況和所處環(huán)境，必須構(gòu)建應(yīng)急通信手段。

2.2 體系結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為傳輸層、承載層、通信應(yīng)用層、通信網(wǎng)管、信息安全5個(gè)層次。

傳輸層主要包括光纖通信、衛(wèi)星通信、微波通信等通信方式，為承載層提供信息傳輸電路。承載層目前主要是專用IP網(wǎng)絡(luò)，擔(dān)負(fù)各種任務(wù)信息和業(yè)務(wù)的綜合承載。通信應(yīng)用層主要是指通信系統(tǒng)為信息指揮中心提供指揮調(diào)度、圖像、時(shí)統(tǒng)、電話等應(yīng)用信息。通信網(wǎng)管與信息安全支撐著信息系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 組網(wǎng)設(shè)計(jì)

根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的要求，海上航天發(fā)射通信網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)如圖3 所示。除了發(fā)射任務(wù)信息外，還需在指控中心、發(fā)射平臺(tái)、保障船配備衛(wèi)星電話終端，作為應(yīng)急通信手段。信息安全和通信網(wǎng)管采用常規(guī)通信組織方式。

圖3 通信網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)Fig.3 Overall design of communication network

2.3.1 傳輸層設(shè)計(jì)

傳輸層的構(gòu)建是通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的主體工作，關(guān)系到通信網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性。關(guān)鍵信息傳輸設(shè)計(jì)時(shí)電路和設(shè)備應(yīng)有一定的冗余度，確保傳輸系統(tǒng)的高可靠性。通信網(wǎng)絡(luò)傳輸層設(shè)計(jì)需要考慮各節(jié)點(diǎn)所處的地理位置、地形地貌、傳輸介質(zhì)、信息帶寬需求及路由冗余等多方面因素。

a）陸陸傳輸電路。

任務(wù)指控中心與岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)間開通地面電路和衛(wèi)星通信電路，分別構(gòu)建IP體制通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)雙路由同時(shí)傳輸信息。

b）船船傳輸電路。

在發(fā)射平臺(tái)和保障船間使用兩套獨(dú)立的微波通信設(shè)備開通區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)［4］。合理設(shè)置微波系統(tǒng)天線數(shù)量和架設(shè)位置，保障兩船在行進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、調(diào)頭過程中通信不間斷。

c）陸海傳輸電路。

在任務(wù)指控中心與保障船、發(fā)射平臺(tái)之間分別開通1條衛(wèi)星通信電路，構(gòu)建IP體制通信網(wǎng)絡(luò)。為實(shí)現(xiàn)雙路由保障，應(yīng)使用兩套地球站分別對(duì)應(yīng)不同的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，避免出現(xiàn)單點(diǎn)失效情況。保障船、發(fā)射平臺(tái)應(yīng)采用船載衛(wèi)星通信天線或“動(dòng)中通”天線技術(shù)，保證衛(wèi)星通信鏈路在船體行進(jìn)、船搖、較大風(fēng)力等狀況下通信不中斷。

通過對(duì)以上傳輸層設(shè)計(jì)分析，保障船、發(fā)射平臺(tái)、指控中心節(jié)點(diǎn)間為環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，任意兩點(diǎn)間通信中斷都能通過迂回路由保障通信不中斷。各個(gè)節(jié)點(diǎn)間傳輸電路均構(gòu)建IP體制通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間信息傳輸和資源共享。

2.3.2 承載層設(shè)計(jì)

a）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

承載層以IP協(xié)議構(gòu)建，為保障數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延的相對(duì)穩(wěn)定性，各個(gè)節(jié)點(diǎn)間采用廣域網(wǎng)方式構(gòu)建，按信息傳遞關(guān)系規(guī)劃設(shè)計(jì)配置靜態(tài)路由。

根據(jù)圖3中網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)可以看出，岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)與指揮中心間網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為雙網(wǎng)雙路由，在保障船與指控中心間構(gòu)建單網(wǎng)雙路由，發(fā)射平臺(tái)與指控中心間構(gòu)建單網(wǎng)單路由，兩船之間使用兩條微波電路構(gòu)建單網(wǎng)雙路由。兩條微波電路可通過鏈路聚合技術(shù)實(shí)現(xiàn)捆綁和相互保護(hù)，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬和可靠性。發(fā)射平臺(tái)、保障船、指控中心間網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)高低優(yōu)先級(jí)路由，實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層保護(hù)。

b）網(wǎng)絡(luò)負(fù)載設(shè)計(jì)。

由于對(duì)任務(wù)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求高，通信網(wǎng)需要以輕負(fù)載方式運(yùn)行，以保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)延和丟包率滿足任務(wù)要求。設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載時(shí)，地面電路傳輸容量大，帶寬利用率不超過60%，衛(wèi)星通信電路受頻率資源和傳輸能力限制，帶寬利用率不超過80%。

2.3.3 應(yīng)用層設(shè)計(jì)

通信網(wǎng)絡(luò)主要保障數(shù)據(jù)、音視頻、時(shí)統(tǒng)3類應(yīng)用系統(tǒng)信息。測(cè)發(fā)、測(cè)控、氣象設(shè)備數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)由相應(yīng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)。通信系統(tǒng)需完成音視頻和時(shí)統(tǒng)應(yīng)用信息的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)。

a）音視頻應(yīng)用系統(tǒng)。

1）指揮調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

根據(jù)任務(wù)需要，一般設(shè)置分級(jí)指揮關(guān)系。一級(jí)為指控中心，二級(jí)為岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)、保障船。保障船配置一套調(diào)度交換系統(tǒng)，完成發(fā)射平臺(tái)與保障船間測(cè)發(fā)系統(tǒng)內(nèi)部指揮通信任務(wù)。岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)配置一套調(diào)度交換系統(tǒng)，完成火箭、衛(wèi)星在技術(shù)廠房測(cè)試期間的通信指揮任務(wù)，發(fā)射階段根據(jù)需求開通與指控中心、保障船間的調(diào)度。

2）電視監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

電視監(jiān)視系統(tǒng)重點(diǎn)是保障船、發(fā)射平臺(tái)、指控中心間圖像傳輸，岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)可以經(jīng)指控中心圖像系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)而獲取發(fā)射區(qū)實(shí)況圖像。電視監(jiān)視系統(tǒng)由電視圖像服務(wù)器系統(tǒng)、視頻采集設(shè)備、視頻傳輸設(shè)備3部分構(gòu)成。

保障船配置一套具有圖像匯集、分發(fā)、視頻切換、圖像設(shè)備遠(yuǎn)控、快速編輯回放、監(jiān)視、存儲(chǔ)、刻錄等功能的圖像系統(tǒng)。保障船與指控中心實(shí)現(xiàn)圖像系統(tǒng)互聯(lián)，根據(jù)發(fā)射流程不同階段選取關(guān)鍵圖像發(fā)送。發(fā)射區(qū)域圖像源獲取主要包括保障船和發(fā)射平臺(tái)的發(fā)射實(shí)況圖像、關(guān)鍵狀態(tài)/場(chǎng)景監(jiān)視圖像。發(fā)射平臺(tái)攝像機(jī)由保障船技術(shù)人員遠(yuǎn)程進(jìn)行調(diào)焦、鏡頭拉伸等功能控制。電視監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意如圖4所示。

圖4 電視監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意Fig.4 Design of television monitoring system

3）電話通信。

在岸上測(cè)試發(fā)射區(qū)、保障船配置電話交換設(shè)備并接入指控中心電話交換系統(tǒng)，發(fā)射平臺(tái)只配置電話終端。各關(guān)鍵崗位以局內(nèi)放號(hào)、指控中心遠(yuǎn)程放號(hào)相結(jié)合的方式分別開通電話業(yè)務(wù)，提高電話業(yè)務(wù)可靠性。

b）時(shí)統(tǒng)設(shè)計(jì)。

海上發(fā)射任務(wù)中，受限于發(fā)射平臺(tái)的通信方艙在危險(xiǎn)區(qū)以內(nèi)，T0控制臺(tái)可設(shè)置在保障船或指控中心。模擬起飛觸發(fā)信號(hào)可以在發(fā)射平臺(tái)完成IP 格式轉(zhuǎn)換，部署在保障船或指控中心的T0 控制臺(tái)接收到IP 起飛觸發(fā)信號(hào)后，通過減去網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延、起飛信號(hào)判別時(shí)延、軟件處理時(shí)延等綜合修正參數(shù)，獲得較為精確的T0信息［5］，并通過IP網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送。

以在發(fā)射平臺(tái)配置起飛信號(hào)IP化裝置、保障船設(shè)置T0控制臺(tái)方式為例，設(shè)計(jì)T0產(chǎn)生和傳輸方案，起飛信號(hào)和T0 傳輸示意如圖5 所示。起飛信號(hào)IP 化裝置與起飛觸點(diǎn)或火箭點(diǎn)火起飛信號(hào)接口間使用電纜通信方式傳輸。起飛信號(hào)IP化裝置生成IP觸發(fā)信號(hào)后，通過船間微波電路構(gòu)建的IP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到保障船T0 控制臺(tái)。T0 控制臺(tái)在接收到IP 起飛信號(hào)后，形成T0，以組播方式向指控中心發(fā)送。主用路由使用保障船與指控中心間的衛(wèi)星通信電路，備用路由使用船與船間的微波電路和發(fā)射平臺(tái)與指控中心間的衛(wèi)星通信電路。

圖5 起飛信號(hào)和T0傳輸示意Fig.5 Transmission of takeoff signal and T0

2.3.4 應(yīng)急通信

天通衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)利用星上轉(zhuǎn)發(fā)器，支持集群通信，可與地面電話網(wǎng)、民用移動(dòng)通信等通信網(wǎng)絡(luò)互通，為陸海單元間提供不依賴于任務(wù)專用線路的“動(dòng)中通”通信手段［6］。

根據(jù)天通衛(wèi)星移動(dòng)通信中各衛(wèi)星的覆蓋范圍和發(fā)射海域位置，合理選擇天通衛(wèi)星平臺(tái)，相關(guān)節(jié)點(diǎn)及值班室配備手持終端、便攜終端、車載終端，依托其現(xiàn)有網(wǎng)管站實(shí)現(xiàn)對(duì)入網(wǎng)終端設(shè)備的管控，可提供話音、數(shù)據(jù)、短消息、視頻以及定位信息等業(yè)務(wù)。天通衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)用模式示意如圖6所示。

圖6 天通衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)用模式示意Fig.6 Application mode of Tiantong satellite mobile communication system

2.3.5 系統(tǒng)間接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)間接口在設(shè)計(jì)時(shí)需盡量減少接口類型，以降低通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。海上航天發(fā)射通信網(wǎng)絡(luò)主要包括與指控中心計(jì)算機(jī)、C3I系統(tǒng)、測(cè)控設(shè)備、氣象設(shè)備以及通信應(yīng)用業(yè)務(wù)的接口。為實(shí)現(xiàn)各類信息的綜合承載和信息共離，各系統(tǒng)間以IP協(xié)議接口為主。

3 效能評(píng)估

評(píng)價(jià)通信網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)［7］有可靠性、傳輸性能、安全性等。針對(duì)本文研究與設(shè)計(jì)的內(nèi)容，主要對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性進(jìn)行簡要分析與評(píng)估。

3.1 網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估

通信網(wǎng)絡(luò)可靠性取決于傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)與配置情況。在陸海間兩條衛(wèi)星通信電路和船與船間的微波電路形成環(huán)狀保護(hù)，任意一條鏈路中斷均不影響指控中心、保障船、發(fā)射平臺(tái)3個(gè)節(jié)點(diǎn)的正常通信，可靠性較高。

為定量分析設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)可靠性，將通信網(wǎng)絡(luò)中的每條傳輸鏈路作為系統(tǒng)可靠性計(jì)算模型的基本組成單元，采用系統(tǒng)串聯(lián)、并聯(lián)可靠度計(jì)算模型［8］進(jìn)行評(píng)估。綜合考慮各傳輸鏈路的地理環(huán)境因素、鏈路中間節(jié)點(diǎn)數(shù)量、傳輸距離以及不可控因素，對(duì)各傳輸鏈路可靠性進(jìn)行估值。保障船的船體穩(wěn)定性相對(duì)較差，容易受海域環(huán)境影響，指控中心與保障船間衛(wèi)星通信鏈路可靠度為Rs1，估算值為90%；發(fā)射平臺(tái)船體穩(wěn)定性較高，指控中心與發(fā)射平臺(tái)間衛(wèi)星通信鏈路可靠度為Rs2，估算值為95%；陸地間通信鏈路可靠性高，指控中心與岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)間衛(wèi)星通信鏈路可靠度為Rs3，估算值為99%；光纖通信鏈路可靠度為Ro，估算值為98%；船船間距離較近，兩條微波通信鏈路聚合后可靠度為Rm，估算值為99%。

3.1.1 節(jié)點(diǎn)間通信可靠性評(píng)估

a）指控中心與保障船間通信可靠性評(píng)估。

指控中心與保障船主用路由為指控中心與保障船間衛(wèi)星通信鏈路，備用路由為指控中心與發(fā)射平臺(tái)間的衛(wèi)星通信鏈路、船船間微波通信鏈路。兩節(jié)點(diǎn)間主備鏈路關(guān)系為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，衛(wèi)星通信鏈路與微波鏈路為串聯(lián)結(jié)構(gòu)。根據(jù)串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)可靠度計(jì)算模型計(jì)算公式不難得出，指控中心與保障船間通信可靠度Ra為99.4%。計(jì)算過程如下：

b）指控中心與發(fā)射平臺(tái)間通信可靠性評(píng)估。

指控中心與發(fā)射平臺(tái)主用路由為指控中心與發(fā)射平臺(tái)間衛(wèi)星通信鏈路，備用路由為指控中心與保障船間的衛(wèi)星通信鏈路、船船間微波通信鏈路。同樣，根據(jù)串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)可靠度計(jì)算模型可以得出指控中心與發(fā)射平臺(tái)間通信可靠度Rb為99.46%。計(jì)算過程如下：

c）指控中心與岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)間通信可靠性評(píng)估。

指控中心與岸上技術(shù)測(cè)試區(qū)間主用路由為光纖通信線路，備用路由為衛(wèi)星通信線路。根據(jù)并聯(lián)系統(tǒng)可靠度計(jì)算模型得出Rc為99.98%。計(jì)算過程如下：

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評(píng)估

由于任務(wù)組織要求指控中心與其他3個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信鏈路均須保持有效，因此網(wǎng)絡(luò)可靠度Rn可參考串聯(lián)系統(tǒng)模型計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為98.85%。計(jì)算過程如下：

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸性能評(píng)估

a）實(shí)時(shí)性分析。

海上發(fā)射任務(wù)中，任務(wù)指控中心需要對(duì)任務(wù)測(cè)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，對(duì)信息傳輸時(shí)延有較高要求。為提高網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性能，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞和減小時(shí)延抖動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用了輕載和靜態(tài)路由策略，有效減小了數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí)延和異徑傳輸引起的時(shí)延抖動(dòng)。

光纖通信構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，端到端網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延通常在100 ms以內(nèi)，具體時(shí)延值與經(jīng)過光傳輸設(shè)備的節(jié)點(diǎn)數(shù)和實(shí)際經(jīng)過的光纖線路長度有關(guān)。在帶寬利用率低于60%的情況下，實(shí)際租用的光纖傳輸鏈路構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延測(cè)試結(jié)果在14～26 ms之間。

在使用地球靜止軌道衛(wèi)星（距地高度約36 000 km）通信鏈路構(gòu)建的通信網(wǎng)絡(luò)中，端到端傳輸時(shí)延主要取決于衛(wèi)星通信電波在自由空間的傳輸距離，端到端傳輸時(shí)延約在270 ms左右。根據(jù)中國歷次海上發(fā)射任務(wù)中對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)，在帶寬利用率低于80%的情況下，端到端傳輸時(shí)延在260～290 ms之間。

b）丟包率評(píng)估。

衛(wèi)星通信鏈路誤碼率一般優(yōu)于10-7，光傳輸鏈路誤碼率一般優(yōu)于10-10，所構(gòu)建的IP 網(wǎng)絡(luò)丟包率優(yōu)于0.1%（包長64 Byte）。實(shí)際設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)丟包率指標(biāo)測(cè)試結(jié)果優(yōu)于0.01%。

3.3 安全（保密）性評(píng)估

海上發(fā)射區(qū)域一般選擇公海區(qū)域，周邊環(huán)境難以管控，且衛(wèi)星通信和微波等無線通信工作頻段具有公開性，存在電磁泄露和無線信號(hào)遭非法獲取等風(fēng)險(xiǎn)。為確保信息安全，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中使用了網(wǎng)絡(luò)保密機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)語音、數(shù)據(jù)、圖像等任務(wù)信息的加密傳輸，降低了信息被竊取的安全隱患。

4 結(jié)束語

海上航天發(fā)射通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)核心是根據(jù)系統(tǒng)間信息傳輸需求設(shè)計(jì)傳輸層和承載層。通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮傳輸能力、冗余路由、信息流量傳輸需求、業(yè)務(wù)類型等因素，合理設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)。海上航天發(fā)射與陸地機(jī)動(dòng)發(fā)射任務(wù)對(duì)通信網(wǎng)要求有所區(qū)別，通信裝備應(yīng)著重提高適應(yīng)濕熱、鹽霧、多雨等環(huán)境能力和復(fù)雜電磁環(huán)境的抗干擾能力。為適應(yīng)載船使用面積有限、周期短、機(jī)動(dòng)距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，通信裝備盡量集成化，減少系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)間以便快速組網(wǎng)?？紤]到海域發(fā)射的特殊性，必要時(shí)可補(bǔ)充短波通信作為最低限度通信手段，確保在出海作業(yè)時(shí)能夠應(yīng)對(duì)極端、復(fù)雜的周邊環(huán)境。