Vanguard設(shè)備使用衛(wèi)星鏈路傳輸雷達數(shù)據(jù)的參數(shù)調(diào)優(yōu)

谷瑞

摘 要：文章結(jié)合新疆民航空管Vanguard語音數(shù)據(jù)網(wǎng)的實際運用經(jīng)驗，分析通常用在其中繼端口的Annex G協(xié)議是如何利用X.25協(xié)議進行流量控制的，并以此為基礎(chǔ)通過實驗確定了與小帶寬、大時延的衛(wèi)星電路相適配的Vanguard幀中繼虛電路的相關(guān)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：Vanguard；路由器；X.25；幀中繼；滑動窗口；雷達數(shù)據(jù)

中圖分類號：TN927 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）10-0029-03

Abstract： Based on the practical application experience of Xinjiang civil aviation air traffic control vanguard voice data network， this paper analyzes how the Annex G protocol （which is usually used in the following port） uses X.25 protocol to control the traffic. Based on this， the parameters of the vanguard frame relay circuit are determined by experiments to be adapted to the satellite circuits with small bandwidth and long delay.

Keywords： vanguard； Router； X.25； frame relay； sliding window； radar data

引言

Vanguard 系列路由器在民航通信領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。新疆民航空管Vanguard語音數(shù)據(jù)網(wǎng)已建設(shè)完成，但是在測試過程中，該網(wǎng)絡(luò)存在雷達數(shù)據(jù)傳輸嚴(yán)重異常的情況，無法滿足自動化用戶的接入要求。經(jīng)過不懈努力與反復(fù)實驗，該問題已得到較好解決。

1 新疆空管Vanguard語音數(shù)據(jù)網(wǎng)的構(gòu)成

Vanguard系列多業(yè)務(wù)接入路由器較好的支持多種協(xié)議如IP、幀中繼、X.25、TBOP等之間的互通，主要用于將多種業(yè)務(wù)接入廣域網(wǎng)，并具有維護簡單、故障率低等優(yōu)點。

新疆空管Vanguard語音數(shù)據(jù)網(wǎng)中的節(jié)點以點對點的方式傳輸VHF信號、雷達數(shù)據(jù)等多種空管業(yè)務(wù)，以Vanguard 6840路由器作為節(jié)點設(shè)備，由民航ku衛(wèi)星網(wǎng)提供中繼鏈路，作為地面?zhèn)鬏敺绞降闹匾Ｕ鲜侄巍?/p>

圖1表現(xiàn)了新疆地區(qū)遠端雷達站的雷達數(shù)據(jù)傳輸至民航烏魯木齊空管中心所經(jīng)過的設(shè)備和物理線路。使用V.24接口的雷達信號數(shù)據(jù)通過Vanguard路由器的TBOP（面向比特透明傳輸協(xié)議）端口進入Vanguard路由器。TBOP協(xié)議可以透明傳輸HDLC數(shù)據(jù)幀，適用于傳輸雷達數(shù)據(jù)。經(jīng)過內(nèi)部處理后，雷達數(shù)據(jù)被承載到Vanguard幀中繼端口的一條PVC虛電路上，從以v.35為物理接口的廣域網(wǎng)幀中繼接口向外發(fā)送，通過民航Ku衛(wèi)星網(wǎng)和SDH本地網(wǎng)的透明傳輸?shù)竭_雷達數(shù)據(jù)用戶側(cè)的Vanguard路由器，再接入用戶。

2 Vanguard路由器雷達數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸中遇到的問題解決思路

使用恒光HCT-8810雷達數(shù)據(jù)測試儀對由圖1所示物理線路傳輸?shù)睦走_數(shù)據(jù)進行測試，發(fā)現(xiàn)收到的雷達數(shù)據(jù)存在大量扇區(qū)丟失、正北幀丟失的情況，且由雷達數(shù)據(jù)時延測試測得延遲平均達15秒。

在尋找雷達數(shù)據(jù)傳輸異常的原因的過程中，發(fā)現(xiàn)Vanguard路由器上存在一些異?，F(xiàn)象。登陸遠端雷達站Vanguard路由器的管理界面，依次進入Main>Status/statistics> Detailed Port Stat菜單，查看輸入雷達數(shù)據(jù)的TBOP端口的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)端口下存在大量Lost Segments（網(wǎng)絡(luò)層丟包）和Frames Queued（數(shù)據(jù)鏈路層排隊未發(fā)出的幀）；并且在同一路由器上進入Main>Status/statistics> Detailed Link Stat菜單，查看幀中繼站的狀態(tài)，顯示在廣域網(wǎng)幀中繼鏈路上存在隱式擁塞。

而將中繼鏈路替換為地面鏈路后，上述問題即消失，并且將兩臺Vanguard做背靠背連接再進行測試，得到雷達數(shù)據(jù)時延測試結(jié)果為與雷達數(shù)據(jù)源處測得的時延相差僅30ms，該時延差即為兩臺Vanguard設(shè)備傳輸雷達信號的固有開銷。因此，需解決Vanguard路由器通常使用的雷達數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)配置在使用衛(wèi)星鏈路時存在流量控制問題。

3 調(diào)整X.25滑動窗口相關(guān)參數(shù)改善雷達數(shù)據(jù)質(zhì)量

Vanguard系列路由器在使用幀中繼作為廣域網(wǎng)接口協(xié)議時，在承載幀中繼虛電路的frame station（幀中繼站）上主要使用的是ANSI T1.617 Annex G協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定了如何使用幀中繼的DLCI虛電路傳輸X.25分組數(shù)據(jù)。利用X.25協(xié)議完善的差錯校正和流量控制機制，Annex G虛電路可以提供可靠的傳輸業(yè)務(wù)，也是由原有的X.25網(wǎng)絡(luò)向幀中繼網(wǎng)絡(luò)過渡的一種手段。而X.25協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層和分組層（對應(yīng)OSI協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層）均使用滑動窗口方式來實現(xiàn)流量控制。因此可考慮調(diào)整幀中繼站中的X.25相關(guān)參數(shù)，與滑動窗口有關(guān)參數(shù)的默認(rèn)值如下：

K Frame Window（數(shù)據(jù)鏈路層滑動窗口尺寸）： 7

W Packet Window（網(wǎng)絡(luò)層包緩沖區(qū)大?。?7

P Packet Size： 128（網(wǎng)絡(luò)包大?。?/p>

Data Queue Upper Threshold： 5（數(shù)據(jù)隊列上限）

Data Queue Lower Threshold： 0（數(shù)據(jù)隊列下限）

Window Subtractor：0（窗口減法器）

3.1 K Frame Window參數(shù)的調(diào)整

根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論，在數(shù)據(jù)鏈路層的連續(xù)ARQ協(xié)議中需對已發(fā)出但未收到確認(rèn)信息的數(shù)據(jù)幀的數(shù)量加以限制，即使用發(fā)送窗口對發(fā)送端進行流量控制。使用有限的幾個比特來編號，用作幀的序號，并使“窗口”的值小于幀序號的最大值，用以表示最多可以發(fā)送多少個未收到確認(rèn)信息的幀。如使用3位比特進行編號，即幀序號為0（二進制為000）到7（二進制為111），此即模8的幀結(jié)構(gòu)；如使用7位比特編號，即幀序號從0到127，此即模128的幀結(jié)構(gòu)。

X.25協(xié)議的LAPB規(guī)程（平衡型鏈路訪問規(guī)程）定義的數(shù)據(jù)鏈路層滑動窗口的控制參數(shù)是窗口尺寸k，即在收到確認(rèn)信息前可以發(fā)送的最大幀數(shù)，對應(yīng)于frame station（幀中繼站）的K Frame Window參數(shù)。在模8幀結(jié)構(gòu)下，K Frame Window參數(shù)的取值范圍為1到7。k值的選定取決于物理鏈路的傳播時延和數(shù)據(jù)的傳送速率，對于大多數(shù)鏈路來說，模8幀結(jié)構(gòu)都已經(jīng)夠用，而X.25協(xié)議規(guī)定在用于衛(wèi)星鏈路這種長時延鏈路時，應(yīng)采用模128的幀結(jié)構(gòu)，幀序號范圍應(yīng)更大。在Vanguard的參數(shù)設(shè)置中，K值的取值范圍為1到63。據(jù)此可修改K參數(shù)為最大值，方法如下：

進入Main>Configure>Port菜單，將Frame Sequence Counting參數(shù)由NORM（即模8幀結(jié)構(gòu)）修改為EXT（即模128）；

進入Main>Configure>FRI Stations菜單，將K Frame Window值修改為最大值63。

3.2 W Packet Window參數(shù)的調(diào)整

根據(jù)廠家的定義，W Packet Window參數(shù)規(guī)定了Packet Buffering（包緩沖區(qū)）的大小，它的含有是能夠被緩存和重發(fā)的三層數(shù)據(jù)包的數(shù)量，用來協(xié)調(diào)不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的速度匹配問題，過小的緩沖空間在發(fā)生擁塞時容易丟包出錯。

類似于K參數(shù)，W Packet Window參數(shù)也為滑動窗口控制參數(shù)的取值范圍，不同在于分組層的W Packet Window對單個邏輯信道（即虛電路）進行流量控制，鏈路層的K Frame Window控制的是DTE-DCE接口上的流量。并W Packet Window參數(shù)值也有模8和模128之分，在X.25分組層的GFI（一般格式標(biāo)識符）的定義中可以體現(xiàn)這種區(qū)分。

GFI位于分組報文頭，由4比特組成，分別定義為QDSS，其中SS為模式比特，SS=01表示分組的順序號是模8方式，SS=10表示是模128方式。

修改W Packet Window參數(shù)的方法如下：

進入Main>Configure>Port菜單，將Packet Sequence Counting參數(shù)由NORM（即模8）修改為EXT（即模128）；

進入Main>Configure>FRI Stations菜單，將W Packet Window參數(shù)修改為經(jīng)驗值40；

經(jīng)測試僅將W Packet Window從默認(rèn)值修改成40以后，雷達信號時延立即降低至1秒以下。

3.3 Window Subtractor參數(shù)的調(diào)整

根據(jù)Vanguard原廠資料《Vanguard Managed Solutions：Frame Relay Interface/Access》的x25窗口配置建議，應(yīng)在使用高延時的鏈路時調(diào)整window Subtractor參數(shù)，一般應(yīng)使該參數(shù)接近或等于W packet window的大小，設(shè)置該參數(shù)的同時應(yīng)將同一幀中繼站的以下兩個參數(shù)做修改：

Data Queue Upper Threshold： 15

Data Queue Lower Threshold： 4

根據(jù)上表，因Vanguard所用的衛(wèi)星中繼帶寬為64kbps，故嘗試將window subtractor的值設(shè)置為4，將幀中繼站的參數(shù)修改為：

K Frame Window： 63

W Packet Window： 40

P Packet Size： 128

Data Queue Upper Threshold： 15

Data Queue Lower Threshold： 4

Window subtractor：4

修改參數(shù)后時延大為下降，從平均時延15s降至700ms左右，且雷達數(shù)據(jù)測試也未發(fā)現(xiàn)大量丟扇區(qū)和正北的情況。長期測試后發(fā)現(xiàn)雷達信號時延波動明顯，并且測試一個小時以內(nèi)就會出現(xiàn)突發(fā)大時延且時延曲線不連續(xù)的現(xiàn)象，此現(xiàn)象的原因應(yīng)是HCT-8810測試儀在時延測試中每秒記錄十個點跡以繪制曲線，如果時延跳變過大導(dǎo)致曲線不連續(xù)。

然后將Windows subtractor修改為36，使其接近W Packet Window修改后的值，測試發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)突發(fā)大延時的現(xiàn)象變?yōu)榫徍?，時延曲線趨向平穩(wěn)。

4 其他參數(shù)的調(diào)整

經(jīng)過反復(fù)測試，發(fā)現(xiàn)將以下參數(shù)與上一節(jié)提到的參數(shù)一同修改后，對雷達數(shù)據(jù)質(zhì)量亦有改善：

進入Main>Configure>Port菜單，將幀中繼端口的Clock Source（時鐘源）修改為EXT（外時鐘），并且無論本端和遠端的Vanguard路由器都做此修改，即都從中繼電路設(shè)備取同步時鐘。

在Main>Configure>Port菜單下進入雷達數(shù)據(jù)口，將Receive Byte Count（接收比特計數(shù)）由MAX修改為896；將Maximum Frame Size（允許最大幀大?。┯?500修改為2000；將 port options由None修改為CBR（恒定信息速率）。

修改完參數(shù)后重啟設(shè)備，發(fā)現(xiàn)vanguard雷達數(shù)據(jù)口Lost Segments（網(wǎng)絡(luò)層丟包）的現(xiàn)象得到大大緩解，F(xiàn)rames Queued（幀排隊）不再出現(xiàn)，使用HCT8810測試信號時延，時延曲線波動已很細(xì)小，正北幀和扇區(qū)丟失的情況也未出現(xiàn)，得出平均時延為400ms左右。

5 結(jié)束語

最終vanguard路由器參數(shù)調(diào)整的結(jié)果為：

FRI Port（幀中繼端口）：

Clock Source：EXT

Frame Sequence Counting：EXT

Packet Sequence Counting：EXT

FRI Stations（幀中繼站）：

K Frame Window： 63

W Packet Window： 40

P Packet Size： 128

Data Queue Upper Threshold： 15

Data Queue Lower Threshold： 4

Window Subtractor： 36

雷達數(shù)據(jù)TBOP口：

Receive Byte Count：896

Maximum Frame Size：2000

Port Options ： CBR

通過對X.25協(xié)議細(xì)節(jié)的探討，最終可以證明，調(diào)整與x.25滑動窗口相關(guān)的Vanguard路由器幀中繼虛電路參數(shù)，對傳輸業(yè)務(wù)質(zhì)量尤其是雷達數(shù)據(jù)的質(zhì)量的提高有很關(guān)鍵的作用。經(jīng)過以上工作，通過民航Ku衛(wèi)星網(wǎng)傳輸?shù)睦走_數(shù)據(jù)的時延已從平均15秒降至約400毫秒。今后可以進一步對vanguard路由器端口所用的協(xié)議進行研究，以使民航空管業(yè)務(wù)的質(zhì)量得以更好保證。

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