显控计算服务平台的通信接入方法研究∗

许桂明 王梦潇

（中国电子科技集团公司第二十八研究所 南京 210007）

1 引言

随着显控信息服务平台应用的联合、共享、一体化、服务化等需求的深化，给平台通信互联提出了更高的要求，而通信接入是实现各平台信息联合、共享的重要环节。早在2011年美国国防部就提出了构建联合信息环境（JIE），实现各层次、各领域信息服务平台的信息接入与互联［1～2］。在虚拟化、云计算等新技术的推动下，信息服务平台对信息共享化、应用服务化提出了迫切要求。本文针对显控计算平台信息交互、通信互联等特点，基于融合通信的思想，提出一种显控计算服务平台的通信接入方法，为完善、统一信息互联，提升显控计算服务平台的接入能力进行探索。

2 通信接入的能力需求

显控计算服务平台包括计算、存储、显控和互联等功能子系统，涉及陆上平台、海上平台等类型。陆上平台依托发达的有线网络、专线网络等通信接入手段，具备较强的IP化通信能力；海上平台依托各舰船通信接入点，如采用卫星、VHF/HF等手段实现各舰船显控服务平台之间的信息互通。通信互联在体制、链路、业务通达等方面对计算服务平台提出了新的需求：包括信息接入标准化、资源共享、按需分配、集中管理等，提升视频、话音、数据报文等各类信息的互联互通以及数据传输的可靠性和效率；另外“高可用、一体化、虚拟化”的需求，使通信接入应支持即时可用等大数据特征的基础网络架构，以满足各专业信息处理、数据处理、信号处理等应用［3～6］。

3 实现方法

通信接入包括物理链路引接、数据通信及信息组网等方面［7～8］。通过将物理链路引接引入数据通信接入平台，实现多种通信手段的综合应用及多样业务数据的标准化接入，优化、扩充了通信接入的功能，采用扁平化、多租户、适应快速迁移的信息组网技术［9］，满足虚拟化计算环境的应用，实现通信接入融合通信。

通信接入实现的总体框架如图1所示，由融合通信接入平台、局域网络两部分组成。融合通信接入平台通过对各类有线/无线链路的综合运用与IP化处理，实现对舰船、飞机、固定数据中心、机动车等各类数据节点的信息接入；局域网以大二层网络架构为基础构成平台通信网络，负责承载融合通信接入的信息流，为显控计算业务提供支撑。

图1 显控计算服务平台通信接入实现框架

1）融合通信接入平台设计

融合通信接入平台将有线/无线信息传输技术与IP化技术结合，在物理层面，依托有线/无线接入单元，引接专网、专线、卫星、短波、超短波等各类通信链路［10］；在应用层面，通过音频、视频、数据等各类信息的IP化，实现舰船、飞机、机动车等各类信息互联接入。

图2 融合通信接入技术框架

如图2所示，融合通信接入平台由IP化通信接入模块、非IP化通信接入模块、多协议网关接入模块及通信调度管理模块构成。

IP化通信接入方式采用基于万兆光纤通信的高速实时交换技术，接入专网、专线链路信息，实现固定数据节点的话音、视频及各类数据报文的实时通信，具有高带宽、强实时、链路稳定的技术特点。

非IP化通信接入方式主要包括卫星通信、短波、超短波等通信链路，卫星通信可承载语音、图像、视频、数据等综合业务，通信速率较高，是高速远程通信的主要方式；短波通信主要承载语音、报文、指令等低带宽业务，是低速远程通信的主要方式；超短波通信具有集群通信和自组织两种模式，用于近海船只与固定数据中心及舰船、飞机间的近程通信。

多协议网关接入模块是接入数据的IP化封装与多协议转换的中间平台，通过对各类非IP化信息的IP化封装及各类通信体制的协议转换，实现不同显控服务平台间的互联互通。

通信调度管理模块是融合通信接入平台的任务控制器，一方面对系统进行调度控制，管理各模块的任务运行，实现链路无缝切换；另一方面提供系统状态自检、监控等功能，实现融合通信系统综合运维管理。

2）网络互联设计

传统数据中心网络大多采用三层树状网络架构，存在东西向数据通信瓶颈问题及虚拟机动态迁移问题，无法满足云计算应用需求［11］。为解决上述问题，云计算数据中心主要采用“大二层”网络架构，基于扁平化设计思路，将三层通信协议与二层VLAN技术相融合，实现各节点数据在同一二层网络内的交互，支持虚拟机动态迁移。

图3 大二层网络体系架构

为适应显控计算服务平台虚拟化要求，采用基于隧道技术的大二层网络架构，实现横向虚拟化及逻辑分区线性可扩，并通过高密度万兆连接，保证数据传输的稳定可靠。信息服务平台大二层网络架构如图3所示：由核心层、接入层组成。核心层负责汇聚接入层流量，提供对业务的控制和优化，在二层扁平化组网中作为网关，提供VLAN间的流量转发，实现跨功能区域的平台互联。接入层采用高密度万兆接入和交换机堆叠技术，实现大数据处理服务器及终端接入，提供多种安全和QoS策略。组网协议方面，采用多链透明互联协议（TRILL），完成报文数据在大二层网络内的转发，该协议通过对IS-IS路由协议的扩充实现二层路由功能，其技术核心是路由网桥。路由网桥以IS-IS协议中的链路状态协议来识别TRILL区域的拓扑结构，用最短路径树算法计算路由转发表生成物理地址表，具有有效消除环路、高效转发、快速收敛、支持与传统二层网络无缝对接等特点［12］，为显控计算服务平台大二层网络的构建提供了技术基础。

4 典型显控计算服务平台构建

典型显控计算服务平台构建如图4所示，由融合通信接入平台、大二层网络及显控计算环境构成。融合通信接入平台、大二层网络实现有线/无线通信链路各类信息的统一接入与组网互联；显控计算环境按部署方式可分为有中心显控计算环境及无中心显控计算环境，通过有中心/无中心的计算环境体现“信息共享化、应用服务化”。

图4 典型显控计算服务平台框架

有中心显控计算环境将显控业务平台与计算服务平台分离：虚拟化计算服务中心实现计算、存储资源的统一整合与调度，向显控业务平台提供服务，显控业务平台包括固定式、便携式等各类显控终端设备，提供上层应用的显示、操控界面。该平台具有资源利用率高、部署灵活的特点，适用于业务类型多样、计算服务规模较大的场合。

无中心显控计算环境将各类显控计算终端作为物理计算资源池，采用虚拟化资源调度平台，实现显控终端与计算服务平台的融合，形成无中心化的计算服务中心。各显控计算终端集成计算服务单元与显控单元两部分，分别用于虚拟化计算服务平台部署与用户界面显控，具有节约空间、灵活可扩、资源利用高效等优点，适用于舰船、车载等部署空间受限的应用环境。

典型显控计算服务平台集融合通信、大二层网络与虚拟化计算的技术优势为一体，可根据应用环境的类型按需部署，与传统显控计算服务平台相比，主要优点有：

1）通信接入规范化

融合通信接入体系为数据、话音、视频等各类信息提供了标准、统一、高效的接入手段，实现了多种通信链路的综合运用与按需调度，提升了显控计算服务平台与不同业务系统间信息互联、共享的能力。

2）通信交互方式优化，提升信息服务效率

显控计算服务平台采用大二层组网结构及虚拟化计算环境，通过虚拟化、集群技术实现计算环境的灵活部署与快速迁移，提升信息服务效率。

信息服务平台正由定制化系统向一体化、高可用、虚拟化系统快速转型，支持融合通信与虚拟化技术的显控计算服务平台将成为新一代显控计算信息系统的发展方向。

5 结语

本文从显控计算平台的通信能力需求出发，通过在信息接入、计算服务和网络互联等方面功能实现的分析，提出显控计算服务平台一种通信接入方法，构建了融合通信与大二层网络体系，对未来显控服务平台的构建研发工作有一定的指导意义。

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