導(dǎo)語(yǔ)：ATN/IPS通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著國(guó)內(nèi)民航運(yùn)輸業(yè)以每年20%的增長(zhǎng)速度，空中交通流量成倍的增加，現(xiàn)有的空管電信傳輸網(wǎng)無(wú)法滿足需求。同時(shí),由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，航空通信網(wǎng)向著更快速、更準(zhǔn)確以及更可靠方向發(fā)展。1983年，國(guó)際民航組織成立了新航行系統(tǒng)委員會(huì)，其提出了一種CNS/ATM的全新概念，其重要組成部分是atn網(wǎng)（AeronauticalTelecommunicationNet-work），又稱為新型航空電信網(wǎng)。作為新一代航空通信技術(shù)的全面解決方案，隨著IPv6技術(shù)日益成熟，采用IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)的ATN通信網(wǎng)絡(luò)是下一代民用航空通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。文章主要根據(jù)OMNeT++平臺(tái)，搭建支持NEMO協(xié)議、基于IPv6的ATN/ips仿真網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)ATN/IPS仿真網(wǎng)絡(luò)中空地通信路由進(jìn)行層次優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：ATN/IPS；IPV6；通信網(wǎng)絡(luò)；NEMO；仿真網(wǎng)絡(luò)

隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的快速發(fā)展，航空電信網(wǎng)絡(luò)由基于電報(bào)交換技術(shù)的AFTN網(wǎng)發(fā)展到基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的ATN網(wǎng)，ATN網(wǎng)絡(luò)是以開(kāi)放式系統(tǒng)互連為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，將地面的數(shù)據(jù)通信和地空的數(shù)據(jù)通信融合，將飛行器通過(guò)衛(wèi)星、甚高頻、S模式雷達(dá)間的地空數(shù)據(jù)鏈路與空管地面通信系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)地面間各空管和航空公司等節(jié)點(diǎn)之間的高速數(shù)據(jù)交換，它采用的開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)載系統(tǒng)和地面管制系統(tǒng)、地面管制系統(tǒng)和地面管制系統(tǒng)無(wú)縫數(shù)據(jù)連接，是全球地空一體化的航空專用通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用的IPv4技術(shù)，由于其初期對(duì)IP地址規(guī)劃的不合理，使得網(wǎng)絡(luò)變得非常復(fù)雜，路由表?xiàng)l目繁多。在發(fā)展過(guò)程中，雖然通過(guò)劃分子網(wǎng)以及路由聚集一定程度上緩解了這個(gè)問(wèn)題，但這個(gè)問(wèn)題依舊存在。而在IPv6協(xié)議出現(xiàn)后，IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具備的安全性能和QOS安全機(jī)制可以滿足航空電信網(wǎng)絡(luò)。因此，在ATN通信網(wǎng)中應(yīng)用成熟的IPv6技術(shù)，成為民航業(yè)界的共識(shí)。

1ATN/IPS的發(fā)展

新航空電信網(wǎng)是由空中交通管理系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)四個(gè)部分組成，因?yàn)閷?dǎo)航系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)都需要通信系統(tǒng)來(lái)傳輸，因此通信系統(tǒng)是其基礎(chǔ)，其主要涉及數(shù)據(jù)鏈通信、航空移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)和航空電信網(wǎng)（ATN）。航空電信網(wǎng)（ATN）是一個(gè)由通信衛(wèi)星子網(wǎng)、無(wú)縫移動(dòng)子網(wǎng)和地面子網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)組成的全球互聯(lián)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，可以為航空公司、管制部門和旅客提供服務(wù)。ATN支持所有民用航空飛行安全保證應(yīng)用系統(tǒng)間的通信，包括空中交通管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與航空公司飛行運(yùn)行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間、航空公司飛行運(yùn)行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與飛機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間、空中交通管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與飛機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間等各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的通信。航空電信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系是基于的OSI7層協(xié)議模型設(shè)計(jì)，由于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、成本較高，各個(gè)國(guó)家之間網(wǎng)絡(luò)特性，在應(yīng)對(duì)各成員國(guó)的ATN互聯(lián)中，顯現(xiàn)出不足。將ATN/OSI協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)與IP協(xié)議體制相結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，可以充分利用成熟的IP技術(shù)和設(shè)備，來(lái)滿足ATN通信需求，因此ATN/IPS通信網(wǎng)絡(luò)作為下一代航空電信網(wǎng)是大勢(shì)所趨。ATN/IPS通信網(wǎng)絡(luò)具有成熟的IP技術(shù)和設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)資源，可以兼容支持目前ATN網(wǎng)絡(luò)的各種服務(wù)，基于IP的QoS協(xié)議和安全協(xié)議能提供可靠的安全通信保障，易于組網(wǎng)，有利于各異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，支持采用IPv6協(xié)議的移動(dòng)管理方案。

2IPv6移動(dòng)管理技術(shù)

ATN/IPS采用IP技術(shù)（IPv4或者IPv6），由于飛機(jī)的全球移動(dòng)性，因此需要移動(dòng)IP來(lái)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。飛行器是通信節(jié)點(diǎn)，當(dāng)其移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)位置改變會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)改變，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湮恢檬莿?dòng)態(tài)變化的。由于各個(gè)接入點(diǎn)的IP地址不同，當(dāng)通信節(jié)點(diǎn)在獲得新IP地址時(shí)，它原有IP地址所建立的通信鏈接，會(huì)因?yàn)槁酚傻淖兓袛啵煌瑫r(shí)我們要考慮在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中路由協(xié)議是基于其網(wǎng)絡(luò)前綴的，如果通信節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，是無(wú)法保障通信連續(xù)穩(wěn)定的。隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的急劇膨脹，IPv4技術(shù)暴露出許多嚴(yán)重的問(wèn)題，已難以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求。由于IPv6具有更高效和可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)，支持聚類原則和分層規(guī)劃，提供更高的安全性和移動(dòng)性，是目前全球公認(rèn)的下一代互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)解決方案。2017年底開(kāi)始，我國(guó)加速IPv6商用網(wǎng)絡(luò)部署，從2019年10月3日的APNIC的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可看到，全球IPv6支持率已占比24.48%，而優(yōu)先使用IPv6協(xié)議進(jìn)行通信的比例為23.73%。截至2019年7月，全國(guó)已有12.78億用戶獲得IPv6地址，其中LTE網(wǎng)絡(luò)用戶共11.29億，固定網(wǎng)絡(luò)用戶1.49億，相比2018年初增長(zhǎng)超過(guò)10倍。預(yù)計(jì)2020年全球IPv6用戶訪問(wèn)率將達(dá)到50%。目前，IPv6的產(chǎn)品和技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)將采用IPv6的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。隨著IPv6技術(shù)的發(fā)展，層次移動(dòng)IPv6移動(dòng)管理協(xié)議（HMIPv6）提出，解決了在IPv6中移動(dòng)信令的頻繁交互的問(wèn)題，是IPv6協(xié)議的擴(kuò)展和改進(jìn)。對(duì)于移動(dòng)通信終端來(lái)說(shuō)，將通信網(wǎng)絡(luò)劃分為家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)和外地網(wǎng)絡(luò)。首先我們通過(guò)家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)，為所管理的移動(dòng)通信終端配置唯一且固定的IP地址，稱為家鄉(xiāng)地址。它的原理是當(dāng)移動(dòng)通信終端在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通信采用傳統(tǒng)的路由機(jī)制；當(dāng)移動(dòng)通信終端接入外地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，接入路由器獲得本地鏈路的轉(zhuǎn)交地址，再通過(guò)家鄉(xiāng)節(jié)點(diǎn)注冊(cè)新地址，來(lái)確保通信連接的連續(xù)通暢。當(dāng)飛行器進(jìn)入某一地面基站范圍并需要切換的時(shí)候，飛行器上的每一個(gè)通信終端設(shè)備如果都要進(jìn)行移動(dòng)信令交互，會(huì)造成航空無(wú)線網(wǎng)帶寬資源浪費(fèi)，進(jìn)而增加移動(dòng)管理的難度。因此，我們必須需要盡量減少移動(dòng)信令的交互。MIPv6技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展是NEMO技術(shù)，支持子網(wǎng)移動(dòng)通信，適用ATN/IPS結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。HMIPv6技術(shù)可以減少長(zhǎng)距離傳時(shí)移動(dòng)信令和通信連接中斷時(shí)間，將NEMO與HMIPv6技術(shù)結(jié)合可以進(jìn)一步改進(jìn)IPv6網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)管理工作。

3ATN/IPS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ATN/IPS網(wǎng)絡(luò)是基于TCP/IP協(xié)議的航空電信網(wǎng)，在IOS模型中，協(xié)議體系結(jié)構(gòu)如圖1。圖1ATN/IPS通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)在ATN/IPS網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商采用IPv6移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)移動(dòng)終端管理。因此網(wǎng)絡(luò)可以由許多互聯(lián)網(wǎng)的管理域組成，管理域范圍可以大到國(guó)家，小到地區(qū)。同時(shí)每個(gè)管理域擁有一個(gè)或者多個(gè)路由器來(lái)進(jìn)行域間路由管理；也可以利用這些域間路由器對(duì)不同IP地址之間的系統(tǒng)交互路由信息。

4ATN/IPS服務(wù)類型

由于航空領(lǐng)域存在多個(gè)空地通信網(wǎng)絡(luò)并存的情況，需要提供不同類型的信息服務(wù)。從經(jīng)濟(jì)成本上考慮以及無(wú)線通信頻率分配上考慮，建設(shè)統(tǒng)一、綜合性的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)是ATN/IPS航空通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)ICAO規(guī)定，需要由支持IP協(xié)議的節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)組成ATN/IPS網(wǎng)絡(luò)，專用于為空管服務(wù)提供商和航線運(yùn)營(yíng)商提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)，支持空中交通服務(wù)通信和航空服務(wù)通信。在ATN/IPS中，以上的通信服務(wù)既可以由接入機(jī)載網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)終端來(lái)提供，也可以由機(jī)載移動(dòng)子網(wǎng)中的本地終端來(lái)提供。

5ATN/IPS網(wǎng)絡(luò)類型及優(yōu)化

ATN/IPS網(wǎng)絡(luò)類型可分為空-地鏈路和地-地鏈路，考慮飛行器高速移動(dòng)對(duì)空-地鏈路帶寬、時(shí)延影響較大，進(jìn)而產(chǎn)生通信鏈路中信道延遲增大、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁變化、高誤碼率等問(wèn)題，所以一般我們通過(guò)分層路由的設(shè)計(jì)方案來(lái)解決：一是為了有效減少遠(yuǎn)距離通信時(shí)移動(dòng)信令互相交換次數(shù)，采用HMIPv6的分層和移動(dòng)管理機(jī)制；二是通過(guò)應(yīng)用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，即NEMO技術(shù)，將飛行器內(nèi)部局域網(wǎng)整體作為一個(gè)移動(dòng)子網(wǎng)管理，移動(dòng)子網(wǎng)再通過(guò)移動(dòng)路由器接入地面網(wǎng)絡(luò)，提高空-地?zé)o線通信鏈路利用率；三是對(duì)空地通信網(wǎng)絡(luò)的路由進(jìn)一步優(yōu)化，提高通信效率和質(zhì)量。

6ATN/IPS移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入地址配置

DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）是局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是服務(wù)器控制部分IP地址，通信節(jié)點(diǎn)登錄服務(wù)器后自動(dòng)分配IP地址和子網(wǎng)掩碼。在IPv6中，我們同樣是通過(guò)DHCP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)地址自動(dòng)配置。由于ATN/IPS通信網(wǎng)絡(luò)全球化應(yīng)用，當(dāng)移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)新接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，采用手動(dòng)為其配置網(wǎng)絡(luò)IP地址是不可行的。因此，我們使用專用的DHCP服務(wù)器，采用IP地址自動(dòng)分配方式，并由其來(lái)管理IP地址使用狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定地址的有效生存時(shí)間，及時(shí)為節(jié)點(diǎn)更新IP地址。但是在ATN/IPS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于飛機(jī)的高速飛行造成機(jī)載子網(wǎng)會(huì)頻繁切入地面基站接入點(diǎn)，采用如此復(fù)雜的方式來(lái)為飛行器自動(dòng)配置IP地址的話，會(huì)造成有效的通信時(shí)間減少。因此，我們對(duì)IP地址使用狀態(tài)不進(jìn)行管理，采用無(wú)狀態(tài)自動(dòng)配置機(jī)制，這種機(jī)制不需要專用服務(wù)器，終端節(jié)點(diǎn)自行進(jìn)行地址的配置。

7ATN/IPS通信網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

7.1構(gòu)建基礎(chǔ)的仿真通信網(wǎng)絡(luò)OMNeT++（ObjectiveModularNetworkTestbedinC++）是一款可擴(kuò)展的、模塊化的、基于c++模擬庫(kù)組件的網(wǎng)絡(luò)仿真器。可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)信道模擬、協(xié)議模擬、模擬隊(duì)列網(wǎng)絡(luò)、模擬多處理器和其他分布式硬件系統(tǒng)，并可以確認(rèn)硬件體系結(jié)構(gòu)。在OMNet++平臺(tái)中，簡(jiǎn)單模塊包括算法，使用OMNeT++的仿真類庫(kù)，用戶通過(guò)C++語(yǔ)言執(zhí)行簡(jiǎn)單模塊。NED是OMNeT++的網(wǎng)絡(luò)描述語(yǔ)言，主要用來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)模塊模型，接口，簡(jiǎn)單模塊，復(fù)合模塊，網(wǎng)絡(luò)模型，信道定義，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)定義，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠x等。目前開(kāi)源的INET語(yǔ)言構(gòu)建的仿真包中，有TCP/IP五層協(xié)議的基本簡(jiǎn)單模塊。在這些簡(jiǎn)單模塊中，基于IPv6協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層模塊主要有六個(gè)，即核心模塊、支持移動(dòng)IPv6協(xié)議模塊、網(wǎng)絡(luò)控制管理模塊、錯(cuò)誤處理模塊、鄰居發(fā)現(xiàn)模塊以及隧道模塊，這些模塊是仿真網(wǎng)絡(luò)的基本功能執(zhí)行模塊，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各相關(guān)模塊間的信息交互與處理。各模塊功能如下表1，各模塊之間的連接關(guān)系見(jiàn)圖2。核心模塊是網(wǎng)絡(luò)層模塊的中心調(diào)度模塊，負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解封裝處理，負(fù)責(zé)接收來(lái)自上層模塊的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送到對(duì)應(yīng)的接口模塊；或者從接口模塊接收IP數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包解封裝后發(fā)送到對(duì)應(yīng)的上層模塊。隧道模塊是負(fù)責(zé)建立隧道、選擇隧道和撤銷隧道，對(duì)某些標(biāo)識(shí)特殊類型的隧道進(jìn)行處理，模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3：一條隧道需要包括入口地址、出口地址以及觸發(fā)地址等信息因，具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4一個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)是由接口模塊、路由表模塊、移動(dòng)模塊以及接口表模塊、交互模塊組成，接口模塊又可以細(xì)分為無(wú)線接口、以太網(wǎng)接口、PPP協(xié)議接口以及擴(kuò)展接口模塊四種，仿真網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)通信要求選擇合適的接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈路層和物理層功能。通信節(jié)點(diǎn)是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的生成和應(yīng)用，是在路由器節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上增加了應(yīng)用層和傳輸層模塊，結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖6：接入節(jié)點(diǎn)功能是無(wú)線和有線信號(hào)的互換、無(wú)線信號(hào)的接入、保證傳輸數(shù)據(jù)的完成性，作為空地網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖7：集線器節(jié)點(diǎn)是復(fù)合模塊，由集線器模塊與移動(dòng)模塊組成。移動(dòng)模塊功能是實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)在仿真網(wǎng)絡(luò)中的自由移動(dòng)。進(jìn)行必要的配置后，可以根據(jù)仿真的需求，隨意選擇移動(dòng)類型。網(wǎng)絡(luò)層交互模塊是展示實(shí)時(shí)事件的接口。在OMNet++中，仿真內(nèi)核統(tǒng)一管理通告信息的，并在仿真界面中動(dòng)畫(huà)顯示。路由表模塊負(fù)責(zé)路由的建立、管理、撤銷等路由信息的管理。接口表模塊負(fù)責(zé)管理IP地址、MAC地址以及家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)地址等地址對(duì)應(yīng)的各類通信接口。在上述仿真平臺(tái)中，由于只能提供基本的單個(gè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)管理功能，不能支持網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信。因此下面我們將設(shè)計(jì)基于NEMO基本支持協(xié)議的ATN/IPS仿真網(wǎng)絡(luò)。這是因?yàn)闄C(jī)載子網(wǎng)中會(huì)同時(shí)包含移動(dòng)通信節(jié)點(diǎn)和子網(wǎng)的本地通信節(jié)點(diǎn)，所以，單個(gè)固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的路由優(yōu)化應(yīng)該同時(shí)在一個(gè)仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。7.2支持移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（NEMO）協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)仿真由于OMNeT++仿真平臺(tái)中，只提供了支持MIPv6協(xié)議的仿真基本模塊，對(duì)于支持NEMO技術(shù)仿真了網(wǎng)絡(luò)，需要在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。首先使用圖形用戶界面構(gòu)建出ATN/IPS結(jié)構(gòu)的仿真通信網(wǎng)絡(luò)，具體拓?fù)鋱D如圖8：圖8支持支持移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（NEMO）協(xié)議的ATN/IPS仿真網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖8所示，我們構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)載移動(dòng)網(wǎng)，采用ATN/IPS結(jié)構(gòu)，其中地面通信網(wǎng)絡(luò)由無(wú)線接入點(diǎn)、移動(dòng)通信終端、移動(dòng)接入路由器、本地通信終端、集線器2和其他節(jié)點(diǎn)組成。移動(dòng)接入路由器通過(guò)無(wú)線接口接入無(wú)線接入點(diǎn)，再通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)來(lái)接入地面網(wǎng)絡(luò)。上圖中主干網(wǎng)絡(luò)路由器是路由器1-3，組成的每條有線通信鏈路傳輸延遲是固定的。在無(wú)線通信鏈路中，地面基站切換方式為：移動(dòng)終端離開(kāi)前一個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)的覆蓋范圍后，并進(jìn)入下一個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)覆蓋范圍后。圖中圓形區(qū)域代表無(wú)線信號(hào)有效覆蓋范圍，有效通信半徑為R。當(dāng)信號(hào)傳輸開(kāi)始時(shí)，IP網(wǎng)終端1向子網(wǎng)中的本地通信終端周期性的連續(xù)發(fā)送Ping數(shù)據(jù)包，而IP網(wǎng)終端2則向接入子網(wǎng)的移動(dòng)通信終端周期性的連續(xù)發(fā)送Ping數(shù)據(jù)包。在本次實(shí)驗(yàn)中，無(wú)線通信部分均采用802.11b協(xié)議模塊，無(wú)線信號(hào)頻率采用2.4GHz，無(wú)線發(fā)射功率2.0mW，在網(wǎng)絡(luò)中加入熱噪聲-110dBm，信噪比4DB來(lái)模擬真實(shí)的無(wú)線通信環(huán)境。為保證網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，我們將PING數(shù)據(jù)包的參數(shù)設(shè)置如下：負(fù)載數(shù)據(jù)大小1200B，發(fā)送間隔為0.2秒，最大路由跳轉(zhuǎn)數(shù)32，開(kāi)始時(shí)間終端1為2秒，終端2為2.1秒。當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送終端以及轉(zhuǎn)發(fā)路由器的緩存中均沒(méi)記錄下一節(jié)點(diǎn)IP地址所對(duì)應(yīng)的MAC地址，因此在數(shù)據(jù)包發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)前，終端以及路由器采用鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議進(jìn)行地址解析，所以第一個(gè)數(shù)據(jù)包的通信時(shí)延較大；當(dāng)機(jī)載子網(wǎng)處于家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，發(fā)送的數(shù)據(jù)包通信時(shí)延較小。機(jī)載子網(wǎng)在接入外地網(wǎng)絡(luò)后，子網(wǎng)中各終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包通過(guò)家鄉(xiāng)移動(dòng)路由器、普通移動(dòng)路由器雙向通道來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)，因而數(shù)據(jù)包的往返時(shí)延變大，而且當(dāng)機(jī)載移動(dòng)路由器在不同的地面接入點(diǎn)間切換時(shí)，原有通信鏈接中斷，直到建立新的通信鏈接，此時(shí)，通信網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)丟包情況。7.3ATN/IPS仿真網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)優(yōu)化上面仿真網(wǎng)絡(luò)中，雖然實(shí)現(xiàn)了支持IPv6協(xié)議和NEMO技術(shù)的仿真通信網(wǎng)絡(luò)，但是網(wǎng)絡(luò)時(shí)延較大，為了減小通信時(shí)延，將ATN/IPS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行層次劃分，將移動(dòng)通信終端和機(jī)載通信終端統(tǒng)一至空中網(wǎng)絡(luò)中，地面網(wǎng)絡(luò)中定義它的通信對(duì)端即移動(dòng)錨點(diǎn)MAP：在下圖中將移動(dòng)通信終端、機(jī)載通信終端、hub2組成局域網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)作為機(jī)載移動(dòng)子網(wǎng)。在地面網(wǎng)絡(luò)增加了移動(dòng)錨點(diǎn)MAP，其具有區(qū)域移動(dòng)管理功能的，網(wǎng)絡(luò)基本參數(shù)的設(shè)置同7.2，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下7.4仿真性能分析在仿真網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)后，經(jīng)測(cè)試，在7.2所建成的ATN/IPS仿真通信網(wǎng)絡(luò)中，機(jī)載子網(wǎng)接入外地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，子網(wǎng)中的通信終端平均通信時(shí)延為52.32ms，移動(dòng)通信終端平均通信時(shí)延為52.57ms；而ATN/IPS仿真網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行7.3的層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，機(jī)載子網(wǎng)接入外地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通信終端平均通信時(shí)延為39.62ms，移動(dòng)通信終端平均通信時(shí)延為39.68ms，性能提升均在20%以上。

8結(jié)語(yǔ)

本文以ATN/IPS通信網(wǎng)絡(luò)中IPv6技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)民用航空通信環(huán)境中，由于飛行器高速移動(dòng)造成空地網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化，設(shè)計(jì)了ATN/IPS通信網(wǎng)絡(luò)中空-地通信鏈路的路由優(yōu)化方案。通過(guò)減少ATN/IPS通信網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)管理信令交互數(shù)量，優(yōu)化空-地通信間的路由，減少IP數(shù)據(jù)包流量，來(lái)提高空-地?zé)o線鏈路的帶寬利用率。在本文的仿真實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)層化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)延性能雖有提高，但是仍不理想，下一步將考慮進(jìn)一步簡(jiǎn)化路由機(jī)制，通過(guò)增加機(jī)載網(wǎng)絡(luò)數(shù)量完善仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，來(lái)進(jìn)一步模擬出真實(shí)的空地?zé)o線通信鏈路環(huán)境。

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作者：李玲 單位：民航大連空管站