CN105681205B - 一种运载火箭地面测发控系统总控网的数据组播传输方法 - Google Patents

Abstract

一种运载火箭地面测发控系统总控网的数据组播传输方法，对交换机进行配置，使每个组播数据源对应交换机上确定的组播地址，与每个组播数据源对应的数据读取终端能够从对应的组播地址读取数据，使得每一个组播都有确定的源和组播地址，从源到组播地址都是单一路径。应用本发明方法，极大降低了运载火箭地面测发控系统总控网中交换机的CPU利用率和交换机硬件资源消耗率，减轻交换机的负担，避免了由于“泛洪‑剪枝”等机制导致在组播通信中存在资源消耗大、周期性泛洪、网络通信拥塞丢包等问题，对正常执行数据通信转发业务提供了保障，对运载火箭总控网系统组播应用的安全性和性能有着重要的意义。可在各运载型号上推广应用。

Description

一种运载火箭地面测发控系统总控网的数据组播传输方法

技术领域

本发明涉及一种数据组播传输方法，尤其涉及一种运载火箭地面测发控系统总控网的数据组播传输方法，属于有线通信网络传输领域。

背景技术

组播技术是IP网络数据传输的一种重要方式，组播技术有效的解决了单点发送多点接收的问题，实现了网络中点到多点的高效数据传送，能够大量节约网络带宽、降低网络负载。

目前运载火箭地面测发控系统总控网中采用PIM-DM协议(IP PIM Dense-ModeMulticast，密集模式组播)实现数据组播传输，PIM-DM协议采用泛洪-剪枝机制实现组播传输，即首先将组播数据推送给全网络所有的主机，形象的来说如同发洪水一样，如果网络的某个主机不想接收这个组播数据，便将这条传组播输路径删去，只保留想要接收组播数据的分支路径，删去的路径又可以通过嫁接机制重新接收组播数据流，这个过程每三分钟重复一次。在组播传输过程中需要进行RPF检查机制避免路由环路的产生。(RPF逆向路径转发检查机制，如果该主机在接收路径上，则RPF检查通过，数据被转发)。密集模式组播在冗余性、实时性等方面具有较大优势，但由于运载火箭系统庞大，包含多个分系统，网络复杂，各分系统组播需求增大，组播数据通信量庞大，密集模式组播对各分系统内部的组播需求(组播数量、传输带宽、通信模型等)未进行协调，由于“泛洪-剪枝”等机制导致在组播通信中存在资源消耗大、周期性泛洪，最终引起网络通信拥塞丢包等问题出现。在XX-5型号初样阶段电气匹配试验过程中，以测量分系统为例，测量分系统存在大量的组播数据通信(前端—后端、后端—后端，两种通信模型同时存在)，由于采用PIM-DM协议，总控网交换机没有相应的控制和过滤措施，致使测量分系统组播在整个火箭前后端网络中的各个子网(前端、后端所有VLAN)中全面泛洪。大量的组播数据在总控网中周期性蔓延(每三分钟执行一次泛洪过程)，最终导致总控网资源(CPU资源)消耗殆尽，控制系统PLC网络端口堵塞，导致通信中断。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种运载火箭地面测发控系统总控网的数据组播传输方法，避免了“泛洪-剪枝”模式，最大程度降低了总控网资源消耗，杜绝了网络通信拥塞丢包问题，能够有效保证网络通信正常可靠。

本发明的技术解决方案是：一种运载火箭地面测发控系统总控网的数据组播传输方法，包括如下步骤：

(1)确定运载火箭测发控系统总控网中用于数据组播传输的交换机，将上述交换机的console口通过console线与配置计算机连接；

(2)在所述配置计算机上输入ip multicast-routing命令以及ip igmp ssm-mapenable命令，使交换机能够通过配置实现在组播数据源和组播地址之间建立匹配的组播通道；

(3)根据运载火箭测发控系统总控网中组播数据流的传输路径，对交换机进行配置，使每个组播数据源对应交换机上确定的组播地址，与每个组播数据源对应的数据读取终端能够从对应的组播地址读取数据；

(4)运载火箭测发控系统总控网中每个组播数据源将要传输的组播数据流按照步骤(3)的配置发送到交换机上确定的组播地址，数据读取终端从交换机对应的组播地址读取数据，实现运载火箭测发控系统总控网的数据组播传输。

所述根据运载火箭测发控系统总控网中组播数据流的传输路径，对交换机进行配置的方法为：

(2.1)将每个用于数据组播传输的交换机划分为若干子网，每个子网对应运载火箭一个分系统；

(2.2)根据组播数据流的传输路径确定组播数据源所在的分系统以及数据读取终端，在对应的交换机上进行以下配置：

(a)在与该分系统相对应的子网内配置组播地址，用于接收组播数据源发送的组播数据；

(b)为该组播地址配置允许的数据读取终端，使所述组播数据流的数据读取终端均能够从该组播地址读取数据。

所述步骤(2.2)中，如果组播数据流是从运载火箭测发控系统前端网络到前端网络或从后端网络到后端网络，则进行配置的交换机为组播数据流经过的交换机；如果组播数据流是从前端网络到后端网络或从后端网络到前端网络，则组播数据流经过的交换机包括中间交换机和终端交换机，进行配置的交换机为终端交换机，所述中间交换机是指与组播数据源交互的交换机，用于从组播数据源向终端交换机组播地址转发数据，终端交换机是指与数据读取终端交互的交换机；所述前端网络是指运载火箭发射场区各个分系统和总控网前端交换机所构成的网络，而后端网络是指运载火箭指挥大厅各个分系统和总控网后端交换机所构成的网络。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明直接在交换机上配置组播地址，组播数据源把数据发送到预先设定的组播地址，且交换机对能够从该组播地址读取数据的数据读取终端做了定义，使得每一个组播都有确定的源和组播地址，从源到组播地址都是单一路径，不存在采用PIM-DM方法的“泛洪-裁剪”模式，杜绝了持续大量非逆向路径转发数据的访问和处理带来的CPU利用率过高的问题，避免了由于“泛洪-剪枝”等机制导致在组播通信中存在资源消耗大、周期性泛洪、网络通信拥塞丢包等问题，最大程度降低了总控网资源消耗，杜绝了网络通信拥塞丢包问题。

(2)本发明针对运载火箭系统庞大，网络复杂，各分系统组播需求大的现状，将交换机划分为多个子网，每个子网对应一个分系统，对于某个分系统的组播数据源，只需要在交换机的对应子网上配置组播地址，通过指定组播数据源和其对应的组播地址解决了组播地址分配问题，实现了任意源组播良好共存互不影响。

(3)本发明针对运载火箭总控网前后端网络，对跨网络传输数据的情况，仅对与数据终端交互的交换机进行配置，中间交换机只起转发作用，从而减轻交换机负担，提高了数据组播传输的效率，增强了组播过程的安全性和稳定性，能够有效保证网络通信正常可靠，对运载火箭总控网系统组播应用的安全性和性能有着重要的意义。

(4)本发明实现了客户端指定组播源的传输服务，适用于网络规模较大，网络通信模式复杂程度大，数据流量大的型号总控网系统，在XX-5型号试样阶段中，应用本发明方法极大地降低了CPU利用率和交换机硬件资源消耗率，减轻了交换机的负担，对正常执行数据通信转发业务提供了保障，从而实现前后端正常通信，可在各运载型号上推广应用。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的应用示例图。

具体实施方式

针对目前运载火箭测发控系统总控网基于PIM-DM协议的数据组播传输由于“泛洪-剪枝”等机制导致在组播通信中存在资源消耗大、周期性泛洪，最终引起网络通信拥塞丢包等问题，本发明提出了一种应用于运载火箭测发控系统总控网的数据组播传输方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

(1)确定运载火箭测发控系统总控网中用于数据组播传输的交换机，将上述交换机的console口通过console线与配置计算机连接；

(2)在所述配置计算机上输入ip multicast-routing以及ip igmp ssm-mapenable，实现对步骤(1)确定的交换机的组播模式设置；当总控网中组播数据源或数据读取终端的版本低于IGMP协议V3时，还需要通过配置交换机开启支持ssm-map功能；

(3)根据运载火箭测发控系统总控网中组播数据流的传输路径，对交换机进行配置，使每个组播数据源对应交换机上确定的组播地址，每个组播地址对应多个数据读取终端，使每个组播数据源通过交换机上确定的组播地址将组播数据流转发给对应的数据读取终端；

具体配置过程为：

(2.1)将每个用于数据组播传输的交换机划分为若干子网，每个子网对应运载火箭一个分系统，运载火箭的分系统包括控制分系统、测量分系统、动力分系统、发射支持分系统和加注分系统。

(2.2)如果组播数据流是从测发控系统前端网络到前端网络或从后端网络到后端网络，则进入步骤(2.3)；如果组播数据流是从前端网络到后端网络或从后端网络到前端网络，则进入步骤(2.4)；前端网络是指运载火箭发射场区各个分系统的各个设备和总控网前端交换机所构成的网络，而后端网络是指运载火箭指挥大厅各个分系统的各个设备和总控网后端交换机所构成的网络；通常前、后端相距几公里。前后端网络实现了对运载火箭发射过程的远程控制能力。

(2.3)根据组播数据流的传输路径确定组播数据源所在的分系统、组播数据流经过的交换机以及数据读取终端，此时组播数据流经过的交换机为单台前端交换机，在该单台前端交换机上进行以下配置：

(a)在与该分系统相对应的子网内配置组播地址，用于接收组播数据源发送的组播数据；

(b)为该组播地址配置允许的数据读取终端，使所述组播数据流的数据读取终端均能够从该组播地址读取数据；

(2.4)根据组播数据流的传输路径确定组播数据源所在的分系统、组播数据流经过的中间交换机和终端交换机以及数据读取终端，在终端交换机上进行以下配置：

(a)在与组播数据源所在分系统相对应的子网内配置组播地址，用于接收组播数据源通过中间交换机转发的组播数据；

(b)为该组播地址配置允许的数据读取终端，使所述组播数据流的数据读取终端均能够从该组播地址读取数据；

组播数据流经过的中间交换机是指与组播数据源交互的交换机，终端交换机指与数据读取终端交互的交换机。以从前端网络到后端网络为例，前端交换机即为中间交换机，后端交换机即为终端交换机。

(4)运载火箭测发控系统总控网中每个组播数据源将要传输的组播数据流按照步骤(3)的配置发送到对应交换机确定的组播地址，数据读取终端从交换机对应的组播地址读取数据，实现运载火箭测发控系统总控网的数据组播传输。

实施例：

运载火箭地面测发控系统总控网主要分为前端网络和后端网络两大部分。每一端都分为控制分系统、测量分系统、动力分系统、发射支持分系统和加注分系统。总控网负责整个网络系统的搭建和所有系统的联网设备联网工作，由于各分系统组播需求增大，组播数据通信量庞大，采用本发明方法在如此错综复杂的网络中实现各个分系统内和系统间的组播数据通信。

如图2所示为一个应用实例图，图中给出了前后端网络各个分系统的一个应用例子，假设现在前后端每个系统都有3台计算机连接在交换机中。有的分系统所有计算机只连接前端一台交换机，有的只连接后端一台交换机，有的连接一台前端交换机和一台后端交换机。假设运载火箭地面测发控系统总控网的前端网络中包含两台交换机Q1和Q2(称为前端交换机)，后端网络中包含两台交换机H1和H2(称为后端交换机)。用于数据组播传输的交换机为Q1、Q2、H1和H2，将上述交换机的console口通过console线与配置计算机连接，在配置计算机上运行secure CRT软件，在该软件上输入ip multicast-routing以及ip igmpssm-map enable，完成组播模式设置；由于总控网中组播数据源以及数据读取终端的版本低于IGMP协议V3，配置交换机开启支持ssm-map功能。将Q1、Q2、H1和H2均划分为五个子网，以Q1为例，如果Q1有48个端口，将其中10个端口配置为与控制分系统相对应的控制子网，5个端口配置为与动力分系统相对应的动力子网，8个端口配置为与发射支持分系统相对应的发射支持子网，15个端口配置为与测量分系统相对应的测量子网，10个端口配置为与加注分系统相对应的加注子网。

以一个从后端网络控制分系统传输到后端网络测量分系统的组播数据流为例，其组播数据源为ip为192.168.2.100的主机，经过的交换机为H1，数据读取终端为ip为192.168.3.100和192.168.3.101的主机，H1配置过程为：

(a)在测量分系统子网内配置数据读取终端ip，使组播数据流的数据读取终端(ip为192.168.3.100和192.168.3.101的主机)均能够从后面配置的组播地址读取数据；

(b)配置该组播组的组播地址226.0.0.1，用于接收组播数据源发送的组播数据并指定组播数据源ip为192.168.2.100。

在H1交换机实现了上述配置步骤后，那么192.168.2.100主机发送过来的组播数据，先发送到226.0.0.1上，进而192.168.3.100和192.168.3.101从226.0.0.1上读取组播数据，实现数据组播传输。

以一个从前端网络控制分系统传输到后端网络动力分系统的组播数据流为例，其组播数据源为ip为192.168.12.80的主机，经过的交换机为Q1和H1，由于是从前端网络传输到后端网络，则Q1为中间交换机，H1为终端交换机。Q1不进行配置，只进行数据转发。数据读取终端为ip为192.168.5.100、192.168.5.101和192.168.5.102的主机，H1配置过程为：

(a)在后端动力系统子网内配置数据读取终端ip，使组播数据流的数据读取终端(ip为192.168.5.100、192.168.5.101和192.168.5.102的主机)均能够从后面配置的组播地址读取数据；

(b)配置该组播组的组播地址226.0.10.1，用于接收组播数据源发送的组播数据并指定组播数据源ip为192.168.12.80。

在H1交换机实现了上述配置步骤后，那么192.168.12.80主机发送过来的组播数据，通过Q1转发到226.0.10.1上，进而192.168.5.100、192.168.5.101和192.168.5.102从226.0.10.1上读取组播数据，实现数据组播传输。

目前运载火箭地面测发控系统总控网中采用PIM-DM协议(IP PIM Dense-ModeMulticast，密集模式组播)实现数据组播传输，DM模式在冗余实时性有一定优势，但其对总控网硬件资源消耗较大，由于DM模式的协议原理及泛洪机制，以本发明实施例为例，Q1-Q2，H1-H2间的数据流量会达到输入组播流量的数倍以上，对总控网带宽、交换机CPU的消耗较大，尤其是输入流量达到100M时Q1、Q2交换机CPU利用率会长时间在90％以上，性能受到极大影响，无法完成正常的转发功能。

本发明通过ip multicast-routing以及ip igmp ssm-map enable命令配置交换机，使交换机能够在组播地址和组播数据源之间建立匹配的组播通道；通过直接在交换机上配置组播地址，组播数据源把数据发送到预先设定的组播地址，且交换机对能够从该组播地址读取数据的数据读取终端做了定义，即通过组播数据源地址和组播地址的二元组定义组播通道，对于接收者而言，只能从规定的组播地址接收数据。例如通道(S1，G)区别于通道(S2，G)，S1，S2是不同的源地址，G是一个组播地址，不同的源可以重用组播地址，从而避开全局分配组播地址的问题。相较于DM模式而言，本发明从源到组播地址都是单一路径，不存在采用PIM-DM方法的“泛洪-剪枝”模式，杜绝了持续大量Non-RPF待处理，即非逆向路径转发数据的访问和处理，导致CPU利用率过高的问题，最大程度降低了总控网资源消耗，避免了由于“泛洪-剪枝”等机制导致在组播通信中存在资源消耗大、周期性泛洪，最终引起网络通信拥塞丢包等问题。

本发明实现简单可靠，增强了组播过程的安全性和稳定性。通过指定组播数据源和其对应的组播地址解决了组播地址分配问题，实现了任意源组播良好共存互不影响，最大程度降低了总控网资源消耗，能够有效保证网络通信正常可靠，适合点到多点的组播应用，对运载火箭总控网系统组播应用的安全性和性能来说有着重要的意义。

经过针对HSRP冗余协议下的总控网组播和冗余设计验证试验表明，本发明方法对总控网带宽、交换机CPU资源的占用情况较DM模式有较大的改善，其中DM模式下总控网带宽前、后端间约占200Kbs，前端CPU占用率为30％，后端CPU占用率为8％，而利用本发明方法总控网前、后端间带宽占100Kbs，前端CPU占用率为10％，后端CPU占用率为7％。而在冗余切换时间上，本发明方法在总控网前端网络到前端网络或后端网络到后端网络的组播恢复时间为2s，DM模式下为3s，同时对于跨网络(如前端网络到后端网络或从后端网络到前端网络)的组播恢复时间，本发明为60s，DM模式下为68s，也就是说应用本发明方法与DM模式相比组播恢复时间会减少8s左右。

因此，本发明方法实现了客户端指定组播源的传输服务，适用于网络规模较大，网络通信模式复杂程度大，数据流量大的运载火箭地面测发控系统的总控网。在XX-5型号试样阶段中，极大地降低了CPU利用率和交换机硬件资源消耗率，减轻交换机的负担，缩短了组播恢复时间，对正常执行数据通信转发业务提供了保障，从而实现前后端网络的正常通信，可在各运载型号上推广应用。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种运载火箭地面测发控系统总控网的数据组播传输方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)确定运载火箭测发控系统总控网中用于数据组播传输的交换机，将上述交换机的console口通过console线与配置计算机连接；

(2)在所述配置计算机上输入ip multicast-routing命令以及ip igmp ssm-mapenable命令，使交换机能够通过配置实现在组播数据源和组播地址之间建立匹配的组播通道；

(3)根据运载火箭测发控系统总控网中组播数据流的传输路径，对交换机进行配置，使每个组播数据源对应交换机上确定的组播地址，与每个组播数据源对应的数据读取终端能够从对应的组播地址读取数据；

所述根据运载火箭测发控系统总控网中组播数据流的传输路径，对交换机进行配置的方法为：

(2.1)将每个用于数据组播传输的交换机划分为若干子网，每个子网对应运载火箭一个分系统；

(2.2)根据组播数据流的传输路径确定组播数据源所在的分系统以及数据读取终端，在对应的交换机上进行以下配置：

(a)在与该分系统相对应的子网内配置组播地址，用于接收组播数据源发送的组播数据；

(b)为该组播地址配置允许的数据读取终端，使所述组播数据流的数据读取终端均能够从该组播地址读取数据；

(4)运载火箭测发控系统总控网中每个组播数据源将要传输的组播数据流按照步骤(3)的配置发送到交换机上确定的组播地址，数据读取终端从交换机对应的组播地址读取数据，实现运载火箭测发控系统总控网的数据组播传输。

2.根据权利要求1所述的一种运载火箭地面测发控系统总控网的数据组播传输方法，其特征在于：所述步骤(2.2)中，如果组播数据流是从运载火箭测发控系统前端网络到前端网络或从后端网络到后端网络，则进行配置的交换机为组播数据流经过的交换机；如果组播数据流是从前端网络到后端网络或从后端网络到前端网络，则组播数据流经过的交换机包括中间交换机和终端交换机，进行配置的交换机为终端交换机，所述中间交换机是指与组播数据源交互的交换机，用于从组播数据源向终端交换机组播地址转发数据，终端交换机是指与数据读取终端交互的交换机；所述前端网络是指运载火箭发射场区各个分系统和总控网前端交换机所构成的网络，而后端网络是指运载火箭指挥大厅各个分系统和总控网后端交换机所构成的网络。