CN113726562A - 空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法 - Google Patents

空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，该方法首先在待评估的源系统和目的系统间建立网络连接；在两端系统中嵌入评估程序，评估程序和监视信息处理程序通过接口交互收发信息，记录收发报文信息，根据入库信息统计丢点率；评估程序定时发送测试报文，根据收发端的入库时间计算时延，并根据一定时间的时延使用标准差的方法计算时延抖动；建立空管监视信息传输指标，逐步降低系统间带宽，当时延、时延抖动和丢点率其中一项不符合指标时，即可确定所需带宽。采用本方法，可有效评估空管系统间监视信息传输所需通信带宽，为空管行业通信基础设施建设和监视信息传输效果评估等工作提供依据。

Description

空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法
技术领域
本发明属于空中交通管理领域，涉及一种空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法。
背景技术
我国民航空管系统，包括空管自动化系统、机场场面管理系统、ADS-B处理系统、流量管理系统等，担负信息处理和空中交通管制等任务，以空管自动化系统为例，已基本形成三级空管系统，以八个区域管制中心为核心，以终端(进近)管制中心为重要组成部分、以机场塔台为延伸的体系架构，“独立”的自动化系统实现技术已经成熟。
为提高空管信息处理的自动化和联网程度，摆脱独立运行的现状，实现全国空管监视、飞行计划、气象、航行情报等数据的一体化管理和共享，是空管系统的发展趋势，为了实现系统间的互联，网络通信基础设施建设和升级需要对系统间所需网络通信带宽进行评估，保障信息传输的稳定实时，需要进行信息传输效果的验证，但目前缺少有效的方法对通信带宽需求进行计算和评估，尤其是对实时性要求很高的空管监视信息。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中，缺少有效的方法对通信带宽需求进行计算和评估，尤其是对实时性要求很高的空管监视信息，提供一种空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，包括两套空管系统，分别为源系统和目的系统，源系统和目的系统间建立网络连接；
源系统作为发送端，包括监视信息处理程序、评估程序以及数据库；
目的系统作为接收端，包括监视信息处理程序、评估程序以及数据库；
所述源系统监视信息处理程序用于发送监视信息报文，目的系统监视信息处理程序用于接收监视信息报文；
所述源系统评估程序用于记录源系统监视信息处理程序发送的监视信息报文信息以及用于发送测试报文；
所述目的系统评估程序用于记录目的系统监视信息处理程序接收的监视信息报文信息以及用于接收测试报文；
所述源系统数据库用于存储发送的监视信息报文信息以及存储发送的测试报文信息；
所述目的系统数据库用于存储接收的监视信息报文信息以及存储接收的测试报文信息；
所述评估方法执行以下步骤：
步骤S1：对源系统和目的系统进行对时，保持对时误差在10毫秒以内；
步骤S2：根据收发端存入各自数据库中的信息，计算源系统与目的系统间的丢包率；
步骤S3：根据收发端存入各自数据库中的信息，计算源系统与目的系统间的时延，并根据一定时间的时延使用标准差的方法计算时延抖动；
步骤S4：确定丢包率、时延以及时延抖动符合性指标，逐步降低两系统间的通信带宽，直到丢包率、时延以及时延抖动其中一项不符合指标，所测试出的带宽即为两套空管系统之间监视信息传输所需通信带宽。
进一步地，所述步骤S2包括：
步骤S21：源系统监视信息处理程序发送一条监视信息报文，源系统评估程序记录发送的监视信息报文信息；
步骤S22：目的系统监视信息处理程序接收一条监视信息报文，目的系统评估程序记录接收的监视信息报文信息；
步骤S23：源系统评估程序将每秒内记录的发送的监视信息报文信息存入源系统数据库；目的系统评估程序将每秒内记录的接收的监视信息报文信息存入目的系统数据库；
步骤S24：从源系统数据库中取出发送的监视信息报文信息，从目的系统数据库中取出接收的监视信息报文信息，计算丢包率。
进一步地，所述步骤S2中，发送的监视信息报文信息包括：源系统号、目的系统号、发送报文数量、发送字节数和发送监视信息报文时间；所述发送监视信息报文时间精确到10毫秒；接收的监视信息报文信息包括：源系统号、目的系统号、接收报文数量、接收字节数和接收监视信息报文时间；所述接收监视信息报文时间精确到10毫秒。
进一步地，所述步骤S24包括：
步骤S241：以当前时间为准，在源系统数据库中实时每秒取出m分钟数据，并按发送监视信息报文时间排序；在目的系统数据库中实时每秒取出m分钟数据，并按接收监视信息报文时间排序；
步骤S242：筛选取出的数据，源系统号与目的系统号需要与当前进行通信带宽评估的源系统与目的系统一致；
步骤S243：将步骤S242得到的源系统数据库中的发送报文数量相加，源系统发送报文总数记为countSend；将目的系统数据库中的接收报文数量相加，目的系统接收报文总数记为countGet，根据公式计算丢包率：
Figure BDA0003219554310000031
所得到的丢包率lostPackage即为最近m分钟的丢包率，乘以100％，以％形式表示。
进一步地，所述步骤S3包括：
步骤S31：源系统评估程序每秒发送一次测试报文，源系统评估程序将发送的测试报文信息存入源系统数据库中；所述发送的测试报文信息包括：报文ID和发送测试报文时间，时间需精确到10毫秒；
步骤S32：目的系统评估程序接收到测试报文，目的系统评估程序将接收的测试报文信息存入目的系统数据库中，所述接收的测试报文信息包括：报文ID和接收测试报文时间，时间需精确到10毫秒；
步骤S33：以当前时间为准，在源系统数据库中取按发送测试报文时间排序的最新一条数据，提取时间字段time1，在目的系统数据库中取按接收测试报文时间排序的数据，报文ID需相同，提取时间字段time2，计算|time2-time1|作为两系统之间的实时时延，单位为毫秒；
步骤S34：实时获取一定时间的时延数据，使用标准差的方法计算时延抖动。
进一步地，步骤S34中，计算时延抖动的方法包括：
步骤S341：实时获取最新n秒内的n条数据计算得到每秒时延t1，t2，t3……tn；
步骤S342：计算n秒内平均时延
Figure BDA0003219554310000041
步骤S343：计算n秒内的时延抖动
Figure BDA0003219554310000042
进一步地，所述步骤S4中，指定时延指标不大于800ms、时延抖动不大于300ms，丢包率小于1％。
进一步地，所述步骤S4中，逐步降低两空管系统间的通信带宽，以测试出空管系统间监视信息传输所需通信带宽的方法为：
步骤S41：以当前时间开始，计算y分钟内源系统与目的系统间通信所需带宽width；
步骤S42：以步骤S41中计算出的所需带宽width为基准，设置试验带宽；
步骤S43：进行成帧配置，成帧即使用1-16的时隙传输，每个时隙占用64k，总带宽为64k×16＝1024k，使用命令：channel-group 0timeslots 1-16设置当前端口传输使用时隙为1-16，即使用带宽1024K；
步骤S44：逐步降低传输使用时隙，每次降低64k带宽，进行时延、时延抖动、丢包率统计，直到不满足任一符合性指标，则上一次设置带宽为空管系统监视信息传输所需最小带宽。
进一步地，步骤S41中，计算源系统与目的系统间通信所需带宽的方法为：
步骤S411：当前时间开始，获取目的系统数据库中y分钟内最新数据，即接收的监视信息报文信息；
步骤S412：将每条接收的监视信息报文信息中的字节数增加49个字节的UDP头，将各字段的字节数相加，得到总报文长度，记为len；
步骤S413：带宽width＝len×8÷1024÷60y，单位为kbps。
进一步地，所述步骤S42中，试验带宽以步骤S41计算出的所需带宽width为参考，小于1024K，设置为1024K，大于1024K，小于2048K，设置为2048K，以1024K为单位递增类推。
有益效果：本发明具有如下技术效果：
1、可根据实际运行监视数据计算所需带宽，包括监视数据的更新周期，目标数量等，计算出的带宽更加精确；
2、以实际数据生成的时延、时延抖动和丢点率为验证指标所得到的带宽需求更符合管制应用需求；
3、丢点率计算方法采用了统计方法，更加精确。
附图说明
图1为系统部署示意图；
图2为空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明。
1、系统部署以及系统间信息的交互
如图1所示，评估两套空管系统传输监视信息所需通信带宽，两套空管系统分别为源系统和目的系统，系统号分别为150A和150B，源系统和目的系统间建立网络连接；
源系统作为发送端，包括监视信息处理程序、评估程序以及数据库；
目的系统作为接收端，包括监视信息处理程序、评估程序以及数据库；
所述源系统监视信息处理程序用于发送监视信息报文，目的系统监视信息处理程序用于接收监视信息报文；
所述源系统评估程序用于记录源系统监视信息处理程序发送的监视信息报文信息以及用于发送测试报文；
所述目的系统评估程序用于记录目的系统监视信息处理程序接收的监视信息报文信息以及用于接收测试报文；
所述源系统数据库用于存储发送的监视信息报文信息以及存储发送的测试报文信息；
所述目的系统数据库用于存储接收的监视信息报文信息以及存储接收的测试报文信息；
源系统和目的系统进行NTP对时，保持对时误差在10毫秒以内。
源系统监视信息处理程序每发送一条监视信息报文，源系统评估程序记录发送的监视信息报文信息，源系统评估程序将每秒内记录的发送的监视信息报文信息存入源系统数据库；所述发送的监视信息报文信息包括：源系统号、目的系统号、发送报文数量、发送字节数和发送监视信息报文时间；所述发送监视信息报文时间精确到10毫秒。目的系统监视信息处理程序每接收一条监视信息报文，目的系统评估程序记录接收的监视信息报文信息，目的系统评估程序将每秒内记录的接收的监视信息报文信息存入目的系统数据库；接收的监视信息报文信息包括：源系统号、目的系统号、接收报文数量、接收字节数和接收监视信息报文时间；所述接收监视信息报文时间精确到10毫秒。
源系统评估程序每秒发送一次测试报文，源系统评估程序将发送的测试报文信息存入源系统数据库中；所述发送的测试报文信息包括：报文ID和发送测试报文时间，时间需精确到10毫秒；目的系统评估程序接收到测试报文，目的系统评估程序将接收的测试报文信息存入目的系统数据库中，所述接收的测试报文信息包括：报文ID和接收测试报文时间，时间需精确到10毫秒。
2、丢包率的计算
以当前统计时间为准，在源系统数据库中实时每秒取出5分钟数据，并按发送监视信息报文时间排序；在目的系统数据库中实时每秒取出5分钟数据，并按接收监视信息报文时间排序；
筛选这些数据，源系统号与目的系统号需要与当前进行通信带宽评估的源系统与目的系统一致；
将两端系统表A中的报文数数量分别相加，例如，目的系统接收到的报文总数为1500，即countGet＝1500，源系统发送的报文总数记为1532，即countSend＝1532，根据公式计算最近5分钟的丢包率为2.09％。
3、时延和时延抖动计算
例如，以当前时间为准，在源系统数据库表B中取按发送测试报文时间排序的最新一条数据，提取时间字段9:02:15.37，在目的系统数据库表B中取按接收测试报文时间排序的最新一条数据，提取时间字段9:02:15.42，两系统之间的实时时延为15毫秒。实时获取最新30秒内的30条数据计算得到每秒时延5，15，17……13，单位均为毫秒；计算30秒内平均时延
Figure BDA0003219554310000061
毫秒，使用公式计算时延抖动
Figure BDA0003219554310000062
时延抖动为4.2毫秒。
4、带宽需求的确定
根据空管实际应用，指定时延指标为不大于800ms，时延抖动不大于300ms，丢包率小于1％；以当前时间开始，获取目的系统数据库表A的1分钟内最新数据，即接收的监视信息报文信息，将每条接收的监视信息报文信息中的字节数增加49个字节的UDP头，将各字段的总字节数相加，例如，得到总报文长度记为3275650字节，带宽width＝len×8÷1024÷60，经计算为426.5kbps；可设置试验带宽为1024K，每次降低64k带宽进行试验，对华为路由器的E1板卡基本支持成帧配置，成帧即使用1-16的时隙传输，每个时隙占用64k，总带宽为64k×16＝1024k，使用命令：channel-group 0 timeslots1-16设置当前端口传输使用时隙为1-16，即使用带宽1024k，再进行逐步降低即可将“1-16”修改为“1-15”，进行时延、时延抖动、丢包率统计，直到不满足任一以上条件，则上一次设置带宽448K为空管系统监视信息传输所需最小带宽，即按照不小于448K设置两套空管系统传输的通信带宽。
本发明提供了一种空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，包括：
两套空管系统，分别为源系统和目的系统，源系统和目的系统间建立网络连接；
源系统作为发送端，包括监视信息处理程序、评估程序以及数据库；
目的系统作为接收端，包括监视信息处理程序、评估程序以及数据库；
所述源系统监视信息处理程序用于发送监视信息报文，目的系统监视信息处理程序用于接收监视信息报文；
所述源系统评估程序用于记录源系统监视信息处理程序发送的监视信息报文信息以及用于发送测试报文；
所述目的系统评估程序用于记录目的系统监视信息处理程序接收的监视信息报文信息以及用于接收测试报文；
所述源系统数据库用于存储发送的监视信息报文信息以及存储发送的测试报文信息；
所述目的系统数据库用于存储接收的监视信息报文信息以及存储接收的测试报文信息；
所述评估方法执行以下步骤：
步骤S1：对源系统和目的系统进行对时，保持对时误差在10毫秒以内；
步骤S2：根据收发端存入各自数据库中的信息，计算源系统与目的系统间的丢包率；
步骤S3：根据收发端存入各自数据库中的信息，计算源系统与目的系统间的时延，并根据一定时间的时延使用标准差的方法计算时延抖动；
步骤S4：确定丢包率、时延以及时延抖动符合性指标，逐步降低两系统间的通信带宽，直到丢包率、时延以及时延抖动其中一项不符合指标，所测试出的带宽即为两套空管系统之间监视信息传输所需通信带宽。
2.根据权利要求1所述的空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21：源系统监视信息处理程序发送一条监视信息报文，源系统评估程序记录发送的监视信息报文信息；
步骤S22：目的系统监视信息处理程序接收一条监视信息报文，目的系统评估程序记录接收的监视信息报文信息；
步骤S23：源系统评估程序将每秒内记录的发送的监视信息报文信息存入源系统数据库；目的系统评估程序将每秒内记录的接收的监视信息报文信息存入目的系统数据库；
步骤S24：从源系统数据库中取出发送的监视信息报文信息，从目的系统数据库中取出接收的监视信息报文信息，计算丢包率。
3.根据权利要求2所述的空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，发送的监视信息报文信息包括：源系统号、目的系统号、发送报文数量、发送字节数和发送监视信息报文时间；所述发送监视信息报文时间精确到10毫秒；接收的监视信息报文信息包括：源系统号、目的系统号、接收报文数量、接收字节数和接收监视信息报文时间；所述接收监视信息报文时间精确到10毫秒。
4.根据权利要求3所述的空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，所述步骤S24包括：
步骤S241：以当前时间为准，在源系统数据库中实时每秒取出m分钟数据，并按发送监视信息报文时间排序；在目的系统数据库中实时每秒取出m分钟数据，并按接收监视信息报文时间排序；
步骤S242：筛选取出的数据，源系统号与目的系统号需要与当前进行通信带宽评估的源系统与目的系统一致；
步骤S243：将步骤S242得到的源系统数据库中的发送报文数量相加，源系统发送报文总数记为countSend；将目的系统数据库中的接收报文数量相加，目的系统接收报文总数记为countGet，根据公式计算丢包率：
Figure FDA0003219554300000021
所得到的丢包率lostPackage即为最近m分钟的丢包率，乘以100％，以％形式表示。
5.根据权利要求1所述的空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S31：源系统评估程序每秒发送一次测试报文，源系统评估程序将发送的测试报文信息存入源系统数据库中；所述发送的测试报文信息包括：报文ID和发送测试报文时间，时间需精确到10毫秒；
步骤S32：目的系统评估程序接收到测试报文，目的系统评估程序将接收的测试报文信息存入目的系统数据库中，所述接收的测试报文信息包括：报文ID和接收测试报文时间，时间需精确到10毫秒；
步骤S33：以当前时间为准，在源系统数据库中取按发送测试报文时间排序的最新一条数据，提取时间字段time1，在目的系统数据库中取按接收测试报文时间排序的数据，报文ID需相同，提取时间字段time2，计算|time2-time1|作为两系统之间的实时时延，单位为毫秒；
步骤S34：实时获取一定时间的时延数据，使用标准差的方法计算时延抖动。
6.根据权利要求5所述的空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，步骤S34中，计算时延抖动的方法包括：
步骤S341：实时获取最新n秒内的n条数据计算得到每秒时延t1，t2，t3……tn；
步骤S342：计算n秒内平均时延
Figure FDA0003219554300000031
步骤S343：计算n秒内的时延抖动
Figure FDA0003219554300000032
7.根据权利要求1所述的空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，所述步骤S4中，指定时延指标不大于800ms、时延抖动不大于300ms，丢包率小于1％。
8.根据权利要求1所述的空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，所述步骤S4中，逐步降低两空管系统间的通信带宽，以测试出空管系统间监视信息传输所需通信带宽的方法为：
步骤S41：以当前时间开始，计算y分钟内源系统与目的系统间通信所需带宽width；
步骤S42：以步骤S41中计算出的所需带宽width为基准，设置试验带宽；
步骤S43：进行成帧配置，成帧即使用1-16的时隙传输，每个时隙占用64k，总带宽为64k×16＝1024k，使用命令：channel-group 0 timeslots 1-16设置当前端口传输使用时隙为1-16，即使用带宽1024K；
步骤S44：逐步降低传输使用时隙，每次降低64k带宽，进行时延、时延抖动、丢包率统计，直到不满足任一符合性指标，则上一次设置带宽为空管系统监视信息传输所需最小带宽。
9.根据权利要求8所述的空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，步骤S41中，计算源系统与目的系统间通信所需带宽的方法为：
步骤S411：当前时间开始，获取目的系统数据库中y分钟内最新数据，即接收的监视信息报文信息；
步骤S412：将每条接收的监视信息报文信息中的字节数增加49个字节的UDP头，将各字段的字节数相加，得到总报文长度，记为len；
步骤S413：带宽width＝len×8÷1024÷60y，单位为kbps。
10.根据权利要求8所述的空管系统间监视信息传输所需网络通信带宽评估方法，其特征在于，所述步骤S42中，试验带宽以步骤S41计算出的所需带宽width为参考，小于1024K，设置为1024K，大于1024K，小于2048K，设置为2048K，以1024K为单位递增类推。
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