廣東省三防指揮系統(tǒng)工程通訊和計(jì)算機(jī)骨干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和物理網(wǎng)設(shè)計(jì)廖征紅（華南理工大學(xué)電子和信息學(xué)院，廣州510641）摘要：依據(jù)廣東省三防指揮系統(tǒng)應(yīng)用業(yè)務(wù)需求和特點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)在優(yōu)異、成熟網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)廣東省三防指揮系統(tǒng)工程通訊和計(jì)算機(jī)骨干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分之一：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和物理網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析說明、探討。關(guān)鍵詞：三防指揮系統(tǒng)；通訊和計(jì)算機(jī)骨干網(wǎng)絡(luò)；體系結(jié)構(gòu)；物理網(wǎng)設(shè)計(jì)1序言廣東省三防指揮系統(tǒng)工程通訊和計(jì)算機(jī)骨干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱GDFCnet）是一個(gè)覆蓋全省防汛抗旱部門，并和國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)相連含有綜合業(yè)務(wù)能力開放式大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將建設(shè)一個(gè)全省范圍水利系統(tǒng)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視像三合一計(jì)算機(jī)通信骨干網(wǎng)絡(luò)，以支撐全省各級(jí)防汛部門各應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)三防部門共享信息，為相關(guān)部門提供信息服務(wù)，并為省水利系統(tǒng)其它業(yè)務(wù)如水質(zhì)和水環(huán)境、行政首腦機(jī)關(guān)辦公決議服務(wù)系統(tǒng)等提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。GDFCnet是廣東省三防指揮系統(tǒng)工程基礎(chǔ)，將實(shí)現(xiàn)包含廣東省水利廳和國(guó)家防總、水利部、省政府、省直相關(guān)單位、珠江水利委員會(huì)、22個(gè)地市（含順德）水利局、10個(gè)市水文分局、4個(gè)直屬工程管理單位之間寬帶廣域聯(lián)網(wǎng)。因?yàn)镚DFCnet設(shè)計(jì)內(nèi)容多而復(fù)雜，現(xiàn)結(jié)合現(xiàn)在優(yōu)異、成熟網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)該項(xiàng)目標(biāo)基礎(chǔ)內(nèi)容之一：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和物理網(wǎng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析。2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)GDFCnet網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議采取TCP/IP。其理由是：TCP/IP協(xié)議被國(guó)際中國(guó)廣泛采取，是實(shí)際上工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；幾乎全部關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)操作平臺(tái)全部支持TCP/IP協(xié)議；TCP/IP和低層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無關(guān)。GDFCnet采取Internet/Intranet運(yùn)行模式。2.1 網(wǎng)絡(luò)接口層TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)接口層分成兩個(gè)子層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，分別對(duì)應(yīng)于ISO/OSI物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。在GDFCnet中物理層關(guān)鍵是指數(shù)據(jù)傳輸媒介和物理接口，包含：AUI、RJ45、RS232、RS449、X.21、V.35、RJ11等端口協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議則包含：IEEE802.x、ATM、FrameRelay、X.25、PPP等。2.2 網(wǎng)絡(luò)層GDFCnet網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)部分在網(wǎng)絡(luò)層把IP協(xié)議作為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。2.3 傳輸層GDFCnetTCP層關(guān)鍵使用兩種協(xié)議：TCP和UDP。TCP協(xié)議提供了一個(gè)面向連接、可靠數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù)，它能夠確保端到端數(shù)據(jù)無差錯(cuò)傳輸，這種可靠服務(wù)是以增加復(fù)雜校驗(yàn)、超時(shí)判定、重傳等功效為代價(jià)。TCP協(xié)議用于面向連接數(shù)據(jù)傳輸。UDP協(xié)議則是一個(gè)無連接服務(wù)，它沒有數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、重傳能力，所以UDP協(xié)議只提供一個(gè)不可靠、無連接服務(wù)，沒有TCP協(xié)議含有糾錯(cuò)機(jī)制。UDP協(xié)議關(guān)鍵用于電子郵件傳輸?shù)确矫妗?.4 應(yīng)用層TCP/IP協(xié)議在應(yīng)用層提供了部分服務(wù)，GDFCnet采取其中部分常見服務(wù)，關(guān)鍵有：TELNET：遠(yuǎn)程登錄服務(wù)；FTP：文件傳輸服務(wù)；DNS：域名服務(wù)；SMTP：電子郵件傳輸協(xié)議；HTTP：超文本鏈接協(xié)議；SNMP：簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。3物理網(wǎng)設(shè)計(jì)物理網(wǎng)設(shè)計(jì)包含廣域帶寬需求估計(jì)和分析、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)置。3.1信息種類及廣域帶寬需求估計(jì)和估算廣域網(wǎng)中繼帶寬選擇，既要考慮到現(xiàn)在準(zhǔn)備上網(wǎng)各業(yè)務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)需要，又要能夠滿足在一定發(fā)展需求。3.1.1氣象信息估算(1)氣象報(bào)信息每日按信息量8Mbit計(jì)算，要求1小時(shí)傳輸時(shí)間，峰值流量則為：8ⅹ1024/3600(秒)＝2.28（kbps）(2)氣象格點(diǎn)報(bào)每日按接收量16Mbit計(jì)算，要求在1小時(shí)內(nèi)傳輸完成，則峰值流量為4.55kbps。(3)氣象雷達(dá)信息每幅雷達(dá)圖象按1600kbit,日信息量16Mbit計(jì)算，要求10分鐘傳輸完成，則峰值流量為：16ⅹ1024/600=27.3kbps(4)氣象傳真圖按日接收信息量32Mbit,要求4小時(shí)內(nèi)傳輸，則峰值信息量為：32ⅹ1024/14400=2.28kbps所以，氣象信息帶寬需求為2.28+4.55+27.3+2.28=36.14(kbps)，考慮TCP/IP效率和可能重發(fā)等原因，估算氣象信息總帶寬需求約為64kb/s；3.1.2遙測(cè)信息量估算本省共有多種類型報(bào)汛站352個(gè)。其中向中央（國(guó)家防總報(bào)汛各類站點(diǎn)72個(gè)），因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展和三防需要近期還計(jì)劃增加16個(gè)報(bào)汛站點(diǎn)，使全省各類報(bào)汛站達(dá)368個(gè)。按未來全部報(bào)汛站全部采取自動(dòng)遙測(cè)站考慮。(1)估算依據(jù)主汛期從每十二個(gè)月4月1日至10月1日，共183天;遙測(cè)報(bào)每份40個(gè)字節(jié)（320bit）;汛期每15分鐘發(fā)一次，用3分鐘時(shí)間把全部遙測(cè)信息傳輸完.(2)估算結(jié)果水情分中心信息量估算本省共有368個(gè)報(bào)汛站，水情分中心所轄測(cè)站最多為80個(gè)，并將信息量擴(kuò)大2倍考慮分中心交換，則日均流通信息量：320（bit）x80（個(gè)）x(24x60/15)(次)x2(倍)＝4800（kbit）峰值流量估算，320（bit）x80(個(gè))/180=284(bps)考慮TCP/IP效率和可能重發(fā)等原因，估算遙測(cè)信息總帶寬需求不會(huì)超出1kb/s；3.1.3實(shí)時(shí)水情工情旱情帶寬估算按每個(gè)市三防指揮分中心到省三防指揮中心各需32kb/s計(jì)算。3.1.4水利綜合信息量水利信息種類繁多，但大致可分為七類：電子郵件、公文流轉(zhuǎn)、文件傳輸、信息管理、科技教育、水利經(jīng)濟(jì)和其它。加上辦公自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部管理信息交換，文檔數(shù)據(jù)庫(kù)之間復(fù)制機(jī)制等原因，估算帶寬需求為64kb/s。3.1.5企業(yè)內(nèi)部電話根據(jù)平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)高峰時(shí)同時(shí)有5人在打內(nèi)部電話，以現(xiàn)在語(yǔ)音壓縮技術(shù)，可達(dá)成每路話占用帶寬8kb/s-10kb/s，則每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要50kb/s帶寬；3.1.6Intranet訪問信息量（OA網(wǎng)信息）根據(jù)平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)高峰時(shí)有20人上網(wǎng)，理想訪問速率最少應(yīng)達(dá)成每秒5kByte，即40kb/s，則每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要800kb/s帶寬。3.1.7系統(tǒng)信息量網(wǎng)絡(luò)管理信系統(tǒng)根據(jù)64kb/s帶寬考慮。3.1.8會(huì)議電視參考廣東省電信企業(yè)已建成覆蓋全省會(huì)議電視網(wǎng)，以2M電路連接各地市局至省匯接中心，即可滿足會(huì)議電視傳輸需求。所以，在本設(shè)計(jì)中將會(huì)議電視帶寬需求定為2M。3.1.9其它系統(tǒng)對(duì)廣域網(wǎng)帶寬需求按256kb/s考慮。3.2帶寬需求分析從上節(jié)估算看，峰值帶寬約為3.3Mb/s，若考慮多種業(yè)務(wù)之間集中系數(shù)（即各應(yīng)用系統(tǒng)不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)峰值帶寬占用），廣域網(wǎng)絡(luò)峰值帶寬需求應(yīng)該更低。故：省三防指揮中心至各地市三防指揮分中心節(jié)點(diǎn)之間信道帶寬為2×2Mb/s。以后，伴隨形勢(shì)發(fā)展，網(wǎng)上業(yè)務(wù)增多，能夠經(jīng)過逐步提升網(wǎng)絡(luò)帶寬；省省三防指揮中心至4個(gè)直屬工程管理單位節(jié)點(diǎn)之間信道帶寬為2Mb/s；省三防指揮中心和廣東省人民政府、珠江水利委員會(huì)之間信道帶寬為2Mb/s；和廣東省電力集團(tuán)企業(yè)、廣東省氣象局等相關(guān)單位之間信道帶寬為64或128Kb/s。省三防指揮中心到國(guó)家防總而言之間信道帶寬為2Mb/s。除上述主信道，均考慮采取公用電話網(wǎng)（PSTN）作備用信道，已建有微波或衛(wèi)星地面站分中心也采取微波或衛(wèi)星地面站作為備用信。3.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有星型、樹型及網(wǎng)狀，現(xiàn)分別描述、分析和比較。(1)星型結(jié)構(gòu)方案22個(gè)地市水利（水務(wù)）局、4個(gè)含有三防、或工程管理、或工程設(shè)計(jì)研究任務(wù)下屬單位和上級(jí)單位、橫向聯(lián)絡(luò)單位直接連接到省三防指揮中心，形成GDFCnet廣域網(wǎng)。(2)樹型結(jié)構(gòu)方案省三防指揮中心和設(shè)定多個(gè)關(guān)鍵地市或工程管理、或工程設(shè)計(jì)研究任務(wù)下屬單位所在地作為樞紐節(jié)點(diǎn)，其它地市或工程管理、或工程設(shè)計(jì)研究任務(wù)下屬單位分別和省三防指揮中心等樞紐節(jié)點(diǎn)互連,形成GDFCnet廣域網(wǎng)。(3)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)方案以省三防指揮中心、多個(gè)關(guān)鍵地市或工程管理、或工程設(shè)計(jì)研究任務(wù)下屬單位作為樞紐節(jié)點(diǎn)，相互間采取不完全網(wǎng)狀，但確保樞紐節(jié)點(diǎn)最少有兩條迂回路由，形成骨干網(wǎng)關(guān)鍵層；其它地市或工程管理、或工程設(shè)計(jì)研究任務(wù)下屬單位分別和省三防指揮中心等樞紐節(jié)點(diǎn)互連,形成GDFCnet廣域網(wǎng)。(4)GDFCnet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案比較①星型結(jié)構(gòu)●星型結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：端節(jié)點(diǎn)到省三防指揮中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸最快，因?yàn)槎斯?jié)點(diǎn)到中央節(jié)點(diǎn)之間沒有任何路由和交換設(shè)備，不存在信息傳輸瓶頸。任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不存在回路，簡(jiǎn)化了路由選擇。網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)管理維護(hù)能夠由省三防指揮中心統(tǒng)一操作，易于統(tǒng)一、規(guī)范?！裥切徒Y(jié)構(gòu)缺點(diǎn)關(guān)鍵有：省三防指揮中心節(jié)點(diǎn)是各路信息傳輸目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，很輕易形成信息傳輸瓶頸。省三防指揮中心節(jié)點(diǎn)是故障集中點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)癱瘓將造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瓦解。②樹型結(jié)構(gòu)●樹型結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：同一個(gè)樞紐節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間信息傳輸不需經(jīng)過省三防指揮中心節(jié)點(diǎn)，減輕了省三防指揮中心節(jié)點(diǎn)壓力。同一個(gè)樞紐節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行管理和維護(hù)相對(duì)獨(dú)立，當(dāng)省三防指揮中心節(jié)點(diǎn)瓦解后樞紐節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)系統(tǒng)管理仍能有效管理內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不存在回路，能夠簡(jiǎn)化路由選擇。●樹型結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)關(guān)鍵有：故障點(diǎn)仍然相對(duì)集中于省三防指揮中心節(jié)點(diǎn)和樞紐節(jié)點(diǎn)。信息傳輸壓力仍然相對(duì)集中于省三防指揮中心節(jié)點(diǎn)和樞紐節(jié)點(diǎn)。③網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)●網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：多個(gè)信息傳輸較為集中節(jié)點(diǎn)之間組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，采取動(dòng)態(tài)路由技術(shù)自動(dòng)搜索路由，消除了故障集中點(diǎn)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)可靠性。節(jié)點(diǎn)之間信息傳輸有多條信道，經(jīng)合適配置能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳輸，負(fù)載分布均衡?！窬W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)關(guān)鍵有：動(dòng)態(tài)路由技術(shù)帶來信息流量增加了網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力。信道冗余增加投資成本。增加了網(wǎng)絡(luò)管理難度。從網(wǎng)絡(luò)可靠性看網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)最好，從傳輸效率、可管理性和路由配置簡(jiǎn)便程度上看星型結(jié)構(gòu)最好。而且依據(jù)GDFCNET網(wǎng)實(shí)際需求及網(wǎng)上業(yè)務(wù)流量流向分析，廣東省三防指揮系統(tǒng)信息流向多是上下縱向，橫向信息交換較少，所以GDFCNET網(wǎng)擬采取星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方法為主組網(wǎng)。因?yàn)閺V州、佛山、江門、汕頭、肇慶、韶關(guān)、梅州、惠州等水文分局和當(dāng)?shù)厝乐笓]分中心不在同一大院，為了節(jié)省各地市到廣州長(zhǎng)途傳輸電路和路由鏈路等設(shè)置，上述八市水文分局均先和當(dāng)?shù)厝乐笓]分中心節(jié)點(diǎn)相連，經(jīng)當(dāng)?shù)厝乐笓]分中心節(jié)點(diǎn)聚集到省三防指揮中心節(jié)點(diǎn)。在四個(gè)直屬單位中，除廣東省水利廳和廣東省水文局在同一大院外，北江大堤管理局在三水市，飛來峽水利樞紐建設(shè)管理局在清遠(yuǎn)市，韓江流域管理局在汕頭市，考慮到現(xiàn)有行政架構(gòu)和業(yè)務(wù)步驟，各直屬工程管理單位均直接連接到省三防指揮中心（廣東省水利廳）節(jié)點(diǎn)。具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖1所表示：圖1：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖3.4電路設(shè)置方案電路設(shè)置能夠有以下3種方案供選擇：方案一：租用光纖,自建傳輸系統(tǒng)(SDH)優(yōu)點(diǎn)：可擴(kuò)展性強(qiáng)，未來網(wǎng)絡(luò)如需采取POS155M電路進(jìn)行連接，無需對(duì)傳輸層作大改動(dòng)。同時(shí)自建傳輸網(wǎng)絡(luò)亦可為其它通信系統(tǒng)提供傳輸通路。不足：建設(shè)一個(gè)覆蓋全省SDH傳輸網(wǎng)，需要耗資數(shù)千萬(wàn)以至上億，工程實(shí)施十分復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)投資巨大，而且運(yùn)行成本很高。方案二：租用數(shù)字傳輸電路優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資，工程實(shí)施簡(jiǎn)練方便?，F(xiàn)在廣東電信2Mb/s長(zhǎng)途數(shù)字電路月租用費(fèi)為6000元左右，盈通或其它運(yùn)行商可能更廉價(jià)。不足：網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性不強(qiáng)，自已可控制帶寬不足，未來網(wǎng)絡(luò)如需增加帶寬，則需另外租用電路，運(yùn)作費(fèi)用昂貴。方案三：利用廣東省政府政務(wù)專網(wǎng)平臺(tái)廣東省政府政務(wù)專網(wǎng)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱專網(wǎng)）是廣東省政府在利用“九運(yùn)會(huì)”信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，形成和互聯(lián)網(wǎng)物理隔離統(tǒng)一電子政務(wù)專網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)省委、省政府、省人大、省政協(xié)、省紀(jì)委內(nèi)部辦公網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)省政府和各市政府網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)省直部門之間和省市部門之間和省市部門之間辦公網(wǎng)互聯(lián)。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)省市之間、部門之間公文網(wǎng)上交換和電子郵件交換，在已初步建成省政府應(yīng)急指揮信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將公安、“三防”、氣象、交通、電力和國(guó)土等信息系統(tǒng)聚集在一起，為省領(lǐng)導(dǎo)決議指揮提供服務(wù)。全省統(tǒng)一電子政務(wù)專網(wǎng)平臺(tái)建成后，政府各部門在此網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上能夠各自建立業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，而不需再獨(dú)立建設(shè)部門間物理網(wǎng)，避免反復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源共享。專網(wǎng)平臺(tái)物理結(jié)構(gòu)是經(jīng)過廣州市內(nèi)光纖網(wǎng)連接省政府各單位內(nèi)網(wǎng)，經(jīng)過租用盈通企業(yè)光纖通信網(wǎng)連接各市專網(wǎng)平臺(tái)，采取155MSDH和2.5GDWDM連接，具體物理結(jié)構(gòu)圖2所表示。圖2：廣東省政府政務(wù)專網(wǎng)平臺(tái)物理結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：充足利用現(xiàn)有資源，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)投資，降低了運(yùn)作費(fèi)用，同時(shí)得到所需帶寬。不足：網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性不強(qiáng)，自已可控制帶寬不足，且現(xiàn)在部分節(jié)點(diǎn)未覆蓋到。經(jīng)過上述方案比較，認(rèn)為應(yīng)采取方案二和方案三混合方案：對(duì)于廣東省政府政務(wù)專網(wǎng)平臺(tái)已覆蓋到各節(jié)點(diǎn)采取省政府專網(wǎng)平臺(tái)傳輸電路，對(duì)于廣東省政府政務(wù)專網(wǎng)平臺(tái)未覆蓋到節(jié)點(diǎn)采取租用數(shù)字傳輸電路，并應(yīng)考慮到二者之間互連和網(wǎng)絡(luò)安全性。4．結(jié)束語(yǔ)因?yàn)閺V東省三防指揮系統(tǒng)工程通訊和計(jì)算機(jī)骨干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（GDFCNET）設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，且牽涉面廣，技術(shù)較復(fù)雜，本文只對(duì)GDFCNET設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分之一：