廣東省三防指揮系統工程通訊和計算機骨干網絡系統網絡體系結構和物理網設計廖征紅（華南理工大學電子和信息學院，廣州510641）摘要：依據廣東省三防指揮系統應用業務需求和特點，并結合現在優異、成熟網絡技術，對廣東省三防指揮系統工程通訊和計算機骨干網絡系統設計基礎部分之一：網絡體系結構和物理網設計進行分析說明、探討。關鍵詞：三防指揮系統；通訊和計算機骨干網絡；體系結構；物理網設計1序言廣東省三防指揮系統工程通訊和計算機骨干網絡系統（以下簡稱GDFCnet）是一個覆蓋全省防汛抗旱部門，并和國家防汛指揮系統相連含有綜合業務能力開放式大型互聯網絡系統，將建設一個全省范圍水利系統數據、語音和視像三合一計算機通信骨干網絡，以支撐全省各級防汛部門各應用系統運行和服務，實現各級三防部門共享信息，為相關部門提供信息服務，并為省水利系統其它業務如水質和水環境、行政首腦機關辦公決議服務系統等提供網絡服務。GDFCnet是廣東省三防指揮系統工程基礎，將實現包含廣東省水利廳和國家防總、水利部、省政府、省直相關單位、珠江水利委員會、22個地市（含順德）水利局、10個市水文分局、4個直屬工程管理單位之間寬帶廣域聯網。因為GDFCnet設計內容多而復雜，現結合現在優異、成熟網絡技術，對該項目標基礎內容之一：網絡體系結構和物理網設計關鍵點進行分析。2網絡體系結構GDFCnet網絡互聯協議采取TCP/IP。其理由是：TCP/IP協議被國際中國廣泛采取，是實際上工業標準；幾乎全部關鍵網絡操作平臺全部支持TCP/IP協議；TCP/IP和低層網絡技術無關。GDFCnet采取Internet/Intranet運行模式。2.1 網絡接口層TCP/IP體系結構中網絡接口層分成兩個子層：物理層和數據鏈路層，分別對應于ISO/OSI物理層和數據鏈路層。在GDFCnet中物理層關鍵是指數據傳輸媒介和物理接口，包含：AUI、RJ45、RS232、RS449、X.21、V.35、RJ11等端口協議。數據鏈路層協議則包含：IEEE802.x、ATM、FrameRelay、X.25、PPP等。2.2 網絡層GDFCnet網絡互聯部分在網絡層把IP協議作為數據傳輸協議。2.3 傳輸層GDFCnetTCP層關鍵使用兩種協議：TCP和UDP。TCP協議提供了一個面向連接、可靠數據流傳輸服務，它能夠確保端到端數據無差錯傳輸，這種可靠服務是以增加復雜校驗、超時判定、重傳等功效為代價。TCP協議用于面向連接數據傳輸。UDP協議則是一個無連接服務，它沒有數據糾錯、重傳能力，所以UDP協議只提供一個不可靠、無連接服務，沒有TCP協議含有糾錯機制。UDP協議關鍵用于電子郵件傳輸等方面。2.4 應用層TCP/IP協議在應用層提供了部分服務，GDFCnet采取其中部分常見服務，關鍵有：TELNET：遠程登錄服務；FTP：文件傳輸服務；DNS：域名服務；SMTP：電子郵件傳輸協議；HTTP：超文本鏈接協議；SNMP：簡單網絡管理協議。3物理網設計物理網設計包含廣域帶寬需求估計和分析、網絡拓撲結構設計、電路設置。3.1信息種類及廣域帶寬需求估計和估算廣域網中繼帶寬選擇，既要考慮到現在準備上網各業務和應用系統需要，又要能夠滿足在一定發展需求。3.1.1氣象信息估算(1)氣象報信息每日按信息量8Mbit計算，要求1小時傳輸時間，峰值流量則為：8ⅹ1024/3600(秒)＝2.28（kbps）(2)氣象格點報每日按接收量16Mbit計算，要求在1小時內傳輸完成，則峰值流量為4.55kbps。(3)氣象雷達信息每幅雷達圖象按1600kbit,日信息量16Mbit計算，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小時內傳輸，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效率和可能重發等原因，估算氣象信息總帶寬需求約為64kb/s；3.1.2遙測信息量估算本省共有多種類型報汛站352個。其中向中央（國家防總報汛各類站點72個），因為經濟發展和三防需要近期還計劃增加16個報汛站點，使全省各類報汛站達368個。按未來全部報汛站全部采取自動遙測站考慮。(1)估算依據主汛期從每十二個月4月1日至10月1日，共183天;遙測報每份40個字節（320bit）;汛期每15分鐘發一次，用3分鐘時間把全部遙測信息傳輸完.(2)估算結果水情分中心信息量估算本省共有368個報汛站，水情分中心所轄測站最多為80個，并將信息量擴大2倍考慮分中心交換，則日均流通信息量：320（bit）x80（個）x(24x60/15)(次)x2(倍)＝4800（kbit）峰值流量估算，320（bit）x80(個)/180=284(bps)考慮TCP/IP效率和可能重發等原因，估算遙測信息總帶寬需求不會超出1kb/s；3.1.3實時水情工情旱情帶寬估算按每個市三防指揮分中心到省三防指揮中心各需32kb/s計算。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、文件傳輸、信息管理、科技教育、水利經濟和其它。加上辦公自動化系統內部管理信息交換，文檔數據庫之間復制機制等原因，估算帶寬需求為64kb/s。3.1.5企業內部電話根據平均每個節點高峰時同時有5人在打內部電話，以現在語音壓縮技術，可達成每路話占用帶寬8kb/s-10kb/s，則每個節點需要50kb/s帶寬；3.1.6Intranet訪問信息量（OA網信息）根據平均每個節點高峰時有20人上網，理想訪問速率最少應達成每秒5kByte，即40kb/s，則每個節點需要800kb/s帶寬。3.1.7系統信息量網絡管理信系統根據64kb/s帶寬考慮。3.1.8會議電視參考廣東省電信企業已建成覆蓋全省會議電視網，以2M電路連接各地市局至省匯接中心，即可滿足會議電視傳輸需求。所以，在本設計中將會議電視帶寬需求定為2M。3.1.9其它系統對廣域網帶寬需求按256kb/s考慮。3.2帶寬需求分析從上節估算看，峰值帶寬約為3.3Mb/s，若考慮多種業務之間集中系數（即各應用系統不會同時出現峰值帶寬占用），廣域網絡峰值帶寬需求應該更低。故：省三防指揮中心至各地市三防指揮分中心節點之間信道帶寬為2×2Mb/s。以后，伴隨形勢發展，網上業務增多，能夠經過逐步提升網絡帶寬；省省三防指揮中心至4個直屬工程管理單位節點之間信道帶寬為2Mb/s；省三防指揮中心和廣東省人民政府、珠江水利委員會之間信道帶寬為2Mb/s；和廣東省電力集團企業、廣東省氣象局等相關單位之間信道帶寬為64或128Kb/s。省三防指揮中心到國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（PSTN）作備用信道，已建有微波或衛星地面站分中心也采取微波或衛星地面站作為備用信。3.3網絡拓撲結構網絡結構能夠有星型、樹型及網狀，現分別描述、分析和比較。(1)星型結構方案22個地市水利（水務）局、4個含有三防、或工程管理、或工程設計研究任務下屬單位和上級單位、橫向聯絡單位直接連接到省三防指揮中心，形成GDFCnet廣域網。(2)樹型結構方案省三防指揮中心和設定多個關鍵地市或工程管理、或工程設計研究任務下屬單位所在地作為樞紐節點，其它地市或工程管理、或工程設計研究任務下屬單位分別和省三防指揮中心等樞紐節點互連,形成GDFCnet廣域網。(3)網狀結構方案以省三防指揮中心、多個關鍵地市或工程管理、或工程設計研究任務下屬單位作為樞紐節點，相互間采取不完全網狀，但確保樞紐節點最少有兩條迂回路由，形成骨干網關鍵層；其它地市或工程管理、或工程設計研究任務下屬單位分別和省三防指揮中心等樞紐節點互連,形成GDFCnet廣域網。(4)GDFCnet網絡結構方案比較①星型結構●星型結構有以下優點：端節點到省三防指揮中心節點數據傳輸最快，因為端節點到中央節點之間沒有任何路由和交換設備，不存在信息傳輸瓶頸。任意兩個節點之間不存在回路，簡化了路由選擇。網絡和系統管理維護能夠由省三防指揮中心統一操作，易于統一、規范。●星型結構缺點關鍵有：省三防指揮中心節點是各路信息傳輸目標節點或轉發節點，很輕易形成信息傳輸瓶頸。省三防指揮中心節點是故障集中點，節點癱瘓將造成整個網絡系統瓦解。②樹型結構●樹型結構有以下優點：同一個樞紐節點范圍內節點之間信息傳輸不需經過省三防指揮中心節點，減輕了省三防指揮中心節點壓力。同一個樞紐節點范圍內系統運行管理和維護相對獨立，當省三防指揮中心節點瓦解后樞紐節點范圍內系統管理仍能有效管理內部節點。任意兩個節點之間不存在回路，能夠簡化路由選擇。●樹型結構缺點關鍵有：故障點仍然相對集中于省三防指揮中心節點和樞紐節點。信息傳輸壓力仍然相對集中于省三防指揮中心節點和樞紐節點。③網狀結構●網狀結構有以下優點：多個信息傳輸較為集中節點之間組成網狀結構，采取動態路由技術自動搜索路由，消除了故障集中點，增強了網絡可靠性。節點之間信息傳輸有多條信道，經合適配置能夠實現信息傳輸，負載分布均衡。●網狀結構缺點關鍵有：動態路由技術帶來信息流量增加了網絡傳輸壓力。信道冗余增加投資成本。增加了網絡管理難度。從網絡可靠性看網狀結構最好，從傳輸效率、可管理性和路由配置簡便程度上看星型結構最好。而且依據GDFCNET網實際需求及網上業務流量流向分析，廣東省三防指揮系統信息流向多是上下縱向，橫向信息交換較少，所以GDFCNET網擬采取星型拓撲結構方法為主組網。因為廣州、佛山、江門、汕頭、肇慶、韶關、梅州、惠州等水文分局和當地三防指揮分中心不在同一大院，為了節省各地市到廣州長途傳輸電路和路由鏈路等設置，上述八市水文分局均先和當地三防指揮分中心節點相連，經當地三防指揮分中心節點聚集到省三防指揮中心節點。在四個直屬單位中，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管理局在清遠市，韓江流域管理局在汕頭市，考慮到現有行政架構和業務步驟，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）節點。具體網絡拓撲結構圖1所表示：圖1：網絡拓撲結構圖3.4電路設置方案電路設置能夠有以下3種方案供選擇：方案一：租用光纖,自建傳輸系統(SDH)優點：可擴展性強，未來網絡如需采取POS155M電路進行連接，無需對傳輸層作大改動。同時自建傳輸網絡亦可為其它通信系統提供傳輸通路。不足：建設一個覆蓋全省SDH傳輸網，需要耗資數千萬以至上億，工程實施十分復雜，網絡投資巨大，而且運行成本很高。方案二：租用數字傳輸電路優點：節省網絡投資，工程實施簡練方便。現在廣東電信2Mb/s長途數字電路月租用費為6000元左右，盈通或其它運行商可能更廉價。不足：網絡可擴展性不強，自已可控制帶寬不足，未來網絡如需增加帶寬，則需另外租用電路，運作費用昂貴。方案三：利用廣東省政府政務專網平臺廣東省政府政務專網平臺（以下簡稱專網）是廣東省政府在利用“九運會”信息網絡基礎上，形成和互聯網物理隔離統一電子政務專網平臺，實現省委、省政府、省人大、省政協、省紀委內部辦公網互聯，實現省政府和各市政府網絡平臺互聯，實現省直部門之間和省市部門之間和省市部門之間辦公網互聯。在此基礎上實現省市之間、部門之間公文網上交換和電子郵件交換，在已初步建成省政府應急指揮信息系統基礎上，將公安、“三防”、氣象、交通、電力和國土等信息系統聚集在一起，為省領導決議指揮提供服務。全省統一電子政務專網平臺建成后，政府各部門在此網絡平臺上能夠各自建立業務應用系統，而不需再獨立建設部門間物理網，避免反復建設，實現資源共享。專網平臺物理結構是經過廣州市內光纖網連接省政府各單位內網，經過租用盈通企業光纖通信網連接各市專網平臺，采取155MSDH和2.5GDWDM連接，具體物理結構圖2所表示。圖2：廣東省政府政務專網平臺物理結構優點：充足利用現有資源，節省了網絡投資，降低了運作費用，同時得到所需帶寬。不足：網絡可擴展性不強，自已可控制帶寬不足，且現在部分節點未覆蓋到。經過上述方案比較，認為應采取方案二和方案三混合方案：對于廣東省政府政務專網平臺已覆蓋到各節點采取省政府專網平臺傳輸電路，對于廣東省政府政務專網平臺未覆蓋到節點采取租用數字傳輸電路，并應考慮到二者之間互連和網絡安全性。4．結束語因為廣東省三防指揮系統工程通訊和計算機骨干網絡系統（GDFCNET）設計內容較多，且牽涉面廣，技術較復雜，本文只對GDFCNET設計基礎部分之一：