民航TDM数据网向IP化迁移的典型问题与对策研究

1.引言

1.1 研究背景

随着民航通信网络技术的快速发展，传统的 TDM（时分复用）数据网正逐步向IP 网络迁移。根据民航局《民航通信网发展"十四五"规划》，到 2025 年，全国空管系统 IP 化改造完成率需达到 90% 以上。然而，在迁移过程中，转报系统、雷达引接等关键业务面临着服务质量下降的问题。某分局统计数据显示，2022年 IP 化改造试点期间，雷达数据丢包率达到 0.5% ，转报系统时延波动超过100ms ，严重影响运行安全。

1.2 研究意义

本研究通过分析 TDM over IP 迁移过程中的典型问题，提出针对性的 QoS优化策略，具有以下实际价值：

1) 保障关键业务的服务质量，满足《民航空管通信业务服务质量规范》（MH/T 4029-2021）要求；

2) 为全国空管系统IP 化改造提供可复用的技术方案；

3) 降低因网络问题导致的运行风险，提升安全保障水平。

2.TDM over IP 迁移的典型问题分析

2.1 业务特性分析

民航关键业务在IP 网络中的传输特性如表1 所示：

2.2 主要问题表现

在分局IP 化试点中发现的典型问题包括：

1)丢包问题：雷达数据在高峰时段丢包率达 0.5% ，导致目标轨迹断裂；2)时延波动：转报系统时延在 50-200ms 间波动，影响管制指令时效性；3)^** 业务竞争**：办公流量挤占关键业务带宽，峰值时段带宽占用比达 4:1。2.3 问题根源

3.QoS 优化方案设计与实现

通过深入的抓包分析和设备日志排查，我们确定了影响网络性能的三个关键因素：

QoS 策略缺失：当前网络未实施有效的服务质量策略，所有业务流量均采用BE（Best Effort，尽力而为）转发模式，导致关键业务无法获得优先保障；

队列调度机制缺陷：网络设备采用的队列调度算法存在不合理配置，无法有效区分业务优先级；

带宽资源规划不足：物理链路带宽预留未能满足实际业务需求，存在带宽资源瓶颈问题。

3.1 总体架构

基于 DiffServ 差分服务体系，我们建议部署三级 QoS 保障方案：第一级业务分类标记，根据语音、视频、数据等业务类型设置对应的 DSCP 优先级标记；第二级流量控制，在网络入口实施速率限制和流量整形，避免突发流量冲击；第三级智能调度，采用 WFQ 公平队列保障普通业务，同时为关键业务配置 LLQ低延迟队列，确保高优先级业务获得快速通道。该方案既能保障关键业务质量，又能兼顾普通业务的公平性，实现网络资源的优化配置。

3.2 关键技术实现

3.2.1DSCP 优先级标记

制定业务优先级映射表：

DSCP 标记策略示例

def set_dscp(traffic_type):

dscp_map σ=σ {

'radar': 46, # EF (加速转发)

'aftn': 34, # AF41 (保证转发)

'voice': 26, # CS3 (类选择器)

'default': 0 # BE

}

return dscp_map.get(traffic_type, 0)

3.2.2 流量整形配置

在核心交换机部署流量整形策略时，我们采用基于令牌桶（TokenBucket）算法的精细化流量控制机制。具体实现方式为：在核心交换机的出方向端口上配置承诺访问速率（CAR），将雷达引接业务的突发流量限制在 100Mbps 的承诺速率范围内，同时设置 200ms 的突发时间窗口。通过这种机制，既保证了关键业务的最小带宽需求，又有效避免了突发流量对转报系统造成的冲击。实测数据显示，该策略将高峰时段的流量波动幅度降低了 70% ，同时确保了各业务的服务质量指标始终处于可控范围内。

3.2.3 队列调度策略

在网络设备的队列调度策略上，我们设计了分业务优先级的混合调度方案：对于实时性要求最高的雷达数据业务，配置 LLQ（低延迟队列）并给予最高优先级，确保其传输时延始终低于 20ms ；针对转报业务采用WFQ（加权公平队列）并设置 40% 的权重，既保证其充足的带宽又避免过度占用链路资源；普通办公业务则归入默认队列，通过 CBWFQ（基于类的加权公平队列）机制保障基本传输需求。该方案通过优先级标记（DSCP 46/34/0）自动分类入队，经测试在 80% 链路负载下仍能保持各业务的服务质量指标达标。

4.实施效果验证

4.1 测试环境

在本次分局 IP 化网络改造项目中，我们搭建了典型的两层网络架构进行QoS 优化测试。该测试网络由 2 台核心交换机和 6 台接入交换机组成，通过万兆光纤形成核心层双归接入的可靠拓扑。网络主要承载三类差异化业务：1）雷达引接系统，要求传输时延低于 50ms 、抖动小于 10ms 的高实时性业务；2）民航转报系统，对数据完整性要求严格，允许时延但要求零丢包；3）常规办公网络，包括 OA 系统、视频监控等带宽需求大但实时性要求一般的业务。测试期间通过在不同网络区域部署差异化的 QoS 策略，有效验证了多业务共网传输时的服务质量保障方案。

4.2 典型场景分析

以雷达数据传输业务为例，在网络优化前的高峰时段，由于缺乏 QoS 保障，系统频繁出现数据丢包现象，导致目标位置更新间隔从标准 1 秒延长至 3 秒，严重影响跟踪精度。经过部署三级 QoS 保障机制后，在连续72 小时的负载测试中，网络传输稳定可靠，有效丢包率降至零，目标位置更新间隔始终稳定维持在 1秒的设计指标，完全满足雷达系统实时跟踪的性能要求。这一优化显著提升了目标跟踪的连续性和准确性。

5.结论与展望

本研究基于DiffServ 架构的三级 QoS 优化方案在某分局IP 化网络改造项目中取得显著实施效果。具体成效体现在：首先，通过实施 DSCP 差异化标记和服务机制，成功将关键业务的端到端时延降低 60% ，丢包率控制在 0.1% 以下；其次，采用基于令牌桶的流量整形技术，有效限制了非关键业务对带宽的抢占，保障了核心业务的最小带宽需求；最后，创新的 WFQ+LLQ 混合队列调度策略，既确保了语音、雷达等实时业务的严格优先级处理，又实现了普通数据业务的公平调度。

针对未来研究方向，计划从两个维度进行深化：一方面将探索 SDN 控制器动态调整 QoS 策略的机制，实现基于网络状态感知的策略自适应优化；另一方面拟引入机器学习算法，通过对历史流量特征的深度分析，建立业务流量预测模型，为资源预分配和策略优化提供智能决策支持。这些研究将进一步提升 QoS管理的智能化和自动化水平。

参考文献

[1]民航局.民航空管通信网IP 化技术规范.2021.

[2]王强.基于 DiffServ 的 QoS 关键技术研究[J].通信技术,2020(5):45-50.

[3] Cisco. QoS Configuration Guide for IE2000 Switches. 2022.