一種基于北斗短報文的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)無線分發(fā)方案

0 引 言

隨著信息化戰(zhàn)爭的發(fā)展，戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)效能直接影響著作戰(zhàn)效能，戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)作為信息化指揮作戰(zhàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)能否快速開通直接影響著作戰(zhàn)結(jié)果 [1]。影響戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)開通速度的主要因素包括通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)分發(fā)、通信節(jié)點規(guī)劃參數(shù)注入及網(wǎng)絡(luò)開通。

在完成通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)規(guī)劃，系統(tǒng)進入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)文件分發(fā)時，整個戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)處于未開通階段，各通信節(jié)點無法通信，通信網(wǎng)絡(luò)只能通過人工方式下發(fā)。戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)作為一個規(guī)模較大的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通信節(jié)點達數(shù)百個之多，若使用人工方案進行參數(shù)分發(fā)則需要耗費大量時間，且分發(fā)過程容易出錯、效率低下。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃文件分發(fā)過程嚴重制約了戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)開通的效率，無法滿足戰(zhàn)術(shù)部隊快速開展戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的需求。為此，需要開展無線參數(shù)分發(fā)技術(shù)研究，提升分發(fā)效率。當前戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)無線參數(shù)分發(fā)技術(shù)尚屬于研究階段，已提出的一些分發(fā)方案都要求基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)已開通 [2]，或者需要針對特定的通信設(shè)備進行改造，實施難度較大。

針對當前系統(tǒng)規(guī)劃分發(fā)的需求，本文提出了一種戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)規(guī)劃參數(shù)無線分發(fā)方案，該方案基于當前戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)管理體制及各節(jié)點上的裝設(shè)備狀態(tài)，利用通信節(jié)點上的北斗短報文功能，并結(jié)合各節(jié)點部署的管理軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)文件的快速無線分發(fā)，極大地縮短了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)文件的分發(fā)時間，為戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)快速開通提供技術(shù)保障。

1 戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)管理體制概述

1.1 戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)由多個不同功能的實體節(jié)點組成，各實體節(jié)點之間通過有線網(wǎng)、無線電臺網(wǎng)組成一個異構(gòu)廣域網(wǎng) [3]。各實體節(jié)點根據(jù)分工角色裝配一種或多種通信設(shè)備、北斗衛(wèi)星終端、戰(zhàn)術(shù)終端、服務(wù)器等，各設(shè)備通過交換設(shè)備（網(wǎng)關(guān)）互聯(lián)構(gòu)成節(jié)點局域管理控制網(wǎng)，提供設(shè)備統(tǒng)一管控平臺。節(jié)點局域管控網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件、節(jié)點管理軟件組成。其中，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件部署于網(wǎng)管中心，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信需求進行全網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的規(guī)劃 ；節(jié)點管理軟件部署于各實體節(jié)點戰(zhàn)術(shù)終端，根據(jù)當前節(jié)點身份對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件生成的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃文件進行解析，通過構(gòu)建的設(shè)備管控模型，依托節(jié)點局域管控網(wǎng)進行各網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的工作參數(shù)配置管控，從而實現(xiàn)對戰(zhàn)術(shù)節(jié)點網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的統(tǒng)一管控。

1.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃文件數(shù)據(jù)模型

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)文件是一組用于網(wǎng)絡(luò)開通各實體節(jié)點及節(jié)點內(nèi)設(shè)備的工作參數(shù)集合，參數(shù)內(nèi)容主要包括節(jié)點信息、節(jié)點間的拓撲信息、節(jié)點內(nèi)的設(shè)備拓撲信息以及各設(shè)備的工作參數(shù)信息。

（1）節(jié)點信息主要包括節(jié)點類型、節(jié)點名稱、節(jié)點 ID等節(jié)點屬性信息 ；

（2）拓撲信息主要包括節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)拓撲連接信息、拓撲連接類型、通信子網(wǎng)類型、通信子網(wǎng)參數(shù)信息等 ；

（3）設(shè)備參數(shù)信息主要包括設(shè)備名稱、設(shè)備 ID、設(shè)備類型等屬性信息，設(shè)備間的拓撲連接信息以及設(shè)備工作 IP、工作頻率等工作參數(shù)信息。

1.3 北斗短報文

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主建設(shè)的獨立運行的集導(dǎo)航定位授時用戶監(jiān)測短報文通信功能于一體的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗短報文通信技術(shù)是指北斗衛(wèi)星終端和北斗衛(wèi)星或北斗地面服務(wù)站之間能夠直接通過衛(wèi)星信號進行雙向信息傳遞。憑借高效率和廣覆蓋面的信息傳遞，北斗短報文功能經(jīng)常被廣泛應(yīng)用于氣象預(yù)警信息發(fā)布、邊遠地區(qū)自動氣象站觀測數(shù)據(jù)收集以及應(yīng)急氣象通信等系統(tǒng)建設(shè)中 [4]。

與其他通信手段相比，北斗短報文具有如下特點 ：

（1）高可用性，北斗短報文的傳輸成功率為 95.5%，平均時延為 3.8 s[5]。

（2）北斗衛(wèi)星短報文通信的最大報文長度為 120 個漢字或 1 680 B，發(fā)送間隔頻次最短為 1 s/ 次 [6]。

（3）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的短報文通信有兩種模式，即點對點模式和通播模式。點對點模式與手機短信類似，可以在兩個北斗終端間傳送短報文 ；通播模式即廣播方式，允許通過一個特殊終端同時向多個普通終端發(fā)送短報文 [6]。

2 基于北斗短報文的戰(zhàn)術(shù)電臺參數(shù)無線分發(fā)

針對戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)的特點，基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備管理體制及裝備現(xiàn)狀，利用北斗短報文功能、節(jié)點管理軟件預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備參數(shù)集及節(jié)點管理軟件的設(shè)備管理功能構(gòu)建無線參數(shù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò) ；依托無線參數(shù)分發(fā)網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)文件的無線分發(fā)。參數(shù)分發(fā)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

根據(jù)分發(fā)流程，將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)文件的分發(fā)過程劃分為三個階段，即分發(fā)通道的構(gòu)建、參數(shù)分發(fā)控制、分發(fā)結(jié)果匯總。

2.1 分發(fā)通道的構(gòu)建

分發(fā)節(jié)點根據(jù)參數(shù)分發(fā)需求，利用節(jié)點上的無線通信設(shè)備及預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備參數(shù)集，通過北斗短消息及節(jié)點管理軟件的設(shè)備管控功能，共同完成參數(shù)分發(fā)通道的構(gòu)建。

分發(fā)通道構(gòu)建過程中分發(fā)節(jié)點工作流程如圖 3 所示。

（1）參數(shù)分發(fā)節(jié)點通過對規(guī)劃文件進行解析獲取分發(fā)對象節(jié)點的 ID，如通信設(shè)備類型、北斗設(shè)備 ID 及設(shè)備拓撲連接等信息。

（2）根據(jù)節(jié)點內(nèi)的通信設(shè)備類型，基于專家策略庫選取對應(yīng)包括分發(fā)通信方式、分發(fā)標識、分發(fā) IP 地址段、發(fā)送時延、重傳次數(shù)、分包大小、傳輸模式等分發(fā)通道構(gòu)建策略信息。

（3）分發(fā)節(jié)點基于分發(fā)通道構(gòu)建策略信息，結(jié)合本節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備類型、設(shè)備間的拓撲連接以及節(jié)點內(nèi)預(yù)置的參數(shù)信息，生成本節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備工作參數(shù)等分發(fā)通道構(gòu)建參數(shù)信息，并通過節(jié)點管理軟件進行參數(shù)配置及網(wǎng)絡(luò)開通。

（4）分發(fā)節(jié)點基于分發(fā)通道構(gòu)建策略信息，結(jié)合各接收節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備類型、設(shè)備間的拓撲連接等信息，分別生成對應(yīng)的分發(fā)通道構(gòu)建參數(shù)信息，主要包括分發(fā)標識、通信設(shè)備類型、IP 地址信息、電臺時隙等必要通信參數(shù)信息，并通過北斗短消息功能依次向各接收節(jié)點分發(fā)構(gòu)建分發(fā)通道的參數(shù)信息。

（5）分發(fā)節(jié)點偵聽分發(fā)通道中接收節(jié)點的通道建立響應(yīng)信息，針對未響應(yīng)的節(jié)點，采用超時重傳及最大重傳次數(shù)機制進行分發(fā)通道構(gòu)建參數(shù)的重傳，并通過日志記錄操作過程信息。

分發(fā)通道構(gòu)建過程中，接收節(jié)點的工作流程如圖 4 所示。

（1）接收節(jié)點收到通道建立指令后，根據(jù)通道構(gòu)建策略信息，結(jié)合本節(jié)點的設(shè)備類型、設(shè)備間的拓撲連接以及節(jié)點內(nèi)預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)模塊信息，生成本節(jié)點網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備工作參數(shù)等分發(fā)通道構(gòu)建參數(shù)信息，并通過節(jié)點管理軟件進行參數(shù)配置及網(wǎng)絡(luò)開通。

（2）當分發(fā)通道構(gòu)建成功后，利用分發(fā)通道向分發(fā)節(jié)點上報分發(fā)通道構(gòu)建成功信息 ；否則繼續(xù)等待分發(fā)通道構(gòu)建指令。

當分發(fā)節(jié)點接收到全部接收節(jié)點通過構(gòu)建響應(yīng)信息，或達到最大重傳數(shù)量時，分發(fā)通道構(gòu)建完成。

2.2 分發(fā)控制

基于構(gòu)建的分發(fā)通道使用基于專有協(xié)議的 UDP 報文協(xié)議進行節(jié)點間的無線參數(shù)分發(fā)。本方案同時支持點對點參數(shù)分發(fā)與廣播形式的參數(shù)分發(fā)，分發(fā)協(xié)議報文格式如圖 5 所 示。其中，源 IP 地址為分發(fā)節(jié)點的 IP 地址，分發(fā)標識用于標識當前分發(fā)通道，分發(fā)模式用于標識當前參數(shù)分發(fā)模式，主要分為組播模式與單播模式，當分發(fā)模式為組播模式時，目的 IP 地址為接收節(jié)點的子網(wǎng)地址 ；否則目的 IP 地址為接收節(jié)點的 IP 地址。報文長度為報文數(shù)據(jù)的長度信息，報文數(shù)量用于標識當前規(guī)劃文件總的分包數(shù)量，報文序號表示當前配置參數(shù)的編號信息，配置參數(shù)為規(guī)劃文件的分包數(shù)據(jù)信息。

無線參數(shù)分發(fā)控制流程如圖 6 所示。

（1）分發(fā)節(jié)點基于參數(shù)分發(fā)策略的分發(fā)報文大小，將規(guī)劃參數(shù)文件拆分成多個數(shù)據(jù)包。

（2）分發(fā)節(jié)點基于參數(shù)分發(fā)策略的分發(fā)時延、分發(fā)模式、節(jié)點 IP 地址等信息進行數(shù)據(jù)包的封裝。

（3）分發(fā)節(jié)點依據(jù)參數(shù)分發(fā)策略的分發(fā)模式進行數(shù)據(jù)包的分發(fā)，當分發(fā)模式為單播模式時，分發(fā)節(jié)點通過遍歷所有接收節(jié)點并分別發(fā)送規(guī)劃參數(shù)文件數(shù)據(jù)包 ；否則通過組播模式發(fā)送規(guī)劃參數(shù)文件數(shù)據(jù)包。

（4）接收節(jié)點接收所有規(guī)劃參數(shù)報文并進行報文組裝，針對組裝好的規(guī)劃參數(shù)文件進行有效性校驗。

（5）分發(fā)節(jié)點分別向每個接收節(jié)點發(fā)送規(guī)劃文件確認請求。

（6）接收節(jié)點根據(jù)規(guī)劃參數(shù)數(shù)據(jù)包的接收及校驗情況發(fā)送規(guī)劃參數(shù)接收回執(zhí)信息。

（7）分發(fā)節(jié)點根據(jù)接收節(jié)點的回執(zhí)信息，結(jié)合參數(shù)分發(fā)策略對未成功接收規(guī)劃參數(shù)文件數(shù)據(jù)包的節(jié)點啟動重傳機制，進行數(shù)據(jù)重傳。

2.3 分發(fā)結(jié)果匯總

規(guī)劃參數(shù)分發(fā)完成后，分發(fā)節(jié)點根據(jù)分發(fā)通道構(gòu)建結(jié)果，結(jié)合參數(shù)分發(fā)控制結(jié)果，生成本次規(guī)劃參數(shù)文件分發(fā)結(jié)果的報表信息，指導(dǎo)通信參謀完成戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的開通。

3 結(jié) 語

本文基于戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)管理體制，利用通信節(jié)點上的北斗終端短報文功能設(shè)計了一種適用于戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的基于北斗短報文的網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)無線分發(fā)方案，本方案同時支持單播模式和組播模式的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)分發(fā)方案。通過本方案，在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)未開通前，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)的快速分發(fā)，有效提升戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)開通的效率。