一種基于北斗短報(bào)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(diǎn)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(jìn)入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)文件分發(fā)時(shí)，整個(gè)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)處于未開通階段，各通信節(jié)點(diǎn)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(gè)規(guī)模較大的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通信節(jié)點(diǎn)達(dá)數(shù)百個(gè)之多，若使用人工方案進(jìn)行參數(shù)分發(fā)則需要耗費(fèi)大量時(shí)間，且分發(fā)過程容易出錯(cuò)、效率低下。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃文件分發(fā)過程嚴(yán)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(duì)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(dāng)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(jìn)行改造，實(shí)施難度較大。

針對當(dāng)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(dāng)前戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)管理體制及各節(jié)點(diǎn)上的裝設(shè)備狀態(tài)，利用通信節(jié)點(diǎn)上的北斗短報(bào)文功能，并結(jié)合各節(jié)點(diǎn)部署的管理軟件實(shí)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(shí)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(gè)不同功能的實(shí)體節(jié)點(diǎn)組成，各實(shí)體節(jié)點(diǎn)之間通過有線網(wǎng)、無線電臺(tái)網(wǎng)組成一個(gè)異構(gòu)廣域網(wǎng) [3]。各實(shí)體節(jié)點(diǎn)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(diǎn)局域管理控制網(wǎng)，提供設(shè)備統(tǒng)一管控平臺(tái)。節(jié)點(diǎn)局域管控網(wǎng)拓?fù)浣Y(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(diǎn)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(jìn)行全網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的規(guī)劃 ；節(jié)點(diǎn)管理軟件部署于各實(shí)體節(jié)點(diǎn)戰(zhàn)術(shù)終端，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)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(jìn)行解析，通過構(gòu)建的設(shè)備管控模型，依托節(jié)點(diǎn)局域管控網(wǎng)進(jìn)行各網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的工作參數(shù)配置管控，從而實(shí)現(xiàn)對戰(zhàn)術(shù)節(jié)點(diǎn)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(shí)體節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)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(diǎn)信息、節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)湫畔?、?jié)點(diǎn)內(nèi)的設(shè)備拓?fù)湫畔⒁约案髟O(shè)備的工作參數(shù)信息。

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

（2）拓?fù)湫畔⒅饕ü?jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接信息、拓?fù)溥B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?fù)溥B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(bào)文

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主建設(shè)的獨(dú)立運(yùn)行的集導(dǎo)航定位授時(shí)用戶監(jiān)測短報(bào)文通信功能于一體的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗短報(bào)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(hào)進(jìn)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(bào)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(yuǎn)地區(qū)自動(dòng)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(bào)文具有如下特點(diǎn) ：

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

（2）北斗衛(wèi)星短報(bào)文通信的最大報(bào)文長度為 120 個(gè)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(bào)文通信有兩種模式，即點(diǎn)對點(diǎn)模式和通播模式。點(diǎn)對點(diǎn)模式與手機(jī)短信類似，可以在兩個(gè)北斗終端間傳送短報(bào)文 ；通播模式即廣播方式，允許通過一個(gè)特殊終端同時(shí)向多個(gè)普通終端發(fā)送短報(bào)文 [6]。

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

針對戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)的特點(diǎn)，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(bào)文功能、節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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?fù)浣Y(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(gè)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(diǎn)根據(jù)參數(shù)分發(fā)需求，利用節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)工作流程如圖 3 所示。

（1）參數(shù)分發(fā)節(jié)點(diǎn)通過對規(guī)劃文件進(jìn)行解析獲取分發(fā)對象節(jié)點(diǎn)的 ID，如通信設(shè)備類型、北斗設(shè)備 ID 及設(shè)備拓?fù)溥B接等信息。

（2）根據(jù)節(jié)點(diǎn)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(biāo)識(shí)、分發(fā) IP 地址段、發(fā)送時(shí)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(diǎn)基于分發(fā)通道構(gòu)建策略信息，結(jié)合本節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備類型、設(shè)備間的拓?fù)溥B接以及節(jié)點(diǎn)內(nèi)預(yù)置的參數(shù)信息，生成本節(jié)點(diǎn)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(diǎn)管理軟件進(jìn)行參數(shù)配置及網(wǎng)絡(luò)開通。

（4）分發(fā)節(jié)點(diǎn)基于分發(fā)通道構(gòu)建策略信息，結(jié)合各接收節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備類型、設(shè)備間的拓?fù)溥B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(biāo)識(shí)、通信設(shè)備類型、IP 地址信息、電臺(tái)時(shí)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(diǎn)分發(fā)構(gòu)建分發(fā)通道的參數(shù)信息。

（5）分發(fā)節(jié)點(diǎn)偵聽分發(fā)通道中接收節(jié)點(diǎn)的通道建立響應(yīng)信息，針對未響應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，采用超時(shí)重傳及最大重傳次數(shù)機(jī)制進(jìn)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(diǎn)的工作流程如圖 4 所示。

（1）接收節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的設(shè)備類型、設(shè)備間的拓?fù)溥B接以及節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)管理軟件進(jìn)行參數(shù)配置及網(wǎng)絡(luò)開通。

（2）當(dāng)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(diǎn)上報(bào)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(dāng)分發(fā)節(jié)點(diǎn)接收到全部接收節(jié)點(diǎn)通過構(gòu)建響應(yīng)信息，或達(dá)到最大重傳數(shù)量時(shí)，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(bào)文協(xié)議進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的無線參數(shù)分發(fā)。本方案同時(shí)支持點(diǎn)對點(diǎn)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(bào)文格式如圖 5 所 示。其中，源 IP 地址為分發(fā)節(jié)點(diǎn)的 IP 地址，分發(fā)標(biāo)識(shí)用于標(biāo)識(shí)當(dāng)前分發(fā)通道，分發(fā)模式用于標(biāo)識(shí)當(dāng)前參數(shù)分發(fā)模式，主要分為組播模式與單播模式，當(dāng)分發(fā)模式為組播模式時(shí)，目的 IP 地址為接收節(jié)點(diǎn)的子網(wǎng)地址 ；否則目的 IP 地址為接收節(jié)點(diǎn)的 IP 地址。報(bào)文長度為報(bào)文數(shù)據(jù)的長度信息，報(bào)文數(shù)量用于標(biāo)識(shí)當(dāng)前規(guī)劃文件總的分包數(shù)量，報(bào)文序號(hào)表示當(dāng)前配置參數(shù)的編號(hào)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(diǎn)基于參數(shù)分發(fā)策略的分發(fā)報(bào)文大小，將規(guī)劃參數(shù)文件拆分成多個(gè)數(shù)據(jù)包。

（2）分發(fā)節(jié)點(diǎn)基于參數(shù)分發(fā)策略的分發(fā)時(shí)延、分發(fā)模式、節(jié)點(diǎn) IP 地址等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)包的封裝。

（3）分發(fā)節(jié)點(diǎn)依據(jù)參數(shù)分發(fā)策略的分發(fā)模式進(jìn)行數(shù)據(jù)包的分發(fā)，當(dāng)分發(fā)模式為單播模式時(shí)，分發(fā)節(jié)點(diǎn)通過遍歷所有接收節(jié)點(diǎn)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(diǎn)接收所有規(guī)劃參數(shù)報(bào)文并進(jìn)行報(bào)文組裝，針對組裝好的規(guī)劃參數(shù)文件進(jìn)行有效性校驗(yàn)。

（5）分發(fā)節(jié)點(diǎn)分別向每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送規(guī)劃文件確認(rèn)請求。

（6）接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)規(guī)劃參數(shù)數(shù)據(jù)包的接收及校驗(yàn)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(diǎn)根據(jù)接收節(jié)點(diǎn)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(diǎn)啟動(dòng)重傳機(jī)制，進(jìn)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(diǎn)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(bào)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(diǎn)上的北斗終端短報(bào)文功能設(shè)計(jì)了一種適用于戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的基于北斗短報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)無線分發(fā)方案，本方案同時(shí)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(shí)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。