帶寬受限條件下的資源發(fā)布與定位

陰啟玉,孫世平,彭 銘

(江蘇自動(dòng)化研究所,江蘇 連云港 222006)

隨著數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展,遠(yuǎn)程打擊武器和信息化裝備的出現(xiàn),作戰(zhàn)模式逐漸由“平臺(tái)中心戰(zhàn)”向“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的轉(zhuǎn)型,各參戰(zhàn)平臺(tái)由數(shù)據(jù)鏈通過無線信道實(shí)現(xiàn)橫向組網(wǎng),逐漸形成信息化戰(zhàn)爭形態(tài)下的信息資源共享和行動(dòng)協(xié)同的使用需求[1]。數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)遣捎脽o線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和應(yīng)用協(xié)議實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)間的信息交換[2],由于無線通信的特點(diǎn)和局限性,其通信距離有限、易受環(huán)境因素干擾、帶寬資源稀缺等,且參戰(zhàn)平臺(tái)供通信處理的資源有限,傳統(tǒng)的基于有線網(wǎng)絡(luò)和商用的資源發(fā)布和定位技術(shù)不適宜直接移植到戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用,本文通過研究洪泛模型和動(dòng)態(tài)索引技術(shù)等資源定位技術(shù),提出了適合低帶寬低數(shù)據(jù)率通信的資源發(fā)布和定位解決方案。

洪泛模型[3]是較常用的資源定位模型,對(duì)節(jié)點(diǎn)能力要求低,適用性較好,其采用廣播形式的請求轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制進(jìn)行資源定位,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大時(shí),導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬的大量消耗,性能下降嚴(yán)重,遇到性能瓶頸。為避免洪泛模型帶來的大量帶寬消耗,提出了索引表機(jī)制及其改進(jìn)的動(dòng)態(tài)索引機(jī)制[4],組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)采用索引表保存索引半徑內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)的資源信息,從而使得節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行資源請求時(shí)達(dá)到減少查詢量,定位速度快,帶寬占用少,索引表占用的存儲(chǔ)空間少,但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性較強(qiáng)時(shí),會(huì)退化為洪泛模型。

本文針對(duì)數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)通信帶寬有限、數(shù)據(jù)率低、節(jié)點(diǎn)接入不穩(wěn)定的使用背景,依托多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)的戰(zhàn)術(shù)分群指揮關(guān)系,對(duì)洪泛模型和動(dòng)態(tài)索引技術(shù)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn),提出了易集成應(yīng)用于現(xiàn)有信息化指控系統(tǒng)的資源發(fā)布和定位解決方案,實(shí)現(xiàn)了核心模塊并進(jìn)行了模型驗(yàn)證。

1 資源發(fā)布與定位技術(shù)

針對(duì)多軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)需求,充分考慮已有平臺(tái)和系統(tǒng)的作戰(zhàn)功能,技術(shù)體制,研究功能相對(duì)獨(dú)立的、可擴(kuò)展的、易集成的資源發(fā)布定位模塊(Resource Publishing&Locating Module,RPLM),各節(jié)點(diǎn)可采用獨(dú)立運(yùn)行或模塊級(jí)集成RPLM,并運(yùn)行于分層作戰(zhàn)指揮網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)。根據(jù)各平臺(tái)的作戰(zhàn)任務(wù),各節(jié)點(diǎn)組成多個(gè)分群網(wǎng);根據(jù)指揮關(guān)系,各分群設(shè)有一個(gè)指揮節(jié)點(diǎn),指揮節(jié)點(diǎn)之間組成指揮節(jié)點(diǎn)網(wǎng)如圖1所示。

圖1 分層作戰(zhàn)指揮網(wǎng)示意圖

1.1 RPLM體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

RPLM軟件設(shè)計(jì)有三種運(yùn)行模式,分別為指揮節(jié)點(diǎn)模式、備用節(jié)點(diǎn)模式、普通節(jié)點(diǎn)模式。根據(jù)操作手設(shè)置的組網(wǎng)方案,RPLM初始化運(yùn)行模式。指揮節(jié)點(diǎn)失效時(shí),備用指揮節(jié)點(diǎn)模式可自動(dòng)轉(zhuǎn)換為指揮節(jié)點(diǎn)模式運(yùn)行。

軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示,各節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控本節(jié)點(diǎn)負(fù)載情況及狀態(tài)并進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)通報(bào),負(fù)責(zé)本節(jié)點(diǎn)的資源發(fā)布和定位請求,對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行優(yōu)選并負(fù)責(zé)通信鏈路的管理。指揮節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)本群節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、指揮網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、群內(nèi)成員發(fā)布資源管理,同時(shí)承擔(dān)群內(nèi)外信息轉(zhuǎn)發(fā)功能。備用指揮節(jié)點(diǎn)具有通用功能外,實(shí)時(shí)監(jiān)視指揮節(jié)點(diǎn)狀態(tài),同步指揮節(jié)點(diǎn)的資源索引表。

圖2 軟件體系結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 RPLM流程設(shè)計(jì)

1.2.1 普通節(jié)點(diǎn)模式流程設(shè)計(jì)

接收操作人員初始化設(shè)置,啟動(dòng)普通節(jié)點(diǎn)模式,信息處理流程如圖3所示。

圖3 普通節(jié)點(diǎn)信息流程

實(shí)時(shí)監(jiān)視本節(jié)點(diǎn)鏈路使用情況、節(jié)點(diǎn)負(fù)載情況并周期上報(bào)指揮節(jié)點(diǎn);接收群內(nèi)成員通報(bào)的狀態(tài)信息,進(jìn)行群內(nèi)成員狀態(tài)管理;接收人機(jī)交互模塊的資源發(fā)布信息,組織資源發(fā)布信息(資源的存儲(chǔ)位置、網(wǎng)絡(luò)位置、應(yīng)用方式等)發(fā)送給指揮節(jié)點(diǎn);接收人機(jī)交互模塊的資源定位請求,發(fā)送給指揮節(jié)點(diǎn);接收指揮節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的定位請求響應(yīng)信息,若收到多個(gè)應(yīng)答信息,根據(jù)應(yīng)答信息中的資源所在節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況和鏈路情況及本節(jié)點(diǎn)的鏈路情況進(jìn)行資源優(yōu)選,得到最優(yōu)使用節(jié)點(diǎn),通過鏈路管理進(jìn)行建鏈通信,如果兩節(jié)點(diǎn)間不支持搭建專用鏈路,則通過雙方指揮節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)。

1.2.2 指揮節(jié)點(diǎn)程設(shè)計(jì)

接收操作人員初始化設(shè)置,啟動(dòng)指揮節(jié)點(diǎn)模式,信息處理流程如圖4所示。接收普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送的狀態(tài)信息維護(hù)群內(nèi)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)索引表;采集普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送的資源發(fā)布報(bào)文,維護(hù)群內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)布的共享資源索引表,索引鏈表發(fā)生變化時(shí),針對(duì)變化內(nèi)容與備用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步;接收用戶定位查詢請求,在本地索引表中查詢,若請求節(jié)點(diǎn)為群內(nèi)成員,將定位請求轉(zhuǎn)發(fā)入指揮節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行全網(wǎng)搜索;接收指揮節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的定位請求應(yīng)答信息,轉(zhuǎn)發(fā)查詢請求應(yīng)答信息到請求節(jié)點(diǎn)。

圖4 指揮節(jié)點(diǎn)信息流程

1.2.3 備用節(jié)點(diǎn)流程設(shè)計(jì)

接收操作人員初始化設(shè)置,啟動(dòng)備用節(jié)點(diǎn)模式,信息處理流程如圖5所示。執(zhí)行普通節(jié)點(diǎn)的所有功能;接收處理指揮節(jié)點(diǎn)的資源同步信息,保證資源索引表與指揮節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)一致。采用類ping機(jī)制對(duì)指揮節(jié)點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,當(dāng)指揮節(jié)點(diǎn)失效時(shí),啟動(dòng)鏈路管理模塊,加入指揮節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),運(yùn)行指揮節(jié)點(diǎn)模式。

圖5 備用節(jié)點(diǎn)信息流程

2 驗(yàn)證測試

根據(jù)本文的技術(shù)思路,采用C/C++開發(fā)RPLM原型軟件包,通過VC++開發(fā)簡單界面集成RPLM開發(fā)包進(jìn)行功能驗(yàn)證。選用2臺(tái)雙網(wǎng)卡PC機(jī)模擬指揮節(jié)點(diǎn),4臺(tái)PC機(jī)模擬普通節(jié)點(diǎn),通過3個(gè)交換機(jī)模擬組成1個(gè)指揮節(jié)點(diǎn)網(wǎng)和2個(gè)分群網(wǎng)(分群網(wǎng)1、分群網(wǎng)2),搭建模擬測試環(huán)境如圖6所示,驗(yàn)證資源發(fā)布、資源定位、資源優(yōu)選、鏈路搭建、信息轉(zhuǎn)發(fā)、資源索引表同步功能。指揮節(jié)點(diǎn)測試驗(yàn)證情況如圖7所示。

圖6 模擬測試環(huán)境示意圖

圖7 指揮節(jié)點(diǎn)模式運(yùn)行情況圖

通過模擬驗(yàn)證,該解決方案可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的資源發(fā)布和定位功能,在測試環(huán)境下,各節(jié)點(diǎn)僅運(yùn)行RPLM模塊,重復(fù)20次資源定位操作,從定位請求發(fā)出到收到建鏈應(yīng)答報(bào)為一個(gè)定位周期,群內(nèi)定位周期約375ms,通過兩個(gè)指揮節(jié)點(diǎn)跨群轉(zhuǎn)發(fā)的定位周期約1217ms。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測,要求網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備支持2400bps以上傳輸速率。從發(fā)出定位請求到返回第一個(gè)對(duì)應(yīng)的結(jié)果信息認(rèn)為定位成功,群內(nèi)和跨群資源定位成功率為100%。從定位請求發(fā)出到收到建鏈應(yīng)答報(bào)即認(rèn)為建鏈成功,群內(nèi)建鏈成功率為100%,跨群建鏈成功率為90%。

3 結(jié)束語

在信息化軍隊(duì)的建設(shè)和信息化武器裝備的發(fā)展過程中,數(shù)據(jù)鏈在跨軍兵種資源共享和協(xié)同指揮中發(fā)揮著極其重要的作用,一體化、扁平化、網(wǎng)絡(luò)化成為各軍事強(qiáng)國指揮控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本文對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)的資源定位技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),采用基于指揮關(guān)系的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),指揮節(jié)點(diǎn)維護(hù)資源索引表,有效降低定位耗時(shí)、節(jié)約帶寬占用、提高定位成功率;備用節(jié)點(diǎn)通過資源索引同步和類Ping機(jī)制的指揮節(jié)點(diǎn)監(jiān)控技術(shù),實(shí)現(xiàn)共享資源關(guān)鍵信息熱備份,有效提高資源共享的可靠性和連續(xù)性;采用負(fù)載均衡策略實(shí)現(xiàn)信源優(yōu)選,有效避免單點(diǎn)過載,為多軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)信息共享和協(xié)同行動(dòng)提供了一種對(duì)決方案。

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