無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備技術(shù)方案研究

王煒發(fā)+劉學(xué)軍

【摘 要】通過對(duì)無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的功能和定位進(jìn)行介紹，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，提出了無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備總體技術(shù)方案，并描述了各模塊的主要設(shè)計(jì)思路。同時(shí)，還提出了技術(shù)方案中需要研究的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng) 動(dòng)態(tài)路由 協(xié)議轉(zhuǎn)換 分組話音

1 引言

目前，世界各軍事大國(guó)對(duì)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)提出了新的戰(zhàn)術(shù)思想和戰(zhàn)爭(zhēng)策略，為滿足這些新的戰(zhàn)術(shù)需求，需要考慮建立一種可互操作、一體化、安全、靈活的指揮、控制、通信和計(jì)算機(jī)等基礎(chǔ)信息平臺(tái)。圍繞當(dāng)前軍用戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及軍事應(yīng)用的迫切需求，針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)多跳自組織、快速組網(wǎng)、機(jī)動(dòng)組網(wǎng)、鏈路動(dòng)態(tài)感知、無線網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)配置、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)部署與控制等需求，需突破無線自組網(wǎng)協(xié)議技術(shù)、無線分組話音傳輸技術(shù)、無線鏈路參數(shù)自動(dòng)適配、無線子網(wǎng)融合技術(shù)、無線資源按需調(diào)配與接納控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)，緊密結(jié)合IP動(dòng)態(tài)路由、路由策略自適應(yīng)控制等技術(shù)，設(shè)計(jì)基于IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的無線網(wǎng)關(guān)設(shè)備，支持多種無線接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無線自組網(wǎng)與有線網(wǎng)絡(luò)融合，構(gòu)建強(qiáng)壯的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)，支持話音、數(shù)據(jù)和圖像等業(yè)務(wù)。

2 無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備功能和定位

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備利用IP網(wǎng)關(guān)路由技術(shù)，將本地用戶局域網(wǎng)與區(qū)域內(nèi)混合無線自組網(wǎng)，以及IP固定、移動(dòng)廣域網(wǎng)連接成為一個(gè)整體的戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)通信單兵、機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)武器單元、機(jī)動(dòng)指揮所和廣域范圍的IP用戶（固定指揮所）緊密結(jié)合成一個(gè)整體的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)。無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，話音和數(shù)據(jù)一體化設(shè)計(jì)，支持動(dòng)態(tài)IP路由協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)本地?zé)o線局域網(wǎng)與區(qū)域內(nèi)無線自組網(wǎng)、（固定）廣域網(wǎng)絡(luò)的無縫IP連接。

在戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，可同時(shí)通過多個(gè)無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備與IP廣域網(wǎng)互聯(lián)。在編隊(duì)機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)過程中，只需保證其中某個(gè)無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入IP廣域網(wǎng)，即可保障作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有指揮作戰(zhàn)單元、移動(dòng)用戶與固定IP廣域網(wǎng)的不間斷連接。當(dāng)指揮陣地的轉(zhuǎn)移或某連接節(jié)點(diǎn)被摧毀時(shí)，會(huì)導(dǎo)致無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備與IP廣域網(wǎng)中斷，此時(shí)移動(dòng)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備會(huì)選擇鄰近的網(wǎng)關(guān)設(shè)備與固定IP廣域網(wǎng)連接。如圖1所示，下方模擬某集團(tuán)軍移動(dòng)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)（Intranet），上方模擬IP廣域網(wǎng)（Internet）或者總部指揮網(wǎng)絡(luò)。無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備與廣域網(wǎng)路由器（Route）連接，通過動(dòng)態(tài)路由協(xié)議完成網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)路由器（Route）連接后，通過動(dòng)態(tài)路由協(xié)議交互，可獲得上級(jí)指揮網(wǎng)絡(luò)的路由信息，并在移動(dòng)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行路由重分布。因此，移動(dòng)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)設(shè)備可找到鄰近的網(wǎng)絡(luò)出口，從而獲取達(dá)到上級(jí)指揮網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部用戶的最優(yōu)路徑。當(dāng)某出口網(wǎng)關(guān)設(shè)備與外網(wǎng)路由器斷開（或無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備失效）時(shí)，移動(dòng)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部其他各節(jié)點(diǎn)會(huì)進(jìn)行路由重新收斂，亦可重新獲得最佳網(wǎng)絡(luò)出口，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)作戰(zhàn)網(wǎng)內(nèi)用戶與上級(jí)指揮網(wǎng)絡(luò)的無中斷連接。

3 無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備總體設(shè)計(jì)

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的協(xié)議體系可分為五層，從上至下分別是：應(yīng)用層、服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層、物理層。設(shè)備協(xié)議體系架構(gòu)如圖2所示：

協(xié)議體系各層功能分工明確、清晰，具體如下：

（1）應(yīng)用層：主要完成本地IP用戶接入，包括話音用戶、移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)用戶等，需實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與用戶信息、身份、狀態(tài)交互；

（2）服務(wù)層：主要完成指揮調(diào)度協(xié)議、報(bào)文優(yōu)先級(jí)控制、服務(wù)資源分配等功能，并為應(yīng)用層提供了統(tǒng)一的服務(wù)接口；

（3）網(wǎng)絡(luò)層：主要實(shí)現(xiàn)自主動(dòng)態(tài)路由協(xié)議、OSPF（Open Shortest Path First，開放式最短路徑優(yōu)先）路由協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)IP接口適配等功能，同時(shí)為服務(wù)層提供了路由尋址功能，從而實(shí)現(xiàn)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合和互聯(lián)互通；

（4）鏈路層：主要包括無線CSMA（Carrier Sense Multiple Access，載波監(jiān)聽多路訪問）組網(wǎng)、無線TDMA（Time Division Multiple Access，時(shí)分多址）組網(wǎng)、衛(wèi)星鏈路控制以及各種傳輸設(shè)備的協(xié)議匹配等功能，完成無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備對(duì)各種傳輸設(shè)備的綜合接入和組網(wǎng)控制功能，并為網(wǎng)絡(luò)層提供鏈路控制功能；

（5）物理層：主要實(shí)現(xiàn)無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備與各種不同物理接口、不同傳輸特性的各種信道的物理連接，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)在不同物理媒介的傳輸。

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備主要由控制處理單元、IP交換平臺(tái)、信道處理單元和電源模塊四部分組成，其內(nèi)部連接關(guān)系如圖3所示。無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備使用通信處理器來運(yùn)行路由協(xié)議，處理器只完成控制面的路由功能而不參與數(shù)據(jù)面的轉(zhuǎn)發(fā)，使得數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了線速轉(zhuǎn)發(fā)。

4 無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備技術(shù)方案

隨著IP技術(shù)的迅速發(fā)展，眾多通信設(shè)備廠商將致力于全I(xiàn)P交換的產(chǎn)品開發(fā)，通過構(gòu)建IP開放通信體系架構(gòu)，可以很好地將核心網(wǎng)和無線網(wǎng)協(xié)同考慮，打造模塊化、接口統(tǒng)一化的全新一體化集成通信平臺(tái)。IP交換平臺(tái)為用戶提供交換功能，可以完成多端口的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)，提供網(wǎng)絡(luò)層接入，向用戶提供高帶寬（1 000Mbps）的網(wǎng)絡(luò)接口。

4.1 控制處理單元技術(shù)方案

控制處理單元是無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的核心處理單元，也是IP業(yè)務(wù)QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）保證的核心。其主要由處理器模塊、FPGA模塊、低速聲碼話音模塊、顯示和鍵盤模塊四部分組成?？刂铺幚韱卧饕瓿稍O(shè)備初始化、人機(jī)交互界面、設(shè)備工作參數(shù)輸入和配置、信道參數(shù)管理、路由協(xié)議、分組協(xié)議處理、數(shù)據(jù)/話音用戶接入和管理等功能，并通過PCI（外部器件互連）總線實(shí)現(xiàn)對(duì)交換平臺(tái)的訪問和控制?？刂铺幚韱卧O(shè)計(jì)框圖如圖4所示：

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備控制處理單元采用MPC8548處理器模塊、PowerQUICC III e500內(nèi)核，主頻高達(dá)1.5GHz，集成了PowerPC核和新一代的PowerQUICC通信處理器模塊，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)性能和運(yùn)算處理能力。其主要性能指標(biāo)如下：endprint

◆CPU：1 333MHz MPC8548（E）

◆外部總線：33MHz/32bit CPCI總線

◆內(nèi)存：512MB DDR2

◆存儲(chǔ)：64MB NOR FLASH

◆接口：千兆以太網(wǎng)、RS-232串口、USB

◆1xLocal Bus接口，8位數(shù)據(jù)16位地址

◆1個(gè)I2C接口，2個(gè)GPIO接口

◆XMC接口，支持x4 PCI Express +4x serial RapidIO

◆功耗：13.5W@5V

◆工作溫度：-10℃～+50℃

◆存儲(chǔ)溫度：-50℃～+85℃

4.2 信道處理單元技術(shù)方案

信道處理單元主要由處理器模塊、DSP、FPGA、調(diào)制解調(diào)、K接口電路、E1接口電路和RS232接口電路組成。其主要完成信道接入和組網(wǎng)控制功能，包括無線CSMA組網(wǎng)、無線TDMA組網(wǎng)、衛(wèi)星鏈路控制以及各種傳輸設(shè)備接口協(xié)議的匹配等功能，為網(wǎng)關(guān)設(shè)備提供統(tǒng)一的鏈路承載；同時(shí)，具備信道的鏈路狀況檢測(cè)和監(jiān)測(cè)功能。信道處理單元原理框圖如圖5所示。

在物理接口方面，信道處理單元提供標(biāo)準(zhǔn)E1接口，其物理特性和電特性符合G.703標(biāo)準(zhǔn)，幀結(jié)構(gòu)符合G.704標(biāo)準(zhǔn)。E1接口可通過配置，支持多種時(shí)隙分配策略，分別適用于連接不同傳輸設(shè)備，滿足話音業(yè)務(wù)交換和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)交換要求。其典型時(shí)隙分配方案如圖6所示。

信道處理單元提供K接口，可同時(shí)提供64k PCM話音業(yè)務(wù)接入和HDLC數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入。

信道處理單元提供多路RS232串口，接口速率可配置，可接入衛(wèi)星、短波、超短波電臺(tái)等信道傳輸設(shè)備。

通過信道處理單元的基帶匹配電路，可完成傳統(tǒng)超短波電臺(tái)基帶信號(hào)的輸入、輸出。基帶信號(hào)經(jīng)調(diào)制解調(diào)后，轉(zhuǎn)換為TTL同步串行數(shù)據(jù)流，通過FPGA完成串行數(shù)據(jù)流的同步及數(shù)據(jù)提取。DSP處理器則主要完成信道編解碼和MAC層的組網(wǎng)控制。

4.3 結(jié)構(gòu)技術(shù)方案

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備機(jī)箱由前面板、后面板和主體機(jī)箱三部分組成。前面板和后面板采用專業(yè)接插件與主體機(jī)箱連接，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)設(shè)備內(nèi)部單元板與外面板的有機(jī)連接。無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)柜安裝，前面板主要包括顯示屏、鍵盤、指示燈、電源接口、電源開關(guān)和把手等；后面板主要包括各種用戶接口、調(diào)試接口和信道接口等。

4.4 軟件技術(shù)方案

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的軟件主要分為兩類：一類是嵌入式軟件，主要實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)路由、指揮調(diào)度、服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)界面等功能，需實(shí)現(xiàn)的功能相對(duì)復(fù)雜，涉及協(xié)議比較全面，其運(yùn)行平臺(tái)為嵌入式處理器MPC8548，采用主流嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks6.8，涉及編程語音C/C++；另一類是各種信道接口處理軟件，主要實(shí)現(xiàn)編解碼、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)采集、時(shí)序等，運(yùn)行平臺(tái)為FPGA和DSP等。

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備嵌入式軟件采用風(fēng)河公司VxWorks6.8操作系統(tǒng)，其具備增強(qiáng)系統(tǒng)性能、占用更小的空間和更高的硬件平臺(tái)靈活性的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，提供多種靈活的多核架構(gòu)供設(shè)計(jì)師選擇，以便客戶根據(jù)需求選用最適合的解決方案。此外，VxWorks6.8還提供了改進(jìn)的操作系統(tǒng)原語（OS primitive）、USB支持和文件系統(tǒng)性能等，可以更加有效地幫助設(shè)計(jì)師提高產(chǎn)品軟件質(zhì)量、改善產(chǎn)品軟件兼容性、提升產(chǎn)品軟件性能。對(duì)應(yīng)的交叉編譯和調(diào)試環(huán)境為Wind River Workbench，其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）以開放的Eclipse平臺(tái)為框架；

（2）單一的全功能平臺(tái)，涉及到產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)周期；

（3）廣泛的適用性，特別適合復(fù)雜的目標(biāo)系統(tǒng)；

（4）豐富易用的調(diào)試手段。

4.5 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的人機(jī)交互界面運(yùn)行于控制處理單元，主要基于VxWorks6.8系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為操作員提供直觀、簡(jiǎn)易、清晰的人機(jī)交互接口，通過界面提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、工作參數(shù)配置、軟件版本查詢、設(shè)備模式切換、信道工作狀態(tài)監(jiān)控等功能。界面主要包含菜單欄、實(shí)時(shí)監(jiān)控窗口和狀態(tài)欄三部分。如圖7所示。

5 結(jié)束語

本文通過研究無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備在軍事戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)中的定位和作用，詳細(xì)闡述了網(wǎng)關(guān)設(shè)備的總體設(shè)計(jì)、整機(jī)設(shè)計(jì)、單元技術(shù)方案、結(jié)構(gòu)技術(shù)方案和軟件技術(shù)方案，可用于指導(dǎo)設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)施方案編寫和工程設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 米志超，鄭少仁. 無線戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)控制器通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2000（6）： 24-29.

[4] 康宇峰. 從Tornado到Workbench——風(fēng)河公司的新一代嵌入式軟件集成開發(fā)環(huán)境[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用， 2005（8）： 80-83.

[5] Wind River VxWorks6.8-Loopback[EB/OL]. （2013-06-16）. http：//blog.csdn.net.

[6] 朱建明. 基于網(wǎng)絡(luò)處理器的IPv6路由器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 蘭州： 蘭州大學(xué)， 2007.★endprint

◆CPU：1 333MHz MPC8548（E）

◆外部總線：33MHz/32bit CPCI總線

◆內(nèi)存：512MB DDR2

◆存儲(chǔ)：64MB NOR FLASH

◆接口：千兆以太網(wǎng)、RS-232串口、USB

◆1xLocal Bus接口，8位數(shù)據(jù)16位地址

◆1個(gè)I2C接口，2個(gè)GPIO接口

◆XMC接口，支持x4 PCI Express +4x serial RapidIO

◆功耗：13.5W@5V

◆工作溫度：-10℃～+50℃

◆存儲(chǔ)溫度：-50℃～+85℃

4.2 信道處理單元技術(shù)方案

信道處理單元主要由處理器模塊、DSP、FPGA、調(diào)制解調(diào)、K接口電路、E1接口電路和RS232接口電路組成。其主要完成信道接入和組網(wǎng)控制功能，包括無線CSMA組網(wǎng)、無線TDMA組網(wǎng)、衛(wèi)星鏈路控制以及各種傳輸設(shè)備接口協(xié)議的匹配等功能，為網(wǎng)關(guān)設(shè)備提供統(tǒng)一的鏈路承載；同時(shí)，具備信道的鏈路狀況檢測(cè)和監(jiān)測(cè)功能。信道處理單元原理框圖如圖5所示。

在物理接口方面，信道處理單元提供標(biāo)準(zhǔn)E1接口，其物理特性和電特性符合G.703標(biāo)準(zhǔn)，幀結(jié)構(gòu)符合G.704標(biāo)準(zhǔn)。E1接口可通過配置，支持多種時(shí)隙分配策略，分別適用于連接不同傳輸設(shè)備，滿足話音業(yè)務(wù)交換和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)交換要求。其典型時(shí)隙分配方案如圖6所示。

信道處理單元提供K接口，可同時(shí)提供64k PCM話音業(yè)務(wù)接入和HDLC數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入。

信道處理單元提供多路RS232串口，接口速率可配置，可接入衛(wèi)星、短波、超短波電臺(tái)等信道傳輸設(shè)備。

通過信道處理單元的基帶匹配電路，可完成傳統(tǒng)超短波電臺(tái)基帶信號(hào)的輸入、輸出?；鶐盘?hào)經(jīng)調(diào)制解調(diào)后，轉(zhuǎn)換為TTL同步串行數(shù)據(jù)流，通過FPGA完成串行數(shù)據(jù)流的同步及數(shù)據(jù)提取。DSP處理器則主要完成信道編解碼和MAC層的組網(wǎng)控制。

4.3 結(jié)構(gòu)技術(shù)方案

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備機(jī)箱由前面板、后面板和主體機(jī)箱三部分組成。前面板和后面板采用專業(yè)接插件與主體機(jī)箱連接，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)設(shè)備內(nèi)部單元板與外面板的有機(jī)連接。無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)柜安裝，前面板主要包括顯示屏、鍵盤、指示燈、電源接口、電源開關(guān)和把手等；后面板主要包括各種用戶接口、調(diào)試接口和信道接口等。

4.4 軟件技術(shù)方案

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的軟件主要分為兩類：一類是嵌入式軟件，主要實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)路由、指揮調(diào)度、服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)界面等功能，需實(shí)現(xiàn)的功能相對(duì)復(fù)雜，涉及協(xié)議比較全面，其運(yùn)行平臺(tái)為嵌入式處理器MPC8548，采用主流嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks6.8，涉及編程語音C/C++；另一類是各種信道接口處理軟件，主要實(shí)現(xiàn)編解碼、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)采集、時(shí)序等，運(yùn)行平臺(tái)為FPGA和DSP等。

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備嵌入式軟件采用風(fēng)河公司VxWorks6.8操作系統(tǒng)，其具備增強(qiáng)系統(tǒng)性能、占用更小的空間和更高的硬件平臺(tái)靈活性的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，提供多種靈活的多核架構(gòu)供設(shè)計(jì)師選擇，以便客戶根據(jù)需求選用最適合的解決方案。此外，VxWorks6.8還提供了改進(jìn)的操作系統(tǒng)原語（OS primitive）、USB支持和文件系統(tǒng)性能等，可以更加有效地幫助設(shè)計(jì)師提高產(chǎn)品軟件質(zhì)量、改善產(chǎn)品軟件兼容性、提升產(chǎn)品軟件性能。對(duì)應(yīng)的交叉編譯和調(diào)試環(huán)境為Wind River Workbench，其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）以開放的Eclipse平臺(tái)為框架；

（2）單一的全功能平臺(tái)，涉及到產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)周期；

（3）廣泛的適用性，特別適合復(fù)雜的目標(biāo)系統(tǒng)；

（4）豐富易用的調(diào)試手段。

4.5 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的人機(jī)交互界面運(yùn)行于控制處理單元，主要基于VxWorks6.8系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為操作員提供直觀、簡(jiǎn)易、清晰的人機(jī)交互接口，通過界面提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、工作參數(shù)配置、軟件版本查詢、設(shè)備模式切換、信道工作狀態(tài)監(jiān)控等功能。界面主要包含菜單欄、實(shí)時(shí)監(jiān)控窗口和狀態(tài)欄三部分。如圖7所示。

5 結(jié)束語

本文通過研究無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備在軍事戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)中的定位和作用，詳細(xì)闡述了網(wǎng)關(guān)設(shè)備的總體設(shè)計(jì)、整機(jī)設(shè)計(jì)、單元技術(shù)方案、結(jié)構(gòu)技術(shù)方案和軟件技術(shù)方案，可用于指導(dǎo)設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)施方案編寫和工程設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝希仁. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2003.

[2] 盧昊. 無線移動(dòng)自組織網(wǎng)的路由技術(shù)研究[D]. 成都： 電子科技大學(xué)， 2004.

[3] 米志超，鄭少仁. 無線戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)控制器通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2000（6）： 24-29.

[4] 康宇峰. 從Tornado到Workbench——風(fēng)河公司的新一代嵌入式軟件集成開發(fā)環(huán)境[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用， 2005（8）： 80-83.

[5] Wind River VxWorks6.8-Loopback[EB/OL]. （2013-06-16）. http：//blog.csdn.net.

[6] 朱建明. 基于網(wǎng)絡(luò)處理器的IPv6路由器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 蘭州： 蘭州大學(xué)， 2007.★endprint

◆CPU：1 333MHz MPC8548（E）

◆外部總線：33MHz/32bit CPCI總線

◆內(nèi)存：512MB DDR2

◆存儲(chǔ)：64MB NOR FLASH

◆接口：千兆以太網(wǎng)、RS-232串口、USB

◆1xLocal Bus接口，8位數(shù)據(jù)16位地址

◆1個(gè)I2C接口，2個(gè)GPIO接口

◆XMC接口，支持x4 PCI Express +4x serial RapidIO

◆功耗：13.5W@5V

◆工作溫度：-10℃～+50℃

◆存儲(chǔ)溫度：-50℃～+85℃

4.2 信道處理單元技術(shù)方案

信道處理單元主要由處理器模塊、DSP、FPGA、調(diào)制解調(diào)、K接口電路、E1接口電路和RS232接口電路組成。其主要完成信道接入和組網(wǎng)控制功能，包括無線CSMA組網(wǎng)、無線TDMA組網(wǎng)、衛(wèi)星鏈路控制以及各種傳輸設(shè)備接口協(xié)議的匹配等功能，為網(wǎng)關(guān)設(shè)備提供統(tǒng)一的鏈路承載；同時(shí)，具備信道的鏈路狀況檢測(cè)和監(jiān)測(cè)功能。信道處理單元原理框圖如圖5所示。

在物理接口方面，信道處理單元提供標(biāo)準(zhǔn)E1接口，其物理特性和電特性符合G.703標(biāo)準(zhǔn)，幀結(jié)構(gòu)符合G.704標(biāo)準(zhǔn)。E1接口可通過配置，支持多種時(shí)隙分配策略，分別適用于連接不同傳輸設(shè)備，滿足話音業(yè)務(wù)交換和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)交換要求。其典型時(shí)隙分配方案如圖6所示。

信道處理單元提供K接口，可同時(shí)提供64k PCM話音業(yè)務(wù)接入和HDLC數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入。

信道處理單元提供多路RS232串口，接口速率可配置，可接入衛(wèi)星、短波、超短波電臺(tái)等信道傳輸設(shè)備。

通過信道處理單元的基帶匹配電路，可完成傳統(tǒng)超短波電臺(tái)基帶信號(hào)的輸入、輸出?；鶐盘?hào)經(jīng)調(diào)制解調(diào)后，轉(zhuǎn)換為TTL同步串行數(shù)據(jù)流，通過FPGA完成串行數(shù)據(jù)流的同步及數(shù)據(jù)提取。DSP處理器則主要完成信道編解碼和MAC層的組網(wǎng)控制。

4.3 結(jié)構(gòu)技術(shù)方案

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備機(jī)箱由前面板、后面板和主體機(jī)箱三部分組成。前面板和后面板采用專業(yè)接插件與主體機(jī)箱連接，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)設(shè)備內(nèi)部單元板與外面板的有機(jī)連接。無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)柜安裝，前面板主要包括顯示屏、鍵盤、指示燈、電源接口、電源開關(guān)和把手等；后面板主要包括各種用戶接口、調(diào)試接口和信道接口等。

4.4 軟件技術(shù)方案

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的軟件主要分為兩類：一類是嵌入式軟件，主要實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)路由、指揮調(diào)度、服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)界面等功能，需實(shí)現(xiàn)的功能相對(duì)復(fù)雜，涉及協(xié)議比較全面，其運(yùn)行平臺(tái)為嵌入式處理器MPC8548，采用主流嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks6.8，涉及編程語音C/C++；另一類是各種信道接口處理軟件，主要實(shí)現(xiàn)編解碼、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)采集、時(shí)序等，運(yùn)行平臺(tái)為FPGA和DSP等。

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備嵌入式軟件采用風(fēng)河公司VxWorks6.8操作系統(tǒng)，其具備增強(qiáng)系統(tǒng)性能、占用更小的空間和更高的硬件平臺(tái)靈活性的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，提供多種靈活的多核架構(gòu)供設(shè)計(jì)師選擇，以便客戶根據(jù)需求選用最適合的解決方案。此外，VxWorks6.8還提供了改進(jìn)的操作系統(tǒng)原語（OS primitive）、USB支持和文件系統(tǒng)性能等，可以更加有效地幫助設(shè)計(jì)師提高產(chǎn)品軟件質(zhì)量、改善產(chǎn)品軟件兼容性、提升產(chǎn)品軟件性能。對(duì)應(yīng)的交叉編譯和調(diào)試環(huán)境為Wind River Workbench，其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）以開放的Eclipse平臺(tái)為框架；

（2）單一的全功能平臺(tái)，涉及到產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)周期；

（3）廣泛的適用性，特別適合復(fù)雜的目標(biāo)系統(tǒng)；

（4）豐富易用的調(diào)試手段。

4.5 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的人機(jī)交互界面運(yùn)行于控制處理單元，主要基于VxWorks6.8系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為操作員提供直觀、簡(jiǎn)易、清晰的人機(jī)交互接口，通過界面提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、工作參數(shù)配置、軟件版本查詢、設(shè)備模式切換、信道工作狀態(tài)監(jiān)控等功能。界面主要包含菜單欄、實(shí)時(shí)監(jiān)控窗口和狀態(tài)欄三部分。如圖7所示。

5 結(jié)束語

本文通過研究無線IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備在軍事戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)中的定位和作用，詳細(xì)闡述了網(wǎng)關(guān)設(shè)備的總體設(shè)計(jì)、整機(jī)設(shè)計(jì)、單元技術(shù)方案、結(jié)構(gòu)技術(shù)方案和軟件技術(shù)方案，可用于指導(dǎo)設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)施方案編寫和工程設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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[6] 朱建明. 基于網(wǎng)絡(luò)處理器的IPv6路由器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 蘭州： 蘭州大學(xué)， 2007.★endprint