多路適配技術(shù)在人防指控系統(tǒng)通信中的應(yīng)用研究

孫學鋒，李成新

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多路適配技術(shù)在人防指控系統(tǒng)通信中的應(yīng)用研究

孫學鋒1，李成新2

（1. 海軍航空工程學院，山東煙臺264000；2. 解放軍91004部隊，遼寧大連 116031）

針對人防指揮控制系統(tǒng)通信特點，研究了基于消息隊列池的多路適配技術(shù)，闡述了消息隊列池的基本原理，多路適配技術(shù)的具體應(yīng)用，以及人防指揮控制系統(tǒng)通信中的通信協(xié)議設(shè)計、數(shù)據(jù)共享機制等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了多終端的實時采集、信息傳遞和態(tài)勢感知共享，滿足了綜合利用多種通信方式，聚合人防資源，以及各種資源間的互聯(lián)、互通、有機整合需求。

消息隊列池 多路適配技術(shù) 通信協(xié)議

0 引言

信息化條件下的人防指揮控制系統(tǒng)具有集成、高效、快速、可靠的特點，對人防通信技術(shù)的運用提出了很高的要求。本文基于消息隊列池，探討了多路適配器、多用途通用消息網(wǎng)關(guān)等多路適配技術(shù)的應(yīng)用，消息和服務(wù)協(xié)議的規(guī)則，數(shù)據(jù)分發(fā)機制等，集成了北斗、3G、數(shù)傳電臺、微波等多種通信手段，實現(xiàn)了多級人防指揮機構(gòu)內(nèi)外，以及人防指揮機構(gòu)和人防分隊間的信息聯(lián)通。

1 消息隊列池及其連接鏈路

在指揮所內(nèi)采用消息中間件作為消息收發(fā)的主體。消息中間件設(shè)置有多個消息隊列，形成消息隊列池。它們按類別，分為發(fā)送隊列、接收隊列、主題廣播隊列等幾類[1]。消息隊列在系統(tǒng)中傳遞消息，將系統(tǒng)各個應(yīng)用模塊連接起來，構(gòu)成系統(tǒng)中人防情報、指控、態(tài)勢的信息鏈路。

消息隊列是系統(tǒng)內(nèi)消息傳遞的主要通道，主要用于指揮所內(nèi)的各節(jié)點間的消息傳遞。

發(fā)送隊列負責傳輸指揮所向外發(fā)送的消息，由消息轉(zhuǎn)發(fā)模塊從隊列中讀取消息并通過相應(yīng)的設(shè)備網(wǎng)關(guān)按照消息中攜帶的尋址信息以及預(yù)定義的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則進行轉(zhuǎn)發(fā)。接收隊列負責傳輸指揮所接收到的消息，由指揮所消息處理模塊從隊列中讀取消息并處理。主題廣播隊列負責傳輸指揮所內(nèi)需要廣播的消息，如態(tài)勢消息、空情消息、通知消息等。消息隊列池及其連接鏈路如圖1所示。

圖1消息隊列池及其連接鏈路圖

2 多路適配技術(shù)的應(yīng)用

多路適配技術(shù)是系統(tǒng)連接外部設(shè)備、外部軟件系統(tǒng)的重要手段，是系統(tǒng)連接通信渠道、集成外部軟件系統(tǒng)的樞紐。它通過多功能適配器，方便靈活地集成多種通信手段和外部應(yīng)用系統(tǒng)，使用多種服務(wù)渠道，連接擴展外部應(yīng)用模塊[2]。

人防指控系統(tǒng)通信手段繁多，每一種通信手段都有其特有的訪問接口和通信控制協(xié)議，而上層應(yīng)用程序在進行數(shù)據(jù)傳輸時卻不需要關(guān)心底層的通信細節(jié)。適配器位于系統(tǒng)應(yīng)用與通信模塊之間，按照一定的規(guī)則訪問通信模塊，為系統(tǒng)應(yīng)用提供一致的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

2.1適配器的特點和功能

適配器是很薄的一層軟件，在客戶程序發(fā)起的服務(wù)調(diào)用與組件期望的服務(wù)調(diào)用之間實現(xiàn)映射，同時，它將組件所產(chǎn)生的回應(yīng)轉(zhuǎn)換成客戶程序所期望的回應(yīng)。在系統(tǒng)需要連接擴展外部應(yīng)用時，需要將外部應(yīng)用通過適配器進行控制和交換數(shù)據(jù)。適配器位于系統(tǒng)與外部應(yīng)用之間，以轉(zhuǎn)換它們對接口的不同技術(shù)的理解。

適配器的特點是隔離客戶程序與訪問的組件/模塊，讓它們無需關(guān)心與對方的兼容性。適配器可以處于任何兩個組件/模塊之間，不論它們是應(yīng)用組件、業(yè)務(wù)組件、數(shù)據(jù)訪問組件或者是通信模塊。但適配器又是一個獨立的不依賴某個組件/模塊而存在的軟件組件，它不屬于客戶程序和功能組件/模塊中的任何一個，也不被用來擴展組件的功能。同時，適配器又有特定性，它專門連接特定的兩個組件/模塊服務(wù)，如果其中任何一個被替換掉，適配器也就失去了存在的價值。

適配器的功能主要是：

1）接口轉(zhuǎn)換，如轉(zhuǎn)化字段格式，增加或取消一些參數(shù)，或以不同的順序提供參數(shù)。

2）非標準設(shè)置，如設(shè)置一些開關(guān)，為一些設(shè)計封裝不夠好的應(yīng)用指定使用的數(shù)據(jù)庫等。

3）驗證和錯誤處理，確保傳遞給訪問組件的數(shù)據(jù)被接受，處理所有可能的響應(yīng)和錯誤。

4）安全性，確保遺留系統(tǒng)應(yīng)用的安全性需求得到滿足。

2.2多路適配器

多路適配器用于控制通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，負責接收消息網(wǎng)關(guān)傳來的消息并通過設(shè)備發(fā)出，接收設(shè)備收到的消息并轉(zhuǎn)發(fā)給消息網(wǎng)關(guān)。

當指揮所某席位需要向下屬一個作戰(zhàn)單元下發(fā)一條指令時，如果該作戰(zhàn)單元與指揮所之間是通過無線電臺連接的，則需要首先將指令發(fā)送到控制指揮所無線電臺的計算機上，而后再由該計算機將指令采用無線傳輸格式發(fā)送給作戰(zhàn)單元配屬的無線電臺，同樣的，作戰(zhàn)單元中控制無線電臺的計算機接收并解析該指令信息，最后將該指令信息傳遞給作戰(zhàn)單元指揮/操作人員的終端上。

如果該指揮所與作戰(zhàn)單元間存在著多種通信手段，需要采用一些技術(shù)手段來保證能夠充分利用這些通信手段確保信息在指揮所和作戰(zhàn)單元之間順暢交換。

這些在模塊之間用來傳輸消息的鏈路可稱之為渠道，渠道也可稱為接入手段。

多路適配器是系統(tǒng)與各種渠道連接的樞紐，通過自動檢測或人工設(shè)置連接的設(shè)備參數(shù)，與連接的渠道建立綁定關(guān)系，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置為渠道分配相關(guān)通信參數(shù)，從而使系統(tǒng)與外部的通信聯(lián)絡(luò)保持暢通。圖2給出了渠道訪問適配器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 渠道訪問適配器結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 多用途通用消息網(wǎng)關(guān)

消息網(wǎng)關(guān)服務(wù)是人防指揮控制系統(tǒng)信息傳輸渠道的重要模塊。消息網(wǎng)關(guān)是指揮所信息系統(tǒng)的邊界網(wǎng)關(guān)，是消息層面的路由器，負責與指揮所下屬實體間的消息路由，以及與上下級指揮所、友鄰指揮所間的消息的路由選擇與轉(zhuǎn)發(fā)。

消息網(wǎng)關(guān)的功能包括消息路由、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、隊列存儲、消息解析/構(gòu)造、消息傳輸、加密解密、安全認證、管理、元數(shù)據(jù)庫等模塊。其中消息的路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)是消息網(wǎng)關(guān)的核心功能。消息網(wǎng)關(guān)處理消息是并行的，支持多個渠道同時進行消息收發(fā)。每個渠道有對應(yīng)的消息收發(fā)器，針對每個渠道設(shè)置相應(yīng)的收發(fā)隊列，用來匹配傳輸層不同的選擇，可以和多種物理渠道進行連接。

在各個發(fā)送隊列中存儲著指揮所向外發(fā)送的消息，每個隊列都有相應(yīng)的發(fā)送渠道，由消息轉(zhuǎn)發(fā)模塊將隊列中的消息通過相應(yīng)的渠道發(fā)送出去。接收隊列中保存著各個渠道接收到的消息，這些消息需要網(wǎng)關(guān)按照消息中攜帶的尋址信息以及預(yù)定義的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則進行轉(zhuǎn)發(fā)。

消息網(wǎng)關(guān)的管理模塊能夠?qū)ο⒘髁窟M行控制，并為消息分類設(shè)定優(yōu)先級。消息分為指揮消息、情報消息、態(tài)勢消息、文電消息等幾類，每類消息獨立排隊，其中指揮消息的優(yōu)先級最高。

消息網(wǎng)關(guān)的信息安全方案，主要包括加解密、安全認證等內(nèi)容。安全認證模塊驗證指揮所下屬實體的身份，避免非法客戶訪問系統(tǒng)。在多渠道服務(wù)平臺中，對消息內(nèi)容部分采用端端加密，只有接收者可以根據(jù)端端密鑰解密。消息的尋址信息在傳輸、路由過程中，需要被網(wǎng)關(guān)和終端判讀，解析其中的目的地信息、類型信息等內(nèi)容，因而通常采用固定密鑰加密或者不進行加密。圖3給出了消息網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 消息網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

3 通信協(xié)議與數(shù)據(jù)共享

3.1 通信協(xié)議

3.1.1 消息協(xié)議

消息協(xié)議，是規(guī)范傳輸消息格式的約定。消息協(xié)議包括：系統(tǒng)消息、指揮控制消息、時統(tǒng)消息、無線設(shè)備訂閱消息、指揮關(guān)系消息、分系統(tǒng)消息等幾大類。在人防指控系統(tǒng)中，信息的交換載體為消息，消息是字節(jié)流數(shù)據(jù)，由消息頭和消息體組成。消息頭為描述消息屬性的部分，消息頭中主要攜帶消息的長度信息、尋址信息、消息類型以及消息級別等內(nèi)容。消息體為承載的信息內(nèi)容，存放著消息的有效載荷部分，是消息的主體[3]。消息結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 消息結(jié)構(gòu)圖

3.1.2服務(wù)協(xié)議

服務(wù)協(xié)議是各類信息交換的規(guī)范流程，是業(yè)務(wù)流程的信息交換標準。

1）地面情況信息服務(wù)協(xié)議

地面情況信息包括發(fā)現(xiàn)目標和人防分隊、人防資源等實體信息。對配備有數(shù)字化終端的實體，將本身的位置、狀態(tài)信息和通過偵察手段發(fā)現(xiàn)的目標信息，利用信息采集工具將其轉(zhuǎn)換為格式化的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖炯壔局笓]所和上級指揮所的信息處理中心；對無數(shù)據(jù)終端的實體，可通過傳統(tǒng)的指揮手段上報給本級基本指揮所相應(yīng)的席位，由其代為轉(zhuǎn)換成格式化數(shù)據(jù)進入系統(tǒng)，同時該席位也負責對上級以及友鄰?fù)▓笮畔⒌牟杉ぷ?。地面情況信息服務(wù)協(xié)議如圖5所示。

圖5 地面情況信息服務(wù)協(xié)議

2）空中情況信息服務(wù)協(xié)議

各級人防指揮機構(gòu)的空情信息來源有兩個：一是接收上級的空情通報和空中態(tài)勢數(shù)據(jù)，用來顯示大范圍的空中態(tài)勢；二是接收本級和友鄰的人防機構(gòu)及其所屬分隊探測到的空情信息，經(jīng)自動或半自動融合處理后生成的空中態(tài)勢數(shù)據(jù)，用于顯示局部范圍的空中態(tài)勢?？罩星闆r信息服務(wù)協(xié)議如圖6所示。

圖6 空中情況信息服務(wù)協(xié)議

3）行動控制信息服務(wù)協(xié)議

行動控制是一個閉環(huán)控制的過程。行動控制信息由指揮員（指揮機關(guān)）用指令工具將其決策生成指令數(shù)據(jù)。按照數(shù)據(jù)分發(fā)邏輯除了向所指揮的實體作為指令發(fā)送外，還要向本級指揮所的上級指揮所和行動實體的上級指揮實體作為通知數(shù)據(jù)發(fā)送。行動控制信息服務(wù)協(xié)議如圖7所示。

3.2數(shù)據(jù)共享

數(shù)據(jù)共享主要是人防指揮機構(gòu)內(nèi)的態(tài)勢共享，通過數(shù)據(jù)分發(fā)的形式實現(xiàn)。其數(shù)據(jù)傳輸采用消息隊列與Socket[4]相結(jié)合的方式進行。

圖7 行動控制信息服務(wù)協(xié)議

3.2.1 數(shù)據(jù)分發(fā)類型

分發(fā)的數(shù)據(jù)類型包括態(tài)勢數(shù)據(jù)、簡令簡報數(shù)據(jù)、空情數(shù)據(jù)、身份認證數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)等。

態(tài)勢數(shù)據(jù)主要包括上級通報共享的敵我態(tài)勢數(shù)據(jù)和本級生成的實時態(tài)勢數(shù)據(jù)；簡令數(shù)據(jù)包括體現(xiàn)指揮者決心意圖的各種作戰(zhàn)指令。簡令數(shù)據(jù)由上級以及具有指揮權(quán)的上級機關(guān)發(fā)出，是指揮員實現(xiàn)對部隊協(xié)調(diào)控制的命脈，通常采用實時傳輸?shù)姆绞剑瑑?yōu)先級別高，不允許發(fā)生延誤和丟失。表現(xiàn)形式包括文本、圖形、聲音、字符數(shù)值型數(shù)據(jù)等；空情數(shù)據(jù)是指空中態(tài)勢數(shù)據(jù)；身份認證數(shù)據(jù)是指移動用戶登錄系統(tǒng)時，向認證服務(wù)發(fā)出的認證請求，以及認證服務(wù)認證結(jié)果數(shù)據(jù)；時間數(shù)據(jù)是為統(tǒng)一各指揮所及各作戰(zhàn)單元作戰(zhàn)時間而統(tǒng)一規(guī)定的時間數(shù)據(jù)。時間數(shù)據(jù)由時統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生，并分發(fā)至各席位及作戰(zhàn)單元，也可根據(jù)對時請求分發(fā)時間數(shù)據(jù)[5]。

3.2.2數(shù)據(jù)分發(fā)方式

數(shù)據(jù)分發(fā)主要有主動分發(fā)、訂閱分發(fā)和強制分發(fā)三種模式。

主動分發(fā)就是按照事先規(guī)定的通信路線、信息類型和終端用戶享受信息的權(quán)限，根據(jù)信息傳送的優(yōu)先等級，由信息分發(fā)節(jié)點對實時或變化的必要信息主動向在線用戶端的發(fā)送，用以保證所有用戶有共同的戰(zhàn)場信息；訂閱分發(fā)模式由數(shù)據(jù)使用者發(fā)出訂閱請求，數(shù)據(jù)提供者將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)給訂閱者；強制分發(fā)是分發(fā)節(jié)點在系統(tǒng)管理人員的控制下，對在線用戶發(fā)送的必須接受的系統(tǒng)控制類信息，用于對遠程終端的系統(tǒng)級控制。

4 結(jié)論

基于消息隊列池的多路適配技術(shù)，整合了北斗、3G、數(shù)傳電臺、微波等多種通信資源，使系統(tǒng)終端用戶不必關(guān)心通信格式、設(shè)備類型、通信方式等具體信息就能相互進行有效通信，實現(xiàn)了人防指揮控制系統(tǒng)指揮機構(gòu)與人防分隊實體間通信的無縫鏈接，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和可移植性。

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Application of Multiple Adaptation Technology to the Communication of Civil Air Defense Command and Control System

Sun Xuefeng1, Li Chengxin2

（1. Naval Aeronautical Engineering Institute. Yantai 264000, Shandong, China；2. Unit 91004 of PLA, Dalian 116031, Liaoning, China）

TN911

A

1003-4862（2016）10-0038-05

2016-5-20

孫學鋒（1963-），男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師。研究方向：陸戰(zhàn)岸防裝備保障。