一種戰(zhàn)術(shù)通信環(huán)境無線參數(shù)分發(fā)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

江華 冉江 韓樹寶

摘 要：面對(duì)戰(zhàn)術(shù)無線通信環(huán)境中不同組網(wǎng)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)整需求，文中提出了一種戰(zhàn)術(shù)通信環(huán)境無線參數(shù)分發(fā)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方式。在通信網(wǎng)絡(luò)已完成初始化同步的前提下，該設(shè)計(jì)通過終端管理軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的修改、在線自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)、加注、配置管理功能。一方面采用SNMP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議完成設(shè)備管理，另一方面采用專有協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線參數(shù)分發(fā)。設(shè)計(jì)中引入保證數(shù)據(jù)包可靠傳輸機(jī)制，完成網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的快速分發(fā)，縮短戰(zhàn)術(shù)通信環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整時(shí)間，滿足網(wǎng)絡(luò)的快速開設(shè)[1]，且可最大程度減少人工干預(yù)。通過項(xiàng)目實(shí)際比測，軟件運(yùn)行效果表明該無線參數(shù)分發(fā)設(shè)計(jì)高效、可靠，能夠滿足相應(yīng)指標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：戰(zhàn)術(shù)通信;無線參數(shù)分發(fā);SNMP;專有協(xié)議;配置管理;數(shù)據(jù)包;可靠傳輸;網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2019）05-00-04

0 引 言

在戰(zhàn)術(shù)無線通信環(huán)境中，“動(dòng)中通”是戰(zhàn)術(shù)通信的最重要特征。例如WIN-T（戰(zhàn)術(shù)級(jí)指戰(zhàn)員信息網(wǎng)）就是美國陸軍從戰(zhàn)區(qū)到營級(jí)所采用的一個(gè)動(dòng)中通、高速、高性能的骨干戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)[2]。在我國未來信息化戰(zhàn)場上，部隊(duì)將高度分

散/快速機(jī)動(dòng)和在運(yùn)動(dòng)中戰(zhàn)斗，需要在機(jī)動(dòng)中決策/指揮，實(shí)現(xiàn)全方位/全時(shí)域的“動(dòng)中通”[3]。在有限的無線資源環(huán)境下，要保證參與“動(dòng)中通”節(jié)點(diǎn)的正常通信，無線參數(shù)分發(fā)技術(shù)顯得尤為重要。如果能巧妙結(jié)合參數(shù)調(diào)整的方式同時(shí)進(jìn)行“軟擴(kuò)容”，將更能有效緩解局部通信網(wǎng)絡(luò)資源不足的缺陷，提升組網(wǎng)平臺(tái)的業(yè)務(wù)能力[4]。例如，通過頻譜感知算法對(duì)頻帶范圍內(nèi)的可用/禁用頻段進(jìn)行頻譜感知，通過上層決策選擇信道條件更好的頻段通信，通過無線參數(shù)分發(fā)技術(shù)可將擇優(yōu)后的頻段及其他相關(guān)參數(shù)分發(fā)至其他節(jié)點(diǎn)使用，使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行處于最佳可通狀態(tài)。無線參數(shù)分發(fā)的手段和方式多樣，如圖1所示，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)處于扁平組網(wǎng)狀態(tài)，所有節(jié)點(diǎn)分散、獨(dú)立、地位平等，具有很強(qiáng)的抗毀性和較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，采用分布式、無中心的管理方式。本文設(shè)計(jì)的無線參數(shù)分發(fā)流程無需建立專用信道，借助不同組網(wǎng)平臺(tái)建立通信鏈路，實(shí)現(xiàn)在線參數(shù)分發(fā)。參數(shù)分發(fā)過程可控、可靠、簡單、高效。

1 無線參數(shù)分發(fā)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

一般情況，規(guī)劃參數(shù)文件通常在作戰(zhàn)前通過戰(zhàn)區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)介質(zhì)分發(fā)給每個(gè)平臺(tái)，進(jìn)行平臺(tái)初始化[5]。組網(wǎng)平臺(tái)環(huán)境內(nèi)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID號(hào)在全網(wǎng)唯一，確保身份標(biāo)識(shí)不重復(fù)。如圖2所示，終端管理軟件收到規(guī)劃參數(shù)文件，各個(gè)節(jié)點(diǎn)一鍵加注到相應(yīng)的組網(wǎng)設(shè)備后，即可開通網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)初始化同步、開通運(yùn)行過程中，通過無線信道傳輸參數(shù)分發(fā)消息，各個(gè)接收分發(fā)節(jié)點(diǎn)收到調(diào)優(yōu)后的規(guī)劃參數(shù)后，自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)重配置;組網(wǎng)設(shè)備在通信參數(shù)調(diào)優(yōu)后重新開通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。終端管理軟件和組網(wǎng)設(shè)備間有兩種接口協(xié)議，一種接口采用SNMP標(biāo)準(zhǔn)管理協(xié)議進(jìn)行設(shè)備管理;另一種接口，設(shè)計(jì)專有協(xié)議完成參數(shù)分發(fā)消息傳遞。分發(fā)協(xié)議設(shè)計(jì)原則為安全保密、壓縮協(xié)議字節(jié)、不影響業(yè)務(wù)傳輸。

各個(gè)節(jié)點(diǎn)開機(jī)，網(wǎng)絡(luò)開通。如圖3所示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)開通運(yùn)行后，組網(wǎng)平臺(tái)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可發(fā)起無線參數(shù)分發(fā)流程。參與本次分發(fā)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)參數(shù)后，本地參數(shù)重新配置。分發(fā)結(jié)束后，通信網(wǎng)絡(luò)在新配置的參數(shù)環(huán)境中重新開通運(yùn)行。

1.2 分發(fā)階段

基于分發(fā)消息不同的內(nèi)容、類型和服務(wù)需求，采取相應(yīng)的分發(fā)控制流程和管理方法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的按需分發(fā)及需求資源的合理匹配[6]。在網(wǎng)絡(luò)初始化已同步的條件下，無線參數(shù)分發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)端-收端的過程按分發(fā)階段劃分：參數(shù)準(zhǔn)備階段、ACK請(qǐng)求-應(yīng)答階段、分發(fā)數(shù)據(jù)階段、分發(fā)數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)階段、參數(shù)重配置執(zhí)行階段。

（1）參數(shù)準(zhǔn)備階段。通過實(shí)測（包含路測和掃頻）數(shù)據(jù)結(jié)果選擇，參與分發(fā)節(jié)點(diǎn)的發(fā)起端在終端管理軟件界面輸入相應(yīng)的調(diào)優(yōu)參數(shù)，如組網(wǎng)設(shè)備工作模式、定頻頻率值、自適應(yīng)方式、跳頻表及跳頻表號(hào)等，選擇待接收分發(fā)參數(shù)的目的節(jié)點(diǎn)可發(fā)起無線參數(shù)分發(fā)流程[7-8]。

（2）ACK請(qǐng)求-應(yīng)答階段。參與分發(fā)的發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK請(qǐng)求，接收節(jié)點(diǎn)收到ACK消息后立即響應(yīng)。

（3）分發(fā)數(shù)據(jù)階段。發(fā)送節(jié)點(diǎn)收齊所有接收節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答消息后，向各個(gè)接收節(jié)點(diǎn)分發(fā)更新參數(shù)。

（4）分發(fā)數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)階段。收發(fā)節(jié)點(diǎn)將待更新參數(shù)以臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式保存。

（5）參數(shù)重配置執(zhí)行階段。無線傳輸消息結(jié)束后，收發(fā)方自動(dòng)注入?yún)?shù)至組網(wǎng)設(shè)備，設(shè)備收到終端管理軟件下發(fā)的新配置參數(shù)后將自動(dòng)生效，無需重啟設(shè)備。隨后通信網(wǎng)絡(luò)重新開通。

2 典型分發(fā)流程

2.1 正常流程

在通信網(wǎng)絡(luò)已完成初始化的前提下，無線參數(shù)分發(fā)典型處理機(jī)制的正常情況如圖4所示。分發(fā)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送無線參數(shù)的有效信息載荷前進(jìn)行協(xié)議數(shù)據(jù)壓縮，接收節(jié)點(diǎn)在收到消息后解壓，以此節(jié)約有限的無線信道資源。具體流程如下：

（1）采用UDP報(bào)文傳輸消息，網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)發(fā)起參數(shù)分發(fā)流程至其他接收節(jié)點(diǎn);

（2）接收節(jié)點(diǎn)收到使能指令，且報(bào)文協(xié)議格式解析正確，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù)ACK使能應(yīng)答;

（3）發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送無線參數(shù)分發(fā)消息（不等ACK應(yīng)答，默認(rèn)傳3次）;

（4）收到無線參數(shù)分發(fā)消息，延遲5 s后，接收節(jié)點(diǎn)把新接收的參數(shù)自動(dòng)注入至相應(yīng)組網(wǎng)設(shè)備;

（5）發(fā)送節(jié)點(diǎn)下發(fā)參數(shù)至本地組網(wǎng)設(shè)備。節(jié)點(diǎn)3同時(shí)發(fā)起參數(shù)分發(fā)示意圖

2.2 異常流程

在無線通信環(huán)境中，特別是戰(zhàn)場和搶險(xiǎn)救災(zāi)等環(huán)境，無線信道變化快速，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、加入、退出，地形、地物等都會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化[7]。當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定性特征凸顯時(shí)，會(huì)導(dǎo)致無線參數(shù)分發(fā)異常結(jié)束。設(shè)計(jì)中考慮加入超時(shí)重傳機(jī)制，以保障成功分發(fā)參數(shù)的最大概率。出現(xiàn)異常情況后，無線參數(shù)分發(fā)終止，終端管理軟件會(huì)提供事件日志文件查看相關(guān)信息，以便進(jìn)一步分析、排查問題。

如圖5所示，參數(shù)分發(fā)使能指令消息重傳成功后，本次參數(shù)分發(fā)成功。

分發(fā)節(jié)點(diǎn)對(duì)未應(yīng)答節(jié)點(diǎn)重傳使能指令直至收到ACK使能應(yīng)答（最多重傳3次，若一直未收到應(yīng)答，則給出提示，分發(fā)終止）。

如圖6所示，參數(shù)分發(fā)使能指令消息重傳3次仍未收到ACK應(yīng)答，則本次參數(shù)分發(fā)失敗。

3 分發(fā)實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件模塊組成

終端管理軟件由分發(fā)參數(shù)配置、分發(fā)流程控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、人機(jī)界面交互等模塊單元組成。按照模塊化設(shè)計(jì)思想，各個(gè)模塊相互獨(dú)立。軟件模塊組成如圖7所示，實(shí)現(xiàn)過程中考慮操作者防誤、異常操作，增加軟件容錯(cuò)處理。

（1）分發(fā)參數(shù)配置。選擇本節(jié)點(diǎn)身份，根據(jù)規(guī)劃文件參數(shù)完成組網(wǎng)設(shè)備所需的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置，組網(wǎng)設(shè)備建立無線參數(shù)分發(fā)鏈路。分發(fā)流程結(jié)束后，完成無線參數(shù)重配置，組網(wǎng)平臺(tái)新生成參數(shù)重新建立可通網(wǎng)絡(luò)鏈路。

（2）分發(fā)流程控制。負(fù)責(zé)無線參數(shù)分發(fā)過程的全流程控制以及各過程間的狀態(tài)流轉(zhuǎn)控制，主要包括超時(shí)重傳、異常數(shù)據(jù)包丟棄、收發(fā)節(jié)點(diǎn)角色轉(zhuǎn)換控制、互斥保護(hù)、傳輸時(shí)間間隔控制、傳輸速率調(diào)整等。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。規(guī)劃參數(shù)文件以二進(jìn)制方式存儲(chǔ)在本地計(jì)算機(jī)。根據(jù)本節(jié)點(diǎn)身份選擇，讀取對(duì)應(yīng)參數(shù)至內(nèi)存。在參數(shù)收發(fā)過程中，臨時(shí)緩存數(shù)據(jù)不會(huì)影響原有規(guī)劃文件內(nèi)容。

（4）網(wǎng)絡(luò)傳輸。根據(jù)無線信道的承載能力，對(duì)數(shù)據(jù)量較大的規(guī)劃文件在上信道前進(jìn)行預(yù)處理。

（5）人機(jī)界面交互。人機(jī)界面設(shè)計(jì)友好，進(jìn)入?yún)?shù)分發(fā)狀態(tài)后，界面會(huì)增加防誤操作，提示信息清楚、簡潔。當(dāng)進(jìn)入?yún)?shù)分發(fā)流程時(shí)，用戶點(diǎn)擊界面其他按鈕時(shí)不再響應(yīng)該操作，并且彈框提示用戶當(dāng)前“正在參數(shù)分發(fā)，請(qǐng)稍后操作”。

3.2 源代碼示例

實(shí)現(xiàn)無線參數(shù)分發(fā)的部分代碼示例：

4 結(jié) 語

無線參數(shù)調(diào)整是較方便、低成本的方法之一，在實(shí)際戰(zhàn)術(shù)通信環(huán)境中，參數(shù)調(diào)整應(yīng)綜合考慮、做好權(quán)衡、評(píng)估到位，最大程度發(fā)揮組網(wǎng)平臺(tái)的優(yōu)勢[9]。當(dāng)組網(wǎng)平臺(tái)已完成初始化同步、網(wǎng)絡(luò)可通時(shí)，該設(shè)計(jì)能夠滿足戰(zhàn)術(shù)通信環(huán)境無線參數(shù)分發(fā)的功能，但仍需加強(qiáng)參數(shù)分發(fā)過程中的安全性設(shè)計(jì)。一方面，考慮無線信道傳輸保密性，即終端管理軟件進(jìn)入無線參數(shù)分發(fā)狀態(tài)，對(duì)組網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置時(shí)，增加配置傳輸密鑰和信息密鑰等參數(shù)，減少非法用戶接入網(wǎng)絡(luò)或篡改分發(fā)參數(shù)的可能性;另一方面，加強(qiáng)參數(shù)保密性，即調(diào)優(yōu)規(guī)劃參數(shù)在無線信道傳輸時(shí)，進(jìn)行二進(jìn)制序列化處理，確保沒有部署終端管理軟件的節(jié)點(diǎn)無法解析、拼接、篡改該參數(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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