直升機(jī)通用型數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理研究

徐 雙,張 偉,顧 杭

(中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所,江西 景德鎮(zhèn) 333000)

1 發(fā)展現(xiàn)狀分析

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化戰(zhàn)爭(zhēng),未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)是數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)能夠?qū)?zhàn)場(chǎng)上的指揮中心、各級(jí)指揮所、各參戰(zhàn)部隊(duì)和武器平臺(tái)相鏈接。 構(gòu)成一體化的數(shù)字信息網(wǎng)絡(luò)[1]。 數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的重要組成部分[1]。 為了更好地保障數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行,支撐未來(lái)的聯(lián)合戰(zhàn)役信息作戰(zhàn),對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)提出了更高的能力要求[2]。 在數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)管理方面,各種數(shù)據(jù)鏈的管理方式多種多樣,各管各自的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò),形成煙囪式數(shù)據(jù)鏈管理系統(tǒng),難以實(shí)施綜合管理。

目前,Link16 和Link11 分別實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和管理的基本功能,雖在數(shù)據(jù)鏈裝備改進(jìn)完善科研中做了一些工作,但尚不具備兩鏈統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)能力主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn):

(1)缺乏統(tǒng)一的路由策略,鏈間轉(zhuǎn)發(fā)只能在平臺(tái)進(jìn)行,無(wú)法實(shí)現(xiàn)多型數(shù)據(jù)鏈間的消息自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā),無(wú)法保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接的目標(biāo)。

(2)缺乏對(duì)數(shù)據(jù)鏈業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)、業(yè)務(wù)流量、業(yè)務(wù)質(zhì)量的有效監(jiān)視手段,缺乏對(duì)數(shù)據(jù)鏈業(yè)務(wù)的性能統(tǒng)計(jì),無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)承載狀態(tài)的有效評(píng)估。 對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析能力不足,雖然能夠監(jiān)視到數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息,但缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、時(shí)延、吞吐量、連通性等網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量數(shù)據(jù)的融合處理和有效分析,影響惡劣條件下系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可用性。

(3)缺乏數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的在線診斷及自檢手段。 未實(shí)現(xiàn)通信資源數(shù)據(jù)共享機(jī)制和統(tǒng)一管理,未提供統(tǒng)一的通信資源視圖。 缺系統(tǒng)的可測(cè)試性和可維護(hù)性有待提高。

因此,為提高數(shù)據(jù)鏈通信網(wǎng)絡(luò)“可看、可管、可控”的管理需求,實(shí)現(xiàn)多鏈路網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一組織規(guī)劃、綜合組網(wǎng)應(yīng)用及多鏈路網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接,需構(gòu)建功能強(qiáng)大、自動(dòng)化程度和管理效率高的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理系統(tǒng)[3]。 本文以Link16 和Link11 組成的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)為例提出了直升機(jī)通用型數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理的研究。

通過(guò)上述分析,筆者在已有數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理體制下,統(tǒng)籌考慮多種數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織應(yīng)用需求,進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理技術(shù)與應(yīng)用整體水平,簡(jiǎn)化規(guī)劃參數(shù)與操作流程,提高直升機(jī)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)和信息化作戰(zhàn)通信保障能力,主要方法有:(1)建立多種數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)通信組織規(guī)劃模型,優(yōu)化頻率組織規(guī)劃能力;(2)提供多型數(shù)據(jù)鏈統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則定制功能,形成多種數(shù)據(jù)鏈綜合組網(wǎng)能力;(3)提供統(tǒng)一路由策略功能,實(shí)現(xiàn)多型數(shù)據(jù)鏈間的消息自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā),保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接的目標(biāo)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)需要根據(jù)任務(wù)目標(biāo)、參戰(zhàn)平臺(tái)、編隊(duì)信息、地面保障、武器打擊、傳感器協(xié)同等作戰(zhàn)規(guī)劃信息綜合分析,分析任務(wù)過(guò)程中的通信需求,明確通信關(guān)系、要求和約束條件。

根據(jù)任務(wù)行動(dòng)中的通信關(guān)系、需求和約束等描述,結(jié)合航線信息、地形氣象信息、平臺(tái)機(jī)動(dòng)特性、鏈路配備、通信入網(wǎng)要求、情報(bào)傳輸規(guī)則、網(wǎng)絡(luò)或節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)等參數(shù)和約束進(jìn)行通用數(shù)據(jù)鏈發(fā)展型的規(guī)劃設(shè)計(jì),主要包括如下幾個(gè)方面:(1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)設(shè)計(jì)。 根據(jù)地形氣象條件、參與平臺(tái)的任務(wù)航線、通信任務(wù)需求等要素,完成鏈路的選型與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的設(shè)計(jì),明確空中骨干網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)設(shè)計(jì)以及任務(wù)過(guò)程總的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓闆r。 (2)鏈路應(yīng)用方案設(shè)計(jì)。 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)需求,進(jìn)行鏈路的選擇與組織設(shè)計(jì),明確鏈路成員以及基本組織關(guān)系。 (3)指配與協(xié)調(diào)算法。 為不同的鏈路規(guī)劃通信頻率,滿足全局電磁兼容的使用需求。 根據(jù)鏈路使用方案進(jìn)行鏈路參數(shù)的規(guī)劃設(shè)計(jì),為各鏈路的成員進(jìn)行工作參數(shù)規(guī)劃,為不同角色的平臺(tái)進(jìn)行通信資源的分配。 對(duì)網(wǎng)絡(luò)邊緣的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)規(guī)劃設(shè)計(jì),滿足鏈間互聯(lián)、互通的應(yīng)用需求。

2.2 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計(jì)

通用數(shù)據(jù)鏈發(fā)展型系統(tǒng)規(guī)模大,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣,且需要支持動(dòng)態(tài)地將來(lái)自不同地點(diǎn)的機(jī)載節(jié)點(diǎn),以一定的形式自組織成一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)集。 同樣,通用數(shù)據(jù)鏈發(fā)展型的管理結(jié)構(gòu)也必須具備持續(xù)動(dòng)態(tài)地將這些節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)自組成一個(gè)整體,維持網(wǎng)絡(luò)管理的能力,主要包括:(1)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)收集網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)等功能,包括骨干網(wǎng)絡(luò)、本地接入子網(wǎng)以及其他節(jié)點(diǎn)接入子網(wǎng)等。 支持以可視化的形式展現(xiàn)給網(wǎng)絡(luò)管理人員,顯示整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的各種系統(tǒng)資源的狀態(tài)以及相互之間的連接狀況。 (2)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)性能滿足情況,并通過(guò)這些指標(biāo)來(lái)判斷QoS 需求是否得到滿足,進(jìn)一步判定是否需要調(diào)整當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行策略來(lái)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化。 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)需要及時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化作出自適應(yīng)調(diào)整,支持系統(tǒng)為特定業(yè)務(wù)傳輸提供可靠的QoS 保證。 (3)網(wǎng)絡(luò)管理功能將根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行策略,以及從上級(jí)/對(duì)等網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(如地面網(wǎng)管中心/區(qū)域組網(wǎng)中心)接收到的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行策略更新請(qǐng)求信息,實(shí)時(shí)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)管理信息,發(fā)送至本地或遠(yuǎn)程網(wǎng)管代理模塊,執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)。 (4)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)支持從鏈路層以下感知節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)和由此引發(fā)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化,并與其他網(wǎng)絡(luò)管理模塊實(shí)施信息交互,從而最終實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加入、節(jié)點(diǎn)退出、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、越區(qū)切換等一系列網(wǎng)絡(luò)管理過(guò)程,提供適合于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化、網(wǎng)絡(luò)分割/融合和節(jié)點(diǎn)自主加入/離開(kāi)的管理能力。(5)在機(jī)動(dòng)平臺(tái)跨越骨干網(wǎng)上不同接入節(jié)點(diǎn)支持的接入子網(wǎng)或在地面接入節(jié)點(diǎn)和通用數(shù)據(jù)鏈發(fā)展型之間進(jìn)出時(shí),網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)施實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)鏈切換控制,實(shí)現(xiàn)不間斷的數(shù)據(jù)通信,確保指揮連續(xù)的能力。

3 系統(tǒng)組成與主要功能

通用數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理系統(tǒng)的組成,如圖1所示。 將任務(wù)使用需求轉(zhuǎn)化成Link16 或Link11 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并為系統(tǒng)中每一個(gè)成員設(shè)計(jì)唯一的組網(wǎng)參數(shù),通過(guò)現(xiàn)有平面通信網(wǎng)、介質(zhì)或系統(tǒng)自身的通信能力,將初始化數(shù)據(jù)分布到數(shù)據(jù)鏈設(shè)備所在地,并對(duì)設(shè)備加載,對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)視和管理[2]。 在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,尤其是承擔(dān)有網(wǎng)絡(luò)責(zé)任的端機(jī)性能下降、毀壞等情況下無(wú)法繼續(xù)行使網(wǎng)絡(luò)責(zé)任時(shí),能自動(dòng)或人工干預(yù)調(diào)控,保證系統(tǒng)正常有效地運(yùn)行或降級(jí)使用。根據(jù)用戶的位置、環(huán)境、作戰(zhàn)任務(wù)等方面變化而引起的資源需求變化,動(dòng)態(tài)對(duì)數(shù)據(jù)鏈的資源進(jìn)行分配與調(diào)整。使用基本的參數(shù),動(dòng)態(tài)獲取網(wǎng)絡(luò)資源,實(shí)現(xiàn)規(guī)劃外成員的隨遇動(dòng)態(tài)入網(wǎng)。 對(duì)數(shù)據(jù)鏈的鏈路負(fù)荷、信道質(zhì)量、連通性、在網(wǎng)率進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析,根據(jù)監(jiān)測(cè)、分析的結(jié)果為用戶的信息應(yīng)用提供實(shí)時(shí)、有效的數(shù)據(jù)鏈Q(jìng)oS 服務(wù)。

圖1 通用數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃規(guī)劃子系統(tǒng)主要完成Link16,Link11 等多個(gè)數(shù)據(jù)鏈的統(tǒng)一設(shè)計(jì)與規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)配資源、統(tǒng)一規(guī)劃頻率資源、統(tǒng)一規(guī)劃多鏈轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn),為參與平臺(tái)規(guī)劃統(tǒng)一的組網(wǎng)參數(shù)。

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視管理子系統(tǒng)主要完成多個(gè)Link16,Link11 等多個(gè)數(shù)據(jù)鏈的統(tǒng)一監(jiān)視與管理,提供統(tǒng)一的表示、操作界面,實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視,并在狀態(tài)監(jiān)視基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。實(shí)現(xiàn)多鏈間的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)視、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)調(diào)整、信息轉(zhuǎn)發(fā)管理、流量監(jiān)測(cè)等功能。

初始化數(shù)據(jù)分發(fā)加載子系統(tǒng)主要將網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃的初始化參數(shù)通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)、介質(zhì)、注入設(shè)備完成分發(fā)并加載到各個(gè)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備。

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)QoS 服務(wù)保障子系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)鏈的鏈路負(fù)荷、時(shí)延、吞吐量、連通性等方面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析,通過(guò)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果和作戰(zhàn)任務(wù)的要求,動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)鏈的系統(tǒng)特征參數(shù),保障的魯棒性和信息的可用性,為數(shù)據(jù)鏈用戶提供實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)鏈Q(jìng)oS 服務(wù)。

4 系統(tǒng)工作流程

通用數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理系統(tǒng)的工作流程通常分為需求收集、任務(wù)分解、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)視與管理等過(guò)程。 當(dāng)有了作戰(zhàn)計(jì)劃,各種場(chǎng)景需求時(shí),通過(guò)將任務(wù)分解,將各型數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)與規(guī)劃,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的可控。 參與平臺(tái)根據(jù)行動(dòng)命令、計(jì)劃、指示等文件對(duì)任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃制定行動(dòng)預(yù)案,流程圖如圖2 所示。 規(guī)劃設(shè)計(jì)輔助軟件通過(guò)自動(dòng)采集和人工錄入相結(jié)合的方式,從行動(dòng)預(yù)案中分析提取數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)保障的需求數(shù)據(jù),作為任務(wù)需求分解的入口參數(shù)。

接收到任務(wù)后,利用任務(wù)需求分解軟件根據(jù)各參戰(zhàn)平臺(tái)的數(shù)據(jù)鏈可用情況、任務(wù)需求、指揮結(jié)構(gòu)和關(guān)系以及地面平臺(tái)的部署狀態(tài),確定多鏈綜合應(yīng)用條件下的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分解產(chǎn)生Link16,Link11 的通信保障需求。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃工作站接收任務(wù)需求分解的通信保障需求結(jié)果,解析出Link16 和Link11 通信需求參數(shù),進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與通信規(guī)劃,為各參與成員分配網(wǎng)絡(luò)資源和系統(tǒng)組網(wǎng)工作參數(shù),生成兩鏈設(shè)備初始化參數(shù)文件,通過(guò)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視管理工作站、初始化數(shù)據(jù)分配設(shè)備、初始化注入設(shè)備下發(fā)加載到各平臺(tái)的數(shù)據(jù)鏈設(shè)備以及地面支撐系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備,完成初始化后實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)工作。

數(shù)據(jù)鏈監(jiān)視管理工作站對(duì)Link16,Link11 數(shù)據(jù)鏈的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)視、管理,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視、資源動(dòng)態(tài)分配、鏈間轉(zhuǎn)發(fā)管理等功能,為用戶提供有效的QoS 服務(wù)保障,維持Link16,Link11 數(shù)據(jù)鏈正常、高效的運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

以往的直升機(jī)上通信接收到的多鏈路數(shù)據(jù)全部輸出給顯示終端,輸出給終端很多冗余信息,對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信資源的占用較大,顯示終端的顯示處理也較為復(fù)雜。本文研究的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)鏈的集成統(tǒng)一,通過(guò)對(duì)多數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行妥善控制與管理,綜合調(diào)度和充分使用數(shù)據(jù)鏈資源,同時(shí)通過(guò)對(duì)各種數(shù)據(jù)鏈路的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控、鏈路質(zhì)量監(jiān)控,可以為通信系統(tǒng)選擇相較而言鏈路通信質(zhì)量高的鏈路。

不同通信鏈路的信息類(lèi)型、使用范圍、傳輸延時(shí)、傳輸距離和抗干擾性能等方面各不相同,用一種數(shù)據(jù)鏈不能簡(jiǎn)單地代替其他數(shù)據(jù)鏈。 使用多種數(shù)據(jù)鏈可以起到取長(zhǎng)補(bǔ)短、互為備份和提高抗毀性的作用。 因此,多數(shù)據(jù)鏈的共存和綜合應(yīng)用是必然的和必需的[3]。 從系統(tǒng)復(fù)雜性考慮,直升機(jī)通信系統(tǒng)同時(shí)接入多種數(shù)據(jù)鏈時(shí),如何打破各型數(shù)據(jù)鏈間的壁壘,是各型數(shù)據(jù)鏈協(xié)同高效地工作,就是本文主要研究的方向。 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)的研究可以為未來(lái)信息化聯(lián)合作戰(zhàn)提供理論支撐。