一种基于北斗短报文的战术通信网络参数无线分发方案

                      2019-11-06 06:11:49 物联网技术 2019年9期

                      范志英 韩树宝 余俊 冯志先

                      摘 要:网络规划参数文件的快速、准确分发是战术通信网络快速部署开通的重要保证,基于战术通信节点北斗短报文功能,文中提出了一种适用于战术通信网络的网络规划参数文件无线分发方案。该方案以现有战术通信网络管控体制及网络通信设备为基础,仅需对通信节点管理软件进行改进,便可实现网络规划参数的快速无线分发,有效简化了网络规划参数文件分发操作,缩短了战术通信网络开通时间,大幅提升了开通效率。

                      关键词:战术通信网;网络规划参数;无线分发;管理软件;北斗短消息;广域网

                      中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:2095-1302(2019)09-00-03

                      0 引 言

                      随着信息化战争的发展,战术通信网络效能直接影响着作战效能,战术通信网作为信息化指挥作战系统的基础,网络能否快速开通直接影响着作战结果[1]。影响战术通信网络开通速度的主要因素包括通信网络参数规划、网络规划参数分发、通信节点规划参数注入及网络开通。

                      在完成通信网络参数规划,系统进入网络规划参数文件分发时,整个战术通信网处于未开通阶段,各通信节点无法通信,通信网络只能通过人工方式下发。战术通信网作为一个规模较大的异构网络,通信节点达数百个之多,若使用人工方案进行参数分发则需要耗费大量时间,且分发过程容易出错、效率低下。网络规划文件分发过程严重制约了战术通信网络开通的效率,无法满足战术部队快速开展战术通信网络的需求。为此,需要开展无线参数分发技术研究,提升分发效率。当前战术通信网无线参数分发技术尚属于研究阶段,已提出的一些分发方案都要求基础通信网络已开通[2],或者需要针对特定的通信设备进行改造,实施难度较大。

                      针对当前系统规划分发的需求,本文提出了一种战术通信网规划参数无线分发方案,该方案基于当前战术通信网络管理体制及各节点上的装设备状态,利用通信节点上的北斗短报文功能,并结合各节点部署的管理软件实现网络规划参数文件的快速无线分发,极大地缩短了网络规划参数文件的分发时间,为战术通信网快速开通提供技术保障。

                      1 战术通信网管理体制概述

                      1.1 战术通信网络

                      战术通信网由多个不同功能的实体节点组成,各实体节点之间通过有线网、无线电台网组成一个异构广域网[3]。各实体节点根据分工角色装配一种或多种通信设备、北斗卫星终端、战术终端、服务器等,各设备通过交换设备(网关)互联构成节点局域管理控制网,提供设备统一管控平台。节点局域管控网拓扑结构如图1所示。

                      战术通信网络管理系统由网络规划软件、节点管理软件组成。其中,网络规划软件部署于网管中心,根据网络通信需求进行全网通信网络参数的规划;节点管理软件部署于各实体节点战术终端,根据当前节点身份对网络规划软件生成的网络规划文件进行解析,通过构建的设备管控模型,依托节点局域管控网进行各网络通信设备的工作参数配置管控,从而实现对战术节点网络通信设备的统一管控。

                      1.2 网络规划文件数据模型

                      网络规划参数文件是一组用于网络开通各实体节点及节点内设备的工作参数集合,参数内容主要包括节点信息、节点间的拓扑信息、节点内的设备拓扑信息以及各设备的工作参数信息。

                      (1)节点信息主要包括节点类型、节点名称、节点ID等节点属性信息;

                      (2)拓扑信息主要包括节点间的网络拓扑连接信息、拓扑连接类型、通信子网类型、通信子网参数信息等;

                      (3)设备参数信息主要包括设备名称、设备ID、设备类型等属性信息,设备间的拓扑连接信息以及设备工作IP、工作频率等工作参数信息。

                      1.3 北斗短报文

                      北斗卫星导航系统是我国自主建设的独立运行的集导航定位授时用户监测短报文通信功能于一体的全球卫星导航系统,北斗短报文通信技术是指北斗卫星终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够直接通过卫星信号进行双向信息传递。凭借高效率和广覆盖面的信息传递,北斗短报文功能经常被广泛应用于气象预警信息发布、边远地区自动气象站观测数据收集以及应急气象通信等系统建设中[4]。

                      与其他通信手段相比,北斗短报文具有如下特点:

                      (1)高可用性,北斗短报文的传输成功率为95.5%,平均时延为3.8 s[5]。

                      (2)北斗卫星短报文通信的最大报文长度为120个汉字或1 680 B,发送间隔频次最短为1 s/次[6]。

                      (3)北斗卫星导航系统的短报文通信有两种模式,即点对点模式和通播模式。点对点模式与手机短信类似,可以在两个北斗终端间传送短报文;通播模式即广播方式,允许通过一个特殊终端同时向多个普通终端发送短报文[6]。

                      2 基于北斗短报文的战术电台参数无线分发

                      针对战术通信网的特点,基于现有网络通信设备管理体制及装备现状,利用北斗短报文功能、节点管理软件预置的网络通信设备参数集及节点管理软件的设备管理功能构建无线参数分发网络;依托无线参数分发网实现网络规划参数文件的无线分发。参数分发网拓扑结构如图2所示。

                      根据分发流程,将网络规划参数文件的分发过程划分为三个阶段,即分发通道的构建、参数分发控制、分发结果汇总。

                      2.1 分发通道的构建

                      分发节点根据参数分发需求,利用节点上的无线通信设备及预置的网络通信设备参数集,通过北斗短消息及节点管理软件的设备管控功能,共同完成参数分发通道的构建。

                      分發通道构建过程中分发节点工作流程如图3所示。

                      (1)参数分发节点通过对规划文件进行解析获取分发对象节点的ID,如通信设备类型、北斗设备ID及设备拓扑连接等信息。

                      (2)根据节点内的通信设备类型,基于专家策略库选取对应包括分发通信方式、分发标识、分发IP地址段、发送时延、重传次数、分包大小、传输模式等分发通道构建策略信息。

                      (3)分发节点基于分发通道构建策略信息,结合本节点的网络通信设备类型、设备间的拓扑连接以及节点内预置的参数信息,生成本节点的网络通信设备工作参数等分发通道构建参数信息,并通过节点管理软件进行参数配置及网络开通。

                      (4)分发节点基于分发通道构建策略信息,结合各接收节点的网络通信设备类型、设备间的拓扑连接等信息,分别生成对应的分发通道构建参数信息,主要包括分发标识、通信设备类型、IP地址信息、电台时隙等必要通信参数信息,并通过北斗短消息功能依次向各接收节点分发构建分发通道的参数信息。

                      (5)分发节点侦听分发通道中接收节点的通道建立响应信息,针对未响应的节点,采用超时重传及最大重传次数机制进行分发通道构建参数的重传,并通过日志记录操作过程信息。

                      分发通道构建过程中,接收节点的工作流程如图4所示。

                      (1)接收节点收到通道建立指令后,根据通道构建策略信息,结合本节点的设备类型、设备间的拓扑连接以及节点内预置的网络通信参数模块信息,生成本节点网络通信设备工作参数等分发通道构建参数信息,并通过节点管理软件进行参数配置及网络开通。

                      (2)当分发通道构建成功后,利用分发通道向分发节点上报分发通道构建成功信息;否则继续等待分发通道构建指令。

                      当分发节点接收到全部接收节点通过构建响应信息,或达到最大重传数量时,分发通道构建完成。

                      2.2 分发控制

                      基于构建的分發通道使用基于专有协议的UDP报文协议进行节点间的无线参数分发。本方案同时支持点对点参数分发与广播形式的参数分发,分发协议报文格式如图5所示。其中,源IP地址为分发节点的IP地址,分发标识用于标识当前分发通道,分发模式用于标识当前参数分发模式,主要分为组播模式与单播模式,当分发模式为组播模式时,目的IP地址为接收节点的子网地址;否则目的IP地址为接收节点的IP地址。报文长度为报文数据的长度信息,报文数量用于标识当前规划文件总的分包数量,报文序号表示当前配置参数的编号信息,配置参数为规划文件的分包数据信息。

                      无线参数分发控制流程如图6所示。

                      (1)分发节点基于参数分发策略的分发报文大小,将规划参数文件拆分成多个数据包。

                      (2)分发节点基于参数分发策略的分发时延、分发模式、节点IP地址等信息进行数据包的封装。

                      (3)分发节点依据参数分发策略的分发模式进行数据包的分发,当分发模式为单播模式时,分发节点通过遍历所有接收节点并分别发送规划参数文件数据包;否则通过组播模式发送规划参数文件数据包。

                      (4)接收节点接收所有规划参数报文并进行报文组装,针对组装好的规划参数文件进行有效性校验。

                      (5)分发节点分别向每个接收节点发送规划文件确认请求。

                      (6)接收节点根据规划参数数据包的接收及校验情况发送规划参数接收回执信息。

                      (7)分发节点根据接收节点的回执信息,结合参数分发策略对未成功接收规划参数文件数据包的节点启动重传机制,进行数据重传。

                      2.3 分发结果汇总

                      规划参数分发完成后,分发节点根据分发通道构建结果,结合参数分发控制结果,生成本次规划参数文件分发结果的报表信息,指导通信参谋完成战术通信系统的开通。

                      3 结 语

                      本文基于战术通信网络技术管理体制,利用通信节点上的北斗终端短报文功能设计了一种适用于战术通信网络的基于北斗短报文的网络通信参数无线分发方案,本方案同时支持单播模式和组播模式的网络规划参数分发方案。通过本方案,在战术通信网络未开通前,可以实现网络规划参数的快速分发,有效提升战术通信网络开通的效率。

                      参 考 文 献

                      [1]袁秀丽,周谷,翟志国,等.信息化战争的发展趋势[J].信息化研究,2014(1):7-9.

                      [2]康宗绪,建兵,李文,等.不依赖IP路由的网络参数快速分发机制[J].通信技术,2014,47(5):532-535.

                      [3]周明.基于WinPcap的战术网络性能管理系统研究[J].物联网技术,2018,8(2):54-56.

                      [4]郭栋.北斗短报文通信技术在气象预警领域应用的研究[J].信息通信,2015(2):193.

                      [5]谷军霞,王春芳,宋之光.北斗短报文通信信道性能测试与统计分析[J].气象科技,2015(3):458-463.

                      [6]高超越.北斗卫星短报文在国家突发事件预警信息发布系统中的应用研究[D].呼和浩特: 内蒙古大学,2016.

                      [7]杨琳.战术演习方案动态推演支撑框架设计[J].物联网技术,2017,7(9):52-53.

                      [8]钟沐旸,苗放.基于北斗短报文通信的远程设备诊断平台[J].电脑迷,2017(8):25-26.

                      [9]周文婷,王涛,袁鸣峰,等.基于北斗短报文通信的用电信息采集系统的研制[J].电力自动化设备,2017(12):211-217.

                      [10]何丽,刘茹,屈冬红,等.一种基于北斗短报文通信的动态组网技术[J].科学技术与工程,2015,15(13):149-153.

                      (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();