战术数据链消息通用表示方法研究*

2011-04-26何赟

舰船电子工程 2011年1期

何赟

(中国电子科技集团公司第二十八研究所南京 210007)

1 引言

随着战术数据链的不断发展,实现数据链系统之间的协同互联,使指战员能够更为快速、完整、准确地获得态势感知信息、战斗识别信息、威胁信息等将是必然趋势。美军战术数据链针对每一种数据链的特性制定了相应的消息格式[4],面对多种多样的数据链消息格式,数据链系统要实现多链综合应用,消息处理的工作量非常巨大,而且多链信息之间的相互转换也很困难。

本文以典型的战术数据链消息格式为研究对象,分析战术数据链消息的组成特点,提出一种通用的数据链消息表示方法,该方法的运用将有效解决这些问题。

2 战术数据链消息格式

美军现役的战术数据链多达几十种,都采用特定的消息格式进行传输。本文主要介绍美军战术数据链中具有代表性的J系列消息和可变消息格式(VMF)的消息格式。

2.1 J系列消息

J系列消息是Link16数据链采用的消息格式,其消息格式由美军标MIL-STD-6016C(北约对应的标准为STANAG 5516)定义[1]。

J系列消息主要为固定格式消息。每条固定格式消息由一个或多个字组成,一条固定格式消息最多包含8个字。固定格式消息中所包含的字又分为起始字、延长字和继续字三种,每个字长75bit,包括70bit数据位、1bit备用位和4bit奇偶校验位。在70bit的数据位中还包含了一些定义字段,如字格式等信息[2]。

每条消息都是以一个起始字开始,起始字用于标识消息类型及其后跟随的延长字和继续字的数量,以及传送的战术信息;当需要传输的信息超出了起始字的范围时,可以根据传输需求使用延长字和继续字来传送剩余的战术信息[2]。

上述三种字的具体格式如表1～3所示。

表1 J系列消息的起始字格式

表2 J系列消息的延长字格式

表3 J系列消息的继续字格式

2.2 VMF消息

VMF为可变消息格式,通常称之为K系列消息。该消息格式采用特殊的消息语法实现了其长度和内容可变。VMF消息语法主要是由字段出现指示符、字段重复指示符、组出现指示符和组重复指示符这四个指示符来定义,VMF消息可以根据需要控制消息中包含、省略或重复字段或组(即字段组合),并以此来实现VMF消息的长度和格式可变[3]。

VMF消息的组成区别于固定格式消息,它不是由多个消息字组成,而是由若干个字段、指示符、组、重复组、组嵌套组成,因此VMF消息的结构组成也相对比较复杂。

VMF消息的结构组成描述如表4所示。

表4 VMF消息结构组成描述

1)索引编号是对消息中出现的字段的编号,采用多级编号的方式表示字段所属的组和组的嵌套;

2)DFI/DUI的数值用来唯一确定该字段对应的数据元素。这些数值提供了对数据元素字典的一个快速索引;

3)DUI名称是该字段对应的数据元素名称;

4)比特长度标识该字段对应的数据元素长度;

5)必填标识用来标识该字段是强制字段还是可选字段;

6)分组码表示该字段属于的组,组也可以嵌套;

7)重复码表示了组的重复码,重复组也可以嵌套;

8)解释用来对该字段的使用进行具体说明。

3 战术数据链消息格式组成分析

战术数据链消息格式主要分为固定格式与可变格式两类,固定格式消息以J系列消息为代表;可变消息格式以VMF为代表。

固定格式消息和可变格式消息的最大区别在于消息组成的不同:

◦固定格式消息主要由若干个消息字组成,以初始字开始,其后根据需要跟随延长字和继续字。每个消息字有固定的组成结构,字段在消息字中占用固定的比特位。

◦可变消息格式主要由若干个字段、组、重复组、组嵌套和字段出现指示符、字段重复指示符、组出现指示符和组重复指示符这四个指示符组成,四个指示符控制消息中的字段或组是否出现、省略或重复,字段在消息中占用的比特位不固定,由前面字段的出现与否决定。

但固定格式消息和可变格式消息也有很多相似特点,如:

◦固定格式消息和可变格式消息都由若干个数据元素组成;

◦固定格式消息以消息字为单位,消息字由多个数据元素组成,与可变消息格式中“组”的概念类似;

◦固定格式消息中延长字、继续字以及占用相同比特位的数据元素等根据实际使用决定是否填写,与可变消息格式中“可选组”、“可选字段”的概念类似。

固定格式消息和可变格式消息是完全不同的消息组成格式,但同样可能用统一的描述规范来进行表示。

4 数据链消息通用表示方法

4.1 结构组成

数据链通用表示方法定义了一种既可以描述固定格式消息,又可以描述可变格式消息的通用数据链消息表示规范。

数据链消息通用表示方法主要包括两部分内容:数据元素字典和数据链消息表示模型。数据元素字典是建立数据链消息表示模型的基础,组成数据链消息表示模型的所有数据元素均来自于数据元素字典。

图1 结构组成图

4.2 数据元素字典

数据元素是指构成数据链消息的各数据基本单元,通常也称为“字段”。数据项是数据元素的实例,它描述信息或数值的子单元,是一类数据元素中的一个指定数据,用于描述某一属性。一个数据元素可包含一个或多个数据项,每个数据项具有区别于其它数据项的唯一特性[5]。数据链的每条消息都是一系列数据元素的有序结合,统一定义数据元素及其包括的数据项,是对数据链消息进行通用表示的基础。

数据元素字典主要对数据元素进行定义、对数据项进行详细说明。在数据元素定义中,将数据元素用两个数字:数据域标识符(DFI)及其数据使用标识符(DUI)对数据元素进行唯一定义。DFI包括简要的概念定义,且是其组内各DUI含义的总的表示。DUI又是DFI概念的具体表示,它包含组成数据元素的数据项(DI),并且针对各个数据项给予详细说明。

在数据链消息通用表示方法中,对组成格式化消息的所有数据元素进行统一管理,对不同消息格式中使用的相同长度和相同含义的数据元素使用相同编号,便于对数据元素进行升级和维护。

4.3 消息描述模型

数据链消息通用表示模型是基于数据元素字典,以消息结构组成为依据,数据元素为基本组成单元,根据消息构成和消息处理规则等,按照统一规范形成的消息描述模型。

数据链消息通用表示模型是以可变消息语法为基础,并综合固定格式消息的特点形成的对消息的详细描述。

数据链消息通用表示模型的描述格式如表5所示。

表5 数据链消息通用表示模型的描述格式

主要包括以下内容:

1)消息唯一标识:用于进行消息识别,由消息类型标识、消息标识(报文一级编号)、消息子标识(报文二级编号)三部分组成。

2)数据元素序号:为数据元素在固定格式的消息字中的排列顺序,或可变格式消息中采用多级编号的方式表示的字段所属的组和组的嵌套。

3)数据元素编号:对数据元素的唯一标识,是数据元素在数据字典中的索引号,由数据域标识符(DFI)及其数据使用标识符(DUI)组成。

4)数据元素名称:对应的数据元素名称。

5)起始位置:数据元素在固定格式消息的消息字中所占比特起始位置。

6)比特长度:数据元素在消息比特流中所占比特长度。

7)必填标志:标志该数据元素是否为必填项。

8)组/重复标识:用于标识该数据元素属于固定格式消息的哪个消息字或处理组合,或属于可变格式消息中的哪个组或重复组。

9)处理规则:描述组和单个数据元素在消息组成中的出现或处理条件。

说明:其他解释或说明。

4.4 消息表示实现步骤

用数据链消息通用表示方法表示一条消息主要分为以下步骤:

1)将组成该消息的所有数据元素(包括消息中的各类指示符)进行逐一提取;

2)在数据元素字典中查找相同长度和相同含义的数据元素,没有找到则新建数据元素添加到数据元素字典中,保证每个组成该消息的数据元素都在数据元素字典中能够找到索引;

3)根据该消息的消息组成结构,每个数据元素的相关信息,并按照数据链消息通用表示方法模型以及语法规则,将该消息添加到消息表示模型库中。

5 数据链消息通用表示方法的运用

数据链消息通用表示方法的运用将大大简化消息处理软件的复杂程度,无论涉及多少种不同的消息格式,消息处理软件只需面对通用表示方法一种描述格式,按照相同规则做出处理。当增加一种消息格式的处理时,只要使用通用表示方法增加消息表示模型,消息处理软件就能够对其进行处理,这将大幅度提高消息的处理效率,而且消息处理软件也相对独立。

基于通用表示方法的消息处理具体实现流程如图2所示。