带宽受限条件下的资源发布与定位

阴启玉,孙世平,彭 铭

(江苏自动化研究所,江苏 连云港 222006)

随着数据链技术的发展,远程打击武器和信息化装备的出现,作战模式逐渐由“平台中心战”向“网络中心战”的转型,各参战平台由数据链通过无线信道实现横向组网,逐渐形成信息化战争形态下的信息资源共享和行动协同的使用需求[1]。数据链是采用无线网络通信技术和应用协议实现战术数据系统间的信息交换[2],由于无线通信的特点和局限性,其通信距离有限、易受环境因素干扰、带宽资源稀缺等,且参战平台供通信处理的资源有限,传统的基于有线网络和商用的资源发布和定位技术不适宜直接移植到战术数据系统应用,本文通过研究洪泛模型和动态索引技术等资源定位技术,提出了适合低带宽低数据率通信的资源发布和定位解决方案。

洪泛模型[3]是较常用的资源定位模型,对节点能力要求低,适用性较好,其采用广播形式的请求转发机制进行资源定位,当网络规模扩大时,导致网络带宽的大量消耗,性能下降严重,遇到性能瓶颈。为避免洪泛模型带来的大量带宽消耗,提出了索引表机制及其改进的动态索引机制[4],组网节点采用索引表保存索引半径内邻居节点的资源信息,从而使得节点在进行资源请求时达到减少查询量,定位速度快,带宽占用少,索引表占用的存储空间少,但当网络中节点的动态性较强时,会退化为洪泛模型。

本文针对数据链组网通信带宽有限、数据率低、节点接入不稳定的使用背景,依托多平台协同作战时的战术分群指挥关系,对洪泛模型和动态索引技术进行适应性改进,提出了易集成应用于现有信息化指控系统的资源发布和定位解决方案,实现了核心模块并进行了模型验证。

1 资源发布与定位技术

针对多军兵种联合作战需求,充分考虑已有平台和系统的作战功能,技术体制,研究功能相对独立的、可扩展的、易集成的资源发布定位模块(Resource Publishing&Locating Module,RPLM),各节点可采用独立运行或模块级集成RPLM,并运行于分层作战指挥网络各节点。根据各平台的作战任务,各节点组成多个分群网;根据指挥关系,各分群设有一个指挥节点,指挥节点之间组成指挥节点网如图1所示。

图1 分层作战指挥网示意图

1.1 RPLM体系结构设计

RPLM软件设计有三种运行模式,分别为指挥节点模式、备用节点模式、普通节点模式。根据操作手设置的组网方案,RPLM初始化运行模式。指挥节点失效时,备用指挥节点模式可自动转换为指挥节点模式运行。

软件体系结构如图2所示,各节点实时监控本节点负载情况及状态并进行网内通报,负责本节点的资源发布和定位请求,对定位结果进行优选并负责通信链路的管理。指挥节点负责本群节点状态、指挥网各节点状态、群内成员发布资源管理,同时承担群内外信息转发功能。备用指挥节点具有通用功能外,实时监视指挥节点状态,同步指挥节点的资源索引表。

图2 软件体系结构示意图

1.2 RPLM流程设计

1.2.1 普通节点模式流程设计

接收操作人员初始化设置,启动普通节点模式,信息处理流程如图3所示。

图3 普通节点信息流程

实时监视本节点链路使用情况、节点负载情况并周期上报指挥节点;接收群内成员通报的状态信息,进行群内成员状态管理;接收人机交互模块的资源发布信息,组织资源发布信息(资源的存储位置、网络位置、应用方式等)发送给指挥节点;接收人机交互模块的资源定位请求,发送给指挥节点;接收指挥节点转发的定位请求响应信息,若收到多个应答信息,根据应答信息中的资源所在节点的负载情况和链路情况及本节点的链路情况进行资源优选,得到最优使用节点,通过链路管理进行建链通信,如果两节点间不支持搭建专用链路,则通过双方指挥节点进行信息转发。

1.2.2 指挥节点程设计

接收操作人员初始化设置,启动指挥节点模式,信息处理流程如图4所示。接收普通节点发送的状态信息维护群内节点状态索引表;采集普通节点发送的资源发布报文,维护群内节点发布的共享资源索引表,索引链表发生变化时,针对变化内容与备用节点进行同步;接收用户定位查询请求,在本地索引表中查询,若请求节点为群内成员,将定位请求转发入指挥节点网络,进行全网搜索;接收指挥节点网络的定位请求应答信息,转发查询请求应答信息到请求节点。

图4 指挥节点信息流程

1.2.3 备用节点流程设计

接收操作人员初始化设置,启动备用节点模式,信息处理流程如图5所示。执行普通节点的所有功能;接收处理指挥节点的资源同步信息,保证资源索引表与指挥节点准实时一致。采用类ping机制对指挥节点状态进行实时监控,当指挥节点失效时,启动链路管理模块,加入指挥节点网络,运行指挥节点模式。

图5 备用节点信息流程

2 验证测试

根据本文的技术思路,采用C/C++开发RPLM原型软件包,通过VC++开发简单界面集成RPLM开发包进行功能验证。选用2台双网卡PC机模拟指挥节点,4台PC机模拟普通节点,通过3个交换机模拟组成1个指挥节点网和2个分群网(分群网1、分群网2),搭建模拟测试环境如图6所示,验证资源发布、资源定位、资源优选、链路搭建、信息转发、资源索引表同步功能。指挥节点测试验证情况如图7所示。

图6 模拟测试环境示意图

图7 指挥节点模式运行情况图

通过模拟验证,该解决方案可实现跨平台的资源发布和定位功能,在测试环境下,各节点仅运行RPLM模块,重复20次资源定位操作,从定位请求发出到收到建链应答报为一个定位周期,群内定位周期约375ms,通过两个指挥节点跨群转发的定位周期约1217ms。根据网络流量监测,要求网络通信设备支持2400bps以上传输速率。从发出定位请求到返回第一个对应的结果信息认为定位成功,群内和跨群资源定位成功率为100%。从定位请求发出到收到建链应答报即认为建链成功,群内建链成功率为100%,跨群建链成功率为90%。

3 结束语

在信息化军队的建设和信息化武器装备的发展过程中,数据链在跨军兵种资源共享和协同指挥中发挥着极其重要的作用,一体化、扁平化、网络化成为各军事强国指挥控制系统的发展趋势。本文对有线网络的资源定位技术进行改进,采用基于指挥关系的分层网络结构,指挥节点维护资源索引表,有效降低定位耗时、节约带宽占用、提高定位成功率;备用节点通过资源索引同步和类Ping机制的指挥节点监控技术,实现共享资源关键信息热备份,有效提高资源共享的可靠性和连续性;采用负载均衡策略实现信源优选,有效避免单点过载,为多军兵种联合作战信息共享和协同行动提供了一种对决方案。

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