战术通信网络服务发现机制研究*

康宗绪，王　凯，杨　晓，李世钊，雷雪冰

(重庆金美通信有限责任公司,重庆 400030)



战术通信网络服务发现机制研究*

康宗绪，王凯，杨晓，李世钊，雷雪冰

(重庆金美通信有限责任公司,重庆 400030)

摘要：面向服务的架构在系统集成中所展现的诸多优点使其成为未来军事信息系统建设的重要参考。在构建基于SOA的战术通信网络中，如何完成通信资源服务化和通信应用的融合是较为重要环节，服务化的网络资源的发现是其实现的前提。战术通信网络服务化的实现，有助于通信系统和服务即插即用、按需信息共享、协同作战指挥和柔性重组抗毁。结合战术通信网络自身的特点，参考传统服务发现实现策略的基础上，给出了一种基于位置信息的服务发现协议算法，将路由协议算法引入到服务发现机制中，来有效地提高服务发现效率。

关键词：战术通信网络；SOA；面向服务架构；服务发现

0引言

联合作战是未来信息化战争的主要作战样式，对战术通信网络也提出了更高的需求，要求战术通信网络具备通信、应用和网络化服务多方面的能力，具备高动态战场环境下任意作战单元之间广泛的资源共享和协同解决问题的能力[1]。这就要求战术通信网络向构建面向服务和信息的网络体系结构方面拓展，将战术通信网络内的计算资源、存储资源和网络资源等以服务的形式呈现，融合多种通信业务。

战术通信网络以服务和共享为核心，基于开放的标准和协议，采用具有应用系统高效整合和业务流程随需应变等特点的面向服务的架构(SOA)，为指挥控制系统的设计开发提供全新的理念和实现途径[2]。基于SOA思想的应用，一方面它能够有效地集成各种异构功能系统，实现各个系统间基于服务的互联互通；另一方面能够及时有效地调整现有应用系统结构来适应不断变化的军事和业务功能需求。

战术通信网络采用面向服务的系统集成方法，可有效降低系统与系统之间的耦合程度，有助于实现各级、各类系统综合集成，实现通信系统和服务的即插即用、按需的信息共享、协同的作战指挥和柔性的重组抗毁。

1技术体制

SOA基于开放的标准和协议，具有标准化的服务接口、粗粒度、松散耦合特性，以服务作为软件设计、开发、部署、调用和维护的基本结构和功能单元，依据需求通过网络对各种服务进行分布式部署、组合和使用。战术通信网络的主要用户是指挥控制系统，采用SOA架构，将给指挥控制系统带来多方面的好处，能够使其充分利用现有的通信系统资源，降低系统整合和管理的复杂性，对战场需求的反应更加迅速[3]。

在战术通信网络资源服务化的过程中，服务资源发现是其关键技术之一，有效的服务发现能确保服务需求者全面获取网络中节点提供的服务位置信息，节点用户便可进一步访问和使用该服务[4]。当网络中的某个节点用户想要使用自身并不具备的某种资源时，就要依靠服务发现协议，找到相应的服务。服务发现协议主要由服务注册、服务发布和服务代理三个部分组成[5]。

(1)服务注册完成服务信息的位置通告，是服务发现的前提。

(2)服务发布完成服务器地址信息的全网同步，是服务发现的基础。

(3)服务代理是服务器与用户之间的通信桥梁，简化用户的配置。

战术通信网络组成节点间的链路会频繁中断、甚至会发生网络分割，信息报文所经源节点和目的节点之间可能不存在完整的端到端路径，那么传统网络中的服务发现机制不再适合在战术通信网络中应用。本文结合战术通信网络自身的特点，借鉴传统服务发现的实现策略，给出了一种基于位置信息的服务发现协议，将路由协议算法引入到服务发现过程中，有效地提高服务发现效率。

1.1服务注册方式

服务注册是服务得以发现的前提条件，网络服务资源首先要向接入的网络节点发起服务注册，通告服务资源的服务属性和位置信息。服务注册方式如图1所示。

图1　服务注册方式

通信网络中服务化后的网络资源可以是独立的通信服务设备，也可能为运行在虚拟机中的服务软件，或者是嵌入在网络节点中的服务软件模块，都需要按独立服务实体方式进行服务注册。

依赖服务注册和服务发现手段，终端设备接入网络时，不必详细知道提供服务的服务实体在网络中的具体位置，就可以获得网络所能提供的服务。终端设备就近接入的网络设备作为网络服务实体的服务代理，负责受理服务注册以及网络服务资源的发现和定位。

1.2服务发现

网络服务资源在接入战术通信网络时，通过简单的注册过程即可提高服务信息在网络中的可利用效率。一种设计良好的服务注册机制可以保证服务发现协议的性能，具有较高的服务请求成功率和更小的请求延时。服务发现协议的基本流程如图2所示。

图2　服务发现过程

网络服务注册采取就近原则，向接入的网络节点注册其相关服务属性信息(包括服务的名称，版本信息，服务描述等)。接受服务注册信息的接入节点在接收到服务注册信息后，依赖网络节点中的路由协议算法提供的基础数据同步服务功能，在整个战术通信骨干网络中进行服务位置和相关属性等信息同步。待网络全部收敛后，骨干网络中每一节点就能掌握基于全网网络服务的位置分布地图，战术网络能提供的服务资源一目了然。当终端用户需要网络提供某种服务时，不必知道提供服务的服务设备具体位置信息，将服务请求提交给接入的网络节点就可获得相应的服务。

组成战术通信网络的网络节点具备网络服务代理功能，终端用户采用通信服务标识来向网络发起服务请求。网络节点接收到通信服务请求后，将请求信息转交到服务代理模块。服务代理模块根据服务标识来定位提供相关服务的设备通信地址，并将服务请求转发到指定的网络服务设备。提供对应服务的服务设备接收到服务请求后，直接向终端用户提供指定服务，不必再经服务代理的中转。

2技术特点

2.1注册内容

服务注册是服务发现的前提，采用周期发送注册机制。网络服务实体在接入通信网络时，采取主动和周期性的向接入网络节点发起服务注册请求。接收到服务注册请求的网络节点要及时的回应服务注册应答，表明是接受或拒绝服务实体的注册请求。服务注册消息包含的内容如下。

1)服务标识或通用服务地址

采用名-址分离方式来标识服务，为每一类型服务指定唯一的服务标识，作为其通用服务地址。服务标识可作为服务代理识别服务请求的依据，与服务端在网络中的接入位置无关。终端用户可以采用服务标识来发起服务请求。

3)服务类型

与服务标识一样，作为服务端的唯一区分依据，依赖服务类型进行服务资源数据库的维护与检索。

4)服务描述/服务名称

描述服务实体所持有的是何种服务，用来进行服务实体的匹配，以保证服务请求节点找到自己想要的应用服务。当网络中部署多个同一类型服务时，利用服务名称来加以区分。

5)生存时间TTL

用来保持服务注册信息的有效性。对于陈旧的服务信息予以清除，以防止在网络拓扑变化等情况下，发生定位到错误的服务信息。

6)注册半径

用来限制服务注册信息扩散的网络范围。

7)优先级

当网络中存在多个具有相同服务类型的服务实体时，优先级作为服务代理选择的依据。

基于安全考虑，服务注册过程可以引入涉及鉴权、认证等安全手段，来确保网络提供高安全性的网络通信服务。

2.2服务代理

为简化终端用户设备的操作配置，用户终端按通用服务地址来发起服务请求，而不必关心提供服务的服务实体具体通信地址。服务代理负责搭建用户终端与服务实体间的通信桥梁，依据“服务请求”协议报文中携带的“服务标识/通用服务地址”信息来匹配和选择服务功能实体，获取服务实体的通信地址。同时，服务代理将服务请求报文中的“服务标识/通用服务地址”更改为提供服务的服务实体的“网络地址/通信地址”；然后，再发向网络，经网络路由到服务实体端。

服务代理维护整个网络的服务资源位置地图，维护通用服务地址与服务实体的网络地址之间的映射数据库。

2.3同步接口

服务代理与节点路由协议的同步算法模块之间存在资源同步接口，依赖该接口，服务代理负责将服务实体的服务注册信息发向路由协议的同步算法模块，并在战术通信网络的骨干域内进行服务资源位置同步。同理，网络中其它节点借助路由协议同步算法模块，将获取的服务资源信息传送给服务代理模块，由代理模块形成全网服务资源位置视图。

2.4服务资源数据库

服务资源数据库由服务代理维护，信息来源于服务注册和路由协议的网络同步。从该数据库中，可以获得全网服务资源信息。战术通信骨干网络中的每一个节点均维护了一份相同信息的网络资源数据库。

3协议流程

下面给出服务发现协议的交互流程，如图3所示。

图3　协议交互流程

服务端地址标识有两种：一种支持名址分离地址，具备服务标识地址和网络接入地址两种分离地址标识；另一种仅存在唯一服务地址，也是网络接入地址，地址身份合二为一。

3.1注册流程

(1)服务实体通过向就近接入的网络节点发起服务注册请求报文，请求报文包含提供服务的属性信息，如：服务标识、网络接入地址、服务类型、服务名称等。

(2)网络节点接收到服务注册请求报文，首先检测服务端的合法性，决定是否允许其注册。如果是合法服务接入，则同意接入；否则，拒绝接入。通过发送服务注册应答报文进行请求确认。

(3)服务实体在完成服务注册后，启动服务注册定时器(ST1)，定时向网络接入节点发送注册Hello报文，以维护其与网络之间的连接关系。

(4)网络接入节点在接收到注册Hello报文后，发送注册Hello ACK报文，确认关系的维持。在Hello维持过程中，网络接入设备侧始终处于被动状态，即不主动发起Hello报文，仅单纯应答即可。

(5)网络接入节点在超时时间(ST2)(大于 3*ST1)内没有接收到服务实体发送的Hello注册维护报文，则判断服务实体与网络处于断开状态，清除与本次服务注册相关的服务信息数据记录，并向路由协议的同步算法模块发起服务资源清除消息。

(6)服务实体通过发送服务注销消息，撤销其在网络中的服务注册。

(7)网络接入侧在接收到服务注销消息时，以服务注销确认消息进行注销确认。同时清除与本次服务注册相关的服务信息数据记录，并向同步接口发起服务资源清除消息。

(8)网络中其它节点中的路由协议同步算法模块接收到来自另一节点发送的服务资源信息后，匹配服务类型，向具有相同服务类型的注册接口发送服务资源通告消息。

(9)服务实体在接收到服务资源通告信息后，发送服务资源确认消息进行确认。

3.2服务请求流程

(1)终端用户需要获取某种服务时，向能提供对应服务的通用服务地址发起服务请求。

(2)网络接入节点的服务代理在接收到服务请求时，依据服务标识来检索服务资源数据库，查找能提供对应服务的服务端网络地址。若查询成功，将服务请求报文中服务标识更改为实际的服务端网络地址；然后，直接发向能提供对应服务的服务实体设备。

(3)具备服务提供能力的节点设备或服务设备在接收到服务请求后，向远端用户提供指定服务。服务实体在发送服务应答报文中，其源端地址应装填服务标识(即通用服务地址)，而目的端地址为用户端的IP地址。

(4)服务应答报文在服务实体与终端用户之间直接交互，无须再经过服务代理的中转。

4协议说明

本服务发现协议仅针对服务注册类报文进行协议封装说明及内容定义，对服务请求类型的协议报文不作限定。

服务发现协议报文采用IP/UDP封装，单播地址发送。协议内容封装在IP报文的信息字段中，协议封装格式如图4所示。

图4　协议报文通用封装格式

在战术通信网络中，可以归属于通信网络服务资源的服务实体，包括如下几种。

(1)名址分离路由服务。

(2)SIP类型服务。

(3)网络管理服务。

(4)参数规划服务。

(5)战术通信服务终端。

(6)网络传输服务。

(7)SDN控制器。

在实际的战术通信网络的组织应用过程中，根据实际应用的需要，可以增加更多的服务实体类别。

5结语

基于SOA的思想来构建战术通信网络，将网络资源服务化，并融合通信业务，有助于通信系统和服务的即插即用、按需的信息共享、协同的作战指挥和柔性的重组抗毁。战术通信网络围绕服务和共享两大核心，提供开放的标准和协议，将网络资源和能力以标准服务接口方式开放出来，能在一定程度上提升网络的效能，为指挥控制系统应用提供更好的服务。本文结合战术通信网络自身的特点，提出了一种基于位置信息的服务发现机制，借助路由协议的网络同步算法来协同完成服务发现，能有效地提高服务发现效率，减少网络开销，为战术通信网络迈向服务化进行有益的尝试。

参考文献：

[1]严红,万谦.战术指挥信息系统服务化架构[J]. 指挥信息系统与技术,2013,4(06):37-41.

YAN Hong, WAN Qian. Service-Oriented Architecture for Tactical Command Information System[J]. Command Information System and Technology,2013,4(06):37-41.

[2]李凤云.基于SOA的指挥控制系统体系结构研究[D]. 沈阳理工大学,2013.

LI Feng-yun. Research on Architecture of Command and Control System based on SOA.Shenyang Ligong University[D]. 2013.

[3]王俊,田永春.战术通信网络的资源管理技术研究[J].通信技术,2014,47(01):64-70.

WANG Jun, TIAN Yong-chun. Resource Management for Tactical Communications Network. Communications Technology,2014,47(01):64-70.

[4]向小华.网络结构感知的机会网络服务发现机制研究[D]. 重庆：重庆邮电大学,2013.

XIANG Xiao-hua. Research on Network Structure Aware Service Discovery Mechanism in Opportunistic Network. Chongqing University of Posts and Telecommunications,2013.

[5]盛国军，温涛，郭权.基于改进蚁群算法的可信服务发现[J].通信学报,2013,4610):37-48.SHENG Guo-jun, WEN Tao, GUO Quan. Trustworthy Service Discovery based on A Modified Ant Colony Algorithm[J]. Journal on Communications,2013,4610):37-48.

Service Discovery Mechanism in Tactical Communication Network

KANG Zong-xu,WANG Kai,YANG Xiao,LI Shi-zhao,LEI Xue-bing

(Chongqing Jinmei Communication Co., Ltd., Chongqing 400030, China)

Abstract：SOA (Service-Oriented Architecture) presents many advantages in systems integration,thus becoming an important reference for construction of future military IT system.How to realize the service of communication resources and the integration of communication applications now becomes a key link in the process of constructing SOA-based tactical communication networks, and the discovery of service-oriented network resources also essential precondition for this implementation. The realization of service-oriented tactical communication network could contribute to ‘plug and play’ for communication systems and services, ‘on demand’ information sharing,cooperative operation command and flexible reconstruction and survivability. In considering the characteristics of tactical communication network itself,and with reference to traditional service discovery and implementation strategy,a position-based service discovery protocol algorithm is proposed. And the routing protocol algorithm is introduced into the service discovery mechanisms,thus effectively improving service discovery efficiency.

Key words：tactical communication network；SOA；service-oriented architecture；service discovery

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2016.04.014

*收稿日期：2015-11-08；修回日期：2016-02-28Received date:2015-11-08；Revised date：2016-02-28

中图分类号：TP393

文献标志码：A

文章编号：1002-0802(2016)04-0452-05

通信地址2)网络地址或 网络地址也是服务端的，与服务端在网络中的接入位置相关，可以由网络动态分配，也可以是统一规划的地址。服务代理采用网络地址与服务实体进行直接通信。

作者简介：

康宗绪(1972—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向为计算机网络及通信技术；

王凯(1976—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向为计算机网络技术；

杨晓(1979—)，男，学士，工程师，主要研究方向为网络通信技术；

李世钊(1978—)，男，硕士，工程师，主要研究方向为计算机网络及通信技术。