多路适配技术在人防指控系统通信中的应用研究

2016-10-14孙学锋李成新

船电技术 2016年10期

孙学锋，李成新

孙学锋1，李成新2

（1. 海军航空工程学院，山东烟台264000；2. 解放军91004部队，辽宁大连 116031）

针对人防指挥控制系统通信特点，研究了基于消息队列池的多路适配技术，阐述了消息队列池的基本原理，多路适配技术的具体应用，以及人防指挥控制系统通信中的通信协议设计、数据共享机制等关键技术，实现了多终端的实时采集、信息传递和态势感知共享，满足了综合利用多种通信方式，聚合人防资源，以及各种资源间的互联、互通、有机整合需求。

消息队列池多路适配技术通信协议

0 引言

信息化条件下的人防指挥控制系统具有集成、高效、快速、可靠的特点，对人防通信技术的运用提出了很高的要求。本文基于消息队列池，探讨了多路适配器、多用途通用消息网关等多路适配技术的应用，消息和服务协议的规则，数据分发机制等，集成了北斗、3G、数传电台、微波等多种通信手段，实现了多级人防指挥机构内外，以及人防指挥机构和人防分队间的信息联通。

1 消息队列池及其连接链路

在指挥所内采用消息中间件作为消息收发的主体。消息中间件设置有多个消息队列，形成消息队列池。它们按类别，分为发送队列、接收队列、主题广播队列等几类[1]。消息队列在系统中传递消息，将系统各个应用模块连接起来，构成系统中人防情报、指控、态势的信息链路。

消息队列是系统内消息传递的主要通道，主要用于指挥所内的各节点间的消息传递。

发送队列负责传输指挥所向外发送的消息，由消息转发模块从队列中读取消息并通过相应的设备网关按照消息中携带的寻址信息以及预定义的转发规则进行转发。接收队列负责传输指挥所接收到的消息，由指挥所消息处理模块从队列中读取消息并处理。主题广播队列负责传输指挥所内需要广播的消息，如态势消息、空情消息、通知消息等。消息队列池及其连接链路如图1所示。

图1消息队列池及其连接链路图

2 多路适配技术的应用

多路适配技术是系统连接外部设备、外部软件系统的重要手段，是系统连接通信渠道、集成外部软件系统的枢纽。它通过多功能适配器，方便灵活地集成多种通信手段和外部应用系统，使用多种服务渠道，连接扩展外部应用模块[2]。

人防指控系统通信手段繁多，每一种通信手段都有其特有的访问接口和通信控制协议，而上层应用程序在进行数据传输时却不需要关心底层的通信细节。适配器位于系统应用与通信模块之间，按照一定的规则访问通信模块，为系统应用提供一致的数据通信服务。

2.1适配器的特点和功能

适配器是很薄的一层软件，在客户程序发起的服务调用与组件期望的服务调用之间实现映射，同时，它将组件所产生的回应转换成客户程序所期望的回应。在系统需要连接扩展外部应用时，需要将外部应用通过适配器进行控制和交换数据。适配器位于系统与外部应用之间，以转换它们对接口的不同技术的理解。

适配器的特点是隔离客户程序与访问的组件/模块，让它们无需关心与对方的兼容性。适配器可以处于任何两个组件/模块之间，不论它们是应用组件、业务组件、数据访问组件或者是通信模块。但适配器又是一个独立的不依赖某个组件/模块而存在的软件组件，它不属于客户程序和功能组件/模块中的任何一个，也不被用来扩展组件的功能。同时，适配器又有特定性，它专门连接特定的两个组件/模块服务，如果其中任何一个被替换掉，适配器也就失去了存在的价值。

适配器的功能主要是：

1）接口转换，如转化字段格式，增加或取消一些参数，或以不同的顺序提供参数。

2）非标准设置，如设置一些开关，为一些设计封装不够好的应用指定使用的数据库等。

3）验证和错误处理，确保传递给访问组件的数据被接受，处理所有可能的响应和错误。

4）安全性，确保遗留系统应用的安全性需求得到满足。

2.2多路适配器

多路适配器用于控制通信网络设备，负责接收消息网关传来的消息并通过设备发出，接收设备收到的消息并转发给消息网关。

当指挥所某席位需要向下属一个作战单元下发一条指令时，如果该作战单元与指挥所之间是通过无线电台连接的，则需要首先将指令发送到控制指挥所无线电台的计算机上，而后再由该计算机将指令采用无线传输格式发送给作战单元配属的无线电台，同样的，作战单元中控制无线电台的计算机接收并解析该指令信息，最后将该指令信息传递给作战单元指挥/操作人员的终端上。

如果该指挥所与作战单元间存在着多种通信手段，需要采用一些技术手段来保证能够充分利用这些通信手段确保信息在指挥所和作战单元之间顺畅交换。

这些在模块之间用来传输消息的链路可称之为渠道，渠道也可称为接入手段。

多路适配器是系统与各种渠道连接的枢纽，通过自动检测或人工设置连接的设备参数，与连接的渠道建立绑定关系，根据系统设置为渠道分配相关通信参数，从而使系统与外部的通信联络保持畅通。图2给出了渠道访问适配器的结构示意图。

图2 渠道访问适配器结构示意图

2.3 多用途通用消息网关

消息网关服务是人防指挥控制系统信息传输渠道的重要模块。消息网关是指挥所信息系统的边界网关，是消息层面的路由器，负责与指挥所下属实体间的消息路由，以及与上下级指挥所、友邻指挥所间的消息的路由选择与转发。

消息网关的功能包括消息路由、数据转换、队列存储、消息解析/构造、消息传输、加密解密、安全认证、管理、元数据库等模块。其中消息的路由选择和转发是消息网关的核心功能。消息网关处理消息是并行的，支持多个渠道同时进行消息收发。每个渠道有对应的消息收发器，针对每个渠道设置相应的收发队列，用来匹配传输层不同的选择，可以和多种物理渠道进行连接。

在各个发送队列中存储着指挥所向外发送的消息，每个队列都有相应的发送渠道，由消息转发模块将队列中的消息通过相应的渠道发送出去。接收队列中保存着各个渠道接收到的消息，这些消息需要网关按照消息中携带的寻址信息以及预定义的转发规则进行转发。

消息网关的管理模块能够对消息流量进行控制，并为消息分类设定优先级。消息分为指挥消息、情报消息、态势消息、文电消息等几类，每类消息独立排队，其中指挥消息的优先级最高。

消息网关的信息安全方案，主要包括加解密、安全认证等内容。安全认证模块验证指挥所下属实体的身份，避免非法客户访问系统。在多渠道服务平台中，对消息内容部分采用端端加密，只有接收者可以根据端端密钥解密。消息的寻址信息在传输、路由过程中，需要被网关和终端判读，解析其中的目的地信息、类型信息等内容，因而通常采用固定密钥加密或者不进行加密。图3给出了消息网关的结构示意图。

图3 消息网关结构示意图

3 通信协议与数据共享

3.1 通信协议

3.1.1 消息协议

消息协议，是规范传输消息格式的约定。消息协议包括：系统消息、指挥控制消息、时统消息、无线设备订阅消息、指挥关系消息、分系统消息等几大类。在人防指控系统中，信息的交换载体为消息，消息是字节流数据，由消息头和消息体组成。消息头为描述消息属性的部分，消息头中主要携带消息的长度信息、寻址信息、消息类型以及消息级别等内容。消息体为承载的信息内容，存放着消息的有效载荷部分，是消息的主体[3]。消息结构如图4所示。

图4 消息结构图

3.1.2服务协议

服务协议是各类信息交换的规范流程，是业务流程的信息交换标准。

1）地面情况信息服务协议

地面情况信息包括发现目标和人防分队、人防资源等实体信息。对配备有数字化终端的实体，将本身的位置、状态信息和通过侦察手段发现的目标信息，利用信息采集工具将其转换为格式化的数据传输到本级基本指挥所和上级指挥所的信息处理中心；对无数据终端的实体，可通过传统的指挥手段上报给本级基本指挥所相应的席位，由其代为转换成格式化数据进入系统，同时该席位也负责对上级以及友邻通报信息的采集工作。地面情况信息服务协议如图5所示。

图5 地面情况信息服务协议

2）空中情况信息服务协议

各级人防指挥机构的空情信息来源有两个：一是接收上级的空情通报和空中态势数据，用来显示大范围的空中态势；二是接收本级和友邻的人防机构及其所属分队探测到的空情信息，经自动或半自动融合处理后生成的空中态势数据，用于显示局部范围的空中态势。空中情况信息服务协议如图6所示。

图6 空中情况信息服务协议

3）行动控制信息服务协议

行动控制是一个闭环控制的过程。行动控制信息由指挥员（指挥机关）用指令工具将其决策生成指令数据。按照数据分发逻辑除了向所指挥的实体作为指令发送外，还要向本级指挥所的上级指挥所和行动实体的上级指挥实体作为通知数据发送。行动控制信息服务协议如图7所示。

3.2数据共享

数据共享主要是人防指挥机构内的态势共享，通过数据分发的形式实现。其数据传输采用消息队列与Socket[4]相结合的方式进行。

图7 行动控制信息服务协议

3.2.1 数据分发类型

分发的数据类型包括态势数据、简令简报数据、空情数据、身份认证数据和时间数据等。

态势数据主要包括上级通报共享的敌我态势数据和本级生成的实时态势数据；简令数据包括体现指挥者决心意图的各种作战指令。简令数据由上级以及具有指挥权的上级机关发出，是指挥员实现对部队协调控制的命脉，通常采用实时传输的方式，优先级别高，不允许发生延误和丢失。表现形式包括文本、图形、声音、字符数值型数据等；空情数据是指空中态势数据；身份认证数据是指移动用户登录系统时，向认证服务发出的认证请求，以及认证服务认证结果数据；时间数据是为统一各指挥所及各作战单元作战时间而统一规定的时间数据。时间数据由时统服务产生，并分发至各席位及作战单元，也可根据对时请求分发时间数据[5]。

3.2.2数据分发方式

数据分发主要有主动分发、订阅分发和强制分发三种模式。

主动分发就是按照事先规定的通信路线、信息类型和终端用户享受信息的权限，根据信息传送的优先等级，由信息分发节点对实时或变化的必要信息主动向在线用户端的发送，用以保证所有用户有共同的战场信息；订阅分发模式由数据使用者发出订阅请求，数据提供者将相应的数据发给订阅者；强制分发是分发节点在系统管理人员的控制下，对在线用户发送的必须接受的系统控制类信息，用于对远程终端的系统级控制。