一种超短波电台低带宽下文件可靠群发方法

杨紫薇，丁敬海,张士军

(北京航天发射技术研究所,北京 100076)



一种超短波电台低带宽下文件可靠群发方法

杨紫薇，丁敬海,张士军

(北京航天发射技术研究所,北京 100076)

在现代连队指挥系统内，普遍采用无线超短波电台传输文件作为通信方式。传统的发送方式是发送方不断检测接收节点的应答帧来判断是否需要续传文件，但在文件群发过程中，发送方频繁查询接收方是否成功接收会严重占用带宽，造成网络瘫痪，从而导致文件传输成功率低下。然而作为连队指挥系统的可靠性要求之一，在超短波电台传输带宽较低(4 800 KBps)的情况下，指挥车对作战单元群发文件的成功率决不能低于90%。为了解决这一难题，提出了一种新的文件可靠群发方法，该方法对发送方设计通信首帧，将文件分割编序封装并按周期顺序发送，同时各个接收节点对文件进行CRC校验，索引漏帧并主动发起补传要求。通过这种通信方法，连队通信网络内，指挥车可以一次将10 KB的文件发送至10个作战单元，经过测试，数据通信成功率保持在90%以上。

超短波电台;文件群发;数字通信;无线电通信

0 引言

指挥通信系统是战场中各作战单元的重要组成部分，超短波电台因其通信质量高、传输距离远、抗噪性能好，被广泛应用于指挥通信系统中[1-2]，特别适用于在机动作战中的快速通信需求[3]。为提高传输效率，指挥车通常采用一对多群发的方式进行文件传输，现有的超短波电台会因为环境等原因易造成通信误码，另外以往的文件传输[4]多采用ARQ“发送-应答-重传”的方式[5-6]。然而在使用低带宽的电台进行文件群发时，这种方式易造成部分节点的文件接收不完整。

为解决超短波电台低带宽下文件可靠传输难题，设计了通信首帧保证接收方建立接收过程，采用断点续传技术进行故障检测和重传，多个点同时续传时易造成信道二次堵塞，故设计了补传延时处理，保证文件传输可靠性。最后，对设计算法进行了实验测试[7-8]。文献[9]利用超短波电台特性和计算机软件技术，实现了电台数据传输及互通功能，针对本文中文件群发的协议设计有一定的借鉴价值。文献[10-12]中利用TFTP实现点对多点小文件的可靠传输方法，其重传机制中的丢包队列建立方法可作参考。文献[13]提出的基于时分多址的“随机延时”防通信碰撞协议可对本文补传延时处理有参考价值。

1 总体设计

1.1 通信系统工作原理

整个系统基于无线电台进行组网，网络内任意两个车辆节点可互通，无中心自组网使武器系统各车都是通信网络转接节点，网内任何车辆被摧毁，都不影响全网通信。

通信系统的工作方式包括语音通信和数据通信，电台以数据通信为主，语音通信优先。发射连内每辆车的电台通过自身RS232串口连接一台通信计算机，作战人员通过通信计算机上安装的通信软件进行短消息和文件通信的可视化操作。

1.2 数据通信设计

通信软件通过RS232串口连接无线电台实现无线数据通信，通信协议改造于国内军方使用的无线分组协议，它以国际通用SLIP协议为基础，结合TCP/IP协议的工作原理，使各通信节点成为无线局域网内的一个节点，文件传输时以发送方作为中心，将文件分割为基本单元，周期向所有接收方发送基本文件块，接收方实现CRC校验和文件完整性检查，对漏帧发起重传请求，发送方逐个补发漏帧，实现断点续传，具体如下：

① 数据通信模式设置：电台开机时通过指挥通信软件设置电台参数，以点对点透明数传的模式传输文件，在该通信模式下，系统用于维护通信数据链路层所消耗的资源较少，可以在较短的时间内将文件发送出去；

② 通信协议设计：首先将通信网内电台按IP地址格式设置为A单元、B单元、C单元和D单元，在通信协议中，每一帧数据均包含发送节点和接收节点的信息，通信的第一帧设计专门的首帧数据，通信内容包含文件名、文件大小，文件的CRC校验值和文件分割封装后的帧数信息；

③ 发送过程：发送节点先将首帧数据传递给接收方，接收方接收到这些信息后，建立相应大小的临时文件，将要传送的文件分割成多帧，发送节点按协议封装成各个数据帧，并按一定的周期，顺序地将数据全部发送出去；

④ 接收过程：各接收节点以帧序号为索引条件，将帧序号和通信内容覆盖临时文件对应的位置，当发送节点主动发送完毕后，若接收节点收到全部数据帧，那接收节点就从临时文件中读取相应的内容形成接收文件，当发送节点发送完毕后，若接收节点在规定时间内没有接收到数据帧，按补传帧格式周期地分别发出需要补传的信息，若文件未成功接收，就从临时文件中读取相应内容形成接收文件，否则提示无法完成通信。

2 文件分块传输与算法设计

2.1 通信首帧设计

首帧通信内容是整个通信过程中最关键的数据帧，接收节点只有接收到该帧数据才能建立接收过程。通信首帧格式如图1所示，其数据格式如表1所示。

图1 通信首帧格式

表1 通信首帧数据格式

2.2 数据帧设计

为了方便文件传输的设计，针对文件传输设计了如图2结构的数据帧，基本数据帧格式如表2所示。

图2 数据帧格式

表2 基本数据帧格式

2.3 文件分块传输过程

超短波电台最大传输单元为256个字节，针对10 KB的气象文件传输需求，需要对文件进行分块多线程传输；发送节点根据接收节点数计算分块基本单元，将文件进行分块后，在传输之前对整个文件进行CRC校验，同时向各个接收节点发送文件基本信息(文件名、文件扩展名和文件大小)，周期3 s发送文件块，接收节点在本地建立接收缓存区，根据接收文件块携带的索引值进行单块CRC校验，在收齐所有文件块后，CRC校验正确完毕，从缓存区将各块组合成文件,整个逻辑如图3所示，具体内容详细说明如下。

① 获取文件名、文件扩展名和文件大小FileLen，根据文件大小建立缓冲区，对整个文件进行CRC校验；

② 计算文件分割长度AvLen=256(MTU)-3(帧头长度)-1(指令内容)-1(帧尾长度)-2(CRC校验长度)-4(源地址)-1(接收节点的个数，假定为n)-(3+n)(目的地址1～nIP)-1(帧长)-2(帧序号长度)；

③ 计算文件分割后总帧数FileNum = FileLen/AvLen，即以文件分割长度为基本单位，算出文件可分割的数量，当将文件分割完数帧有余量且不足一帧长度时，在已经分割完的帧数基础上加1；

④ 形成首帧数据，并以3 s为周期连续发送5次，以增加接收节点接收到首帧数据的概率；

⑤ 将文件分割成FileNum份，并按照帧格式进行封装，以3 s为周期顺序地发出每份数据帧。

图3 文件分块传输逻辑图

3 断点续传技术

3.1 故障检测及重传方法

整个连指挥通信系统基于无线电台传输，在传输过程中难免会因环境因素、网络连接故障导致通信数据丢帧，在文件传输过程中，接收节点不仅检测接收的文件块是否正确，并检测文件块是否丢失，接收节点通过CRC校验针对单个文件块进行检查，发现文件传输错误进行舍弃，同时以4 s为周期开启一个监视接收状态，若在5个周期内无法接收到数据，检索本地文件数据块是否收全，未收全，则发出补传帧，其流程如图4所示。

图4 故障检测及重传逻辑图

① 接收数据帧正确性检测：接收节点接收到数据帧，先进行CRC校验，验证数据帧的正确性，若数据帧不正确，则舍弃；

② 丢帧检测：发送节点接收到首帧数据，根据首帧通信内容建立对应大小的临时文件，同时以4 s为周期进行监视是否连续接收到文件；若在5个周期内无法接收到数据，判断本地是否接收到全部数量的文件块，根据文件块唯一索引号检测丢失的文件块；

③ 若不存在丢帧，接收到全部数据，先建立和文件大小相同大小的缓冲区，从临时文件中读取对应的内容映射到缓冲区内，并对缓冲区内的数据进行CRC校验，若校验结果和首帧数据中文件CRC校验结果相同，则形成和源文件相同文件名和扩展名的数据文件；

④ 发起补传申请：接收节点发送补帧请求，数据帧的通信内容是所需要补传的帧序号；

⑤ 丢失帧重传：发送节点接收到补传信息后，将对应的数据帧发出，若接收节点请求5次补传没有回应，提示文件接收失败，将放弃本次通信。

3.2 多发送节点同时补传延时处理

在接收节点主 动发起丢失帧补传申请时，为了避免多个节点同时要求补帧二出现信道拥堵，设置了t s的延时。延时的设置准则为：将各接收节点IP尾数进行排序，若该节点IP尾数最小，则不需延时，即延时0 s，否则，依次递增，即排名第2延时1 s……排名n的延时n-1 s。

4 文件通信成功率测试与分析

在实验室环境下，参试设备网络图如图5所示，模拟连对内1辆A车(COMV)，6辆B车(MLV1-6)，6辆C车(MTV1-6)，1辆D车(METV)的通信系统组网模式，试验验证单一节点向网内其余节点群发10 kb文件通信成功率。

① 文件传输：选取一个长度为10 KB的文件，向各个节点(分为单一节点和群组两种方式)发送，发送30次；

② 更换通信节点的源和宿反复执行，14个节点全部覆盖，组合方式不限。

③ 故障处理及重传测试：工况一，传输过程中，软件界面显示文件接收进度为45%时，使用电台进行语音通信，强插中断数据通信，结束语音通话，重新恢复数据传输；工况二，传输过程中关闭电台，重新打开电台。

图5 试验组网图

通信结果如表3所示。

表3 通信结果

5 结束语

指挥通信系统的关键技术是实现整个武器系统数字信息的融合，连队系统采用无线电台为传输载体，实现无线通信网间的文件传输，本文提出的断点续传文件群发方法解决了通信数据量较大(10 K)和电台带宽较低(4 800 bps)的矛盾，有如下优点：① 满足连队内指挥车同时向10个作战单元时群发10 KB文件的需求；② 网内任意节点均可进行文件的发送和接收，使用灵活；③ 文件CRC校验能确保文件接收的正确性。

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[2] 程 凯. 超短波电台综合业务网络传输技术研发[D]. 西安:西安电子科技大学,2013.

[3] 封锦昌,王元春,邹 津. 现代通信与通信指挥管理信息系统技术[J]. 无线电通信技术,2009,35(5):1-3.

[4] 尹月静,杜栓义. 超短波跳频电台的自适应数据传输[J]. 电子科技,2006(2):44-46.

[5] 李 峰,张志杰. 无线数传电台实现数据可靠传输技术的探讨[J]. 机械管理开发,2006(12):107-108.

[6] 吴 燕,周玉林. 采用主从方式实现点对多点的无线数传设计[J]. 现代电子技术,2012,35(21):10-12.

[7] GJB2928-97. 战术超短波跳频电台通用规范[S].

[8] GB/T6933-1995.短波单边带发射机性能测试方法[S].

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[13]韦日华,张 春,王志华. 一种点对多点无线数据传输系统的设计[J].电讯技术，2003,43 (5):29-33.

A Reliable File Group Sending Method Based on Low-bandwidth VHF Radio

YANG Zi-wei,DING Jing-hai，ZHANG Shi-jun

(Beijing Institute of Space Launch Technology,Beijing 100076,China)

In company’s modern command system,files transmission by wireless FM radio is a universal communication method. The traditional sending method is that the sender determines whether to resume files or not by detecting response frame continuously from the receiver. But during the file group sending process,if the sender checks the file transfer result from the receiver frequently,then bandwidth may be consumed seriously and network paralysis even arises,thus the low success rate of file transfer will be caused. As one of the reliability requirements of company command system,the success rate of file group transfer must reach more than 90% by low bandwidth VHF radio (4 800 Kbps). In order to solve this problem,a reliable file group sending method is proposed in this paper,in which a kind of head frame is designed for the sender. The files are divided into several frames,a sequence number is assigned to each frame,and then each file frame is sent in order. Meanwhile,the receivers verify the files using CRC algorithm and ask for the lost frames. By this way,the command vehicle can send 10Kb file to 10 units. And the success rate can reach up to 90% by the communication experiment.

VHF radio; file group sending; digital communication; radio communication

10. 3969/j.issn. 1003-3114. 2016.06.24

杨紫薇，丁敬海,张士军. 一种超短波电台低带宽下文件可靠群发方法[J].无线电通信技术,2016,42(6):95-98.

2016-06-17

杨紫薇(1988—),女，硕士研究生,主要研究方向：无线通信、计算机控制。丁敬海(1974—)，男，研究员，主要研究方向：火控系统、指挥通信系统。

TP273

A

1003-3114(2016)06-95-4