舰船数据链信息通信系统实时性提升的对策措施研究

李有才，陈文良，向东阳

(1.海军陆战学院，广州 510430；2.解放军91487部队, 湛江 524334)

舰船数据链信息通信系统实时性提升的对策措施研究

李有才1，陈文良2，向东阳1

(1.海军陆战学院，广州 510430；2.解放军91487部队, 湛江 524334)

舰船数据链信息通信作为一种特定的通信传输手段，实时性要求高，如果不能在规定的时限内完成任务，许多数据将失去意义。实时性对舰船数据链信息系统非常重要，也是其生命力所在，论文从数据信息传输延时入手，探讨了提高数据链信息系统实时性的对策措施。

实时性；数据链通信；对策举措

0 引 言

随着信息技术的飞速发展，一种以信息化武器装备为基础，以确定信息安全、夺取信息优势为主要制胜因素，在陆海空天网电等多维领域进行的体系对抗正逐步登上舞台。舰船作为一种具有广泛的机动能力和灵活反应能力的综合作战平台，要充分发挥各类武器系统的效能，必须融入我军庞大的信息流网络数据系统，实现信息资源共享、武器平台共用。因此，一种链接各作战平台、优化信息资源、有效调配和使用作战能量的“数据链”在各型舰船中广泛使用。数据链已经成为舰船信息作战行动的支柱和力量提升的“倍增器”。舰船数据链信息通信实时性是衡量数据链信息系统作战能力的重要指标，是指挥员实时掌握战场周边目标动态、确定战场态势发展趋势、制定作战指挥方案、下定指挥决策、采取正确行动的重要依据。数据链信息类型包括作战指挥与控制信息、警报情报与战场态势信息、超视距目标指示与引导信息、航空管制与综合气象信息、战勤保障与武器协同共用信息等，不同的信息类型有不同的时效要求，如果不能在规定的时限内完成信息传输与交换任务，许多数据信息将失去意义[1]。数据链信息系统传输的典型信息类型为目标数据信息情报，而数据情报信息一般由预警机(警戒机)、直升机、观测雷达站等引导兵力提供，以预警机(警戒机)引导舰船(编队)为例，其数据信息传输流程如图1所示。

根据信息传输流程，数据信息传输延时包括探测系统确定目标运动要素解算、显示环节引起的延时T1，机载探测设备、机载指挥控制战术平台、机载数据链终端与信道机发射系统间的信息交换延时T2，信息数据在传输媒介传输的延时T3，舰船(编队)信息接收系统、数据链终端、指挥控制战术平台间的信息交换延时T4，以及操作手在整个流程中的人机交互时延和人为延误延时等。要提高数据链信息系统实时性，必须从影响数据信息延时的因素入手，采取必要的对策措施以提高数据信息的实时性。

图1 数据链系统信息传输流程

1 提高探测系统目标信息搜索探测速度，缩短目标参数解算、显示时间

观察探测系统搜索探测目标，确定目标运动要素解算的过程，实际上就是目标建立航迹的过程，而目标航迹建立时间与观察探测系统扫描周期、探测概率、航迹起始逻辑与航迹管理规则等算法设计有关。用建立航迹时的观察探测系统扫描次数的平均值与观察探测系统扫描周期的乘积可以表示建立航迹的平均时间，边扫描、边识别、边捕获、边跟踪目标的过程是时间、状态都离散的马尔科夫链，根据m/n航迹逻辑平均建立航迹时间计算公式，可以计算观察探测系统确定目标运动要素解算、显示环节引起的时延T1为[2]：

(1)

而 :

(2)

故有：

(3)

因此，要提高观察探测系统确定目标运动要素解算、显示速度，首先应加快探测系统观察探测周期，提高信息扫描速度，缩短探测捕获与目标显示时间等。而显控台目标显示所需时间，主要由指控系统情报显控台命令解释至报文生成时间、命令报文发送至处理机的时间、处理机分析处理时间和指控系统情报显控台情报信息表页或图形生成时间等部分组成，上述所有时间都与数据链信息系统CPU对中断任务的处理规则和数据运算速度有关，因此，提高CPU对中断任务的处理规则和数据运算速度是提高探测系统目标信息扫描速度，缩短目标参数解算、显示时间的关键。

2 规范通信协议标准，优化调制解调方式，确保系统数据信息交互通畅

机载探测设备、机载指挥控制战术平台、机载数据链终端与信道机发射系统间的信息交换时延T2由四大部分延时所组成:机载指挥控制战术平台作战指挥系统情报处理计算机对输入、编辑、收集的数据信息进行处理的延时T21；机载指挥控制战术平台数据信息存储到缓存器等待发送，直到数据链终端提出信息申请，缓存器将信息传递给数据链终端的延时T22；机载数据链终端网控器按照预先约定的通信协议格式，对信息进行编辑处理，然后送入数据密码器进行加密，密化后的数据信息通过调制解调器，完成数据信息到音频基带信息的调制，再通过内部信道、接口、平台管理与控制中心，由平台管理与控制中心将信息分配至相应的数据链通信信道设备所造成的一系列延时T23；音频基带数据信息通过机载数据链信道机设备(短波或超短波电台)进行射频调制与放大，受信息传输的速率影响所产生的延时T24，即T2=T21+ T22+ T23+ T24。考虑当前海军预警机(警戒机)数据链信息系统与舰船数据链信息系统的研制开发属于同一单位，网控站(主站)与从属站(从站)数据信息系统的硬件设备、软件技术基本一致，因此， T2与T4基本一致(T2=T4)。要缩短上述设备、平台、系统信息交换时间T2或T4，关键是数据通信协议标准化。通信协议是数据链系统网络内各用户必须遵循的格式与规范，是实现系统、终端之间有效交换数据信息，缩短交换时间的决定性因素[3]。通信协议包括网络控制、帧同步、差错控制、自动反馈重发、流量控制、特殊情况与异常状态恢复等内容。为确保数据链实时性，数据链网络必须选用传输效率高、反应速度快、简单实用的通信协议，尽量采用前向纠错与检错删除通信协议，少用或不用交织反馈校验通信协议，尽可能优化信息编辑、调制、解调方式，节省终端之间接口输入输出传输与数据信息转换的时间；在采用较短数据帧长度和紧凑的信息编码的同时，在协议管理上禁止节点长时间地占住信道；在设计数据链系统信息格式时，严格信息格式和工作规程，贯彻综合、统一、一致的理念，使信息数据采集、加工、传输、处理无障碍，避免信息在传输过程中，因通信协议格式不兼容或转换复杂而降低实时性。

3 科学设计网络结构关系，降低网络链路总数，提高信息表达效率

根据目前掌握的资料，研究数据链信息系统的延时或实时性，一般把T2、T3、T4三者综合起来研究，统称为数据信息从信息发射源到接收端信息宿源的平均时延。设N为数据链信息通信网络链路总数, λi为第i条链路的平均传输速率，μi为进入第i条链路的信息长度，Ci为第i条链路的总容量，Ri为一次性进入第i条链路的数据总量，则数据信息从信息发射源到接收端信息宿源的最小平均时间Tmin为[4]：

(4)

即：

(5)

从Tmin的数学模型不难看出，数据信息从信息发射源到接收端信息宿源的平均时延与数据链信息通信网络的链路总数、信息传输速率、信息长度、信息容量等因素密切相关。因此，要提高数据链实时性，一是减少单个网络链路总数。要根据兵力执行战术任务的不同，归一化网络战术特性，将执行同一任务的兵力进行归类，集中单一建网。或是根据数据链工作频率、带宽和数据信息的实时性要求，选择合适的节点数量，即便增开数据链网络，也要实现信息传输分流，减轻单个网络的压力，满足实时性要求。二是提升网络信息传输速率。要采用功能齐全、结构稳定的网络结构，避免信息通道大量信息积压、阻塞，甚至在实时性要求比较高的场合，直接采取点对点的信息传输路径，提高信息传输速率。或以基本保障武器装备有效攻击距离为基准，适当选择中继平台数量，并从实时性角度去考虑，选择高频段、宽频带、高速率数据链信息系统中继平台。三是提升信息表达效率。当前舰船数据链信息通信系统传输带宽、信息速率基本恒定，从技术上暂时无法改变，同一个信息内容如果要素表达不精练、信息内容数据过长、数据包过大，则信息传输与交换的时间拉长，网络各节点交换的次数增多，信息网络资源利用率降低。要提高信息表达效率，首先应该采用面向比特的方法来定义信息标准，压缩信息量。其次是尽量避免传输占用信道时间较长的信息业务和过大的数据包，即多选用密语、简语、无线电信号、短信、邮件等简洁的数据信息表达方式，少用或不采用图片、图形、表格、图像等复杂信息传输业务等。

4 强化人机交互训练，杜绝人为延误，缩短人机交互时间

在数据链专向通信中，每条数据信息从信源到信宿至少有2次人机交换时间，以预警机(警戒机)引导舰船(编队)为例，即预警机(警戒机)飞行员对目标的判断和对目标信息进行编辑、处理、发送的第1次人机交互时间和接收端舰船(编队)情报台操作员对目标信息的确认、归类与处理分发的第2次人机交互时间。数据链信息系统完成一次人机交互时间又分为操作手输入信息时间Tcr和显控台回显所需时间Txk，操作手输入信息时间Tcr与操作人员对目标的判断和反应速度、操作人员数据信息业务处理能力、作战行动战术态势的复杂程度、命令格式要素的设计架构等因素相关，目前平均形成1条数据链信息指令的人机交互时间不应该超过10s；显控台回显所需时间Txk与数据链信息系统CPU对中断任务的处理规则和运算速度有关，根据目前技术，Txk一般不超过1s。人为延误时间是指因人为操作失误或由于敌方有意干扰造成的数据链路中断，或由于指挥员的能力、水平限制，造成对数据信息的处理误判而指挥决策的犹豫、迟疑导致的时延等，相对人机交互时延来讲，时间长，影响大，后果严重。因此，要缩短人机交互时延，杜绝人为延误，一是应提高数据链信息系统操作手的操作技能，通过实验室模拟系统操作使用训练、兵力战术行动背景的实装实操训练等形式提高操作手参数设置、网络开通、数据输入输出速度和信息格式编排、整理、分发处理速度；二是强化数据链信息系统操作手战法训法能力训练，通过分队与分队对抗、红方与蓝方对抗的形式，提升各级指挥员对系统掉链中断、信息阻塞延时、设备故障抢修的应急处理能力和抗扰抗毁的信息对抗能力；三是提升数据链信息系统装备、平台、终端的技术水平，通过现有装备的技术改造，高新技术装备的引进，加快系统数字化建设步伐，实现数据信息处理智能化、自动化，从而降低系统与系统、终端与终端以及人机交互时间等。

5 结束语

信息传输的延时是造成数据链信息不实时的根源，影响数据信息延时的因素包括探测平台获取、处理目标信息的能力，系统通信协议标准兼容性，系统网络结构与路由选择，信息量大小与信息表达效率，系统智能化程度与操作手技能等，要提高舰船数据链信息通信实时性必须通过提高探测系统目标探测周期和扫描速度，缩短显控台目标参数解算和显示时间，规范通信协议标准和网络结构关系，减少网络链路总数和提高信息表达效率，加强操作手与各级指挥员人机交互训练，提高基于体系对抗条件下的舰船数据链信息系统快速建链能力、快速传输能力、快速处理能力等措施解决。

[1] 任培.战术数据链传输延时及其作战效果影响分析[D].长沙：国防科技大学，2007.

[2] 沈闽锋,陈盼.导弹对目标信息延误的自适应性分析[M].广州：海军兵种指挥学院，2012.

[3] 李桂伦,孙东平.数据链的发展及关键技术探讨[J].军事通信技术,2007(3)：35-36.

[4] 许锦洲,王来和.信息作战技术与装备[M].南京:南京海军信息战研究教育中心,2010.

Research into The Countermeasures Improving The Real-time Performance of Warship Data Link Information Communication System

LI You-cai1,CHEN Wen-liang2,XIANG Dong-yang1

(1.Naval Marine Academy,Guangzhou 510430,China;2.Unit 91487 of PLA, Zhanjiang 524334,China)

As a specific transmission means,the warship data link communication demands strong real-time performance.The data is meaningless if they can't be transmitted within the stipulated time limit,so the real-time performance is very important for the warship data link information system.This paper discusses the countermeasures improving the real-time performance of data link information system starting from the time delay of data information transmission.

real-time performance;data link communication;countermeasure

2015-12-20

TN919

A

CN32-1413(2016)06-0042-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.06.009