机动通信系统综合集成方法研究*

张海山，谭淇文，雷飞鹏

（1.军事科学院系统工程研究院，北京 100141；2.重庆金美通信有限责任公司，重庆 400030）

0 引 言

机动通信系统是指现役作战部队和应急抢险部门，依据现有各型通信装备所搭建的现场通信环境，可广泛应用于区域作战、抢险救灾、反恐维稳、大型活动保障等场景。系统采用了分层分布式的网络架构，基于临机计划临时部署，网络节点具有地域分散性、移动性、功能多样性等特征。它通常以无线传输手段为主，有线通信手段为辅，将特定区域内网络节点组网互联，实现话音和数据的综合业务通信。

随着信息技术发展和机动通信系统需求变化，大量专用与通用信息系统装备应运而生，并广泛应用于机动通信系统。但是，由于需求、平台、实现方式等方面的差异性，致使系统装备呈“烟囱式”结构自行发展，互连互通互操作困难，形成了一个个信息系统孤岛。伴随机动通信系统的快速发展，要求多代多体制系统兼容并存，对机动通信系统进行综合集成已成为信息化建设的重要手段，成为提升信息系统体系能力的必然途径。

1 综合集成理论方法体系

机动通信系统综合集成基于集成理论方法，按照用户使用需求，将不同通信体制、组网模式、组织应用方式的通信系统采用合理化的集成方法，形成功能齐备有机整体的过程。系统综合集成涉及理论、技术、方法、管理等诸多要素，是一个从思想方法、技术实现到应用管理的一个复杂过程。针对机动通信系统综合集成方法研究，应基于一套完整、有效的系统集成体系框架进行[1]，如图1所示。

图1 综合集成理论方法体系框架

对机动通信系统而言，综合集成是一个体系化的过程，集成要素涉及用户、需求、技术、工程、管理等方面[2]，要素之间存在一定属性关系，如图2所示。

图2 综合集成要素及关系

用户是系统的拥有者和使用者，也是系统需求的提出者。机动通信系统的使用用户是使用总体单位和组网的保障人员，需结合系统的用途、功能、目标和意图提出相应的使用需求，从顶层指导系统集成建设工作。

需求是系统集成的牵引，定义了集成建设过程的内容和实质，通常以《需求分析说明书》的形式来约束信息系统集成建设的行为。

技术是系统集成的支撑，通过对现有通信技术手段、技术体制、技术标准、技术协议等方面的研究，筛选提炼适合于系统集成的有效技术，从而为设备研制和系统集成提供技术保障。

工程是对系统集成的实现，依照系统集成的建设思路和设计实施方案开展具体的工程实施工作，包括设备研制、装备改造等。

管理是信息系统集成的保障。管理工作包括开展系列的体制研究和机制促进工作，能够推动系统集成建设工作按照预定进度和质量标准完成。

对机动通信系统，应充分考虑综合集成的要素和要素之间的关系，应以用户为基本点，收集系统各方面的功能、指标、性能、应用等需求，并针对各项需求开展实际需求分析，分解转化为系统设计的功能点，从而指导整个系统设计，并在此基础上形成完整的系统方案，以提供给专家和用户进行审核。如若方案与需求存在偏差，需对方案进行更改和修正，以确保整个系统的功能性能特征与用户需求一致。在确定系统集成方案后，系统和设备承制单位基于评审后的方案开展工程实施，随后展开系统集成联调联试工作，对过程中发现的问题逐一进行整改与回归。联调联试完成后，系统可交付用户，后期承制单位需持续提供系统维护工作。在整个系统集成过程中，项目管理工作贯穿始终，从需求、计划、质量、风险等各个层面确保集成项目顺利实施[3-4]。

系统集成建设过程应朝着标准化和开放性方向开展。集成核心是将体制内的多厂家设备综合集成实现互联互通，并满足最终用户需求的信息系统。要实现接入不同厂家设备，系统须满足开放性、标准化的特点。系统组件和通信协议应遵从公共或国际标准，采用互联互通手段构建统一的信息通信平台，达到接入多厂家设备能力，且具有较高安全性、柔性，并保留对外接口和协议，支持动态扩展性和伸缩性，以适应技术发展的演进[5]。

2 综合集成体系化过程

基于综合集成理论方法，需先确定集成的范畴，即描述系统的体系化过程，如图3所示。

图3 机动通信系统综合集成体系化过程

从系统要实现的总体需求或最终目标着手，在系统层面对功能和性能指标要求进行描述，并划分成若干个功能叠加的分系统，再逐步分解成不同的分系统功能实体，逐次向设备级和单元级等更小粒度层次分解，确定系统之间的接口关系，以通过统一的接口协议和标准保证分系统间的互联互通。

在机动通信系统集成建设第一阶段，主要完成系统需求分析和方案设计。通过对系统的需求和目标进行分析、梳理和归类，形成对应的需求分析文档和相应的功能和性能指标要求，并依据不同的功能特点划分出不同的子系统。第二阶段是信息系统集成，主要是结合不同子系统所需具备的功能和性能特点进行有针对性的改造。例如，现有可用的子系统可直接纳入集成，不满足使用需求的子系统则可进行系统功能性能改进。改进措施可以包括升级软件和硬件平台、增加接口、更换已有的新一代装备等；对新增加的子系统采用新研设备方式实现，对不同子系统之间通过统一的互连接口或设备实现综合集成。

3 综合集成设计

3.1 设计内容

综合集成设计内容主要包括系统体系结构、设备间接口关系、互联互通与融合组网的体制协议等。

系统体系架构有地面栅格状、分层立体、星型和自组织架构。栅格状网络架构以微波、光纤互联为主，采用点对点方式形成高带宽、高可靠、低时延、抗毁性强的骨干网。分层立体网络架构以空中中继和卫星互联形成广域覆盖、支持动中通的全连通网络。以宽带无线和电台采用星型或自组织架构构建接入网，确保用户接入。集成设计内容应兼顾不同系统架构组网方式，借助顶层设计方式选择适当的系统体系架构。

集成设计内容另一个关键点是基于系统体系架构明确集成系统设备间的接口关系和互联互通与一体化融合的体制和协议。系统功能不同，设备间的互连接口关系也存在差异。从实现角度来看，可研制具有综合交换和接口适配功能的网络控制器设备，支持各种不同类型接口，并在各种类型接口上实现相应的接口协议，提供不同子系统的适配与互连；交换功能实现了异构网络协议和接口协议转换，达到在异构网络环境下实现信息交换的目的。

3.2 自顶而下与分层分域

自顶而下的系统集成设计方法是从顶层需求分析入手，向下对整个系统功能进行分解，以开展不同分系统设计。按照分层分域的思路，可以将系统功能分为地面和空中/空间分系统。针对每个分系统，根据功能集合分解成多个具有不同功能子集的通信节点，再将通信节点进一步细化成对应的功能模块。通信节点之间通过特定的接口和协议实现互连，完成分系统内部的组网通信。分系统之间基于通信节点的异构网络协议实现互联互通。

机动通信系统分层分域设计应遵循架构清晰简洁、层次分明、互连接口简便、利于集成和工程建设的原则。

3.2.1 按功能角度集成设计

从功能角度对系统进行划分，可以将信息系统分为通信分系统和应用分系统。集成建设按不同分系统功能分别开展实施。通信分系统主要由交换、传输等通信装备构成，形成区域覆盖，主要功能是为应用系统构建一体化的通信平台。应用系统主要由服务器、终端、应用软件系统等组成。作为通信分系统的用户部署于系统末端，并借助通信分系统平台实现业务通信。

3.2.2 按网络结构集成设计

从网络结构对系统进行划分，可以将系统分为干线网和接入网两类。通常，干线网具有覆盖范围较广、传输链路带宽较宽、支持接入用户数量较多等特点。从提升干线网覆盖范围能力方面，采用卫星通信手段，实现不同地面区域之间组网互连，组建大区域通信骨干网，保障各类用户接入。

接入网主要包括宽带有线接入网、宽带无线接入网和窄带无线接入网等。从提升机动用户接入带宽能力方面，采用具有光纤或被复线组网能力的宽带有线传输设备，采用具有动中通和无线组网能力的宽带无线传输设备；从提升窄带用户接入能力方面，完善传统窄带无线接入接口和协议，改进使用模式，实现接入网用户的宽带、窄带和移动中接入。

3.2.3 按不同空间层次集成设计

从空间层次对系统进行划分，可以将系统分为地面层、空中层和空间层。地面层主要是指通过地面通信设备所构建的通信系统，包括微波、有线、电台、服务器、应用软件等地面系统所构建的通信网络；空中层主要是指空中中继、空中数据链等通信系统，由各型飞机、无人机、飞艇等平台构成；空间层主要是指卫星通信系统。

为提升通信系统多手段综合组网、大地域覆盖、复杂地形适应能力，满足多样化任务保障需求，按照循环迭代的集成思路，同步开展各层次系统的研发改造，分阶段开展集成建设工作，分步骤进行新成果试用，以促进新装备和新系统研制，采用边研边建、循环迭代、逐步优化的方式，逐步推进新成果在集成建设中的应用。

4 综合集成实施

机动通信系统是一个包含了微波、光纤、被复线、卫星、电台、宽带无线通信等通信子网的综合通信系统集合，如图4所示。从综合集成实施层面，采用自下而上的集成方法，结合循环迭代的工程实施方法，以满足多系统并存互联互通，提升集成效率和有效性。

图4 机动通信系统综合集成设计

自下而上的集成实施方法以现有的各子系统为基础，并将其作为信息系统集成后的新型系统的子系统，从用户需求和最终目标实现的角度出发，主要从设计互连适配接口、互联互通协议等角度，解决不同系统间的一体化融合问题。例如，对现有可用的卫星通信、微波、光纤、被复线和宽带无线通信系统都可直接纳入集成系统，但是存在系统间接口不兼容问题。此时，可以通过研制同时具备互连卫星、微波、光纤、被复线和宽带无线的适配器设备，由适配器设备完成不同接口和异构网络协议之间的转换。子系统内部根据使用需求对软件和硬件平台进行适应性改进，具备支持特定接口和协议进行组网通信的能力。

循环迭代方法是综合集成的工程实施方法。基于机动通信系统不同网系，采用统一的集成框架架构，从最终系统所需实现的目标能力入手进行目标分解，在不同阶段达到不同目标，形成运行稳定的软硬件固定版本，且在后期同类系统集成建设过程中可重复利用已有集成建设成果。在已完成集成建设的系统上，可规划下一个新目标，以实现系统新功能迭代，通过多次迭代最终实现系统的最终目标。

同构或同类系统可基于不同阶段目标成果开展集成建设工作，且能并行同步推进，可有效克服串行集成方法难以支持的多系统同步开展和难以满足集成过程中需求不断演进的问题，有效提升机动通信系统集成效率与效益。

循环迭代的集成方法，如图5所示。采用基于“研-建-试-用-优”系统建设理念，核心是“以研带建、以建促研、以试促通、以用促优”“循环推进、快速迭代”。将先期的科研与中期建设、后期使用紧密结合，各项工作形成交叉和回路，使设计思想能够充分被体现，建设能够更加贴近用户使用需求，实际效能能够得到最大体现。循环推进、快速迭代是将系统核心能力进行分层设计，对其进行合理规划，按照轻重缓急对任务系统有计划地逐步开展实施，通过版本控制的方式逐版优化替代，最终达到设计目标和使用要求，使得每一个阶段目标版本在系统建设各阶段都具有完全系统使用能力，不会因需求不满足或设计问题而导致信息系统不可用，且随着版本迭代，系统也将越来越好用。

图5 循环迭代集成实施方法

5 建模与评估分析

针对系统集成类的复杂系统工程，很难全面直接地对其进行分析与设计，需借助仿真模拟手段，通过专业软件进行建模仿真，以评估分析系统的功能性能，指导系统设计与集成建设[6]。

可借鉴UML语言和DoDAF理论，结合机动通信系统使用需求和约束条件，构建系统的需求体系模型、系统体系模型和技术体系模型视图。借助OPNET仿真软件建立节点和协议模型，验证系统组网和节点通信能力，建立不同的业务和流量模型，验证特定组网规模条件下的业务支持能力。基于MATLAB建立算法和链路模型，验证不同信道传输能力。基于Sonnet仿真软件构建不同装载平台上不同数量、不同分布无线传输设备的电磁兼容模型，对节点电磁兼容性和电磁干扰进行仿真。

通过理论建模与仿真分析、半实物仿真相结合，对比综合集成前后系统的功能与性能改进点，进一步指导集成建设设计工作。

6 结 语

现代通信技术的发展引起了机动通信系统重大变革，应从系统能力拓展、指标提升、功能优化、性能改进等方面着手，通过综合集成建设来提升系统综合能力。本文从系统综合集成方法理论入手，分析了机动通信系统综合集成的体系化、集成建设模式、标准化和开放性以及建模与评估等过程。后期将对机动通信系统的工程实施、项目管理、评估机制等方法开展进一步研究工作。