数据电台组网通信中的一种IP接入技术

吴思远

摘  要： 在传统的数据电台组网通信系统的基础上，通过网口物理层抓包、发送的方式，引入一种全新的IP接入技术。该技术在用户端以IP地址代替传统平台身份号的同时，还增加了对PING，Telnet，FTP等基本网络功能的支持，就好像数据电台组网通信系统中的每个节点都是连接在网络交换机上的一台电脑，为电台用户提供了极大的便利。另外，该技术还具有非常好的可移植性，支持Windows，Vxworks，Linux等多种操作系统。

关键词： 数据电台; 组网通信; IP接入技术; 可移植性; FTP; 操作系统

中图分类号： TN711?34                     文献标识码： A                          文章编号： 1004?373X（2019）12?0152?04

Abstract： On the basis of the traditional networking communication system using the data radio， a new IP access technology is introduced by means of packet capture and transmission on the physical layer of the network interface. In the technology， the IP address is substituted for the traditional platform ID number on the user terminal， and the support for basic network functions such as PING， Telnet and FTP is added， so that every node of the networking communication system using the data radio is like a computer connected to the network switch， which provides a huge convenience for radio users. The technology has a very good transportability， and can support various operating systems such as Windows， Vxworks and Linux.

Keywords： data radio; networking communication; IP access technology; transportability; FTP; operating system

0  引  言

隨着科学技术特别是信息技术的迅猛发展，传统的数据电台[1]应用方式已经无法满足当前越来越多应用场景的需要[2]。首先，数据电台对于用户使用而言不够便利。对于一个数据电台来说，其用户通常是与之通过网口相连接的应用平台[3]。应用平台的作用是人机交互，供决策者视情况做出相应的决策，并通过数据电台进行发送[4]，应用平台往往是一台PC。这样一来，用户当然希望能够通过PING命令[5]确定与其他应用平台或数据电台的连通性。其次，数据电台的功能不够强大。传统的数据电台往往只支持既定的格式化消息，不支持FTP[6]，Telnet[7]等基本网络功能。这在特定的应用场景下是一种优势，能以最小的资源代价完成各种消息的需要。但是，数据电台的应用不会只局限于一种特定的场景，在不同的应用场景下，往往需要更换配置文件甚至更换程序。如果数据电台能够支持UDP，TCP传输，那便可以只通过一个应用平台更换整个网内数据电台的相关文件，极大地节省了人力、物力、财力，更重要的是节省时间成本，这对于军事应用来说是非常宝贵的。本IP接入技术即是为解决这些问题而提出的，既使用IP地址代替平台身份号以符合用户习惯，又在传统的功能之上增加了PING，FTP，Telnet等网络功能，扩展了应用场景，具有很强的实用价值。

1  原型系统

为了简单起见，使用如图1所示的原型系统模拟现实进行说明。

原型系统由4台PC组成，均为Windows（32位）操作系统，其中：PC2为模拟数据电台1，PC1是与之通过以太网相连接的应用平台1;同理，PC3为模拟数据电台2，PC4是与之通过以太网相连接的应用平台2;PC2与PC3之间通过以太网相连接，使用SOCKET UDP传输模拟空间射频通信，数据电台与应用平台相连接的网口称为IP接入口，即网口2和网口5。IP接入技术的应用程序驻留在PC2与PC3上，用VC6.0实现，其核心处理部分与其他操作系统保持一致，仅对IP接入口的操作因操作系统不同有所差异，以及使用SOCKET UDP传输模拟空间射频通信而有所区别。

图1  原型系统

本IP接入技术的基础是IP接入口的物理层抓包与发送操作。在原型系统中，由于模拟的数据电台的操作系统是Windows，因此需要安装WinPcap[8]。安装成功之后，便可以在操作系统下获得一系列操作，包括网卡的读取与选择、数据的过滤、MAC地址的获取、网口数据的捕获及网络数据的发送等[9]。值得注意的是，网口数据的捕获是一种“捕获”而非“截获”的方式，即当PC1通过网口向PC2发送任何网络消息时，该捕获操作在获得该消息的同时，网口2的网络协议栈也能获得该消息;并且，该捕获还是双向的，不仅能够捕获网口2接收的网络消息，还能够捕获网口2发送的网络消息。另外，网络数据的发送操作也是双向的，即当在网口2上使用WinPcap提供的网络数据发送操作时，不仅PC1获得了该网络数据，网口2的网络协议栈也能获得该消息。正是由于上述提供的操作及其特性，才足以支撑本IP接入技术的实现。

2  具体设置

以太网通信特性依赖于网口的具体设置，包括IP地址设置、子网掩码及默认网关[10]设置等，因此，在具体实现之前，首先需要根据功能需求对应用平台网口及数据电台IP接入口进行设置。

首先，基于数据电台用户便利性的考虑，并且，为了最大可能地支持更多的组网平台数量，所有的应用平台应该保证在同一个网段，所有的数据电台IP接入口也应该保证在同一个网段，且这两个网段为不同网段。因此，设置PC1与PC4的IP地址分别为192.168.0.1和192.168.0.2，子网掩码均为255.255.255.0;设置PC2与PC3的IP接入口IP地址为22.20.22网段，子网掩码也是255.255.255.0。基于向下兼容性的考虑，PC2与PC3的具体IP地址应该依赖于其具体的平台身份号，即每台数据电台IP接入口的IP地址应与其平台身份号有一个一对一的映射关系。这里为了简单起见，假设映射关系为直接映射，即假设PC2与PC3的平台身份号分别为1和2，那么它们的IP接入口的IP地址分别为22.20.22.1与22.20.22.2。这样一来，当PC1的用户希望与PC3的数据电台互通网络消息时，其知晓PC3的IP地址为22.20.22.2，当其希望与PC4的用户互通网络消息时，其也知晓PC4的IP地址为192.168.0.2。

其次，由于应用平台IP地址与数据电台IP接入口IP地址处在不同的网段，因此，为了网络数据的可达，需要为每一个应用平台设置默认网关。基于IP接入程序通用性的考虑，每个应用平台的默认网关都设置为192.168.0.254，该IP地址不再做任何应用平台IP地址使用。

另外，由于数据电台往往连接了多个用户平台，受多个控制席位的控制，因此，出于安全性的考虑，无论通过什么方法（数据电台本地设置或基于传统应用方式通过格式化配置报文对数据电台进行设置），数据电台应能够知晓与其相连接的唯一可以使用IP接入功能的应用平台的IP地址。

3  相关改造

在该IP接入功能实现之前，还需要对传统的数据电台组网通信进行一定的改造。

首先，出于向下兼容性及便于IP接入程序实现的考虑，需要在传统各类传输消息之外新增一类IP接入消息，以便于对不同消息进行分类处理。

其次，由于在传统的数据电台组网通信中都是利用平台身份号进行寻址，因此，为了实现IP接入功能，需要在数据电台内建立一个其他电台平台身份号与其应用平台IP地址对应关系链表，每个节点包含平台身份号、应用平台IP地址及接收时间。每个数据电台应在网内周期广播发送本电台平台身份号与应用平台IP地址对应关系，在收到网内其他电台发来的对应关系后，更新对应关系链表，并定期对链表进行维护，删除超时节点。以便通过IP接入消息目的IP地址转换为平台身份号进行寻址发射。

4  功能实现

该IP接入功能在程序实现上主要分为三个部分，分别是初始化、IP接入口捕获数据处理及射频接收数据处理。初始化的主要功能是选择对应网卡以获得在该网卡上的相应操作及该网卡的MAC地址，其程序流程如图2所示。

图2  初始化程序流程图

IP接入口捕获数据处理主要包括两部分，分别是接收数据捕获处理和发送数据捕获处理，其程序流程如图3所示。

图3  IP接入口捕获数据处理程序流程图

由于需要本地应用平台与远端数据电台进行网络通信，因此，本地电台每通过射频接收到远端应用平台发来的给本电台的网络消息时，需要构造一个虚拟网口与本电台IP接入口进行通信，虚拟网口的MAC地址为11.11.11.11.11.11，IP地址为22.20.22.远端平台身份号。发送数据捕获处理就是对IP接入口发送给虚拟网口的网络数据进行的处理。

射频接收数据处理是解析从射频接收到的网络数据，根据目的IP及消息类型的不同做分类处理，其程序流程图如图4所示。

图4  射频接收数据处理流程图

需要特别注意的是，对于UDP，TCP数据包，其用户数据最大可达一包约1 500 B。在某些数据电台组网通信系统中，空间射频传输的单包消息可能无法支持这样的数据长度，因此，对于网络数据包长度大于空间传输限制的，在射频发射与接收处还需要自行做分包重组处理。

5  结  语

通过在如图1所示的原型系统上进行测试，证明了该IP接入技术支持本地应用平台到本地数据电台的PING命令、本地应用平台到远端数据电台及到远端应用平台的FTP，Telnet功能，其中，FTP功能的传输速度大于500 Kb/s。由于有其他很多种方法可以实现，因此本地应用平台到本地数据电台的FTP及Telnet功能暂不做处理。在数据电台为Vxworks操作系统的现实数据电台通信系统中也实现了该IP接入功能，在实现手段上的区别只在于由Vxworks提供的系统函数替代WinPcap提供的相应操作，其余核心处理部分完全相同;在现实系统中进行测试，所支持的功能与在原型系统上完全相同，只是由于采用的数据电台通信系统是TDMA的，因此在传输速度上有较大的下降。另外，在Linux操作系統下，也已知有操作系统提供的相同操作存在，因此该IP接入技术也完全可以移植到Linux操作系统的数据电台中。

综上所述，该IP接入技术不仅为数据电台用户提供了极大的便利，还具有非常强的可移植性，只是在支持的网络功能上还有待进一步根据用户需要进行扩展。

参考文献

[1] 李慧.基于QT的电台可视化人机交互软件设计与实现[J].电子世界，2019（8）：112?113.

LI Hui. Design and implementation of radio visual human?computer interaction software based on QT [J]. Electronics world， 2019（8）： 112?113.

[2] 赵明，孙伟.军用无线多信道负载均衡模块的设计与实现[J].火力与指挥控制，2019，44（4）：110?113.

ZHAO Ming， SUN Wei. Design and implementation of military wireless multi?channel load balancing module [J]. Fire control & command control， 2019， 44（4）： 110?113.

[3] 王倩营.甚高频语音通信系统抗干扰技术及其发展趋势[J].控制与信息技术，2019（2）：7?12.

WANG Qianying. Anti?interference technology of VHF voice communication system and its development trend [J]. Control and information technology， 2019（2）： 7?12.

[4] 李新超.大区域短波接入网络资源优化技术研究[D].广州：华南理工大学，2017.

LI Xinchao. Resource optimization of high frequency access network in large area [D]. Guangzhou： South China University of Technology， 2017.

[5] 汪硕，张娇，黄韬，等.流追踪：一种软件定义网络中低开销的时延测量和路径追踪方法[J].信息与电子工程前沿，2017，18（2）：206?219.

WANG Shuo， ZHANG Jiao， HUANG Tao， et al. FlowTrace： measuring round?trip time and tracing path in software?defined networking with low communication overhead [J]. Frontiers of information technology & electronic engineering， 2017， 18（2）： 206?219.

[6] 任雪婷.大数据时代人工智能在网络信息检索中的应用[J].信息技术与信息化，2019（1）：95?97.

REN Xueting. Application of artificial intelligence in Web information retrieval in big data era [J]. Information technology and informatization， 2019（1）： 95?97.

[7] 张奇支，黎波良.一种通过远程接入方式进行网络实验的方案[J].计算机教育，2019（3）：159?163.

ZHANG Qizhi， LI Boliang. A scheme for conducting network experiments by means of remote access [J]. Computer education， 2019（3）： 159?163.

[8] 石磊箭，张莉，张迁，等.电厂机组一次调频参数在线监测系统设计与实现[J].软件导刊，2019，18（1）：108?111.

SHI Leijian， ZHANG Li， ZHANG Qian， et al. An on?line monitoring system for frequency modulation parameters of a power plant [J]. Software guide， 2019， 18（1）： 108?111.

[9] 李伟，张建锋.基于WinPcap的网络行为审计系统设计[J].中国新通信，2018，20（6）：43?44.

LI Wei， ZHANG Jianfeng. Design of network behavior audit system based on WinPcap [J]. China new telecommunications， 2018， 20（6）： 43?44.

[10] 耿雨岚.Linux系统的路由实践[J].科技传播，2018，10（24）：90?91.

GENG Yulan. The routing practice of Linux system [J]. Public communication of science & technology， 2018， 10（24）： 90?91.