SCA 4.0規范概述

蔡 卓，張小瓊

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

軟件通信體系結構(SCA，Software Communications Architecture)規范是美軍在實施聯合戰術無線電系統計劃過程中提出的一個標準規范集，它為軟件無線電臺的設計提供了一種與實現無關的開放式架構。SCA的目的是實現無線通信裝備硬件模塊化，軟件具有可移植性、可重用性和互操作性。

盡管SCA來自于軍方項目，但隨著時間推移，SCA提出的規范方法和目標正日益受到軍方和非軍方的重視，并進入商用和民用的領域。

1 SCA標準發展

SCA的核心思想是采用面向對象的方法來設計一種標準化的軟件系統，通過將不同的軟件波形加載到通用的硬件平臺中來實現不同的功能，使無線電臺的更新換代只需要更換其中的軟件波形就可以實現，達到了軟件可重復使用的目的。軟件的重用性不僅縮短了無線電臺的開發周期，也在一定程度上降低了開發成本。

SCA標準最初發布于1999年，到目前為止發布了多個版本。目前SCA的最新版本為2012年2月發布的SCA4.0規范。

SCA4.0[1-2]（早期發展階段被稱為SCA Next）是SCA標準的重要修訂。SCA4.0可以通過裁減以更好地適應每個電臺及其任務的具體功能。內存和處理功耗可以得到顯著降低。體系結構的增強也提高了安全性，并且使得電臺能夠更快地啟動和重新配置。

2 SCA4.0規范特征

2.1 輕量級組件

輕量級組件和功能單元是SCA4.0的兩種機制，可以用于更好地將任務需求和基于SCA的產品結合在一起。輕量級組件提供了一種靈活的結構化方法，以適應各種平臺的需求（移動的與固定的，單信道與多信道，單個波形與多種波形等），而不是一個大小用于所有結構。

SCA2.2.2中的接口功能齊全，導致部分組件比需要的大。例如，一個SCA2.2.2的資源組件包括了測試對象、屬性等特性。但是如果一個組件不需要自檢測試或屬性呢？SCA2.2.2仍然要求組件實現那些功能。

SCA4.0引入了一種新的設計模式——選擇性繼承。圖1以資源（Resource）接口為例說明選擇性繼承的特征。繼承線上有注釋的表明接口為可選性繼承。對于Resource接口，只有一個接口是必須的——生命周期（LifeCycle），其他接口根據需要來使用。接口描述語言（IDL，Interface Definition Language）中的預編譯定義允許開發者規定一個具體的組件需要哪些接口。因為這個特征，SCA組件比之前的版本要小。

圖1 Resoure接口的選擇性繼承

選擇性繼承設計模式已經擴展到其他核心框架接口內。例如，加載能力（LoadableCapacity）接口之前對所有的加載設備（LoadableDecives）都是需要的。在一些實現中，由這個接口提供的功能可以不使用，因此SCA 4..0 允許組件創建時沒有該接口。

SCA4.0引入了一個新的接口，端口訪問（PortAccessor）接口。PortAccessor接口包含了早期版本的端口（port）和端口提供者（PortSupplier）接口功能。繼承SCA2.2.2的波形將需要更新為新的PortAccessor，而不需要做其他的改動。

2.2 推模型（Push Model）

SCA之前的版本使用圖2的提取模型（pull model）。為了獲取需要的信息，需要使用調用返回（callback）方式。例如:

1）getPort用于提取使用和提供的端口。

2）提取屬性:如用getDeviceID得到設備的ID，用getRegisteredDevices得到注冊的設備。

3）用resolve從一個命名服務提取應用組件。

圖2 pull model 示意圖

SCA4.0引入了一個“push model”。圖3中，體系結構允許信息直接交換，而不使用調用返回方式，這個模型的主要好處在于能有更好的保證和性能。更好地保證通過限制僅使用push訪問來獲得，并且消除了對命名服務的需求。更好的性能獲得是通過減少了調用的總次數。這可以減少啟動和初始化時間。它也允許調用返回的屬性和操作成為可選的，當不使用的時候，減少了需要的實現。例如，圖3中，registerComponent用于組件或設備的注冊，registerDeviceManager用于設備管理器組件的注冊。

圖3 push model 示意圖

2.3 中間件和數據傳輸

SCA2.2.2和它之前的版本規定公共對象請求代理體系結構（CORBA，Common Object Request Broker Architecture）作為中間件，對電臺開發者延遲了具體的傳輸機制。歷史上的數據傳輸機制已經有TCP-IP和共享內存。TCP-IP協議可能引入了實際的等待時間。更快的傳輸如共享內存通常對高速數據率波形可以獲得可接受的延遲。

SCA4.0已經刪除了CORBA要求，定義了獨立的中間件應用程序接口（API，Application Program Interface），盡管API仍然是通過IDL規定的。電臺開發者可以使用CORBA，或者選擇一個不同的中間件，例如安卓平臺使用的輕量級遠程過程控制（RPC，Remote Procedure Control）。對不同中間件的實現，波形應該需要重新編譯，但是API仍然是相同的，維持了波形的可移植性。

2.4 增強的應用連通性

在SCA4.0發布之前，SCA僅支持配置單個的、獨立的應用的能力。當多個應用配置在一個平臺時，SCA組件框架不提供直接的連接支持或者邏輯上將這些應用分級的能力。因此，創建應用的客戶端被留下人工進行，通過使用外部端口的組合以及應用可擴展標記語言（XML，Extensible Markup Language）文件中收集的硬編碼的連接或自動連接。然而這種方法非常受限，需要客戶端實現更多。

在SCA4.0中，分級應用支持和應用連通性已經被增加以支持多個應用。

分級應用源自簡單的需要:想將封裝的復雜的應用結構進一步分解為一個分級的結構。然而早期的SCA中，一個應用結構是“扁平的”，簡單地由葉子節點的組件構成，在SCA4.0中不再有這個限制。因此，可以形成復雜的組件，并抽象為子應用，然后使用這些組件形成應用。這種體系結構技術可以使得一個組件能用于不同的情況下，提升了如在軟件產品線中使用的庫的重用。分級應用的示意圖見圖4。

SCA4.0定義了一種正式的機制，利用軟件裝配描述文件（SAD，Software Assembly Descriptor）中的外部端口（externalports）元素作為管道，通過它框架能管理那些交互應用連接的形成和銷毀。外部的端口連接創建為這個問題提供了一種好的解決辦法，因為這個問題的本性——兩個需要連接的應用彼此互相依賴于將被創建的連接，但是它們被獨立創建而且不保證它們將被一起創建。連接機制需要知道怎樣處理這種情況:當連接的一邊存在、而另一邊不存在。然而，如果應用的兩邊都被創建，那么應用總是被連接的。

圖4 一種簡單的分級應用

3 結語

SCA規范自提出以來，就被軟件無線電論壇接受作為未來無線電開發的標準。各國也對SCA規范展開了大規模的研究工作。近年來國內對軟件無線電也進行了許多的研究及開發[3-6]。中國SCA4.0對之前的規范進行了重要修訂，使之可以裁剪，更加輕量級、靈活。SCA4.0可以兼容從小的單信道電臺到大功率、多信道電臺等各種大小的電臺。SCA4.0提供了一個增強的集合特征，以支持波形的移植性和互操作性。了解SCA4.0，對于軟件無線電的研究開發工作有著重要意義。

[1]JTRS JPEO. Software Communications Architecture Specification, Version 4.0[EB/OL].(2001-12-19)[2013-03-11].http://jpeojtrs.mil/sca/Pages/port abilityguidelines.aspx,2012

[2]JTNC. Software Communications Architecture Specification 4.0 User’s Guide[EB/OL].(2010-11-30)[2013-03-11].http://jpeojtrs.mil/sca/Pages/port abilityguidelines.aspx,2012

[3]馬子驥,鄭善賢,劉宏立.一種基于軟件無線電的數字解調方法研究[J].信息安全與通信保密,2008(03):34-35.

[4]王爍,周家喜,王慶華.SCA架構軟件無線電臺設計與實現[J].通信技術,2011,44(06):40-42.

[5]張海燕,叢鍵.一種新型SCA電臺的分析與設計[J].通信技術,2012,45(09):21-24.

[6]王贏.基于SCA規范的跳頻通信波形設計與開發[D].杭州:杭州電子科技大學,2010.