一種基于HIT?TENA的資源快速接入工具

趙戈,李微,楊京禮

摘? 要： 針對目前國內靶場各試驗設備存在的重用性和互操作性差、資源接入困難等問題，設計了一種基于HIT?TENA的資源快速接入工具，實現資源設備的標準化快速接入。通過對靶場領域現有設備常用接口協議的分析，設計了一種通用的協議模板實現對各種接口協議的描述，在此基礎上提出了協議數據到對象模型的轉換方法。在HIT?TENA體系結構下，開發了通用協議轉換組件，實現了外部設備到HIT?TENA的快速接入，對于加速試驗系統構建速度、提高試驗系統可靠性具有重要意義。

關鍵詞： HIT?TENA； 資源快速接入； 協議模板； 協議轉換

中圖分類號： TN91?34； TP391.9???????????????? 文獻標識碼： A?????????????????? 文章編號： 1004?373X（2014）23?0047?04

Abstract： To solve the problems of low reusability and interoperability of testing device in ranges in China， a resource quick access tool based on HIT?TENA were developed to realize the quick standardized access of external devices. A common protocol template was designed to describe all kinds of protocols on the basis of analysis of various interface protocols. On this basis， a method to convert the protocol data into the object model is proposed. A HIT?TENA?based protocol conversion module was designed to make a connection between the external device and the HIT?TENA. It plays an important role in improvement of testing system′s reliability and speed of system establishment.

Keywords： HIT?TENA； resource quick access； protocol template； protocol conversion

0? 引? 言

試驗與訓練使能體系結構（Test and Training Enabling Architecture，TENA）是美國國防部試驗與評估投資中心項目辦公室為建立能促進各試驗靶場和設施、訓練靶場、實驗室和其他建模與仿真活動之間的共享、重用、互操作的體系結構而發起的項目[1]。與高層體系結構（High Level Architecture，HLA）適用于各種建模和仿真領域不同，TENA專門針對試驗訓練領域的特點進行開發，并針對試驗與訓練領域的特定需求對HLA進行了擴展，提供了試驗和訓練所需的更多特定的能力[2]。

本文在借鑒TENA體系結構基礎上，針對靶場試驗領域的特殊需求，結合目前國內試驗與訓練領域建設的現狀，提出了一種試驗和訓練體系結構HIT?TENA。HIT?TENA通過整合各種試驗與訓練資源，快速構建試驗與訓練系統，引導靶場由“任務驅動型”向“能力建設型”轉變[3]。

目前，國內靶場中存在大量接口協議各異的獨立資源設備，為實現資源設備的重用、組合和互操作，通常采用人工模式通過代碼擴展實現試驗系統的構建。隨著武器裝備復雜性的日漸提高，上述模式容易導致開發周期長、擴展代碼測試難度大和可靠性差等問題，造成靶場建設周期長、費用高和風險大。

基于以上問題，在HIT?TENA體系結構下，針對目前靶場領域資源設備常用的接口協議，開發一種基于HIT?TENA的資源快速接入工具，以實現外部資源設備到HIT?TENA的快速接入，加速試驗系統的構建速度。

1? 整體設計

基于HIT?TENA的資源快速接入工具是連接外部資源設備與HIT?TENA的橋梁，外部資源設備只有通過該工具進行協議轉換后才能與HIT?TENA進行信息交互。資源快速接入工具提供協議編輯軟件進行協議驅動式設備接入模型的開發，在分析靶場現有各種設備接口協議的基礎上，提出采用通用協議模板實現各種設備接口協議的描述[4]。目前，該模板能夠支持警戒雷達新97、原97、目標航跡報、測量雷達情報信息幀、AIS系統信息傳輸規范和XX指控中心內部信息接口規范等多種協議的開放性描述，并具備良好的可擴展性。在此基礎上建立了協議數據到對象模型的自動轉換方法，使得封裝完成的資源組件符合對象模型接口規范，具備互操作能力。此外，資源快速接入工具提供協議轉換組件，實現協議轉換，以通用協議模板為輸入信息，實現了協議自動編解碼過程[5?6]。

資源快速接入工具總體結構如圖1所示。由圖中可知，資源快速接入工具后臺數據以SQL Server 2005數據庫為載體，所有協議信息都存儲于自建的ICD數據庫中，每個型號協議為獨立的數據表，數據表名稱為型號名稱。協議編輯軟件通過組件封裝功能實現通信協議到HIT?TENA對象模型的轉換，并生成可供HIT?TIDE（HIT?TENA集成應用開發環境）加載的相應的模型描述文件（XML格式）和模型實現文件（DLL格式）。協議轉換組件是符合HIT?TIDE組件接口規范的，其存在形式為動態鏈接庫，每個節點上可運行多個協議轉換組件的實例。協議轉換組件通過加載資源快速接入工具生成模型描述文件進行協議的編解碼，并利用中間件實現外部設備的協議信息與HIT?TIDE的信息交互[7]。

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圖1 資源快速接入工具總體結構圖

2? 協議模板數據結構設計

在對靶場試驗領域各種通信協議特征分析的基礎上，基于協議分層管理的思想，將協議進行如下分層表示：協議集、協議項、協議幀頭/幀尾/元素、元素位[8]。其中協議集是指系統下相同協議型號的一個集合，每個協議集下又包含若干協議項。對于不同的通信協議，協議集和協議項的屬性一般是協議所共有的，而協議項的各組成部分如幀頭、幀尾、元素的具體結構則因協議的不同存在較大的差異。協議格式分層描述示意圖如圖2所示。

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圖2 協議格式分層描述示意圖

基于以上協議格式分層描述的說明，為方便協議格式信息的描述與管理，設計通用協議模板以描述各種通信協議格式[9]。下面從描述協議相關信息及協議的傳輸特性的角度出發，分別從協議集、協議項、協議幀頭/幀尾/元素、協議元素位4個層次進行數據結構設計。

協議集用來描述某一協議型號下所有協議項信息，協議項信息采用映射表進行存儲，協議集數據結構如表2所示。

表1 協議集數據結構

[屬性名稱＼&；協議集型號名稱＼&；協議項映射表＼&；數據類型＼&；string＼&；PtrMap＼&；]

協議項信息包含了一條協議的完整描述，定義了協議源設備和目標設備信息，并采用數組結構分別存儲協議的幀頭信息、幀尾信息和協議元素信息。考慮到靶場領域某些通信協議存在動態幀的問題，使用動態幀標識符進行動態幀標識，并記錄動態幀數量所在的位置及該動態幀最大數量值。協議項數據結構如表2所示。

協議幀頭信息包含一個協議幀頭的完整描述。幀頭類型支持8種常用數據類型和用戶自定義數據類型，幀頭進制支持常用的4種進制，并定義枚舉量DataType和BaseType分別用于存儲幀頭數據類型和幀頭進制信息。協議幀頭數據結構如表3所示。

協議元素信息是協議最主要的部分，是一條協議所傳輸數據的格式描述。全面考慮靶場領域各類協議的元素項中可能存在前導符、符號位、可選元素、嵌套元素等情況，并針對某些協議的函數處理及位定義需求，設計協議元素數據結構如表4所示。其中處理函數信息包含不處理、位解析和物理值處理3類，采用枚舉量FunctionType進行存儲。

表3 協議幀頭數據結構

[屬性名稱＼&；幀頭位置＼&；幀頭類型＼&；幀頭內容＼&；幀頭進制＼&；數據類型＼&；int＼&；DataType＼&；string＼&；BaseType＼&；]

表4 協議元素數據結構

[屬性名稱＼&；屬性類型＼&； 協議元素ID＼&；int＼&；協議元素名稱＼&；string＼&；協議元素類型＼&；DataType＼&；協議元素項長度＼&；int＼&；可選標識符＼&；bool＼&；前導符類型＼&；DataType＼&；前導符長度＼&；int＼&；元素前導符＼&；string＼&；符號標識符＼&；bool＼&；分辨率＼&；double＼&；處理函數＼&；FunctionType＼&；目標數據類型＼&；DataType＼&；動態幀標識符＼&；bool＼&；嵌套標識符＼&；bool＼&；元素位數組＼&；PtrArray＼&；]

協議元素位組合信息采用單獨的數據結構進行存儲，對于每一項協議元素位，描述了位組合值及其說明，其數據結構如表5所示。

表5 協議元素位組合信息數據結構

[屬性名稱＼&；協議元素位＼&；位組合值＼&；位組合值說明＼&；屬性類型＼&；string＼&；string＼&；string＼&；]

3? 模型描述文件設計

模型描述文件是資源接入工具進行組件封裝后生成的XML格式文件，它提供了對資源組件的完整描述。模型描述文件主要包含兩部分信息：一部分是組件和協議相關的信息，該部分是通過獲取用戶手動編輯的相關信息生成的，其中協議信息包含了協議模板定義的所有描述；另一部分是實體和對象模型信息，該部分提供了協議轉換組件下所有實體信息及實體包含的所有數據結構的描述，其設計規則遵循HIT?TENA對象模型的存儲規則[10]。

在模型描述文件設計過程中，資源組件下的每條協議信息和對象模型信息都是一一對應的關系。為簡化對象模型的存儲過程，采用兩級嵌套的方法，每級元素由其屬性和子元素來描述。一級子元素包含了所有數據類型的解釋說明，二級子元素是一級子元素所包含數據類型的解釋說明。需注意的是在某些設備的接口協議中，協議元素中通常包含動態元素。為便于區分動態元素項和靜態元素項，需要將所有動態元素當作新的數據類型進行處理，并采用子元素對該數據類型進行描述。圖3為模型描述文件對象模型存儲規則。

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圖3 對象模型存儲規則

4? 協議轉換過程

協議轉換是由協議轉換組件實現的協議數據與HIT?TENA對象模型之間的轉換，它是實現外部設備與HIT?TENA互聯的一個非常重要的環節。當外部設備通過各種通信總線協議（比如RS 422/232，GJB289A，CAN，LAN等）接入HIT?TIDE后，協議轉換組件首先會根據組件配置信息進行通信參數配置。在完成參數配置后，協議轉換組件開始接收外部設備傳來的協議數據，并啟動協議轉換單元對協議數據進行協議解碼。協議解碼的過程大致可以分為4個步驟：

（1） 將當前組件協議列表下的協議項根據一定的匹配算法進行協議匹配，識別出對應的協議項；

（2） 根據匹配的協議項進行協議元素解碼，進而獲得未經處理的原始協議數據；

（3） 對含有幀尾的協議數據進行幀尾匹配，若匹配成功則說明解碼有效；

（4） 對于需要函數處理的原始協議數據，進行相應函數處理得到最終的協議數據。

成功解碼的協議數據根據協議項與對象模型信息的對應關系，更新對象實例數據。最后通過配置中間件訂購發布信息，實現對象模型與中間件的信息交互，從而完成外部設備到HIT?TENA的接入過程。協議轉換組件外部設備接入流程如圖4所示。

當HIT?TIDE向外部設備發送數據時，首先協議轉換組件接收到來自中間件發送的SDO數據信息，根據對象模型信息與協議項的對應關系，識別出SDO對應的協議項并更新協議項信息。啟動協議轉換組件的協議轉換單元進行協議編碼，最終通過調用底層通信接口函數將編碼后的協議數據發送給外部設備，從而實現了HIT?TIDE向外部設備發送數據的過程。協議編碼是協議解碼相反的一個過程，其具體細節本文不詳細贅述。

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圖4 協議轉換組件外部設備接入流程

5? 結? 語

為實現靶場試驗領域各種協議接口各異的資源設備快速接入HIT?TENA體系結構，本文提出了一種基于HIT?TENA的資源快速接入方法。該工具不僅定義了一個協議覆蓋率高、可擴展性好的通用協議模板，同時提出了一套完整的協議轉換方法，并開發了協議轉換組件完成資源快速接入過程。在整個過程中，用戶只需在協議編輯軟件中以可視化方式描述設備的接口協議，并配置協議轉換組件相關信息，無需任何編碼過程即可實現設備的接入。目前，資源快速接入工具已經在某靶場試驗數據綜合服務演示驗證系統設備接入過程中投入使用，經測試，各設備或系統的接入有效工作時間都滿足系統的要求。

參考文獻

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[9] 黃敬禮.通用協議轉換設備研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2011.

[10] 孔勇，杜新宇.TENA對象模型的研究[J].計算機與現代化，2013（2）：85?89.

（1） 將當前組件協議列表下的協議項根據一定的匹配算法進行協議匹配，識別出對應的協議項；

（2） 根據匹配的協議項進行協議元素解碼，進而獲得未經處理的原始協議數據；

（3） 對含有幀尾的協議數據進行幀尾匹配，若匹配成功則說明解碼有效；

（4） 對于需要函數處理的原始協議數據，進行相應函數處理得到最終的協議數據。

成功解碼的協議數據根據協議項與對象模型信息的對應關系，更新對象實例數據。最后通過配置中間件訂購發布信息，實現對象模型與中間件的信息交互，從而完成外部設備到HIT?TENA的接入過程。協議轉換組件外部設備接入流程如圖4所示。

當HIT?TIDE向外部設備發送數據時，首先協議轉換組件接收到來自中間件發送的SDO數據信息，根據對象模型信息與協議項的對應關系，識別出SDO對應的協議項并更新協議項信息。啟動協議轉換組件的協議轉換單元進行協議編碼，最終通過調用底層通信接口函數將編碼后的協議數據發送給外部設備，從而實現了HIT?TIDE向外部設備發送數據的過程。協議編碼是協議解碼相反的一個過程，其具體細節本文不詳細贅述。

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圖4 協議轉換組件外部設備接入流程

5? 結? 語

為實現靶場試驗領域各種協議接口各異的資源設備快速接入HIT?TENA體系結構，本文提出了一種基于HIT?TENA的資源快速接入方法。該工具不僅定義了一個協議覆蓋率高、可擴展性好的通用協議模板，同時提出了一套完整的協議轉換方法，并開發了協議轉換組件完成資源快速接入過程。在整個過程中，用戶只需在協議編輯軟件中以可視化方式描述設備的接口協議，并配置協議轉換組件相關信息，無需任何編碼過程即可實現設備的接入。目前，資源快速接入工具已經在某靶場試驗數據綜合服務演示驗證系統設備接入過程中投入使用，經測試，各設備或系統的接入有效工作時間都滿足系統的要求。

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（2） 根據匹配的協議項進行協議元素解碼，進而獲得未經處理的原始協議數據；

（3） 對含有幀尾的協議數據進行幀尾匹配，若匹配成功則說明解碼有效；

（4） 對于需要函數處理的原始協議數據，進行相應函數處理得到最終的協議數據。

成功解碼的協議數據根據協議項與對象模型信息的對應關系，更新對象實例數據。最后通過配置中間件訂購發布信息，實現對象模型與中間件的信息交互，從而完成外部設備到HIT?TENA的接入過程。協議轉換組件外部設備接入流程如圖4所示。

當HIT?TIDE向外部設備發送數據時，首先協議轉換組件接收到來自中間件發送的SDO數據信息，根據對象模型信息與協議項的對應關系，識別出SDO對應的協議項并更新協議項信息。啟動協議轉換組件的協議轉換單元進行協議編碼，最終通過調用底層通信接口函數將編碼后的協議數據發送給外部設備，從而實現了HIT?TIDE向外部設備發送數據的過程。協議編碼是協議解碼相反的一個過程，其具體細節本文不詳細贅述。

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圖4 協議轉換組件外部設備接入流程

5? 結? 語

為實現靶場試驗領域各種協議接口各異的資源設備快速接入HIT?TENA體系結構，本文提出了一種基于HIT?TENA的資源快速接入方法。該工具不僅定義了一個協議覆蓋率高、可擴展性好的通用協議模板，同時提出了一套完整的協議轉換方法，并開發了協議轉換組件完成資源快速接入過程。在整個過程中，用戶只需在協議編輯軟件中以可視化方式描述設備的接口協議，并配置協議轉換組件相關信息，無需任何編碼過程即可實現設備的接入。目前，資源快速接入工具已經在某靶場試驗數據綜合服務演示驗證系統設備接入過程中投入使用，經測試，各設備或系統的接入有效工作時間都滿足系統的要求。

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