機動通信系統綜合集成方法研究*

張海山，譚淇文，雷飛鵬

（1.軍事科學院系統工程研究院，北京 100141；2.重慶金美通信有限責任公司，重慶 400030）

0 引 言

機動通信系統是指現役作戰部隊和應急搶險部門，依據現有各型通信裝備所搭建的現場通信環境，可廣泛應用于區域作戰、搶險救災、反恐維穩、大型活動保障等場景。系統采用了分層分布式的網絡架構，基于臨機計劃臨時部署，網絡節點具有地域分散性、移動性、功能多樣性等特征。它通常以無線傳輸手段為主，有線通信手段為輔，將特定區域內網絡節點組網互聯，實現話音和數據的綜合業務通信。

隨著信息技術發展和機動通信系統需求變化，大量專用與通用信息系統裝備應運而生，并廣泛應用于機動通信系統。但是，由于需求、平臺、實現方式等方面的差異性，致使系統裝備呈“煙囪式”結構自行發展，互連互通互操作困難，形成了一個個信息系統孤島。伴隨機動通信系統的快速發展，要求多代多體制系統兼容并存，對機動通信系統進行綜合集成已成為信息化建設的重要手段，成為提升信息系統體系能力的必然途徑。

1 綜合集成理論方法體系

機動通信系統綜合集成基于集成理論方法，按照用戶使用需求，將不同通信體制、組網模式、組織應用方式的通信系統采用合理化的集成方法，形成功能齊備有機整體的過程。系統綜合集成涉及理論、技術、方法、管理等諸多要素，是一個從思想方法、技術實現到應用管理的一個復雜過程。針對機動通信系統綜合集成方法研究，應基于一套完整、有效的系統集成體系框架進行[1]，如圖1所示。

圖1 綜合集成理論方法體系框架

對機動通信系統而言，綜合集成是一個體系化的過程，集成要素涉及用戶、需求、技術、工程、管理等方面[2]，要素之間存在一定屬性關系，如圖2所示。

圖2 綜合集成要素及關系

用戶是系統的擁有者和使用者，也是系統需求的提出者。機動通信系統的使用用戶是使用總體單位和組網的保障人員，需結合系統的用途、功能、目標和意圖提出相應的使用需求，從頂層指導系統集成建設工作。

需求是系統集成的牽引，定義了集成建設過程的內容和實質，通常以《需求分析說明書》的形式來約束信息系統集成建設的行為。

技術是系統集成的支撐，通過對現有通信技術手段、技術體制、技術標準、技術協議等方面的研究，篩選提煉適合于系統集成的有效技術，從而為設備研制和系統集成提供技術保障。

工程是對系統集成的實現，依照系統集成的建設思路和設計實施方案開展具體的工程實施工作，包括設備研制、裝備改造等。

管理是信息系統集成的保障。管理工作包括開展系列的體制研究和機制促進工作，能夠推動系統集成建設工作按照預定進度和質量標準完成。

對機動通信系統，應充分考慮綜合集成的要素和要素之間的關系，應以用戶為基本點，收集系統各方面的功能、指標、性能、應用等需求，并針對各項需求開展實際需求分析，分解轉化為系統設計的功能點，從而指導整個系統設計，并在此基礎上形成完整的系統方案，以提供給專家和用戶進行審核。如若方案與需求存在偏差，需對方案進行更改和修正，以確保整個系統的功能性能特征與用戶需求一致。在確定系統集成方案后，系統和設備承制單位基于評審后的方案開展工程實施，隨后展開系統集成聯調聯試工作，對過程中發現的問題逐一進行整改與回歸。聯調聯試完成后，系統可交付用戶，后期承制單位需持續提供系統維護工作。在整個系統集成過程中，項目管理工作貫穿始終，從需求、計劃、質量、風險等各個層面確保集成項目順利實施[3-4]。

系統集成建設過程應朝著標準化和開放性方向開展。集成核心是將體制內的多廠家設備綜合集成實現互聯互通，并滿足最終用戶需求的信息系統。要實現接入不同廠家設備，系統須滿足開放性、標準化的特點。系統組件和通信協議應遵從公共或國際標準，采用互聯互通手段構建統一的信息通信平臺，達到接入多廠家設備能力，且具有較高安全性、柔性，并保留對外接口和協議，支持動態擴展性和伸縮性，以適應技術發展的演進[5]。

2 綜合集成體系化過程

基于綜合集成理論方法，需先確定集成的范疇，即描述系統的體系化過程，如圖3所示。

圖3 機動通信系統綜合集成體系化過程

從系統要實現的總體需求或最終目標著手，在系統層面對功能和性能指標要求進行描述，并劃分成若干個功能疊加的分系統，再逐步分解成不同的分系統功能實體，逐次向設備級和單元級等更小粒度層次分解，確定系統之間的接口關系，以通過統一的接口協議和標準保證分系統間的互聯互通。

在機動通信系統集成建設第一階段，主要完成系統需求分析和方案設計。通過對系統的需求和目標進行分析、梳理和歸類，形成對應的需求分析文檔和相應的功能和性能指標要求，并依據不同的功能特點劃分出不同的子系統。第二階段是信息系統集成，主要是結合不同子系統所需具備的功能和性能特點進行有針對性的改造。例如，現有可用的子系統可直接納入集成，不滿足使用需求的子系統則可進行系統功能性能改進。改進措施可以包括升級軟件和硬件平臺、增加接口、更換已有的新一代裝備等；對新增加的子系統采用新研設備方式實現，對不同子系統之間通過統一的互連接口或設備實現綜合集成。

3 綜合集成設計

3.1 設計內容

綜合集成設計內容主要包括系統體系結構、設備間接口關系、互聯互通與融合組網的體制協議等。

系統體系架構有地面柵格狀、分層立體、星型和自組織架構。柵格狀網絡架構以微波、光纖互聯為主，采用點對點方式形成高帶寬、高可靠、低時延、抗毀性強的骨干網。分層立體網絡架構以空中中繼和衛星互聯形成廣域覆蓋、支持動中通的全連通網絡。以寬帶無線和電臺采用星型或自組織架構構建接入網，確保用戶接入。集成設計內容應兼顧不同系統架構組網方式，借助頂層設計方式選擇適當的系統體系架構。

集成設計內容另一個關鍵點是基于系統體系架構明確集成系統設備間的接口關系和互聯互通與一體化融合的體制和協議。系統功能不同，設備間的互連接口關系也存在差異。從實現角度來看，可研制具有綜合交換和接口適配功能的網絡控制器設備，支持各種不同類型接口，并在各種類型接口上實現相應的接口協議，提供不同子系統的適配與互連；交換功能實現了異構網絡協議和接口協議轉換，達到在異構網絡環境下實現信息交換的目的。

3.2 自頂而下與分層分域

自頂而下的系統集成設計方法是從頂層需求分析入手，向下對整個系統功能進行分解，以開展不同分系統設計。按照分層分域的思路，可以將系統功能分為地面和空中/空間分系統。針對每個分系統，根據功能集合分解成多個具有不同功能子集的通信節點，再將通信節點進一步細化成對應的功能模塊。通信節點之間通過特定的接口和協議實現互連，完成分系統內部的組網通信。分系統之間基于通信節點的異構網絡協議實現互聯互通。

機動通信系統分層分域設計應遵循架構清晰簡潔、層次分明、互連接口簡便、利于集成和工程建設的原則。

3.2.1 按功能角度集成設計

從功能角度對系統進行劃分，可以將信息系統分為通信分系統和應用分系統。集成建設按不同分系統功能分別開展實施。通信分系統主要由交換、傳輸等通信裝備構成，形成區域覆蓋，主要功能是為應用系統構建一體化的通信平臺。應用系統主要由服務器、終端、應用軟件系統等組成。作為通信分系統的用戶部署于系統末端，并借助通信分系統平臺實現業務通信。

3.2.2 按網絡結構集成設計

從網絡結構對系統進行劃分，可以將系統分為干線網和接入網兩類。通常，干線網具有覆蓋范圍較廣、傳輸鏈路帶寬較寬、支持接入用戶數量較多等特點。從提升干線網覆蓋范圍能力方面，采用衛星通信手段，實現不同地面區域之間組網互連，組建大區域通信骨干網，保障各類用戶接入。

接入網主要包括寬帶有線接入網、寬帶無線接入網和窄帶無線接入網等。從提升機動用戶接入帶寬能力方面，采用具有光纖或被復線組網能力的寬帶有線傳輸設備，采用具有動中通和無線組網能力的寬帶無線傳輸設備；從提升窄帶用戶接入能力方面，完善傳統窄帶無線接入接口和協議，改進使用模式，實現接入網用戶的寬帶、窄帶和移動中接入。

3.2.3 按不同空間層次集成設計

從空間層次對系統進行劃分，可以將系統分為地面層、空中層和空間層。地面層主要是指通過地面通信設備所構建的通信系統，包括微波、有線、電臺、服務器、應用軟件等地面系統所構建的通信網絡；空中層主要是指空中中繼、空中數據鏈等通信系統，由各型飛機、無人機、飛艇等平臺構成；空間層主要是指衛星通信系統。

為提升通信系統多手段綜合組網、大地域覆蓋、復雜地形適應能力，滿足多樣化任務保障需求，按照循環迭代的集成思路，同步開展各層次系統的研發改造，分階段開展集成建設工作，分步驟進行新成果試用，以促進新裝備和新系統研制，采用邊研邊建、循環迭代、逐步優化的方式，逐步推進新成果在集成建設中的應用。

4 綜合集成實施

機動通信系統是一個包含了微波、光纖、被復線、衛星、電臺、寬帶無線通信等通信子網的綜合通信系統集合，如圖4所示。從綜合集成實施層面，采用自下而上的集成方法，結合循環迭代的工程實施方法，以滿足多系統并存互聯互通，提升集成效率和有效性。

圖4 機動通信系統綜合集成設計

自下而上的集成實施方法以現有的各子系統為基礎，并將其作為信息系統集成后的新型系統的子系統，從用戶需求和最終目標實現的角度出發，主要從設計互連適配接口、互聯互通協議等角度，解決不同系統間的一體化融合問題。例如，對現有可用的衛星通信、微波、光纖、被復線和寬帶無線通信系統都可直接納入集成系統，但是存在系統間接口不兼容問題。此時，可以通過研制同時具備互連衛星、微波、光纖、被復線和寬帶無線的適配器設備，由適配器設備完成不同接口和異構網絡協議之間的轉換。子系統內部根據使用需求對軟件和硬件平臺進行適應性改進，具備支持特定接口和協議進行組網通信的能力。

循環迭代方法是綜合集成的工程實施方法。基于機動通信系統不同網系，采用統一的集成框架架構，從最終系統所需實現的目標能力入手進行目標分解，在不同階段達到不同目標，形成運行穩定的軟硬件固定版本，且在后期同類系統集成建設過程中可重復利用已有集成建設成果。在已完成集成建設的系統上，可規劃下一個新目標，以實現系統新功能迭代，通過多次迭代最終實現系統的最終目標。

同構或同類系統可基于不同階段目標成果開展集成建設工作，且能并行同步推進，可有效克服串行集成方法難以支持的多系統同步開展和難以滿足集成過程中需求不斷演進的問題，有效提升機動通信系統集成效率與效益。

循環迭代的集成方法，如圖5所示。采用基于“研-建-試-用-優”系統建設理念，核心是“以研帶建、以建促研、以試促通、以用促優”“循環推進、快速迭代”。將先期的科研與中期建設、后期使用緊密結合，各項工作形成交叉和回路，使設計思想能夠充分被體現，建設能夠更加貼近用戶使用需求，實際效能能夠得到最大體現。循環推進、快速迭代是將系統核心能力進行分層設計，對其進行合理規劃，按照輕重緩急對任務系統有計劃地逐步開展實施，通過版本控制的方式逐版優化替代，最終達到設計目標和使用要求，使得每一個階段目標版本在系統建設各階段都具有完全系統使用能力，不會因需求不滿足或設計問題而導致信息系統不可用，且隨著版本迭代，系統也將越來越好用。

圖5 循環迭代集成實施方法

5 建模與評估分析

針對系統集成類的復雜系統工程，很難全面直接地對其進行分析與設計，需借助仿真模擬手段，通過專業軟件進行建模仿真，以評估分析系統的功能性能，指導系統設計與集成建設[6]。

可借鑒UML語言和DoDAF理論，結合機動通信系統使用需求和約束條件，構建系統的需求體系模型、系統體系模型和技術體系模型視圖。借助OPNET仿真軟件建立節點和協議模型，驗證系統組網和節點通信能力，建立不同的業務和流量模型，驗證特定組網規模條件下的業務支持能力。基于MATLAB建立算法和鏈路模型，驗證不同信道傳輸能力。基于Sonnet仿真軟件構建不同裝載平臺上不同數量、不同分布無線傳輸設備的電磁兼容模型，對節點電磁兼容性和電磁干擾進行仿真。

通過理論建模與仿真分析、半實物仿真相結合，對比綜合集成前后系統的功能與性能改進點，進一步指導集成建設設計工作。

6 結 語

現代通信技術的發展引起了機動通信系統重大變革，應從系統能力拓展、指標提升、功能優化、性能改進等方面著手，通過綜合集成建設來提升系統綜合能力。本文從系統綜合集成方法理論入手，分析了機動通信系統綜合集成的體系化、集成建設模式、標準化和開放性以及建模與評估等過程。后期將對機動通信系統的工程實施、項目管理、評估機制等方法開展進一步研究工作。