基于戰術通信網的無線參數分發研究*

王 超，古稀林，李海濤，馮志先，鄧偉華

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引 言

戰術通信網為互聯的無線電臺、路由交換節點、計算機硬件和軟件的集合，具有帶寬資源有限、節點機動性和用戶移動性多樣、抗毀性和安全性要求高等特點[1]。戰術通信網絡環境是一種分級的網絡，一般來說，骨干網拓撲相對固定，通信鏈路質量相對較好，帶寬相對較寬；接入網機動性較高但通信帶寬也較窄。隨著信息化戰爭的發展，戰術通信網絡效能直接影響著作戰效能，戰術通信網作為信息化指揮作戰系統的基礎，網絡的能否快速開通，直接影響著作戰的結果[2]。

戰術通信網完成網絡規劃后，進入網絡參數分發階段，整個戰術通信網處于未開通階段，傳統的方式是通過人工方式進行離線參數分發。戰術通信網作為一個規模較大的異構網絡，通信節點達數百個之多，節點分布地域廣，使用人工方案進行參數分發，分發過程需要耗費大量的時間，分發容易出錯，分發效率低下，網絡規劃文件分發過程嚴重制約了戰術通信網絡開通的效率，無法滿足戰術部隊快速開展戰術通信網絡的需求[3]。為此，需要開展無線參數分發技術研究，解決上述問題。我軍戰術通信網無線參數分發技術處于剛開始研究階段，相關的研究比較少。文獻[3]提出了一種在通信網絡未開通前基于北斗短報文的戰術通信網絡參數無線分發方案；文獻[4]提出了一種不依賴IP 網絡就能完成參數分發的方法：在物理網絡聯通的情況下，構建一個專用的信息分發網絡，不依賴IP 網絡是否正確組網，采用專用分發協議，完成網絡參數的快速分發；文獻[5]提出了在網絡已開通情況下的戰術通信環境無線參數分發的設計與實現。本文提出了一種基于TCP/IP 網絡的無線參數分發技術，主要針對戰術通信系統的接入網。對無線信道的要求是廣播信道，便于快速進行參數分發。通過對參數分發流程進行控制，對分發參數進行壓縮，增加重傳機制，實現網絡規劃參數文件的快速無線分發，極大的縮短了無線參數分發時間，提高了分發效率。該算法比較簡單，容易實現。

圖1 無線參數分發通信模型

1 無線參數分發通信模型

戰術通信網的無線參數分發通信模型可以抽象成如圖1 所示。

如上圖，戰術通信網接入網所有節點里的拓撲連接關系都可以抽象成計算機、路由交換設備和電臺之間的互聯，計算機里運行無線參數分發軟件。無線參數分發對電臺的要求是至少有一個廣播信道，即無線參數分發信道。參數分發前，所有電臺都設置到參數分發信道，計算機將分發數據發給路由交換設備，再通過電臺發送到廣播信道。接收節點的電臺收到分發數據交給路由交換設備，為確保路由交換設備能將參數分發報文轉發給計算機，可以給分發報文設置一個特殊的UDP 端口號，或者在UDP 報文數據部分增加特殊標識，用以標識參數分發報文，路由交換設備收到這種報文會直接轉發給計算機，完成分發數據的廣播發送和接收。

2 關鍵技術

2.1 QoS

由于參數分發信道是廣播信道，為避免無線信道上的報文碰撞，確保同一時間只有一個報文在發送，采用以下兩種策略。

第一，考慮到分發節點計算機里還要其它的業務數據要發送，為解決報文碰撞問題，可以在路由交換設備上配置QoS（Quality of Service，服務質量）策略來確保分發業務在路由交換設備上的最高優先級，一旦某個節點開始參數分發，該節點上其它業務數據因為優先級低而暫停發送，分發業務數據獨占無線信道，避免信道上的報文碰撞。接收節點收到參數分發報文后，可以在界面提示用戶，由人工來暫停正在發送數據的業務。

第二，合理設計分發流程，由分發節點嚴格控制參數分發流程，接收節點處于被動上報狀態，只有收到點名報文才上報。

2.2 壓縮和解壓

為縮短參數分發時間，需要對要分發的文件進行壓縮，再發送到無線信道上，接收時進行解壓，還原成原始文件。本文采用開源的zip 壓縮和解壓技術，特別是對于文本文件，壓縮后的大小為源文件大小10%左右，能大大縮短參數分發時間。壓縮和解壓函數申明如表1 和表2 所示。

表1 zip 壓縮函數申明

表2 zip 解壓函數申明

2.3 動態傳輸速率

戰術通信網無線信道具有電磁環境復雜、易受干擾等特點，一般來說，電磁環境好，電臺傳輸速率較高；而電磁環境不好，較高的傳輸速率會導致丟包率提高，只能降低電臺傳輸速率。因此本文采用動態傳輸速率機制，在參數分發之前查詢電臺信道質量，一旦電磁環境差，向下調整電臺傳輸速率，再進行參數分發。一般，可以通過網絡管理軟件和電臺約定的管理協議來自動調整電臺傳輸速率，避免人工干預。

3 算法描述

無線參數分發流程圖如圖2 所示。

圖2 無線參數分發流程圖

無線參數分發算法流程描述如下：

（1）進入參數分發模式。

（2）初始化路由交換設備、電臺參數，將電臺切換到參數分發信道，準備參數分發環境。

（3）查詢電臺信道質量，根據其選擇合適的傳輸速率，并配置到電臺。

（4）對參數分發文件進行壓縮。

（5）根據壓縮后的文件大小和MTU 計算要發送的分片數量。

（6）通過廣播信道循環發送分片報文，直到所有分片報文都發送完畢。

（7）數據發送完畢后，對接收節點依次進行點名，接收節點收到點名報文后會回復點名應答報文，包含文件接收結果信息（成功或失敗等）。

（8）依次解析接收節點上報的點名應答報文。

（9）點名結束后顯示各接收節點的接收結果。

（10）退出參數分發模式。

參數分發報文采用UDP 協議，UDP 數據部分包含控制字和分發數據。控制字用來標識報文類型，比如進入分發模式、退出分發模式和分發數據、點名等。參數分發報文格式如圖3 所示。

圖3 參數分發報文格式

為提高參數分發的成功率，可以在發送分發數據時增加重傳機制，比如對接收失敗的節點重新發送數據報文。第一輪點名結束后，分發節點只對沒有上報點名應答報文的節點重新發送點名報文。最后，對于多次接收失敗的節點，可以采用離線拷貝的方式分發參數文件。

4 實驗結果

為驗證該算法的有效性，搭建模擬環境，用商用路由器來模擬路由交換設備，用信道模擬器來模擬電臺。3 個節點，一個發送節點，兩個接收節點，選擇幾檔傳輸速率來模擬不同信道質量下的電臺傳輸速率，每組實驗進行20 次。傳輸速率參照美軍戰術互聯網超短波電臺和寬帶電臺的傳輸速率，實驗結果如表3 所示。

表3 實驗結果

5 結 語

模擬環境實驗結果表明，相比傳統的人工方式離線參數分發而言，本文提出的無線參數分發算法具有很短的參數分發時間、很高的分發效率和很高的分發成功率，對于戰術通信網參數分發具有一定借鑒意義。