直升機通用型數據鏈網絡規劃管理研究

徐 雙,張 偉,顧 杭

(中國直升機設計研究所,江西 景德鎮 333000)

1 發展現狀分析

未來戰爭是信息化戰爭,未來戰場是數字化戰場。數據鏈系統能夠將戰場上的指揮中心、各級指揮所、各參戰部隊和武器平臺相鏈接。 構成一體化的數字信息網絡[1]。 數據鏈網絡規劃與管理系統是數據鏈系統的重要組成部分[1]。 為了更好地保障數據鏈系統穩定可靠運行,支撐未來的聯合戰役信息作戰,對未來數據鏈網絡規劃與管理系統發展建設提出了更高的能力要求[2]。 在數據鏈網絡管理方面,各種數據鏈的管理方式多種多樣,各管各自的數據鏈網絡,形成煙囪式數據鏈管理系統,難以實施綜合管理。

目前,Link16 和Link11 分別實現了網絡設計和管理的基本功能,雖在數據鏈裝備改進完善科研中做了一些工作,但尚不具備兩鏈統一規劃設計能力主要表現在以下幾點:

(1)缺乏統一的路由策略,鏈間轉發只能在平臺進行,無法實現多型數據鏈間的消息自動轉發,無法保證業務的連續性和實現無縫連接的目標。

(2)缺乏對數據鏈業務運行狀態、業務流量、業務質量的有效監視手段,缺乏對數據鏈業務的性能統計,無法進行數據鏈網絡對業務承載狀態的有效評估。 對網絡分析能力不足,雖然能夠監視到數據鏈網絡的狀態信息,但缺乏對網絡負荷、時延、吞吐量、連通性等網絡質量數據的融合處理和有效分析,影響惡劣條件下系統網絡可用性。

(3)缺乏數據鏈網絡的在線診斷及自檢手段。 未實現通信資源數據共享機制和統一管理,未提供統一的通信資源視圖。 缺系統的可測試性和可維護性有待提高。

因此,為提高數據鏈通信網絡“可看、可管、可控”的管理需求,實現多鏈路網絡的統一組織規劃、綜合組網應用及多鏈路網絡的無縫連接,需構建功能強大、自動化程度和管理效率高的數據鏈網絡規劃與管理系統[3]。 本文以Link16 和Link11 組成的數據鏈系統為例提出了直升機通用型數據鏈網絡規劃管理的研究。

通過上述分析,筆者在已有數據鏈網絡規劃與管理體制下,統籌考慮多種數據鏈網絡組織應用需求,進一步提高數據鏈網絡規劃管理技術與應用整體水平,簡化規劃參數與操作流程,提高直升機數據鏈網絡中心戰和信息化作戰通信保障能力,主要方法有:(1)建立多種數據鏈網絡通信組織規劃模型,優化頻率組織規劃能力;(2)提供多型數據鏈統一轉發規則定制功能,形成多種數據鏈綜合組網能力;(3)提供統一路由策略功能,實現多型數據鏈間的消息自動轉發,保證業務的連續性和穩定性,實現無縫連接的目標。

2 系統設計

2.1 網絡規劃設計

網絡規劃管理系統的規劃設計需要根據任務目標、參戰平臺、編隊信息、地面保障、武器打擊、傳感器協同等作戰規劃信息綜合分析,分析任務過程中的通信需求,明確通信關系、要求和約束條件。

根據任務行動中的通信關系、需求和約束等描述,結合航線信息、地形氣象信息、平臺機動特性、鏈路配備、通信入網要求、情報傳輸規則、網絡或節點優先級等參數和約束進行通用數據鏈發展型的規劃設計,主要包括如下幾個方面:(1)網絡拓撲架構設計。 根據地形氣象條件、參與平臺的任務航線、通信任務需求等要素,完成鏈路的選型與網絡拓撲架構的設計,明確空中骨干網絡的基本架構設計以及任務過程總的網絡拓撲變化情況。 (2)鏈路應用方案設計。 根據網絡拓撲架構需求,進行鏈路的選擇與組織設計,明確鏈路成員以及基本組織關系。 (3)指配與協調算法。 為不同的鏈路規劃通信頻率,滿足全局電磁兼容的使用需求。 根據鏈路使用方案進行鏈路參數的規劃設計,為各鏈路的成員進行工作參數規劃,為不同角色的平臺進行通信資源的分配。 對網絡邊緣的網關節點進行參數規劃設計,滿足鏈間互聯、互通的應用需求。

2.2 動態網絡管理設計

通用數據鏈發展型系統規模大,網絡結構多樣,且需要支持動態地將來自不同地點的機載節點,以一定的形式自組織成一個或多個節點集。 同樣,通用數據鏈發展型的管理結構也必須具備持續動態地將這些節點提供的服務自組成一個整體,維持網絡管理的能力,主要包括:(1)網絡管理系統具備實時收集網絡運行狀態、網絡性能、網絡訪問數據等功能,包括骨干網絡、本地接入子網以及其他節點接入子網等。 支持以可視化的形式展現給網絡管理人員,顯示整個網絡中的各種系統資源的狀態以及相互之間的連接狀況。 (2)網絡管理系統自動監測網絡運行狀態以及網絡性能滿足情況,并通過這些指標來判斷QoS 需求是否得到滿足,進一步判定是否需要調整當前網絡運行策略來適應網絡狀態的變化。 網絡管理系統需要及時對網絡拓撲結構變化作出自適應調整,支持系統為特定業務傳輸提供可靠的QoS 保證。 (3)網絡管理功能將根據當前網絡運行策略,以及從上級/對等網絡管理系統(如地面網管中心/區域組網中心)接收到的網絡運行策略更新請求信息,實時產生網絡管理信息,發送至本地或遠程網管代理模塊,執行網絡管理任務。 (4)網絡管理系統支持從鏈路層以下感知節點的移動和由此引發的拓撲結構變化,并與其他網絡管理模塊實施信息交互,從而最終實現節點加入、節點退出、節點移動、越區切換等一系列網絡管理過程,提供適合于拓撲結構動態變化、網絡分割/融合和節點自主加入/離開的管理能力。(5)在機動平臺跨越骨干網上不同接入節點支持的接入子網或在地面接入節點和通用數據鏈發展型之間進出時,網絡管理系統應具備實施實時的數據鏈切換控制,實現不間斷的數據通信,確保指揮連續的能力。

3 系統組成與主要功能

通用數據鏈網絡規劃與管理系統的組成,如圖1所示。 將任務使用需求轉化成Link16 或Link11 網絡結構,并為系統中每一個成員設計唯一的組網參數,通過現有平面通信網、介質或系統自身的通信能力,將初始化數據分布到數據鏈設備所在地,并對設備加載,對系統運行狀態和網絡結構進行監視和管理[2]。 在網絡結構發生變化,尤其是承擔有網絡責任的端機性能下降、毀壞等情況下無法繼續行使網絡責任時,能自動或人工干預調控,保證系統正常有效地運行或降級使用。根據用戶的位置、環境、作戰任務等方面變化而引起的資源需求變化,動態對數據鏈的資源進行分配與調整。使用基本的參數,動態獲取網絡資源,實現規劃外成員的隨遇動態入網。 對數據鏈的鏈路負荷、信道質量、連通性、在網率進行監測、分析,根據監測、分析的結果為用戶的信息應用提供實時、有效的數據鏈QoS 服務。

圖1 通用數據鏈網絡規劃與管理系統組成

數據鏈網絡規劃規劃子系統主要完成Link16,Link11 等多個數據鏈的統一設計與規劃、統一調配資源、統一規劃頻率資源、統一規劃多鏈轉發節點,為參與平臺規劃統一的組網參數。

數據鏈網絡監視管理子系統主要完成多個Link16,Link11 等多個數據鏈的統一監視與管理,提供統一的表示、操作界面,實現對多個數據鏈網絡的運行狀態的監視,并在狀態監視基礎上對其進行動態管理。實現多鏈間的轉發節點狀態監視、轉發節點調整、信息轉發管理、流量監測等功能。

初始化數據分發加載子系統主要將網絡設計規劃的初始化參數通過地面網絡、介質、注入設備完成分發并加載到各個數據鏈設備。

數據鏈網絡QoS 服務保障子系統主要完成數據鏈的鏈路負荷、時延、吞吐量、連通性等方面的實時監測分析,通過監測分析結果和作戰任務的要求,動態調整數據鏈的系統特征參數,保障的魯棒性和信息的可用性,為數據鏈用戶提供實時、高效的數據鏈QoS 服務。

4 系統工作流程

通用數據鏈網絡規劃與管理系統的工作流程通常分為需求收集、任務分解、網絡設計與規劃、網絡運行監視與管理等過程。 當有了作戰計劃,各種場景需求時,通過將任務分解,將各型數據鏈進行統一的設計與規劃,從而實現對網絡狀態的可控。 參與平臺根據行動命令、計劃、指示等文件對任務進行規劃制定行動預案,流程圖如圖2 所示。 規劃設計輔助軟件通過自動采集和人工錄入相結合的方式,從行動預案中分析提取數據鏈網絡保障的需求數據,作為任務需求分解的入口參數。

接收到任務后,利用任務需求分解軟件根據各參戰平臺的數據鏈可用情況、任務需求、指揮結構和關系以及地面平臺的部署狀態,確定多鏈綜合應用條件下的網絡拓撲結構,分解產生Link16,Link11 的通信保障需求。

通過網絡設計規劃工作站接收任務需求分解的通信保障需求結果,解析出Link16 和Link11 通信需求參數,進行網絡設計與通信規劃,為各參與成員分配網絡資源和系統組網工作參數,生成兩鏈設備初始化參數文件,通過數據鏈網絡監視管理工作站、初始化數據分配設備、初始化注入設備下發加載到各平臺的數據鏈設備以及地面支撐系統相關設備,完成初始化后實現組網工作。

數據鏈監視管理工作站對Link16,Link11 數據鏈的運行狀態進行統一的監視、管理,實現網絡狀態監視、資源動態分配、鏈間轉發管理等功能,為用戶提供有效的QoS 服務保障,維持Link16,Link11 數據鏈正常、高效的運行。

5 結語

以往的直升機上通信接收到的多鏈路數據全部輸出給顯示終端,輸出給終端很多冗余信息,對網絡通信資源的占用較大,顯示終端的顯示處理也較為復雜。本文研究的網絡規劃與管理系統可以實現多種數據鏈的集成統一,通過對多數據鏈網絡進行妥善控制與管理,綜合調度和充分使用數據鏈資源,同時通過對各種數據鏈路的網絡狀態監控、鏈路質量監控,可以為通信系統選擇相較而言鏈路通信質量高的鏈路。

不同通信鏈路的信息類型、使用范圍、傳輸延時、傳輸距離和抗干擾性能等方面各不相同,用一種數據鏈不能簡單地代替其他數據鏈。 使用多種數據鏈可以起到取長補短、互為備份和提高抗毀性的作用。 因此,多數據鏈的共存和綜合應用是必然的和必需的[3]。 從系統復雜性考慮,直升機通信系統同時接入多種數據鏈時,如何打破各型數據鏈間的壁壘,是各型數據鏈協同高效地工作,就是本文主要研究的方向。 網絡規劃系統的研究可以為未來信息化聯合作戰提供理論支撐。