焦廣倫,孫治水

(中國電子科學研究院,北京100041)

一種數(shù)據(jù)鏈集成架構*

焦廣倫**,孫治水

(中國電子科學研究院,北京100041)

目前數(shù)據(jù)鏈集成需要統(tǒng)一的解決方案。通過對美軍數(shù)據(jù)鏈集成發(fā)展現(xiàn)狀的分析,給出了一種基于統(tǒng)一的軟/硬件接口標準,通過構建通用信息處理服務、通用多數(shù)據(jù)鏈平臺接口和通用數(shù)據(jù)鏈端機接口來實現(xiàn)的一種集成框架,并給出了典型平臺集成應用,提出了實現(xiàn)該架構的關鍵技術,可以有效解決數(shù)據(jù)鏈平臺集成和多鏈集成應用問題。

數(shù)據(jù)鏈集成;平臺集成;集成架構;通用信息處理服務;通用多數(shù)據(jù)鏈平臺;通用數(shù)據(jù)鏈

1 引 言

數(shù)據(jù)鏈是信息化戰(zhàn)爭中的重要裝備,連通分布于天基、空基、陸基和水下多維空間的眾多作戰(zhàn)平臺,將戰(zhàn)場感知系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)、火力打擊系統(tǒng)和支援保障系統(tǒng)等作戰(zhàn)要素緊密聯(lián)為一體[1]。從外軍的發(fā)展來看,數(shù)據(jù)鏈類型多樣。依據(jù)其作用來分,有情報偵察監(jiān)視類數(shù)據(jù)鏈、指揮控制類數(shù)據(jù)鏈和武器控制類數(shù)據(jù)鏈等幾種主要類型,共同在打擊鏈中承擔了重要作用。

沒有一種數(shù)據(jù)鏈能夠滿足所有的作戰(zhàn)要求,因此需要多種數(shù)據(jù)鏈的集成應用。數(shù)據(jù)鏈集成應用包含兩個方面:數(shù)據(jù)鏈與應用系統(tǒng)/平臺的集成、多種數(shù)據(jù)鏈的集成[2-3]。數(shù)據(jù)鏈必須與各類作戰(zhàn)平臺緊密集成,并且實現(xiàn)多數(shù)據(jù)鏈的互聯(lián)互通、高度集成才能發(fā)揮最大效能。其中多種數(shù)據(jù)鏈集成的實現(xiàn)主要分為通過應用系統(tǒng)集成、公共鏈路集成和基于消息處理器集成3種方式[4]。

現(xiàn)今信息化條件下的高科技戰(zhàn)爭,在聯(lián)合作戰(zhàn)、精確控制、精確打擊和快速作戰(zhàn)等方面對數(shù)據(jù)鏈的集成應用提出了更高要求。本文給出了一種數(shù)據(jù)鏈集成架構及典型平臺集成應用,并分析了實現(xiàn)該架構的關鍵技術。

2 美軍集成現(xiàn)狀

美軍數(shù)據(jù)鏈由于缺乏頂層設計,各種數(shù)據(jù)鏈有其特定的技術體制,相互之間不能實現(xiàn)互操作。其平臺集成也是從加裝數(shù)據(jù)鏈裝備、改裝平臺軟件的加改裝方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈裝備與平臺的集成,其發(fā)展也是從解決個例問題到實現(xiàn)通用解決方式的演進路線。美軍花費了大量經費來對各作戰(zhàn)平臺和指控平臺進行加改裝,解決各種數(shù)據(jù)鏈之間的集成問題[5],相繼設計開發(fā)了多種接口設備,基本解決了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)與應用平臺以及各類數(shù)據(jù)鏈之間的集成與交聯(lián)問題。

2.1 指揮控制處理器(C2P)

C2P主要用于作戰(zhàn)艦艇,完成戰(zhàn)術數(shù)據(jù)系統(tǒng)計算機與Link-16、Link-11和Link-4A數(shù)據(jù)終端之間的連接,并在它們之間進行數(shù)據(jù)轉發(fā)。C2P與戰(zhàn)術數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間傳輸?shù)氖菢藴驶腘序列消息[6]。

2.2 數(shù)據(jù)鏈路處理器(DLP)

DLP可支持Link-11A、Link-11B、Link-16和Link-22等多個數(shù)據(jù)鏈路的綜合處理和集成,DLP可接收/發(fā)射和處理戰(zhàn)術信息。通過DLP/ADLP,指控系統(tǒng)或戰(zhàn)術數(shù)據(jù)系統(tǒng)(TDS)能夠方便接入Link-11/11B、Link-16和Link-22等數(shù)據(jù)鏈[7]。DLP采用VME總線結構,接口包括用于連接任務系統(tǒng)的10/100 M以太網、兩路1553總線接口(連接Link-16)、1路NTDS接口、1路ATDS接口(連接Link-11)、1路RS232接口(連接Link-11B)以及SNC(連接Link-22)。

DLP完成的主要處理任務包括航跡相關/解相關、航跡號處理、航跡管理、沖突管理、消息過濾、航跡過濾、數(shù)據(jù)轉發(fā)和數(shù)據(jù)鏈監(jiān)視/記錄/回放[7]。

2.3 通用鏈路集成處理(CLIP)

“CLIP”開發(fā)計劃是美國陸海空三軍為解決數(shù)據(jù)鏈集成問題而聯(lián)合實施的,作為各種平臺提供所需戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈能力的通用軟件方案,能夠將平臺的任務計算機/戰(zhàn)斗系統(tǒng)與戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈能力相隔離,使得戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)和能力的改變不會對主平臺造成影響[8],從而解決戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的應用平臺集成問題和采用不同數(shù)據(jù)鏈的平臺之間的互通。

CLIP在多種計算機環(huán)境下運行,遵守網絡化軍種間的互操作能力標準及聯(lián)合戰(zhàn)術無線電系統(tǒng)軟件通信結構。CLIP的設計框架包括WNW、TTNT、Link -16、Link-11、Link-22、增強型定位報告系統(tǒng)(EPLRS)等,主要功能有:

(1)鏈接link-4A、link-11、Link-16傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈和基于IP的WNW數(shù)據(jù)鏈、CDL高速數(shù)據(jù)鏈,支持戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈之間的信息轉發(fā)和網關功能;

(2)支持基于IP的通信;

(3)提供并行處理,實現(xiàn)消息處理,數(shù)據(jù)轉發(fā);

(4)提供與各種主機平臺兼容的接口。

3 集成方案

目前數(shù)據(jù)鏈與平臺的集成缺乏統(tǒng)一的集成解決方案,都是針對平臺定制的實現(xiàn)方案,各平臺設備加裝接口沒有標準化。并且以平臺為中心的綜合集成,極大增加了平臺信息化改造的難度,限制了平臺作戰(zhàn)能力的提升。

在多鏈集成方面,部分平臺實現(xiàn)了獨立設備離散式集成。但數(shù)據(jù)鏈之間的接口不兼容,沒有提供統(tǒng)一的應用服務接口,信息處理流程也不夠規(guī)范,不具備多種數(shù)據(jù)鏈信息的統(tǒng)一處理能力。

當前的集成水平使得數(shù)據(jù)鏈與數(shù)據(jù)鏈之間、數(shù)據(jù)鏈與平臺之間中間環(huán)節(jié)太多,無法很好地保證信息的時效性,制約了數(shù)據(jù)鏈信息智能化、自動化處理;同時,數(shù)據(jù)鏈與作戰(zhàn)平臺任務系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等交鏈深度和廣度不夠。

3.1 集成框架

依據(jù)統(tǒng)一的標準規(guī)范,制定通用平臺接入軟/硬件方案,總體集成思路見圖1。從頂層制定統(tǒng)一的軟/硬件接口標準,通過構建通用信息處理服務,研發(fā)通用多數(shù)據(jù)鏈平臺接口和通用數(shù)據(jù)鏈端機接口來實現(xiàn)統(tǒng)一的集成框架。

圖1 總體集成思路Fig.1 System integration idea

其中通用信息處理服務接口通過封裝平臺接入、端機接入、消息過濾、信息格式裝換、信息融合、態(tài)勢生成與分發(fā)、武器平臺狀態(tài)參數(shù)轉換及發(fā)送、并行處理和消息分發(fā)等模塊,簡化與平臺的適配,提升平臺作戰(zhàn)應用軟件與數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的集成能力;解決多鏈路協(xié)議及數(shù)據(jù)格式轉換、數(shù)據(jù)轉/分發(fā)及過濾規(guī)則,直接在鏈路之間進行消息轉發(fā),提升網間互通能力;提供多條數(shù)據(jù)鏈的鏈路狀態(tài)控制、狀態(tài)監(jiān)視和鏈路選擇等模塊,簡化多鏈鏈路管理操作。

通過通用平臺接口適配,實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈網絡設備實現(xiàn)與武器平臺、指揮控制系統(tǒng)、傳感器平臺的綜合集成;為各種平臺嵌入數(shù)據(jù)鏈網絡提供所需數(shù)據(jù)鏈能力,并能將平臺上的任務計算機/任務系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈從接口上隔離,從而使得數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)和能力的改變不會對武器平臺、指揮控制系統(tǒng)、傳感器平臺等平臺造成影響。有效解決數(shù)據(jù)鏈在應用平臺上的集成問題,實現(xiàn)沒有裝備現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈的平臺之間的互通。

通過數(shù)據(jù)鏈端機接口適配,實現(xiàn)與多種數(shù)據(jù)鏈的自適應接入,有效解決沒有裝備現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈的平臺之間以及采用不同數(shù)據(jù)鏈的平臺之間或兩者之間的互通。并提供仿真模擬系統(tǒng)和測試評估系統(tǒng)接口,并要求平臺集成接口預留測試接口,為平臺集成原位測試提供便捷方式。

根據(jù)平臺的特點,可以使用獨立的或嵌入式的集成單元,完成主機/任務計算機與數(shù)據(jù)鏈端機之間的集成,如圖2所示。根據(jù)平臺的能力和空間選擇接口方式,一般選用平臺接口與數(shù)據(jù)鏈網絡設備綜合集成后再與平臺集成的方式。

圖2 集成方式Fig.2 Integration mode

3.2 典型平臺集成

某類平臺是有傳感器的指控平臺,承擔網內指控平臺責任和報告單元責任,通常還要承擔網間信息轉發(fā)、消息中繼責任。承擔指控平臺責任,需與網內成員交換態(tài)勢、指揮協(xié)同消息;承擔報告單元責任,需完成本平臺傳感器信息與數(shù)據(jù)鏈網絡態(tài)勢信息融合,向網絡報告探測信息;承擔鏈間轉發(fā)責任,需按照鏈間消息轉發(fā)規(guī)則,完成鏈間消息轉換和分發(fā);承擔鏈路消息中繼責任,需按照網絡規(guī)劃和中繼規(guī)則,中繼鏈路消息。通過采用集成設備和嵌入任務系統(tǒng)的構件來實現(xiàn)平臺任務系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈以及多種鏈之間的集成應用,集成架構示意見圖3。

圖3 典型平臺集成架構示意圖Fig.3 Integration architecture on typical platform

3.2.1 集成設備

集成設備為所有網絡成員提供通用的消息數(shù)據(jù)庫,支持多鏈網絡的初始化和控制管理;能夠在多鏈之間轉發(fā)戰(zhàn)術信息,支持同時操作多條數(shù)據(jù)鏈。具體功能如下:

(1)接入平臺任務系統(tǒng)局域網:提供與各種平臺用戶端任務系統(tǒng)的信息交換接口,使作戰(zhàn)平臺主機系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)終端隔離,從而使數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的改變不會對主機系統(tǒng)產生影響,可支持以太網、RAPID I/O等多種物理接口形式,速率自適應;

(2)完成數(shù)據(jù)鏈路到平臺任務系統(tǒng)間的消息格式轉換;

(3)處理指控系統(tǒng)指令,轉換為數(shù)據(jù)鏈網絡指令消息格式,發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈網絡設備;

(4)處理本地傳感器航跡和遠端航跡,生成網內綜合態(tài)勢;

(5)按照報告規(guī)則,報告本地航跡消息;

(6)作為中心站,向從站分發(fā)態(tài)勢消息;

(7)分發(fā)和執(zhí)行平臺數(shù)據(jù)鏈網絡初始化和管控信息交換;

(8)按照規(guī)劃及鏈路狀態(tài)選擇工作鏈路;

(9)數(shù)據(jù)注冊:完成本地航跡和遠端航跡的位置數(shù)據(jù)之間的相對校準,使各參與單元獲得的統(tǒng)一航跡位置數(shù)據(jù)誤差降至最小;

(10)消息過濾處理:按照過濾器設置,過濾數(shù)據(jù)鏈發(fā)送或通過數(shù)據(jù)鏈收到的數(shù)據(jù);

(11)維護多鏈網絡參與者通用消息數(shù)據(jù)庫; (12)可以并行處理多數(shù)據(jù)鏈消息;

(13)接入數(shù)據(jù)鏈消息輸入/出接口:端機接口提供與多種數(shù)據(jù)鏈端機設備的信息交換接口,使信息處理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈特定接口隔離,支持以太網(10M/100M/1000M自適應)或RS422接口。另外,提供DIS、HLA接口和鏈路評估接口,支持仿真模擬系統(tǒng)和標準協(xié)議一致性、平臺適配性和信息處理完備性的檢驗。

3.2.2 嵌入構件

主要包括航跡數(shù)據(jù)庫管理、航跡號管理、過濾器設置、數(shù)據(jù)庫管理、航跡相關和解相關、航跡號分配和航跡沖突協(xié)調管理等模塊。重點功能如下:

(1)航跡數(shù)據(jù)庫管理:管理目標的航跡索引、當前狀態(tài)估計、狀態(tài)估計的統(tǒng)計量、航跡狀態(tài)起始和更新時間、目標的來源和目標優(yōu)先級等信息;

(2)航跡號管理:管理遠端航跡和本地航跡或其他鏈路內交換的航跡的標識號,確保航跡與其目標標識號之間一對一關系不被打破,航跡統(tǒng)一;

(3)過濾器設置:定義要求之行的過濾器參數(shù);

(4)航跡沖突協(xié)調管理:在航跡出現(xiàn)沖突(多名、重名、環(huán)境類別差異、目標屬性差異、平臺類型差異和目標數(shù)差異等)時自動生成相應的航跡管理命令與消息進行解決,有時需要人工配合。

4 關鍵技術

4.1 通用戰(zhàn)術消息交換技術

單個武器平臺集成多種數(shù)據(jù)鏈時,為確保集成平臺與數(shù)據(jù)鏈協(xié)調運行以及多種數(shù)據(jù)鏈間的綜合應用,必須在平臺與數(shù)據(jù)鏈、各種數(shù)據(jù)鏈間實現(xiàn)通用戰(zhàn)術消息的交換,需從多鏈路協(xié)議及數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一或轉換、數(shù)據(jù)轉/分發(fā)及過濾規(guī)則、多鏈路信息管理等方面入手。

4.2 通用服務接口設計技術

通用服務接口設計是解決各類異構武器平臺集成不同數(shù)據(jù)鏈裝備工程化問題的根本技術途徑,在工程中需結合平臺實際情況,合理設計加改裝設備的功能、實現(xiàn)形態(tài)、嵌入方式和接口規(guī)范,最大限度地減少加裝設備數(shù)量,減少對平臺原有硬件和軟件的改動,避免采用專用非標準接口。

4.3 基于鏈的多源異構信息融合技術

采用機器-機器自動關聯(lián)、融合等處理,快速完成數(shù)據(jù)鏈網內平臺之間的目標協(xié)同探測、定位和識別,是形成統(tǒng)一態(tài)勢的關鍵。需要從多傳感器高精度時空同步機制、異類傳感器的數(shù)據(jù)高精度時空配準機制和目標屬性綜合識別技術等方面入手,解決坐標系統(tǒng)一、時間統(tǒng)一、航跡跟蹤、航跡相關、屬性識別、統(tǒng)一態(tài)勢生成等問題。

4.4 信息分發(fā)服務技術

信息分發(fā)是作戰(zhàn)信息傳輸、分發(fā)和應用中的一個重要環(huán)節(jié),信息分發(fā)服務技術的主要難點是在多平臺之間實現(xiàn)統(tǒng)一的信息分發(fā)服務接口,兼容各類數(shù)據(jù)傳輸通道,屏蔽實時性數(shù)據(jù)鏈和非實時性數(shù)據(jù)鏈的差異?？刹捎冒l(fā)布/訂閱技術,實現(xiàn)能夠提供實時信息傳送的中間件,包括訪問控制服務組件、QoS控制服務組件、負載均衡服務組件和信息分發(fā)管理服務組件等,構建新型信息服務,有效解決各型分布式作戰(zhàn)節(jié)點之間實時信息分發(fā)的問題。

4.5 平臺適應性工程技術

為了確保平臺與多個數(shù)據(jù)鏈的連接與集成,需要解決平臺環(huán)境適應性、電磁兼容性、信息交聯(lián)和人機接口適應性等技術問題。需在一個通用體系結構下,采用統(tǒng)一的消息標準、波形標準、接口協(xié)議、操作規(guī)程,提高數(shù)據(jù)鏈的互連、互通、互操作能力,最終實現(xiàn)一體化;采用統(tǒng)一的物理接口,增強對各類平臺的安裝適應性;采用統(tǒng)一的信息處理流程,為數(shù)據(jù)鏈應用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的面向服務的接口。

5 結束語

通過采用這種集成架構,可以統(tǒng)一多鏈消息處理,降低數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)對平臺系統(tǒng)的影響,實現(xiàn)多鏈消息轉換處理,使作戰(zhàn)平臺主機系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)終端隔離,從而使數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的改變不會對平臺系統(tǒng)產生影響;可以簡化與平臺的適配,提升平臺作戰(zhàn)應用軟件與數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的集成能力;可以實現(xiàn)多網自動路由與轉發(fā),提升網間互通能力;此外,還可以簡化多鏈鏈路管理操作。

這種集成設計需要制定統(tǒng)一的標準規(guī)范,從頂層上把握,從另一側面也要求必須抓好數(shù)據(jù)鏈體系的頂層設計和整體規(guī)劃。在設備主體研制單位完成設備研制和標準協(xié)議一致性、設備指標完備性驗證的基礎上,開展典型平臺集成,驗證數(shù)據(jù)鏈與武器平臺、指揮控制系統(tǒng)、傳感器平臺以及數(shù)據(jù)鏈網絡間的綜合集成,完成標準協(xié)議一致性、平臺適配性和信息處理完備性的檢驗。

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JIAO Guang-lun was born in Heze,Shandong Province,in 1976.He received the M.S. degree from Beijing University of Aeronautics and Astronautics in 2003.He is now a senior engineer.His research concerns system design and integration of integrated electronic information system.

Email:jiaoguanglun@sina.com

孫治水(1976—),男,山東青島人,2007年于北京郵電大學獲通信與信息系統(tǒng)專業(yè)博士學位,現(xiàn)為高級工程師,主要研究方向為綜合電子信息系統(tǒng)總體設計。

SUN Zhi-shui was born in Qingdao,Shandong Province,in 1976.He received the Ph.D.degree from Beijing University of Posts and Telecommunications in 2007.He is now a senior engineer.His research concerns system design of integrated electronic information system.

An Architecture of Data Link Integration

JIAO Guang-lun,SUN Zhi-shui
(China Academy of Electronics and Information Technology,Beijing 100041,China)

Data link integration needs unified solution now.With the analysis of U.S.military forces′development on data link integration,a unified integration architecture based on unified software/hardware interface substandard is implemented by constructing general information processing service,developing general multi-data link platform interface and general data link radio interface.Its application on typical platform is given,and the key technology to realize the architecture is put forward.The platform integration and multi-data link integration is solved preferably.

data link integration;platform integration;integration architecture;general information processing service;general multi-data link platform;general data link

date:2013-07-15;Revised date:2013-09-25

**通訊作者:jiaoguanglun@sina.com Corresponding author:jiaoguanglun@sina.com

TN919.2

A

1001-893X(2013)11-1401-05

焦廣倫(1976—),男,山東菏澤人, 2003年于北京航空航天大學獲通信與信息系統(tǒng)專業(yè)工學碩士學位,現(xiàn)為高級工程師,主要研究方向為綜合電子信息系統(tǒng)總體設計、系統(tǒng)集成;

10.3969/j.issn.1001-893x.2013.11.001

2013-07-15;

2013-09-25