戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡服務發(fā)現(xiàn)機制研究*

康宗緒，王　凱，楊　曉，李世釗，雷雪冰

(重慶金美通信有限責任公司,重慶 400030)

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戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡服務發(fā)現(xiàn)機制研究*

康宗緒，王凱，楊曉，李世釗，雷雪冰

(重慶金美通信有限責任公司,重慶 400030)

摘要：面向服務的架構(gòu)在系統(tǒng)集成中所展現(xiàn)的諸多優(yōu)點使其成為未來軍事信息系統(tǒng)建設的重要參考。在構(gòu)建基于SOA的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡中，如何完成通信資源服務化和通信應用的融合是較為重要環(huán)節(jié)，服務化的網(wǎng)絡資源的發(fā)現(xiàn)是其實現(xiàn)的前提。戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡服務化的實現(xiàn)，有助于通信系統(tǒng)和服務即插即用、按需信息共享、協(xié)同作戰(zhàn)指揮和柔性重組抗毀。結(jié)合戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡自身的特點，參考傳統(tǒng)服務發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)策略的基礎上，給出了一種基于位置信息的服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議算法，將路由協(xié)議算法引入到服務發(fā)現(xiàn)機制中，來有效地提高服務發(fā)現(xiàn)效率。

關鍵詞：戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡；SOA；面向服務架構(gòu)；服務發(fā)現(xiàn)

0引言

聯(lián)合作戰(zhàn)是未來信息化戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)樣式，對戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡也提出了更高的需求，要求戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡具備通信、應用和網(wǎng)絡化服務多方面的能力，具備高動態(tài)戰(zhàn)場環(huán)境下任意作戰(zhàn)單元之間廣泛的資源共享和協(xié)同解決問題的能力[1]。這就要求戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡向構(gòu)建面向服務和信息的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)方面拓展，將戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡內(nèi)的計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡資源等以服務的形式呈現(xiàn)，融合多種通信業(yè)務。

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡以服務和共享為核心，基于開放的標準和協(xié)議，采用具有應用系統(tǒng)高效整合和業(yè)務流程隨需應變等特點的面向服務的架構(gòu)(SOA)，為指揮控制系統(tǒng)的設計開發(fā)提供全新的理念和實現(xiàn)途徑[2]。基于SOA思想的應用，一方面它能夠有效地集成各種異構(gòu)功能系統(tǒng)，實現(xiàn)各個系統(tǒng)間基于服務的互聯(lián)互通；另一方面能夠及時有效地調(diào)整現(xiàn)有應用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來適應不斷變化的軍事和業(yè)務功能需求。

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡采用面向服務的系統(tǒng)集成方法，可有效降低系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的耦合程度，有助于實現(xiàn)各級、各類系統(tǒng)綜合集成，實現(xiàn)通信系統(tǒng)和服務的即插即用、按需的信息共享、協(xié)同的作戰(zhàn)指揮和柔性的重組抗毀。

1技術(shù)體制

SOA基于開放的標準和協(xié)議，具有標準化的服務接口、粗粒度、松散耦合特性，以服務作為軟件設計、開發(fā)、部署、調(diào)用和維護的基本結(jié)構(gòu)和功能單元，依據(jù)需求通過網(wǎng)絡對各種服務進行分布式部署、組合和使用。戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡的主要用戶是指揮控制系統(tǒng)，采用SOA架構(gòu)，將給指揮控制系統(tǒng)帶來多方面的好處，能夠使其充分利用現(xiàn)有的通信系統(tǒng)資源，降低系統(tǒng)整合和管理的復雜性，對戰(zhàn)場需求的反應更加迅速[3]。

在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡資源服務化的過程中，服務資源發(fā)現(xiàn)是其關鍵技術(shù)之一，有效的服務發(fā)現(xiàn)能確保服務需求者全面獲取網(wǎng)絡中節(jié)點提供的服務位置信息，節(jié)點用戶便可進一步訪問和使用該服務[4]。當網(wǎng)絡中的某個節(jié)點用戶想要使用自身并不具備的某種資源時，就要依靠服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議，找到相應的服務。服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議主要由服務注冊、服務發(fā)布和服務代理三個部分組成[5]。

(1)服務注冊完成服務信息的位置通告，是服務發(fā)現(xiàn)的前提。

(2)服務發(fā)布完成服務器地址信息的全網(wǎng)同步，是服務發(fā)現(xiàn)的基礎。

(3)服務代理是服務器與用戶之間的通信橋梁，簡化用戶的配置。

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡組成節(jié)點間的鏈路會頻繁中斷、甚至會發(fā)生網(wǎng)絡分割，信息報文所經(jīng)源節(jié)點和目的節(jié)點之間可能不存在完整的端到端路徑，那么傳統(tǒng)網(wǎng)絡中的服務發(fā)現(xiàn)機制不再適合在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡中應用。本文結(jié)合戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡自身的特點，借鑒傳統(tǒng)服務發(fā)現(xiàn)的實現(xiàn)策略，給出了一種基于位置信息的服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議，將路由協(xié)議算法引入到服務發(fā)現(xiàn)過程中，有效地提高服務發(fā)現(xiàn)效率。

1.1服務注冊方式

服務注冊是服務得以發(fā)現(xiàn)的前提條件，網(wǎng)絡服務資源首先要向接入的網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)起服務注冊，通告服務資源的服務屬性和位置信息。服務注冊方式如圖1所示。

圖1　服務注冊方式

通信網(wǎng)絡中服務化后的網(wǎng)絡資源可以是獨立的通信服務設備，也可能為運行在虛擬機中的服務軟件，或者是嵌入在網(wǎng)絡節(jié)點中的服務軟件模塊，都需要按獨立服務實體方式進行服務注冊。

依賴服務注冊和服務發(fā)現(xiàn)手段，終端設備接入網(wǎng)絡時，不必詳細知道提供服務的服務實體在網(wǎng)絡中的具體位置，就可以獲得網(wǎng)絡所能提供的服務。終端設備就近接入的網(wǎng)絡設備作為網(wǎng)絡服務實體的服務代理，負責受理服務注冊以及網(wǎng)絡服務資源的發(fā)現(xiàn)和定位。

1.2服務發(fā)現(xiàn)

網(wǎng)絡服務資源在接入戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡時，通過簡單的注冊過程即可提高服務信息在網(wǎng)絡中的可利用效率。一種設計良好的服務注冊機制可以保證服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議的性能，具有較高的服務請求成功率和更小的請求延時。服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議的基本流程如圖2所示。

圖2　服務發(fā)現(xiàn)過程

網(wǎng)絡服務注冊采取就近原則，向接入的網(wǎng)絡節(jié)點注冊其相關服務屬性信息(包括服務的名稱，版本信息，服務描述等)。接受服務注冊信息的接入節(jié)點在接收到服務注冊信息后，依賴網(wǎng)絡節(jié)點中的路由協(xié)議算法提供的基礎數(shù)據(jù)同步服務功能，在整個戰(zhàn)術(shù)通信骨干網(wǎng)絡中進行服務位置和相關屬性等信息同步。待網(wǎng)絡全部收斂后，骨干網(wǎng)絡中每一節(jié)點就能掌握基于全網(wǎng)網(wǎng)絡服務的位置分布地圖，戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡能提供的服務資源一目了然。當終端用戶需要網(wǎng)絡提供某種服務時，不必知道提供服務的服務設備具體位置信息，將服務請求提交給接入的網(wǎng)絡節(jié)點就可獲得相應的服務。

組成戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡的網(wǎng)絡節(jié)點具備網(wǎng)絡服務代理功能，終端用戶采用通信服務標識來向網(wǎng)絡發(fā)起服務請求。網(wǎng)絡節(jié)點接收到通信服務請求后，將請求信息轉(zhuǎn)交到服務代理模塊。服務代理模塊根據(jù)服務標識來定位提供相關服務的設備通信地址，并將服務請求轉(zhuǎn)發(fā)到指定的網(wǎng)絡服務設備。提供對應服務的服務設備接收到服務請求后，直接向終端用戶提供指定服務，不必再經(jīng)服務代理的中轉(zhuǎn)。

2技術(shù)特點

2.1注冊內(nèi)容

服務注冊是服務發(fā)現(xiàn)的前提，采用周期發(fā)送注冊機制。網(wǎng)絡服務實體在接入通信網(wǎng)絡時，采取主動和周期性的向接入網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)起服務注冊請求。接收到服務注冊請求的網(wǎng)絡節(jié)點要及時的回應服務注冊應答，表明是接受或拒絕服務實體的注冊請求。服務注冊消息包含的內(nèi)容如下。

1)服務標識或通用服務地址

采用名-址分離方式來標識服務，為每一類型服務指定唯一的服務標識，作為其通用服務地址。服務標識可作為服務代理識別服務請求的依據(jù)，與服務端在網(wǎng)絡中的接入位置無關。終端用戶可以采用服務標識來發(fā)起服務請求。

3)服務類型

與服務標識一樣，作為服務端的唯一區(qū)分依據(jù)，依賴服務類型進行服務資源數(shù)據(jù)庫的維護與檢索。

4)服務描述/服務名稱

描述服務實體所持有的是何種服務，用來進行服務實體的匹配，以保證服務請求節(jié)點找到自己想要的應用服務。當網(wǎng)絡中部署多個同一類型服務時，利用服務名稱來加以區(qū)分。

5)生存時間TTL

用來保持服務注冊信息的有效性。對于陳舊的服務信息予以清除，以防止在網(wǎng)絡拓撲變化等情況下，發(fā)生定位到錯誤的服務信息。

6)注冊半徑

用來限制服務注冊信息擴散的網(wǎng)絡范圍。

7)優(yōu)先級

當網(wǎng)絡中存在多個具有相同服務類型的服務實體時，優(yōu)先級作為服務代理選擇的依據(jù)。

基于安全考慮，服務注冊過程可以引入涉及鑒權(quán)、認證等安全手段，來確保網(wǎng)絡提供高安全性的網(wǎng)絡通信服務。

2.2服務代理

為簡化終端用戶設備的操作配置，用戶終端按通用服務地址來發(fā)起服務請求，而不必關心提供服務的服務實體具體通信地址。服務代理負責搭建用戶終端與服務實體間的通信橋梁，依據(jù)“服務請求”協(xié)議報文中攜帶的“服務標識/通用服務地址”信息來匹配和選擇服務功能實體，獲取服務實體的通信地址。同時，服務代理將服務請求報文中的“服務標識/通用服務地址”更改為提供服務的服務實體的“網(wǎng)絡地址/通信地址”；然后，再發(fā)向網(wǎng)絡，經(jīng)網(wǎng)絡路由到服務實體端。

服務代理維護整個網(wǎng)絡的服務資源位置地圖，維護通用服務地址與服務實體的網(wǎng)絡地址之間的映射數(shù)據(jù)庫。

2.3同步接口

服務代理與節(jié)點路由協(xié)議的同步算法模塊之間存在資源同步接口，依賴該接口，服務代理負責將服務實體的服務注冊信息發(fā)向路由協(xié)議的同步算法模塊，并在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡的骨干域內(nèi)進行服務資源位置同步。同理，網(wǎng)絡中其它節(jié)點借助路由協(xié)議同步算法模塊，將獲取的服務資源信息傳送給服務代理模塊，由代理模塊形成全網(wǎng)服務資源位置視圖。

2.4服務資源數(shù)據(jù)庫

服務資源數(shù)據(jù)庫由服務代理維護，信息來源于服務注冊和路由協(xié)議的網(wǎng)絡同步。從該數(shù)據(jù)庫中，可以獲得全網(wǎng)服務資源信息。戰(zhàn)術(shù)通信骨干網(wǎng)絡中的每一個節(jié)點均維護了一份相同信息的網(wǎng)絡資源數(shù)據(jù)庫。

3協(xié)議流程

下面給出服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議的交互流程，如圖3所示。

圖3　協(xié)議交互流程

服務端地址標識有兩種：一種支持名址分離地址，具備服務標識地址和網(wǎng)絡接入地址兩種分離地址標識；另一種僅存在唯一服務地址，也是網(wǎng)絡接入地址，地址身份合二為一。

3.1注冊流程

(1)服務實體通過向就近接入的網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)起服務注冊請求報文，請求報文包含提供服務的屬性信息，如：服務標識、網(wǎng)絡接入地址、服務類型、服務名稱等。

(2)網(wǎng)絡節(jié)點接收到服務注冊請求報文，首先檢測服務端的合法性，決定是否允許其注冊。如果是合法服務接入，則同意接入；否則，拒絕接入。通過發(fā)送服務注冊應答報文進行請求確認。

(3)服務實體在完成服務注冊后，啟動服務注冊定時器(ST1)，定時向網(wǎng)絡接入節(jié)點發(fā)送注冊Hello報文，以維護其與網(wǎng)絡之間的連接關系。

(4)網(wǎng)絡接入節(jié)點在接收到注冊Hello報文后，發(fā)送注冊Hello ACK報文，確認關系的維持。在Hello維持過程中，網(wǎng)絡接入設備側(cè)始終處于被動狀態(tài)，即不主動發(fā)起Hello報文，僅單純應答即可。

(5)網(wǎng)絡接入節(jié)點在超時時間(ST2)(大于 3*ST1)內(nèi)沒有接收到服務實體發(fā)送的Hello注冊維護報文，則判斷服務實體與網(wǎng)絡處于斷開狀態(tài)，清除與本次服務注冊相關的服務信息數(shù)據(jù)記錄，并向路由協(xié)議的同步算法模塊發(fā)起服務資源清除消息。

(6)服務實體通過發(fā)送服務注銷消息，撤銷其在網(wǎng)絡中的服務注冊。

(7)網(wǎng)絡接入側(cè)在接收到服務注銷消息時，以服務注銷確認消息進行注銷確認。同時清除與本次服務注冊相關的服務信息數(shù)據(jù)記錄，并向同步接口發(fā)起服務資源清除消息。

(8)網(wǎng)絡中其它節(jié)點中的路由協(xié)議同步算法模塊接收到來自另一節(jié)點發(fā)送的服務資源信息后，匹配服務類型，向具有相同服務類型的注冊接口發(fā)送服務資源通告消息。

(9)服務實體在接收到服務資源通告信息后，發(fā)送服務資源確認消息進行確認。

3.2服務請求流程

(1)終端用戶需要獲取某種服務時，向能提供對應服務的通用服務地址發(fā)起服務請求。

(2)網(wǎng)絡接入節(jié)點的服務代理在接收到服務請求時，依據(jù)服務標識來檢索服務資源數(shù)據(jù)庫，查找能提供對應服務的服務端網(wǎng)絡地址。若查詢成功，將服務請求報文中服務標識更改為實際的服務端網(wǎng)絡地址；然后，直接發(fā)向能提供對應服務的服務實體設備。

(3)具備服務提供能力的節(jié)點設備或服務設備在接收到服務請求后，向遠端用戶提供指定服務。服務實體在發(fā)送服務應答報文中，其源端地址應裝填服務標識(即通用服務地址)，而目的端地址為用戶端的IP地址。

(4)服務應答報文在服務實體與終端用戶之間直接交互，無須再經(jīng)過服務代理的中轉(zhuǎn)。

4協(xié)議說明

本服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議僅針對服務注冊類報文進行協(xié)議封裝說明及內(nèi)容定義，對服務請求類型的協(xié)議報文不作限定。

服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議報文采用IP/UDP封裝，單播地址發(fā)送。協(xié)議內(nèi)容封裝在IP報文的信息字段中，協(xié)議封裝格式如圖4所示。

圖4　協(xié)議報文通用封裝格式

在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡中，可以歸屬于通信網(wǎng)絡服務資源的服務實體，包括如下幾種。

(1)名址分離路由服務。

(2)SIP類型服務。

(3)網(wǎng)絡管理服務。

(4)參數(shù)規(guī)劃服務。

(5)戰(zhàn)術(shù)通信服務終端。

(6)網(wǎng)絡傳輸服務。

(7)SDN控制器。

在實際的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡的組織應用過程中，根據(jù)實際應用的需要，可以增加更多的服務實體類別。

5結(jié)語

基于SOA的思想來構(gòu)建戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡，將網(wǎng)絡資源服務化，并融合通信業(yè)務，有助于通信系統(tǒng)和服務的即插即用、按需的信息共享、協(xié)同的作戰(zhàn)指揮和柔性的重組抗毀。戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡圍繞服務和共享兩大核心，提供開放的標準和協(xié)議，將網(wǎng)絡資源和能力以標準服務接口方式開放出來，能在一定程度上提升網(wǎng)絡的效能，為指揮控制系統(tǒng)應用提供更好的服務。本文結(jié)合戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡自身的特點，提出了一種基于位置信息的服務發(fā)現(xiàn)機制，借助路由協(xié)議的網(wǎng)絡同步算法來協(xié)同完成服務發(fā)現(xiàn)，能有效地提高服務發(fā)現(xiàn)效率，減少網(wǎng)絡開銷，為戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡邁向服務化進行有益的嘗試。

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Service Discovery Mechanism in Tactical Communication Network

KANG Zong-xu,WANG Kai,YANG Xiao,LI Shi-zhao,LEI Xue-bing

(Chongqing Jinmei Communication Co., Ltd., Chongqing 400030, China)

Abstract：SOA (Service-Oriented Architecture) presents many advantages in systems integration,thus becoming an important reference for construction of future military IT system.How to realize the service of communication resources and the integration of communication applications now becomes a key link in the process of constructing SOA-based tactical communication networks, and the discovery of service-oriented network resources also essential precondition for this implementation. The realization of service-oriented tactical communication network could contribute to ‘plug and play’ for communication systems and services, ‘on demand’ information sharing,cooperative operation command and flexible reconstruction and survivability. In considering the characteristics of tactical communication network itself,and with reference to traditional service discovery and implementation strategy,a position-based service discovery protocol algorithm is proposed. And the routing protocol algorithm is introduced into the service discovery mechanisms,thus effectively improving service discovery efficiency.

Key words：tactical communication network；SOA；service-oriented architecture；service discovery

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2016.04.014

*收稿日期：2015-11-08；修回日期：2016-02-28Received date:2015-11-08；Revised date：2016-02-28

中圖分類號：TP393

文獻標志碼：A

文章編號：1002-0802(2016)04-0452-05

通信地址2)網(wǎng)絡地址或 網(wǎng)絡地址也是服務端的，與服務端在網(wǎng)絡中的接入位置相關，可以由網(wǎng)絡動態(tài)分配，也可以是統(tǒng)一規(guī)劃的地址。服務代理采用網(wǎng)絡地址與服務實體進行直接通信。

作者簡介：

康宗緒(1972—)，男，碩士，高級工程師，主要研究方向為計算機網(wǎng)絡及通信技術(shù)；

王凱(1976—)，男，碩士，高級工程師，主要研究方向為計算機網(wǎng)絡技術(shù)；

楊曉(1979—)，男，學士，工程師，主要研究方向為網(wǎng)絡通信技術(shù)；

李世釗(1978—)，男，碩士，工程師，主要研究方向為計算機網(wǎng)絡及通信技術(shù)。