多路適配技術在人防指控系統通信中的應用研究

孫學鋒，李成新

?

多路適配技術在人防指控系統通信中的應用研究

孫學鋒1，李成新2

（1. 海軍航空工程學院，山東煙臺264000；2. 解放軍91004部隊，遼寧大連 116031）

針對人防指揮控制系統通信特點，研究了基于消息隊列池的多路適配技術，闡述了消息隊列池的基本原理，多路適配技術的具體應用，以及人防指揮控制系統通信中的通信協議設計、數據共享機制等關鍵技術，實現了多終端的實時采集、信息傳遞和態勢感知共享，滿足了綜合利用多種通信方式，聚合人防資源，以及各種資源間的互聯、互通、有機整合需求。

消息隊列池 多路適配技術 通信協議

0 引言

信息化條件下的人防指揮控制系統具有集成、高效、快速、可靠的特點，對人防通信技術的運用提出了很高的要求。本文基于消息隊列池，探討了多路適配器、多用途通用消息網關等多路適配技術的應用，消息和服務協議的規則，數據分發機制等，集成了北斗、3G、數傳電臺、微波等多種通信手段，實現了多級人防指揮機構內外，以及人防指揮機構和人防分隊間的信息聯通。

1 消息隊列池及其連接鏈路

在指揮所內采用消息中間件作為消息收發的主體。消息中間件設置有多個消息隊列，形成消息隊列池。它們按類別，分為發送隊列、接收隊列、主題廣播隊列等幾類[1]。消息隊列在系統中傳遞消息，將系統各個應用模塊連接起來，構成系統中人防情報、指控、態勢的信息鏈路。

消息隊列是系統內消息傳遞的主要通道，主要用于指揮所內的各節點間的消息傳遞。

發送隊列負責傳輸指揮所向外發送的消息，由消息轉發模塊從隊列中讀取消息并通過相應的設備網關按照消息中攜帶的尋址信息以及預定義的轉發規則進行轉發。接收隊列負責傳輸指揮所接收到的消息，由指揮所消息處理模塊從隊列中讀取消息并處理。主題廣播隊列負責傳輸指揮所內需要廣播的消息，如態勢消息、空情消息、通知消息等。消息隊列池及其連接鏈路如圖1所示。

圖1消息隊列池及其連接鏈路圖

2 多路適配技術的應用

多路適配技術是系統連接外部設備、外部軟件系統的重要手段，是系統連接通信渠道、集成外部軟件系統的樞紐。它通過多功能適配器，方便靈活地集成多種通信手段和外部應用系統，使用多種服務渠道，連接擴展外部應用模塊[2]。

人防指控系統通信手段繁多，每一種通信手段都有其特有的訪問接口和通信控制協議，而上層應用程序在進行數據傳輸時卻不需要關心底層的通信細節。適配器位于系統應用與通信模塊之間，按照一定的規則訪問通信模塊，為系統應用提供一致的數據通信服務。

2.1適配器的特點和功能

適配器是很薄的一層軟件，在客戶程序發起的服務調用與組件期望的服務調用之間實現映射，同時，它將組件所產生的回應轉換成客戶程序所期望的回應。在系統需要連接擴展外部應用時，需要將外部應用通過適配器進行控制和交換數據。適配器位于系統與外部應用之間，以轉換它們對接口的不同技術的理解。

適配器的特點是隔離客戶程序與訪問的組件/模塊，讓它們無需關心與對方的兼容性。適配器可以處于任何兩個組件/模塊之間，不論它們是應用組件、業務組件、數據訪問組件或者是通信模塊。但適配器又是一個獨立的不依賴某個組件/模塊而存在的軟件組件，它不屬于客戶程序和功能組件/模塊中的任何一個，也不被用來擴展組件的功能。同時，適配器又有特定性，它專門連接特定的兩個組件/模塊服務，如果其中任何一個被替換掉，適配器也就失去了存在的價值。

適配器的功能主要是：

1）接口轉換，如轉化字段格式，增加或取消一些參數，或以不同的順序提供參數。

2）非標準設置，如設置一些開關，為一些設計封裝不夠好的應用指定使用的數據庫等。

3）驗證和錯誤處理，確保傳遞給訪問組件的數據被接受，處理所有可能的響應和錯誤。

4）安全性，確保遺留系統應用的安全性需求得到滿足。

2.2多路適配器

多路適配器用于控制通信網絡設備，負責接收消息網關傳來的消息并通過設備發出，接收設備收到的消息并轉發給消息網關。

當指揮所某席位需要向下屬一個作戰單元下發一條指令時，如果該作戰單元與指揮所之間是通過無線電臺連接的，則需要首先將指令發送到控制指揮所無線電臺的計算機上，而后再由該計算機將指令采用無線傳輸格式發送給作戰單元配屬的無線電臺，同樣的，作戰單元中控制無線電臺的計算機接收并解析該指令信息，最后將該指令信息傳遞給作戰單元指揮/操作人員的終端上。

如果該指揮所與作戰單元間存在著多種通信手段，需要采用一些技術手段來保證能夠充分利用這些通信手段確保信息在指揮所和作戰單元之間順暢交換。

這些在模塊之間用來傳輸消息的鏈路可稱之為渠道，渠道也可稱為接入手段。

多路適配器是系統與各種渠道連接的樞紐，通過自動檢測或人工設置連接的設備參數，與連接的渠道建立綁定關系，根據系統設置為渠道分配相關通信參數，從而使系統與外部的通信聯絡保持暢通。圖2給出了渠道訪問適配器的結構示意圖。

圖2 渠道訪問適配器結構示意圖

2.3 多用途通用消息網關

消息網關服務是人防指揮控制系統信息傳輸渠道的重要模塊。消息網關是指揮所信息系統的邊界網關，是消息層面的路由器，負責與指揮所下屬實體間的消息路由，以及與上下級指揮所、友鄰指揮所間的消息的路由選擇與轉發。

消息網關的功能包括消息路由、數據轉換、隊列存儲、消息解析/構造、消息傳輸、加密解密、安全認證、管理、元數據庫等模塊。其中消息的路由選擇和轉發是消息網關的核心功能。消息網關處理消息是并行的，支持多個渠道同時進行消息收發。每個渠道有對應的消息收發器，針對每個渠道設置相應的收發隊列，用來匹配傳輸層不同的選擇，可以和多種物理渠道進行連接。

在各個發送隊列中存儲著指揮所向外發送的消息，每個隊列都有相應的發送渠道，由消息轉發模塊將隊列中的消息通過相應的渠道發送出去。接收隊列中保存著各個渠道接收到的消息，這些消息需要網關按照消息中攜帶的尋址信息以及預定義的轉發規則進行轉發。

消息網關的管理模塊能夠對消息流量進行控制，并為消息分類設定優先級。消息分為指揮消息、情報消息、態勢消息、文電消息等幾類，每類消息獨立排隊，其中指揮消息的優先級最高。

消息網關的信息安全方案，主要包括加解密、安全認證等內容。安全認證模塊驗證指揮所下屬實體的身份，避免非法客戶訪問系統。在多渠道服務平臺中，對消息內容部分采用端端加密，只有接收者可以根據端端密鑰解密。消息的尋址信息在傳輸、路由過程中，需要被網關和終端判讀，解析其中的目的地信息、類型信息等內容，因而通常采用固定密鑰加密或者不進行加密。圖3給出了消息網關的結構示意圖。

圖3 消息網關結構示意圖

3 通信協議與數據共享

3.1 通信協議

3.1.1 消息協議

消息協議，是規范傳輸消息格式的約定。消息協議包括：系統消息、指揮控制消息、時統消息、無線設備訂閱消息、指揮關系消息、分系統消息等幾大類。在人防指控系統中，信息的交換載體為消息，消息是字節流數據，由消息頭和消息體組成。消息頭為描述消息屬性的部分，消息頭中主要攜帶消息的長度信息、尋址信息、消息類型以及消息級別等內容。消息體為承載的信息內容，存放著消息的有效載荷部分，是消息的主體[3]。消息結構如圖4所示。

圖4 消息結構圖

3.1.2服務協議

服務協議是各類信息交換的規范流程，是業務流程的信息交換標準。

1）地面情況信息服務協議

地面情況信息包括發現目標和人防分隊、人防資源等實體信息。對配備有數字化終端的實體，將本身的位置、狀態信息和通過偵察手段發現的目標信息，利用信息采集工具將其轉換為格式化的數據傳輸到本級基本指揮所和上級指揮所的信息處理中心；對無數據終端的實體，可通過傳統的指揮手段上報給本級基本指揮所相應的席位，由其代為轉換成格式化數據進入系統，同時該席位也負責對上級以及友鄰通報信息的采集工作。地面情況信息服務協議如圖5所示。

圖5 地面情況信息服務協議

2）空中情況信息服務協議

各級人防指揮機構的空情信息來源有兩個：一是接收上級的空情通報和空中態勢數據，用來顯示大范圍的空中態勢；二是接收本級和友鄰的人防機構及其所屬分隊探測到的空情信息，經自動或半自動融合處理后生成的空中態勢數據，用于顯示局部范圍的空中態勢。空中情況信息服務協議如圖6所示。

圖6 空中情況信息服務協議

3）行動控制信息服務協議

行動控制是一個閉環控制的過程。行動控制信息由指揮員（指揮機關）用指令工具將其決策生成指令數據。按照數據分發邏輯除了向所指揮的實體作為指令發送外，還要向本級指揮所的上級指揮所和行動實體的上級指揮實體作為通知數據發送。行動控制信息服務協議如圖7所示。

3.2數據共享

數據共享主要是人防指揮機構內的態勢共享，通過數據分發的形式實現。其數據傳輸采用消息隊列與Socket[4]相結合的方式進行。

圖7 行動控制信息服務協議

3.2.1 數據分發類型

分發的數據類型包括態勢數據、簡令簡報數據、空情數據、身份認證數據和時間數據等。

態勢數據主要包括上級通報共享的敵我態勢數據和本級生成的實時態勢數據；簡令數據包括體現指揮者決心意圖的各種作戰指令。簡令數據由上級以及具有指揮權的上級機關發出，是指揮員實現對部隊協調控制的命脈，通常采用實時傳輸的方式，優先級別高，不允許發生延誤和丟失。表現形式包括文本、圖形、聲音、字符數值型數據等；空情數據是指空中態勢數據；身份認證數據是指移動用戶登錄系統時，向認證服務發出的認證請求，以及認證服務認證結果數據；時間數據是為統一各指揮所及各作戰單元作戰時間而統一規定的時間數據。時間數據由時統服務產生，并分發至各席位及作戰單元，也可根據對時請求分發時間數據[5]。

3.2.2數據分發方式

數據分發主要有主動分發、訂閱分發和強制分發三種模式。

主動分發就是按照事先規定的通信路線、信息類型和終端用戶享受信息的權限，根據信息傳送的優先等級，由信息分發節點對實時或變化的必要信息主動向在線用戶端的發送，用以保證所有用戶有共同的戰場信息；訂閱分發模式由數據使用者發出訂閱請求，數據提供者將相應的數據發給訂閱者；強制分發是分發節點在系統管理人員的控制下，對在線用戶發送的必須接受的系統控制類信息，用于對遠程終端的系統級控制。

4 結論

基于消息隊列池的多路適配技術，整合了北斗、3G、數傳電臺、微波等多種通信資源，使系統終端用戶不必關心通信格式、設備類型、通信方式等具體信息就能相互進行有效通信，實現了人防指揮控制系統指揮機構與人防分隊實體間通信的無縫鏈接，提高了系統的可靠性、安全性和可移植性。

參考文獻：

[1] 劉建華, 畢會娟. 支持多服務的消息中間件設計與實現[J]. 微計算機信息, 2009, 25(9): 129-130.

[2] 高翔, 楊敬峰, 蔣凡. 一種基于TTCN-3的多路并行測試方法[J]. 計算機工程, 2007, 33(7): 213-214.

[3] 李志昌, 謝剛生. 采用多級緩存消息數據方法的國土資源移動執法監察系統[J]. 測繪通報, 2013, 3: 102-104.

[4] 丁靜. 基于Socket和消息隊列的中后臺接口通訊軟件的設計[J]. 大連民族學院學報, 2006, 3: 65-68.

[5] 王斌, 林懷清, 林海濤. 戰場態勢數據分發技術研究[J]. 艦船電子工程, 2011, 31(5): 9-11.

Application of Multiple Adaptation Technology to the Communication of Civil Air Defense Command and Control System

Sun Xuefeng1, Li Chengxin2

（1. Naval Aeronautical Engineering Institute. Yantai 264000, Shandong, China；2. Unit 91004 of PLA, Dalian 116031, Liaoning, China）

TN911

A

1003-4862（2016）10-0038-05

2016-5-20

孫學鋒（1963-），男，博士，教授，碩士生導師。研究方向：陸戰岸防裝備保障。