關于戰(zhàn)術組網(wǎng)性能監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(fā)

趙寶健 矯文成 張俊萍

摘 ? 要：近年來，我軍某些信息化裝備在測試中多次出現(xiàn)信息傳輸失敗、丟包、網(wǎng)間轉換困難等組網(wǎng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。由于缺乏組網(wǎng)性能監(jiān)測設備，無法對組網(wǎng)不穩(wěn)定原因準確定位，導致難以對裝備的戰(zhàn)術組網(wǎng)性能作出合理、客觀的評價。針對該問題，文章開展戰(zhàn)術組網(wǎng)性能監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(fā)工作。在分析戰(zhàn)術組網(wǎng)性能監(jiān)測工作原理的基礎上，對戰(zhàn)術組網(wǎng)性能監(jiān)測系統(tǒng)進行結構分析與設計開發(fā)，提出系統(tǒng)在測試中的應用方案，為開展戰(zhàn)術組網(wǎng)性能監(jiān)測提供有效的測試手段和技術。

關鍵詞：無線組網(wǎng);數(shù)據(jù)偵聽;數(shù)據(jù)傳輸;數(shù)據(jù)處理

近年來，在我軍某型裝備信息系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試試驗過程中，多次出現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，表現(xiàn)為信息傳輸失敗、丟包、網(wǎng)間轉換困難等[1]。由于缺乏系統(tǒng)組網(wǎng)性能監(jiān)測設備，無法對組網(wǎng)不穩(wěn)定的原因進行準確定位，導致難以對武器系統(tǒng)戰(zhàn)術組網(wǎng)性能作出合理、科學的評價[2]。

1 ? ?戰(zhàn)術組網(wǎng)性能監(jiān)測工作原理分析

要對戰(zhàn)術組網(wǎng)性能實施監(jiān)測，需建立一套獨立具備偵聽、傳輸、分析處理功能的第三方監(jiān)測系統(tǒng)，以不破壞被測系統(tǒng)原始通信方式的形式運行[3]。當被測系統(tǒng)無數(shù)據(jù)交互時，監(jiān)測系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。一旦被測系統(tǒng)內部產生數(shù)據(jù)交互及數(shù)據(jù)流動，監(jiān)測系統(tǒng)的偵聽、傳輸、分析處理等功能便受到驅動，立即進行被測系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時分析。下面依次研究戰(zhàn)術組網(wǎng)性能監(jiān)測相關的數(shù)據(jù)偵聽（無線/有線）、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等工作原理。

1.1 ?偵聽工作原理

1.1.1 ?無線數(shù)據(jù)偵聽

被測系統(tǒng)超短波通信網(wǎng)由若干個裝有超短波電臺和通信網(wǎng)絡控制設備的車輛組成，每一個車輛均有各自的節(jié)點地址，組成超短波通信網(wǎng)。該通信網(wǎng)可能包含一個或多個通信子網(wǎng)，網(wǎng)內各個車輛的操作人員控制終端計算機將各類命令、報文最終通過超短波電臺發(fā)送到其他節(jié)點的車輛。

1.1.2 ?有線數(shù)據(jù)偵聽

有線偵聽，對指控計算機與通信控制設備間的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。有線偵聽設備應集數(shù)據(jù)偵聽、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)轉發(fā)功能為一體，在截獲到被測以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)包后，對數(shù)據(jù)進行防竊密處理及本地加密存儲，并通過與數(shù)據(jù)處理中心建立的通信鏈路將偵聽數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理中心。

1.2 ?無線數(shù)據(jù)傳輸工作原理

無線傳輸?shù)耐ㄐ沤K端分布在被測系統(tǒng)車輛載體、無線偵聽點載體及數(shù)據(jù)處理中心載體內部。考慮無線傳輸通信終端載體布局及市場現(xiàn)有無線傳輸設備的傳輸能力，搭建一個含3個子區(qū)域、4個中繼點的網(wǎng)絡架構。各子區(qū)域網(wǎng)絡設備負責1 km無線信號覆蓋，中繼點網(wǎng)絡設備負責3個子區(qū)域間的遠距離數(shù)據(jù)交互。

目前成熟使用的無線網(wǎng)絡技術有2.4 GHz及5.8 GHz兩種。其中2.4 GHz無線網(wǎng)絡繞射能力強，5.8 GHz無線網(wǎng)絡抗干擾能力強。考慮各子區(qū)域內部所含設備多，在子區(qū)域內部選用2.4 GHz網(wǎng)絡設備，以保證信號傳輸強度。子區(qū)域間最遠間距達到25 km，考慮信號傳輸過程中的外界干擾等因素，中繼點網(wǎng)絡設備選用5.8 G頻段。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理工作原理

1.3.1 ?網(wǎng)絡通信狀態(tài)分析評估

在任意一次數(shù)據(jù)傳送時，數(shù)據(jù)流向上均存在3個第三方監(jiān)測點，分別對數(shù)據(jù)流向的起始段、中間段、末段進行監(jiān)控。被測系統(tǒng)各終端通信狀態(tài)正常時，對于被測系統(tǒng)內部任意一次數(shù)據(jù)發(fā)送動作，數(shù)據(jù)處理中心均會接收到相應3個監(jiān)測點發(fā)送的、具有相同MD5標識的監(jiān)測數(shù)據(jù)。當被測網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)處理中心子系統(tǒng)通過對所接收到的監(jiān)測點數(shù)據(jù)內容及監(jiān)測點屬性的分析，可準確定位故障部位。若數(shù)據(jù)處理中心僅接收到起始段有線偵聽設備數(shù)據(jù)，而未收到中間段無線偵聽設備數(shù)據(jù)，則表明發(fā)送端車輛電臺故障。若數(shù)據(jù)處理中心收到起始段有線偵聽設備數(shù)據(jù)及中間段無線偵聽設備數(shù)據(jù)，卻未收到末段有線偵聽設備數(shù)據(jù)，則表明接收端電臺故障。

1.3.2 ?網(wǎng)絡性能評估原理

系統(tǒng)網(wǎng)絡性能評估工作基于偵聽截獲數(shù)據(jù)，以相應網(wǎng)絡性能指標算法，得到被測網(wǎng)絡的網(wǎng)絡性能、穩(wěn)定性、可靠性以及抗毀性分析結果。網(wǎng)絡性能指標包括吞吐量、通信時延、丟包率等，穩(wěn)定性指標包括吞吐量、通信時延、丟包率等;可靠性指標包括平均無故障工作時間、平均故障修復時間等;抗毀性指標包括組網(wǎng)時間、平均組網(wǎng)時間、平均重組時間等。

2 ? ?戰(zhàn)術組網(wǎng)性能監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 ?系統(tǒng)結構設計

（1）有/無線偵聽子系統(tǒng)：被測系統(tǒng)節(jié)點間進行信息交互時，數(shù)據(jù)從源端到達目的端依次經(jīng)歷有線以太網(wǎng)以及無線電網(wǎng)兩種類型網(wǎng)絡。為實現(xiàn)對被測系統(tǒng)的全面監(jiān)測，在數(shù)據(jù)偵聽方面，監(jiān)測系統(tǒng)由有線偵聽子系統(tǒng)和無線偵聽子系統(tǒng)兩部分組成。有線偵聽子系統(tǒng)對有線以太網(wǎng)流動數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測與獲取，無線偵聽子系統(tǒng)對無線電網(wǎng)絡流動數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測與獲取，兩子系統(tǒng)的聯(lián)合運行為監(jiān)測系統(tǒng)后續(xù)分析提供完善的數(shù)據(jù)樣本。

（2）無線傳輸子系統(tǒng)：為可靠獲取被測系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，有線偵聽子系統(tǒng)及無線偵聽子系統(tǒng)的布局受被測系統(tǒng)作戰(zhàn)隊形限制，隨被測系統(tǒng)各節(jié)點呈離散分布態(tài)勢。這種分布形式導致所截獲的數(shù)據(jù)孤立地存在于各個偵聽節(jié)點內部，不利于開展被測系統(tǒng)實時運行狀態(tài)的綜合分析工作，因此，設計監(jiān)測系統(tǒng)含一套獨立的數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，傳輸鏈路覆蓋至所有偵聽點及處理中心節(jié)點。借助該系統(tǒng)建立的傳輸鏈路，有線偵聽子系統(tǒng)及無線偵聽子系統(tǒng)能夠在不影響被測系統(tǒng)運行的條件下將截獲數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總至數(shù)據(jù)分析中心。

（3）數(shù)據(jù)處理中心子系統(tǒng)：為實現(xiàn)對被測系統(tǒng)實時運行狀態(tài)及網(wǎng)絡性能的分析，設計監(jiān)測系統(tǒng)含數(shù)據(jù)處理中心子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)對經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行處理、存儲及分析。借助這些數(shù)據(jù)，該子系統(tǒng)一方面能夠在被測系統(tǒng)運行過程中實時給出被測系統(tǒng)各節(jié)點運行狀態(tài)，另一方面能夠在測試結束后，對被測系統(tǒng)網(wǎng)絡性能給出綜合評價。

（4）手持終端子系統(tǒng)：鑒于監(jiān)測系統(tǒng)的一個中心節(jié)點、多個偵聽節(jié)點的輻射型架構形式，特設計手持終端子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)借助數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)建立的傳輸信道為監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測中心測試控制人員和各數(shù)據(jù)偵聽點測試操作人員搭建起通信平臺。借助該平臺，位于中心節(jié)點的測試控制人員與位于輻射型架構尾端的偵聽節(jié)點測試操作人員間，可以方便獲取相互間測試進展情況及測試運行狀態(tài)。

2.2 ?系統(tǒng)布局設計

被測系統(tǒng)車載終端間進行信息交互時，數(shù)據(jù)從產生至到達目的端，傳輸依次經(jīng)歷車載終端與通控組成的以太網(wǎng)以及車載電臺間組成的無線網(wǎng)。為了減少偵聽節(jié)點與處理中心節(jié)點的網(wǎng)絡傳輸延時，縮短傳輸路徑，應將處理中心節(jié)點布局在偵聽節(jié)點較集中的區(qū)域。各偵聽節(jié)點和處理中心節(jié)點為監(jiān)測系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡的終端節(jié)點，無線傳輸子系統(tǒng)設備除分布在各終端使各終端具備數(shù)據(jù)通信能力外，還有一部分中繼設備分布在偵聽節(jié)點及處理中心節(jié)點周圍，以適應遠距離通信需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的橋接與中轉放大。

3 ? ?結語

隨著裝備發(fā)展，成體系、成建制研制的武器系統(tǒng)呈現(xiàn)出信息化程度高、鏈路復雜、實時性強、整體性能和作戰(zhàn)效能均得到顯著提升的特點，然而裝備出現(xiàn)信息傳輸失敗、丟包、網(wǎng)間轉換困難等組網(wǎng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，要求必須加強對不同組網(wǎng)環(huán)境下武器系統(tǒng)組網(wǎng)性能的考核。

[參考文獻]

[1]羅杰，李獻軍，柯寶弟.復雜電磁環(huán)境下炮兵通信系統(tǒng)抗干擾方法[J].信息通信，2015（1）：29.

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[3]王德春.討論有線通信技術與無線通信的對比[J].信息系統(tǒng)工程，2015（3）：99.