情報偵察系統數據分發服務研究

閆瑞軍

【摘要】? ? 針對情報偵察系統數據分發的要求，提出將數據分發服務應用到情報偵察系統的設計思路，同時根據系統特點基于需求過濾機制對數據分發服務進行改進。實驗結果表明，數據分發服務適合于情報偵察系統的集成，需求過濾機制能有效提高系統數據分發的效率。

【關鍵詞】? ? 情報偵察系統? ? 數據分發服務? ? 發布/訂閱

Research of Data Distribution Service for Reconnaissance intelligence system

Yan Ruijun

（China Electronics Technology Group Corporation No.7 Research Institute，GuangZhou，510310）

Abstract： Aiming at the problem of data dissemination demand for reconnaissance intelligence system， this paper applies Data Distribution Service（DDS） into reconnaissance intelligence system， and proposes improvement on data distribution based on interest filtering. By making an experiment， results show that DDS can supporting the system integration effectively and the interest filtering mechanism can improve the efficiency of communication.

Key words：Reconnaissance intelligence system， data distribution service， publish/subscribe.

引言：

情報偵察系統依托強大的信息網絡，集偵察監視、情報處理、信息融合和分發應用為一體，借助各類傳感器、攝像頭、雷達、衛星等多種探測手段獲取各種目標信息，連接偵察衛星、飛機、艦艇、偵察部隊和各情報部門等多種偵察探測裝備和各級情報處理節點，快速獲取、實時發布天文、地理、水文、設施架設、人力部署等多維態勢信息。基于情報偵察系統，各兵種、各部門作戰人員可以全面、迅速、準確地掌握統一敵我態勢信息。情報偵察系統為聯合作戰指揮決策、部隊作戰行動、聯合火力打擊和防空作戰等提供可靠及時的信息支持和情報保障[1][2]。

在情報偵察系統中，偵察探測裝備種類繁多、數量大、狀態更新快，各情報處理節點平臺多樣，技術標準和接口不統一，各軍兵種信息系統難以實現互聯互通。偵察探測裝備和情報處理節點的運行狀態存在不確定性，隨時可能加入或者退出系統。情報信息種類眾多，包括文字、圖片、視頻等。由于工作身份、運行場景等原因，各情報處理節點感興趣的情報信息也不同，需要及時按需獲取情報信息，這些都對情報偵察系統中的數據分發提出了更高要求[3][4]。

1）支持異構環境互操作。系統運行環境復雜，決定了系統在平臺和網絡異構性方面存在很大挑戰。

2）支持動態聯合。由于作戰任務、作戰單元的不確定性，要求各情報處理節點、偵察探測裝備可以實現動態、無縫的信息聯盟。

3）即時信息按需共享。根據作戰需求，確保在正確的時間把正確的數據傳遞到正確的地點。在戰場通信的復雜環境下，面臨著弱連接、不穩定、低帶寬的惡劣通信條件，如何保證情報數據分發的可靠性和實時性，是情報偵察系統要解決的關鍵技術問題。

2004年12月，針對分布式實時系統中的實時數據交互需求，憑借在信息管理、網絡、分布式、實時和關鍵性任務系統方面的豐富經驗，對象管理組織OMG發布了數據分發服務規范Data Distribution Service（DDS）1.0版本。2007年1月發布了DDS 1.2版本[5]。以數據為中心，DDS基于發布-訂閱機制，提供了強大的數據QoS控制策略，實現了分布式系統中數據實時、可靠、高效分發，能夠被廣泛應用于國防、航空、工業自動化、分布控制、分布仿真、機器人、電信等多個領域[6][7]。

本文通過對DDS進行分析和研究，發現DDS適用于情報偵察系統的集成，同時提出一種基于需求的主題過濾機制，訂閱者通過更細致地表達其情報需求，從而減少訂閱信息分發產生的網絡通信負載和訂閱者信息處理的額外消耗，并將構建的數據分發平臺應用到情報偵察系統的集成中。

一、情報偵察系統數據分發服務體系結構

伴隨著現代網絡信息技術的快速發展，各類偵察探測設備和情報處理系統變得日趨龐大、復雜，情報偵察系統旨在提供一種與平臺、位置無關、可擴展的、集偵察監視、情報處理、信息融合和分發應用為一體的集成體系架構，使情報發布者和訂閱者在空間上、時間上、功能上解除耦合，實現各類情報資源的高效共享和快速整合。

結合情報偵察系統的應用需求，本文以數據分發服務為基礎，集成多類數據采集終端和多種作戰單元情報處理系統，屏蔽各類數據采集終端、情報處理系統的硬件平臺和操作系統差異，通過數據分發平臺提供滿足各類情報服務質量需求的傳輸保證。如圖1所示。

情報偵察系統數據分發服務，為各類情報數據構建相關主題，基于全局空間實現數據的發布和訂閱，以簡化數據收發雙方的交互過程，提高網絡通信效率。

各類數據采集終端采集和解析數據，（作為發布者）發布情報數據，為各類情報處理系統提供情報信息來源;（作為訂閱者）訂閱相應的情報偵察指令并按需開展相應的情報收集工作。各類情報處理系統（作為訂閱者）訂閱各類情報數據，通過數據融合處理和分析形成綜合態勢;（作為發布者）按照情報偵察計劃發布情報偵察指令，以利用各類偵察探測終端獲取情報信息。情報偵察系統數據分發服務通信模型，如圖2所示。通過數據分發服務平臺，數據發布者將數據發送到全局數據空間中;數據訂閱者若需要相關數據信息，則到全局數據空間中訂閱相關主題，然后監聽接收所需要的數據。由此，情報偵察系統實現了情報數據的采集、解析、發布、訂閱、數據融合與應用。各系統均能根據各自的需求訂閱所需數據，減弱了發布者與訂閱者間的關聯，增強了系統設計的靈活性和可擴展性，提升了用戶使用的便利性。

為了保證服務質量，可以充分利用數據分發服務所提供的應用級服務質量支持，通過設置相關的QoS參數，在發布者和訂閱者之間建立QoS約定，以滿足系統服務質量要求。

二、基于需求過濾的數據分發服務

為提升情報偵察系統數據分發的效率，本文提出一種基于需求過濾的數據分發機制。系統訂閱者通過更細粒度地表達自己的訂閱需求，減弱發布者與訂閱者間的關聯，從而減少發布者與訂閱者間的數據交互。

在數據分發服務中，我們使用一個自定義的數據結構描述主題，該數據結構中通常包括多個參數，用于描述主題的多個細節信息。本文以情報偵察系統中主題“偵察分隊X”為例。這個主題包含地形、地貌、裝備配置、兵力部署等多個參數。當數據采集終端采集數據時，這些主題參數并非都會發生改變，如地形、地貌等參數會保持不變。對于傳統的訂閱方式，數據采集終端每次采集數據后，都會將主題數據發送給各個訂閱者。如果訂閱者只對其中某些信息（如裝備配置、兵力部署等參數）感興趣，就會導致此類訂閱者收到的數據變得冗余，造成網絡帶寬的浪費和訂閱者額外的處理資源消耗。若為各個感興趣的細節參數分別構建主題，則會大大增加全局數據對象的個數，增大全局數據空間的管理壓力。

本文采用基于需求的過濾機制，不增加全局數據空間復雜性，通過對發布數據的內容過濾，降低冗余數據額外產生的傳輸資源和處理資源耗費。基于需求過濾機制的數據分發服務，包括需求表達、區域匹配、建立通信、數據分發4個步驟。如圖4所示。訂閱者表達其訂閱的需求信息;全局數據空間通過檢查發布者和訂閱者之間主題與QoS策略的匹配情況，為匹配者間建立關聯。數據采集終端周期性采集相關數據，并將該數據傳送到相關主題的發布者。針對與之匹配的訂閱者，發布者根據訂閱者表達的需求信息，對當前數據進行過濾處理，根據匹配結果決定是否建立連接。如果訂閱者表達的需求參數沒有改變，則對該數據進行過濾，即發布者不向該訂閱者發送該數據;否則，建立通信連接，向訂閱者進行數據分發。

需求區域是訂閱者訂閱某個主題時用于表達所感興趣信息的一個集合。以情報偵察系統中主題“偵察分隊X”為例。如圖5所示，這個主題包含地形、地貌、裝備配置類、兵力部署類等共12個參數。訂閱者A、B、C均訂閱了主題“偵察分隊X”。系統的訂閱者A對該主題的參數（地形、地貌）感興趣，這2個參數構成訂閱者A的需求區域，描述為區域A;系統的訂閱者B對該主題的裝備配置類7個參數感興趣，這7個參數構成訂閱者B的需求區域，描述為區域B;系統的訂閱者C對該主題的兵力部署類3個參數感興趣，這3個參數構成訂閱者C的需求區域，描述為區域C。

三、實驗

本文以OpenDDS[8]為基礎構建測試環境，通過在定義主題的IDL文件中定義感興趣的參數為關鍵值，以支持訂閱者對需求區域的表達。本文搭建測試網絡拓撲如圖6所示，驗證對上述基于需求過濾機制數據分發服務的性能改進情況。在局域網下各終端都采用TCP實現可靠的數據傳輸保證。訂閱者A、B、C所訂閱的需求區域分別為A、B、C。發布者每秒發送數據（主題為“偵察分隊X”）一次，其中需求區域A、B、C發生數據更新的概率分別為0.2、0.4、0.6。

測試結果如圖7所示。若采用傳統的數據分發服務，情報發布者每秒向3個訂閱者發送的情報數據共3個，則T秒時共發送數據包數量為3T個。若采用基于需求過濾機制的數據分發服務，則情報發布者每秒向3個訂閱者發送的情報數據共（0.2+0.4+0.6）=1.2個， T秒時共發送數據包數量為1.2T個。實驗結果與分析相符。可見，通過采用需求過濾機制，發布數據包的數量由1500減少到600，減少了（1500-600）/1500*100=60（%）的發送數據。

測試結果表明，通過需求過濾機制的應用，數據分發服務能有效降低發布與訂閱冗余數據包的數量，減少網絡帶寬的浪費和訂閱者額外的處理資源消耗，提高數據分發效率。

四、結束語

本文結合情報偵察系統數據分發的要求，提出將數據分發服務應用到情報偵察系統的設計思路，同時根據系統應用的特點對數據分發服務基于需求過濾機制進行了應用改進，并對改進效果進行了測試驗證。實驗結果表明，數據分發服務適合于情報偵察系統的集成，需求過濾能有效提高數據分發的效率。

參? 考? 文? 獻

[1]李鵬偉，楊海濤.DDS在偵察情報系統中的應用研究[J].指揮與控制學報，2015，F1（1）：F68-71.

[2]蔡凌峰，孫勇成，鄭宇杰. 情報、監視、偵察一體化系統架構[J].指揮信息系統與技術，2014，5（6）：66-71，82.

[3]周威，張智海.基于DDS的偵察情報分發系統設計與仿真[J].裝備學院學報，2013，24（4）：94-98.

[4]SCHMIDT D C，CORSARO A.Addressing the challenges of tactical information management in net-centric systems with DDS[EB/OL].2012-04-05.http：//www.cs.wustl.edu/～schmidt/PDF/CrossTalk-2008-final.pdf.

[5]OMG.Data distribution service for real-time systems version 1.2 [EB/OL].2014-07-11.http：//www.omg.org/spec/DDS/1.2/.2007.

[6]孫文俊，馮燕，張宏宇.基于DDS 的實時信息交換平臺研究[J].指揮信息系統與技術，2011，2（1）：49-53.

[7] 周瑩.受限帶寬環境下實時數據分發服務傳輸優化技術研究[D].武漢.武漢數字工程研究所，2016.

[8]Object Computing，Inc..OpenDDS Developers Guide[Z].2009.