直升机通用型数据链网络规划管理研究

徐 双,张 伟,顾 杭

(中国直升机设计研究所,江西 景德镇 333000)

1 发展现状分析

未来战争是信息化战争,未来战场是数字化战场。数据链系统能够将战场上的指挥中心、各级指挥所、各参战部队和武器平台相链接。 构成一体化的数字信息网络[1]。 数据链网络规划与管理系统是数据链系统的重要组成部分[1]。 为了更好地保障数据链系统稳定可靠运行,支撑未来的联合战役信息作战,对未来数据链网络规划与管理系统发展建设提出了更高的能力要求[2]。 在数据链网络管理方面,各种数据链的管理方式多种多样,各管各自的数据链网络,形成烟囱式数据链管理系统,难以实施综合管理。

目前,Link16 和Link11 分别实现了网络设计和管理的基本功能,虽在数据链装备改进完善科研中做了一些工作,但尚不具备两链统一规划设计能力主要表现在以下几点:

(1)缺乏统一的路由策略,链间转发只能在平台进行,无法实现多型数据链间的消息自动转发,无法保证业务的连续性和实现无缝连接的目标。

(2)缺乏对数据链业务运行状态、业务流量、业务质量的有效监视手段,缺乏对数据链业务的性能统计,无法进行数据链网络对业务承载状态的有效评估。 对网络分析能力不足,虽然能够监视到数据链网络的状态信息,但缺乏对网络负荷、时延、吞吐量、连通性等网络质量数据的融合处理和有效分析,影响恶劣条件下系统网络可用性。

(3)缺乏数据链网络的在线诊断及自检手段。 未实现通信资源数据共享机制和统一管理,未提供统一的通信资源视图。 缺系统的可测试性和可维护性有待提高。

因此,为提高数据链通信网络“可看、可管、可控”的管理需求,实现多链路网络的统一组织规划、综合组网应用及多链路网络的无缝连接,需构建功能强大、自动化程度和管理效率高的数据链网络规划与管理系统[3]。 本文以Link16 和Link11 组成的数据链系统为例提出了直升机通用型数据链网络规划管理的研究。

通过上述分析,笔者在已有数据链网络规划与管理体制下,统筹考虑多种数据链网络组织应用需求,进一步提高数据链网络规划管理技术与应用整体水平,简化规划参数与操作流程,提高直升机数据链网络中心战和信息化作战通信保障能力,主要方法有:(1)建立多种数据链网络通信组织规划模型,优化频率组织规划能力;(2)提供多型数据链统一转发规则定制功能,形成多种数据链综合组网能力;(3)提供统一路由策略功能,实现多型数据链间的消息自动转发,保证业务的连续性和稳定性,实现无缝连接的目标。

2 系统设计

2.1 网络规划设计

网络规划管理系统的规划设计需要根据任务目标、参战平台、编队信息、地面保障、武器打击、传感器协同等作战规划信息综合分析,分析任务过程中的通信需求,明确通信关系、要求和约束条件。

根据任务行动中的通信关系、需求和约束等描述,结合航线信息、地形气象信息、平台机动特性、链路配备、通信入网要求、情报传输规则、网络或节点优先级等参数和约束进行通用数据链发展型的规划设计,主要包括如下几个方面:(1)网络拓扑架构设计。 根据地形气象条件、参与平台的任务航线、通信任务需求等要素,完成链路的选型与网络拓扑架构的设计,明确空中骨干网络的基本架构设计以及任务过程总的网络拓扑变化情况。 (2)链路应用方案设计。 根据网络拓扑架构需求,进行链路的选择与组织设计,明确链路成员以及基本组织关系。 (3)指配与协调算法。 为不同的链路规划通信频率,满足全局电磁兼容的使用需求。 根据链路使用方案进行链路参数的规划设计,为各链路的成员进行工作参数规划,为不同角色的平台进行通信资源的分配。 对网络边缘的网关节点进行参数规划设计,满足链间互联、互通的应用需求。

2.2 动态网络管理设计

通用数据链发展型系统规模大,网络结构多样,且需要支持动态地将来自不同地点的机载节点,以一定的形式自组织成一个或多个节点集。 同样,通用数据链发展型的管理结构也必须具备持续动态地将这些节点提供的服务自组成一个整体,维持网络管理的能力,主要包括:(1)网络管理系统具备实时收集网络运行状态、网络性能、网络访问数据等功能,包括骨干网络、本地接入子网以及其他节点接入子网等。 支持以可视化的形式展现给网络管理人员,显示整个网络中的各种系统资源的状态以及相互之间的连接状况。 (2)网络管理系统自动监测网络运行状态以及网络性能满足情况,并通过这些指标来判断QoS 需求是否得到满足,进一步判定是否需要调整当前网络运行策略来适应网络状态的变化。 网络管理系统需要及时对网络拓扑结构变化作出自适应调整,支持系统为特定业务传输提供可靠的QoS 保证。 (3)网络管理功能将根据当前网络运行策略,以及从上级/对等网络管理系统(如地面网管中心/区域组网中心)接收到的网络运行策略更新请求信息,实时产生网络管理信息,发送至本地或远程网管代理模块,执行网络管理任务。 (4)网络管理系统支持从链路层以下感知节点的移动和由此引发的拓扑结构变化,并与其他网络管理模块实施信息交互,从而最终实现节点加入、节点退出、节点移动、越区切换等一系列网络管理过程,提供适合于拓扑结构动态变化、网络分割/融合和节点自主加入/离开的管理能力。(5)在机动平台跨越骨干网上不同接入节点支持的接入子网或在地面接入节点和通用数据链发展型之间进出时,网络管理系统应具备实施实时的数据链切换控制,实现不间断的数据通信,确保指挥连续的能力。

3 系统组成与主要功能

通用数据链网络规划与管理系统的组成,如图1所示。 将任务使用需求转化成Link16 或Link11 网络结构,并为系统中每一个成员设计唯一的组网参数,通过现有平面通信网、介质或系统自身的通信能力,将初始化数据分布到数据链设备所在地,并对设备加载,对系统运行状态和网络结构进行监视和管理[2]。 在网络结构发生变化,尤其是承担有网络责任的端机性能下降、毁坏等情况下无法继续行使网络责任时,能自动或人工干预调控,保证系统正常有效地运行或降级使用。根据用户的位置、环境、作战任务等方面变化而引起的资源需求变化,动态对数据链的资源进行分配与调整。使用基本的参数,动态获取网络资源,实现规划外成员的随遇动态入网。 对数据链的链路负荷、信道质量、连通性、在网率进行监测、分析,根据监测、分析的结果为用户的信息应用提供实时、有效的数据链QoS 服务。

图1 通用数据链网络规划与管理系统组成

数据链网络规划规划子系统主要完成Link16,Link11 等多个数据链的统一设计与规划、统一调配资源、统一规划频率资源、统一规划多链转发节点,为参与平台规划统一的组网参数。

数据链网络监视管理子系统主要完成多个Link16,Link11 等多个数据链的统一监视与管理,提供统一的表示、操作界面,实现对多个数据链网络的运行状态的监视,并在状态监视基础上对其进行动态管理。实现多链间的转发节点状态监视、转发节点调整、信息转发管理、流量监测等功能。

初始化数据分发加载子系统主要将网络设计规划的初始化参数通过地面网络、介质、注入设备完成分发并加载到各个数据链设备。

数据链网络QoS 服务保障子系统主要完成数据链的链路负荷、时延、吞吐量、连通性等方面的实时监测分析,通过监测分析结果和作战任务的要求,动态调整数据链的系统特征参数,保障的鲁棒性和信息的可用性,为数据链用户提供实时、高效的数据链QoS 服务。

4 系统工作流程

通用数据链网络规划与管理系统的工作流程通常分为需求收集、任务分解、网络设计与规划、网络运行监视与管理等过程。 当有了作战计划,各种场景需求时,通过将任务分解,将各型数据链进行统一的设计与规划,从而实现对网络状态的可控。 参与平台根据行动命令、计划、指示等文件对任务进行规划制定行动预案,流程图如图2 所示。 规划设计辅助软件通过自动采集和人工录入相结合的方式,从行动预案中分析提取数据链网络保障的需求数据,作为任务需求分解的入口参数。

接收到任务后,利用任务需求分解软件根据各参战平台的数据链可用情况、任务需求、指挥结构和关系以及地面平台的部署状态,确定多链综合应用条件下的网络拓扑结构,分解产生Link16,Link11 的通信保障需求。

通过网络设计规划工作站接收任务需求分解的通信保障需求结果,解析出Link16 和Link11 通信需求参数,进行网络设计与通信规划,为各参与成员分配网络资源和系统组网工作参数,生成两链设备初始化参数文件,通过数据链网络监视管理工作站、初始化数据分配设备、初始化注入设备下发加载到各平台的数据链设备以及地面支撑系统相关设备,完成初始化后实现组网工作。

数据链监视管理工作站对Link16,Link11 数据链的运行状态进行统一的监视、管理,实现网络状态监视、资源动态分配、链间转发管理等功能,为用户提供有效的QoS 服务保障,维持Link16,Link11 数据链正常、高效的运行。

5 结语

以往的直升机上通信接收到的多链路数据全部输出给显示终端,输出给终端很多冗余信息,对网络通信资源的占用较大,显示终端的显示处理也较为复杂。本文研究的网络规划与管理系统可以实现多种数据链的集成统一,通过对多数据链网络进行妥善控制与管理,综合调度和充分使用数据链资源,同时通过对各种数据链路的网络状态监控、链路质量监控,可以为通信系统选择相较而言链路通信质量高的链路。

不同通信链路的信息类型、使用范围、传输延时、传输距离和抗干扰性能等方面各不相同,用一种数据链不能简单地代替其他数据链。 使用多种数据链可以起到取长补短、互为备份和提高抗毁性的作用。 因此,多数据链的共存和综合应用是必然的和必需的[3]。 从系统复杂性考虑,直升机通信系统同时接入多种数据链时,如何打破各型数据链间的壁垒,是各型数据链协同高效地工作,就是本文主要研究的方向。 网络规划系统的研究可以为未来信息化联合作战提供理论支撑。