劉曉鋒，崔宗星

（中國電子科技集團(tuán)公司第20研究所，西安 710068）

0 引言

信息化作戰(zhàn)中，作戰(zhàn)態(tài)勢瞬息萬變；作戰(zhàn)節(jié)奏轉(zhuǎn)換迅速；作戰(zhàn)區(qū)域趨向廣闊，指揮控制也逐步延伸到全球范圍[1]。衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈利用衛(wèi)星鏈路作為傳輸媒介，對數(shù)據(jù)鏈消息進(jìn)行加工與處理實(shí)現(xiàn)信息增值，提供面向各作戰(zhàn)單元的信息交鏈，滿足廣域范圍的作戰(zhàn)需求。隨著聯(lián)合作戰(zhàn)中指揮控制對消息時延、送達(dá)率及信道容量提出更高的要求，迫切需研究衛(wèi)星鏈路信息分發(fā)處理技術(shù)，既要考慮異構(gòu)衛(wèi)星體制的技術(shù)特征，又要保證數(shù)據(jù)鏈消息快速可靠地送達(dá)，滿足消息QoS保障需求。服務(wù)質(zhì)量QoS主要指標(biāo)包括時延、丟包率及吞吐量[2]。本文主要圍繞多衛(wèi)星鏈路消息分發(fā)處理機(jī)制展開研究。

1 衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈消息分發(fā)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈消息分發(fā)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈消息源能夠依據(jù)作戰(zhàn)應(yīng)用產(chǎn)生數(shù)據(jù)鏈消息。消息分發(fā)處理是依據(jù)衛(wèi)星信道的速率、鏈路質(zhì)量等特征對數(shù)據(jù)鏈消息進(jìn)行處理，主要技術(shù)手段包括：拓?fù)潢P(guān)系維護(hù)、鏈路質(zhì)量統(tǒng)計(jì)、消息協(xié)議轉(zhuǎn)換、消息發(fā)送控制等，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)消息與衛(wèi)星鏈路適配，提高信道利用率，滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用指標(biāo)需求。消息分發(fā)處理還具備適應(yīng)不同衛(wèi)星鏈路的能力。下面介紹消息分發(fā)機(jī)制設(shè)計(jì)過程。

圖1 衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈消息分發(fā)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 成員狀態(tài)表建立與維護(hù)

首先，解析規(guī)劃文件，提取本次作戰(zhàn)任務(wù)中參與成員數(shù)目、成員ID、衛(wèi)星信道類型等信息，組成拓?fù)潢P(guān)系表中的數(shù)據(jù)元素。其次，依據(jù)收到的網(wǎng)管消息判定成員在網(wǎng)/不在網(wǎng)狀態(tài)。每個成員都維護(hù)一張全網(wǎng)成員狀態(tài)表，具體見表1所示。

表1 成員狀態(tài)

常用衛(wèi)星通信鏈路性能指標(biāo)包括：比特誤碼率（BER）、鏈路信噪比（C/N0），影響著衛(wèi)星通信鏈路服務(wù)質(zhì)量[3]。本文的鏈路質(zhì)量以60秒滑窗消息送達(dá)率Plq為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)以60秒周期統(tǒng)計(jì)某個成員收到的網(wǎng)內(nèi)其他成員周期廣播發(fā)送狀態(tài)類消息數(shù)目為Crecv。從規(guī)劃文件中獲取60秒周期各在網(wǎng)成員實(shí)際發(fā)送的消息數(shù)目Csend，消息的送達(dá)率計(jì)算公式：

對狀態(tài)類消息送達(dá)率Plq進(jìn)行等級劃分，從而將鏈路質(zhì)量劃分為優(yōu)、良、中、差、無報(bào)告五個等級，消息送達(dá)率與鏈路質(zhì)量之間映射關(guān)系如表2所示。

表2 消息送達(dá)率與鏈路質(zhì)量映射關(guān)系

3 消息協(xié)議轉(zhuǎn)換

依據(jù)衛(wèi)星信道幀格式、通信體制、信道容量等技術(shù)要素對應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。衛(wèi)星信道協(xié)議幀格式如表3所示。

表3 衛(wèi)星信道協(xié)議幀格式

消息協(xié)議轉(zhuǎn)換處理流程如圖2所示。收到業(yè)務(wù)消息先對其進(jìn)行解碼處理，提取組建衛(wèi)星幀所需的數(shù)據(jù)項(xiàng)。然后根據(jù)長度決定是否進(jìn)行分包處理，再依據(jù)衛(wèi)星幀格式對消息進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星信道的協(xié)議適配。

圖2 消息協(xié)議轉(zhuǎn)換處理流程

4 鏈路選擇

在實(shí)際應(yīng)用中，存在著多個衛(wèi)星鏈路能夠滿足業(yè)務(wù)傳輸需求，因此需根據(jù)業(yè)務(wù)的特征和鏈路質(zhì)量等因素選擇其中的一路或多路作為發(fā)送鏈路。首先以20秒為周期統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)生成的平均速率（Kbps/s）然后將其與各信道速率相比，得到兩者的比率R（取整）。當(dāng)R小于等于1時，在同類信道中選擇鏈路質(zhì)量高的信道作為發(fā)送鏈路。若存在N路同等鏈路質(zhì)量且消息均可達(dá)的鏈路時，按照1/N概率隨機(jī)選取其中一路作為發(fā)送鏈路。當(dāng)R大于1時，選擇鏈路質(zhì)量位次在前R的信道作為發(fā)送鏈路。具體處理流程如圖3所示。

對于尋址類消息，還需判定消息的可達(dá)性。查找成員狀態(tài)表，發(fā)送平臺與目的平臺不存在連通關(guān)系或不在網(wǎng)內(nèi)，向應(yīng)用系統(tǒng)上報(bào)發(fā)送不成功的原因。

圖3 鏈路選擇信息流程

5 消息發(fā)送控制

5.1 消息生命周期管理

對于時效性要求高的業(yè)務(wù)消息，周期計(jì)算該類消息出入隊(duì)列的時間差T，如果時間T大于標(biāo)準(zhǔn)時延，則丟棄該消息并上報(bào)應(yīng)用系統(tǒng)；如果時間小于等于T，則消息進(jìn)入發(fā)送處理流程。

5.2 消息優(yōu)先級發(fā)送控制

將業(yè)務(wù)消息分為高、中、低三個優(yōu)先級，并依據(jù)優(yōu)先級創(chuàng)建不同的隊(duì)列。當(dāng)有新業(yè)務(wù)產(chǎn)生時，依據(jù)消息類型插入不同的隊(duì)列。在業(yè)務(wù)向衛(wèi)星鏈路發(fā)送時，按照高、中、低概率為3:2:1的比例隨機(jī)選出要發(fā)送消息的優(yōu)先級，處理流程如圖4所示。若選擇發(fā)送的優(yōu)先級為高時，則掃描高優(yōu)先級消息隊(duì)列，隊(duì)列不為空在消息生命周期有效時，取出最大排隊(duì)時延的消息。隊(duì)列為空則按照先中優(yōu)先級后低優(yōu)先級的排序從隊(duì)列中選出發(fā)送的數(shù)據(jù)；若選擇發(fā)送的優(yōu)先級為中時，隊(duì)列不為空時處理同高優(yōu)先級。隊(duì)列為空時，隊(duì)列查找順序?yàn)橄雀吆蟮停贿x擇發(fā)送的優(yōu)先為低時，隊(duì)列為空時，查找順序?yàn)橄雀吆笾小?/p>

圖4 消息優(yōu)先級選擇流程

5.3 重發(fā)機(jī)制

對于需應(yīng)答的尋址類消息，在業(yè)務(wù)發(fā)送時同時將該消息保存在重發(fā)隊(duì)列中，如果在設(shè)定的時間閾值（20秒）下沒有收到對端平臺的應(yīng)答消息，則進(jìn)行重發(fā)處理，最大重發(fā)兩次。當(dāng)發(fā)送三次后，還沒有收到應(yīng)答消息，則將消息不發(fā)送成功的狀態(tài)上報(bào)應(yīng)用系統(tǒng)。具體實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

6 多衛(wèi)星鏈路消息分發(fā)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

多衛(wèi)星鏈路消息分發(fā)機(jī)制已應(yīng)用在某型衛(wèi)星控制設(shè)備中，硬件采用商用的信息處理板，軟件采用Qt+Vx?works總體設(shè)計(jì)架構(gòu)。Qt主要負(fù)責(zé)圖形化界面的開發(fā)，完成參數(shù)信息的顯示及信息的輸入。Vxworks實(shí)現(xiàn)成員狀態(tài)表的建立和維護(hù)、消息協(xié)議轉(zhuǎn)換、鏈路選擇、消息發(fā)送控制等功能，主要功能信息流程如圖2~圖5所示。其中界面與后臺采用消息隊(duì)列的通信機(jī)制。

圖5 消息重發(fā)機(jī)制實(shí)現(xiàn)流程

7 結(jié)語

本文所提出多衛(wèi)星鏈路消息分發(fā)機(jī)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能夠滿足應(yīng)用系統(tǒng)對業(yè)務(wù)消息QoS的要求，綜合利用連通關(guān)系矩陣、衛(wèi)星鏈路質(zhì)量等要素，采用消息優(yōu)先級和生命周期管理、重發(fā)機(jī)制等多重技術(shù)手段，同時對業(yè)務(wù)消息進(jìn)行差異化處理，保證消息快速可靠送達(dá)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)消息與衛(wèi)星信道的適配，滿足實(shí)際工程需求。

參考文獻(xiàn)：

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