閆瑞軍

【摘要】? ? 針對情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)的要求，提出將數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)應(yīng)用到情報(bào)偵察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)基于需求過濾機(jī)制對數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)適合于情報(bào)偵察系統(tǒng)的集成，需求過濾機(jī)制能有效提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。

【關(guān)鍵詞】? ? 情報(bào)偵察系統(tǒng)? ? 數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)? ? 發(fā)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(bào)偵察系統(tǒng)依托強(qiáng)大的信息網(wǎng)絡(luò)，集偵察監(jiān)視、情報(bào)處理、信息融合和分發(fā)應(yīng)用為一體，借助各類傳感器、攝像頭、雷達(dá)、衛(wèi)星等多種探測手段獲取各種目標(biāo)信息，連接偵察衛(wèi)星、飛機(jī)、艦艇、偵察部隊(duì)和各情報(bào)部門等多種偵察探測裝備和各級情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)，快速獲取、實(shí)時(shí)發(fā)布天文、地理、水文、設(shè)施架設(shè)、人力部署等多維態(tài)勢信息?；谇閳?bào)偵察系統(tǒng)，各兵種、各部門作戰(zhàn)人員可以全面、迅速、準(zhǔn)確地掌握統(tǒng)一敵我態(tài)勢信息。情報(bào)偵察系統(tǒng)為聯(lián)合作戰(zhàn)指揮決策、部隊(duì)作戰(zhàn)行動、聯(lián)合火力打擊和防空作戰(zhàn)等提供可靠及時(shí)的信息支持和情報(bào)保障[1][2]。

在情報(bào)偵察系統(tǒng)中，偵察探測裝備種類繁多、數(shù)量大、狀態(tài)更新快，各情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)平臺多樣，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和接口不統(tǒng)一，各軍兵種信息系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。偵察探測裝備和情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)存在不確定性，隨時(shí)可能加入或者退出系統(tǒng)。情報(bào)信息種類眾多，包括文字、圖片、視頻等。由于工作身份、運(yùn)行場景等原因，各情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)感興趣的情報(bào)信息也不同，需要及時(shí)按需獲取情報(bào)信息，這些都對情報(bào)偵察系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分發(fā)提出了更高要求[3][4]。

1）支持異構(gòu)環(huán)境互操作。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，決定了系統(tǒng)在平臺和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性方面存在很大挑戰(zhàn)。

2）支持動態(tài)聯(lián)合。由于作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)單元的不確定性，要求各情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)、偵察探測裝備可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)、無縫的信息聯(lián)盟。

3）即時(shí)信息按需共享。根據(jù)作戰(zhàn)需求，確保在正確的時(shí)間把正確的數(shù)據(jù)傳遞到正確的地點(diǎn)。在戰(zhàn)場通信的復(fù)雜環(huán)境下，面臨著弱連接、不穩(wěn)定、低帶寬的惡劣通信條件，如何保證情報(bào)數(shù)據(jù)分發(fā)的可靠性和實(shí)時(shí)性，是情報(bào)偵察系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2004年12月，針對分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互需求，憑借在信息管理、網(wǎng)絡(luò)、分布式、實(shí)時(shí)和關(guān)鍵性任務(wù)系統(tǒng)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，對象管理組織OMG發(fā)布了數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)規(guī)范Data Distribution Service（DDS）1.0版本。2007年1月發(fā)布了DDS 1.2版本[5]。以數(shù)據(jù)為中心，DDS基于發(fā)布-訂閱機(jī)制，提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)QoS控制策略，實(shí)現(xiàn)了分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、可靠、高效分發(fā)，能夠被廣泛應(yīng)用于國防、航空、工業(yè)自動化、分布控制、分布仿真、機(jī)器人、電信等多個(gè)領(lǐng)域[6][7]。

本文通過對DDS進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)DDS適用于情報(bào)偵察系統(tǒng)的集成，同時(shí)提出一種基于需求的主題過濾機(jī)制，訂閱者通過更細(xì)致地表達(dá)其情報(bào)需求，從而減少訂閱信息分發(fā)產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載和訂閱者信息處理的額外消耗，并將構(gòu)建的數(shù)據(jù)分發(fā)平臺應(yīng)用到情報(bào)偵察系統(tǒng)的集成中。

一、情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)

伴隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展，各類偵察探測設(shè)備和情報(bào)處理系統(tǒng)變得日趨龐大、復(fù)雜，情報(bào)偵察系統(tǒng)旨在提供一種與平臺、位置無關(guān)、可擴(kuò)展的、集偵察監(jiān)視、情報(bào)處理、信息融合和分發(fā)應(yīng)用為一體的集成體系架構(gòu)，使情報(bào)發(fā)布者和訂閱者在空間上、時(shí)間上、功能上解除耦合，實(shí)現(xiàn)各類情報(bào)資源的高效共享和快速整合。

結(jié)合情報(bào)偵察系統(tǒng)的應(yīng)用需求，本文以數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)為基礎(chǔ)，集成多類數(shù)據(jù)采集終端和多種作戰(zhàn)單元情報(bào)處理系統(tǒng)，屏蔽各類數(shù)據(jù)采集終端、情報(bào)處理系統(tǒng)的硬件平臺和操作系統(tǒng)差異，通過數(shù)據(jù)分發(fā)平臺提供滿足各類情報(bào)服務(wù)質(zhì)量需求的傳輸保證。如圖1所示。

情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，為各類情報(bào)數(shù)據(jù)構(gòu)建相關(guān)主題，基于全局空間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)布和訂閱，以簡化數(shù)據(jù)收發(fā)雙方的交互過程，提高網(wǎng)絡(luò)通信效率。

各類數(shù)據(jù)采集終端采集和解析數(shù)據(jù)，（作為發(fā)布者）發(fā)布情報(bào)數(shù)據(jù)，為各類情報(bào)處理系統(tǒng)提供情報(bào)信息來源;（作為訂閱者）訂閱相應(yīng)的情報(bào)偵察指令并按需開展相應(yīng)的情報(bào)收集工作。各類情報(bào)處理系統(tǒng)（作為訂閱者）訂閱各類情報(bào)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)融合處理和分析形成綜合態(tài)勢;（作為發(fā)布者）按照情報(bào)偵察計(jì)劃發(fā)布情報(bào)偵察指令，以利用各類偵察探測終端獲取情報(bào)信息。情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)通信模型，如圖2所示。通過數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)平臺，數(shù)據(jù)發(fā)布者將數(shù)據(jù)發(fā)送到全局?jǐn)?shù)據(jù)空間中;數(shù)據(jù)訂閱者若需要相關(guān)數(shù)據(jù)信息，則到全局?jǐn)?shù)據(jù)空間中訂閱相關(guān)主題，然后監(jiān)聽接收所需要的數(shù)據(jù)。由此，情報(bào)偵察系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了情報(bào)數(shù)據(jù)的采集、解析、發(fā)布、訂閱、數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用。各系統(tǒng)均能根據(jù)各自的需求訂閱所需數(shù)據(jù)，減弱了發(fā)布者與訂閱者間的關(guān)聯(lián)，增強(qiáng)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和可擴(kuò)展性，提升了用戶使用的便利性。

為了保證服務(wù)質(zhì)量，可以充分利用數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)所提供的應(yīng)用級服務(wù)質(zhì)量支持，通過設(shè)置相關(guān)的QoS參數(shù)，在發(fā)布者和訂閱者之間建立QoS約定，以滿足系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量要求。

二、基于需求過濾的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)

為提升情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)的效率，本文提出一種基于需求過濾的數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制。系統(tǒng)訂閱者通過更細(xì)粒度地表達(dá)自己的訂閱需求，減弱發(fā)布者與訂閱者間的關(guān)聯(lián)，從而減少發(fā)布者與訂閱者間的數(shù)據(jù)交互。

在數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)中，我們使用一個(gè)自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述主題，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中通常包括多個(gè)參數(shù)，用于描述主題的多個(gè)細(xì)節(jié)信息。本文以情報(bào)偵察系統(tǒng)中主題“偵察分隊(duì)X”為例。這個(gè)主題包含地形、地貌、裝備配置、兵力部署等多個(gè)參數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端采集數(shù)據(jù)時(shí)，這些主題參數(shù)并非都會發(fā)生改變，如地形、地貌等參數(shù)會保持不變。對于傳統(tǒng)的訂閱方式，數(shù)據(jù)采集終端每次采集數(shù)據(jù)后，都會將主題數(shù)據(jù)發(fā)送給各個(gè)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(shù)）感興趣，就會導(dǎo)致此類訂閱者收到的數(shù)據(jù)變得冗余，造成網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費(fèi)和訂閱者額外的處理資源消耗。若為各個(gè)感興趣的細(xì)節(jié)參數(shù)分別構(gòu)建主題，則會大大增加全局?jǐn)?shù)據(jù)對象的個(gè)數(shù)，增大全局?jǐn)?shù)據(jù)空間的管理壓力。

本文采用基于需求的過濾機(jī)制，不增加全局?jǐn)?shù)據(jù)空間復(fù)雜性，通過對發(fā)布數(shù)據(jù)的內(nèi)容過濾，降低冗余數(shù)據(jù)額外產(chǎn)生的傳輸資源和處理資源耗費(fèi)。基于需求過濾機(jī)制的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，包括需求表達(dá)、區(qū)域匹配、建立通信、數(shù)據(jù)分發(fā)4個(gè)步驟。如圖4所示。訂閱者表達(dá)其訂閱的需求信息;全局?jǐn)?shù)據(jù)空間通過檢查發(fā)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(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)采集終端周期性采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳送到相關(guān)主題的發(fā)布者。針對與之匹配的訂閱者，發(fā)布者根據(jù)訂閱者表達(dá)的需求信息，對當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾處理，根據(jù)匹配結(jié)果決定是否建立連接。如果訂閱者表達(dá)的需求參數(shù)沒有改變，則對該數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，即發(fā)布者不向該訂閱者發(fā)送該數(shù)據(jù);否則，建立通信連接，向訂閱者進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)。

需求區(qū)域是訂閱者訂閱某個(gè)主題時(shí)用于表達(dá)所感興趣信息的一個(gè)集合。以情報(bào)偵察系統(tǒng)中主題“偵察分隊(duì)X”為例。如圖5所示，這個(gè)主題包含地形、地貌、裝備配置類、兵力部署類等共12個(gè)參數(shù)。訂閱者A、B、C均訂閱了主題“偵察分隊(duì)X”。系統(tǒng)的訂閱者A對該主題的參數(shù)（地形、地貌）感興趣，這2個(gè)參數(shù)構(gòu)成訂閱者A的需求區(qū)域，描述為區(qū)域A;系統(tǒng)的訂閱者B對該主題的裝備配置類7個(gè)參數(shù)感興趣，這7個(gè)參數(shù)構(gòu)成訂閱者B的需求區(qū)域，描述為區(qū)域B;系統(tǒng)的訂閱者C對該主題的兵力部署類3個(gè)參數(shù)感興趣，這3個(gè)參數(shù)構(gòu)成訂閱者C的需求區(qū)域，描述為區(qū)域C。

三、實(shí)驗(yàn)

本文以O(shè)penDDS[8]為基礎(chǔ)構(gòu)建測試環(huán)境，通過在定義主題的IDL文件中定義感興趣的參數(shù)為關(guān)鍵值，以支持訂閱者對需求區(qū)域的表達(dá)。本文搭建測試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D6所示，驗(yàn)證對上述基于需求過濾機(jī)制數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)的性能改進(jìn)情況。在局域網(wǎng)下各終端都采用TCP實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸保證。訂閱者A、B、C所訂閱的需求區(qū)域分別為A、B、C。發(fā)布者每秒發(fā)送數(shù)據(jù)（主題為“偵察分隊(duì)X”）一次，其中需求區(qū)域A、B、C發(fā)生數(shù)據(jù)更新的概率分別為0.2、0.4、0.6。

測試結(jié)果如圖7所示。若采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，情報(bào)發(fā)布者每秒向3個(gè)訂閱者發(fā)送的情報(bào)數(shù)據(jù)共3個(gè)，則T秒時(shí)共發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)量為3T個(gè)。若采用基于需求過濾機(jī)制的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，則情報(bào)發(fā)布者每秒向3個(gè)訂閱者發(fā)送的情報(bào)數(shù)據(jù)共（0.2+0.4+0.6）=1.2個(gè)， T秒時(shí)共發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)量為1.2T個(gè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析相符?？梢?，通過采用需求過濾機(jī)制，發(fā)布數(shù)據(jù)包的數(shù)量由1500減少到600，減少了（1500-600）/1500*100=60（%）的發(fā)送數(shù)據(jù)。

測試結(jié)果表明，通過需求過濾機(jī)制的應(yīng)用，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)能有效降低發(fā)布與訂閱冗余數(shù)據(jù)包的數(shù)量，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費(fèi)和訂閱者額外的處理資源消耗，提高數(shù)據(jù)分發(fā)效率。

四、結(jié)束語

本文結(jié)合情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)的要求，提出將數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)應(yīng)用到情報(bào)偵察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)對數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)基于需求過濾機(jī)制進(jìn)行了應(yīng)用改進(jìn)，并對改進(jìn)效果進(jìn)行了測試驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)適合于情報(bào)偵察系統(tǒng)的集成，需求過濾能有效提高數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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