雷超文,田文波,何 健,韋 杰,祝 婭

(1.上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109； 2.上海航天智能計(jì)算技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201109)

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，各類(lèi)國(guó)防系統(tǒng)均采用截然不同的通信網(wǎng)絡(luò)，如CAN總線(xiàn)，RS422總線(xiàn)等[1]。而隨著航天領(lǐng)域新概念新技術(shù)的不斷運(yùn)用和作戰(zhàn)理念的不斷更新，未來(lái)基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的聯(lián)合作戰(zhàn)、跨域作戰(zhàn)將成為我國(guó)國(guó)防體系建設(shè)的必然要求，這也對(duì)我國(guó)海、陸、空、天各型設(shè)備的互聯(lián)互通互操作提出了更高要求。

天基平臺(tái)可以綜合利用星間、星地?cái)?shù)據(jù)鏈路傳輸信道，將從太空到空中、海面、陸地的察打一體能力實(shí)現(xiàn)無(wú)縫一體化、全覆蓋。星上傳感器處理生成的情報(bào)數(shù)據(jù)可以經(jīng)由天基平臺(tái)直接進(jìn)行跨域傳輸，地面指令信息也可通過(guò)天基平臺(tái)進(jìn)行直接回傳，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全域聯(lián)合作戰(zhàn)的指揮控制、情報(bào)偵查與武器協(xié)同[2]。

綜上所述，面對(duì)未來(lái)作戰(zhàn)空間急劇膨脹、戰(zhàn)場(chǎng)決策因素爆發(fā)式增長(zhǎng)，天基平臺(tái)以其空間位置優(yōu)勢(shì)，可以將衛(wèi)星、地面指控中心與武器平臺(tái)更好、更快捷地聯(lián)合起來(lái)[3]。在和平時(shí)期，天基信息系統(tǒng)能夠在全球范圍內(nèi)綜合利用各類(lèi)偵查衛(wèi)星形成情報(bào)信息，針對(duì)高威脅的戰(zhàn)略目標(biāo)進(jìn)行全天候監(jiān)控，并利用信息分發(fā)系統(tǒng)將信息及時(shí)回傳至地面，為地面指控平臺(tái)的決策提供依據(jù)[4]。在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，天基多域信息分發(fā)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)海陸空天等多兵種數(shù)據(jù)的跨域傳輸。利用天基多域信息分發(fā)系統(tǒng)，情報(bào)偵查信息可以快速回傳至地面指控中心。而指控命令也可經(jīng)由本系統(tǒng)快速傳輸至武器平臺(tái)，引導(dǎo)武器系統(tǒng)精確打擊敵方目標(biāo)。

但由于各自采用的通信協(xié)議和硬件平臺(tái)不盡相同，目前各軍兵種武器平臺(tái)、指控中心與天基平臺(tái)無(wú)法做到互聯(lián)互通[5-6]。因此，如何打通各平臺(tái)間的通信壁壘將成為實(shí)現(xiàn)天基跨域數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹卮箅y題。隨著我國(guó)構(gòu)建覆蓋陸海空天的天地一體化異構(gòu)組網(wǎng)架構(gòu)，數(shù)據(jù)分發(fā)將跨多個(gè)作戰(zhàn)域、多個(gè)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)、多種傳輸體制以及不同QoS(quality of service，服務(wù)質(zhì)量)用戶(hù)需求[7]。而DDS(data distribution service，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù))技術(shù)以其數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱模型特點(diǎn)，具備在跨域聯(lián)合多樣化、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由規(guī)劃與重規(guī)劃，自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)快速運(yùn)動(dòng)與時(shí)變鏈路狀態(tài)的能力[8]。因而討論DDS技術(shù)應(yīng)用在天基多域信息分發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)上并基于國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)進(jìn)行移植具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 DDS技術(shù)

DDS(data distribution service,數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù))分布式數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)中間件協(xié)議，作為新一代分布式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，由美國(guó)海軍主導(dǎo)，2005年由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織OMG制定發(fā)布。它具備跨平臺(tái)、多態(tài)網(wǎng)絡(luò)、互操作性強(qiáng)和低時(shí)延等功能。

DDS中間件是以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱模型和數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)規(guī)范，可通過(guò)即插即用組件的方式完成相互間的通訊，不需要程序員手工編寫(xiě)點(diǎn)到點(diǎn)的連接代碼。

DDS還允許系統(tǒng)操作者在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)重新配置參數(shù)。此外，DDS還提供了大量的開(kāi)發(fā)工具，可以方便用戶(hù)記錄、分析、測(cè)試各種數(shù)據(jù)，包括這些數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的分發(fā)狀況、各個(gè)數(shù)據(jù)的QoS策略的一致性。DDS還可在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)上方便靈活地增加、減少通信節(jié)點(diǎn)[9-10]。

DDS的發(fā)布/訂閱模型提供了一個(gè)以QoS控制的虛擬共享的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間[11]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在該全局?jǐn)?shù)據(jù)空間當(dāng)中，用戶(hù)能夠以數(shù)據(jù)發(fā)布者的身份發(fā)布數(shù)據(jù)，或用數(shù)據(jù)訂閱者的身份訂閱數(shù)據(jù)。DDS允許節(jié)點(diǎn)在發(fā)布信息的同時(shí)實(shí)時(shí)地接收其所訂閱的信息[12]。

圖1 DDS全局?jǐn)?shù)據(jù)空間

DDS規(guī)范的核心是DCPS層(以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布訂閱層)[13]。DCPS層為節(jié)點(diǎn)發(fā)布和訂閱信息提供了基礎(chǔ)架構(gòu)。DCPS各實(shí)體包括域(Domain)、域參與者(Domain Participant)、數(shù)據(jù)寫(xiě)者(Data Writer)、數(shù)據(jù)讀者(Data Reader)、訂閱者(Subscriber)、發(fā)布者(Publisher)。圖2顯示了各個(gè)部分之間的關(guān)系。其中，數(shù)據(jù)按照發(fā)送端的數(shù)據(jù)寫(xiě)者(Data Writer)、發(fā)布者(Publisher)以及訂閱端的訂閱者(Subscriber)、數(shù)據(jù)讀者(Data Reader)的順序進(jìn)行傳輸[14]。

圖2 DCPS模型結(jié)構(gòu)

DDS中的每一個(gè)成員都是一個(gè)實(shí)體，DDS中，任意兩個(gè)實(shí)體之間的通信都必須通過(guò)同一個(gè)域來(lái)進(jìn)行交互。另外，在DDS中，所有的數(shù)據(jù)都帶有一個(gè)主題，主題用以區(qū)分各種不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)發(fā)布者和訂閱者之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕緟?shù)[15]。主題也可稱(chēng)之為數(shù)據(jù)，全部的這些數(shù)據(jù)共同組成了DDS的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間。在全局?jǐn)?shù)據(jù)空間中，分布式節(jié)點(diǎn)使用簡(jiǎn)單的讀寫(xiě)操作即可實(shí)現(xiàn)對(duì)這些主題數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)。DDS的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間是一個(gè)邏輯的概念，并不是存在于某一個(gè)特定的中心節(jié)點(diǎn)中。事實(shí)上，由于DDS常應(yīng)用在分布式系統(tǒng)中，因此，其全局?jǐn)?shù)據(jù)空間往往分散在各個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)之中。

此外，DDS規(guī)范還定義了23個(gè)QoS，用戶(hù)可以通過(guò)配置不同的Qos，能夠在不寫(xiě)一行代碼的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)過(guò)程的控制，極大地減小了用戶(hù)的工作量[16]。如ResourceLimits策略描述了本地有多大存儲(chǔ)空間可用于DDS配置。TimeBasedFilter策略則描述了一種基于時(shí)間的數(shù)據(jù)過(guò)濾機(jī)制。

2 天基多域信息系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)平臺(tái)與操作系統(tǒng)

2.1 天基多域信息系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)平臺(tái)

對(duì)于以天地網(wǎng)絡(luò)一體化為背景的新一代天基多域信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它要求以數(shù)據(jù)為中心，可以實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)自動(dòng)交換。這意味著任何類(lèi)型的設(shè)備必須能夠無(wú)縫、可靠地連接到通信網(wǎng)絡(luò)，隨后根據(jù)需要讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)，然后斷開(kāi)連接[17]。

新一代天基信息系統(tǒng)以數(shù)據(jù)為中心，這意味著同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備能夠彼此通信，無(wú)需通過(guò)中心信息服務(wù)器。而將DDS技術(shù)應(yīng)用于天基多域信息系統(tǒng)綜合網(wǎng)關(guān)上可以解決這一難題。

綜合網(wǎng)關(guān)是天基多域信息系統(tǒng)的核心設(shè)備之一。通過(guò)天基多域信息系統(tǒng)的綜合網(wǎng)關(guān)平臺(tái)，將不同的網(wǎng)絡(luò)連通起來(lái)，它通過(guò)信息轉(zhuǎn)化和信息傳輸，可以解決廣域范圍內(nèi)指揮所、作戰(zhàn)平臺(tái)和天基平臺(tái)之間不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、融合處理與路由分發(fā)等難題。由此可見(jiàn)，綜合網(wǎng)關(guān)需要具備高功能集成、自主數(shù)據(jù)交換和信息融合高效的能力，滿(mǎn)足天地網(wǎng)絡(luò)一體化背景下跨平臺(tái)信息傳輸與分發(fā)的需求。

基于DDS技術(shù)的綜合網(wǎng)關(guān)平臺(tái)可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)中鏈路接入和節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)機(jī)制，進(jìn)而使得設(shè)備接入與握手通信協(xié)議具備簡(jiǎn)介、高效的特點(diǎn)和自主發(fā)現(xiàn)與交換能力[18-19]。

此外，DDS的發(fā)布/訂閱機(jī)制還可以解決跨平臺(tái)、跨操作系統(tǒng)間不同類(lèi)型設(shè)備的相互通信和協(xié)作問(wèn)題。

如圖3所示，在基于DDS技術(shù)的綜合網(wǎng)關(guān)之中，能夠以主題方式，讓接入用戶(hù)自動(dòng)發(fā)布消息。主題可以統(tǒng)一制定，也可以由用戶(hù)進(jìn)行設(shè)置。此外，綜合網(wǎng)關(guān)還能夠以主題方式主動(dòng)獲取多種信息，然后進(jìn)行多元信息融合處理，再將處理后消息以新主題發(fā)布。誰(shuí)訂閱誰(shuí)使用，裝訂成相應(yīng)消息數(shù)據(jù)格式即可。

圖3 以主題為核心的發(fā)布/訂閱自主數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)

利用DDS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，節(jié)點(diǎn)接入可主動(dòng)更新。而以主題為核心的發(fā)布/訂閱方式以及不同鏈路自動(dòng)接入的特點(diǎn)，能夠解決鏈路協(xié)議多樣化、不兼容等問(wèn)題。在實(shí)現(xiàn)方式上可能存在多個(gè)處理器平臺(tái)或底層硬件平臺(tái)的差異，通過(guò)DDS與硬件無(wú)關(guān)的特性，屏蔽底層差異性。進(jìn)而滿(mǎn)足不同用戶(hù)的QoS需求。

主題可以統(tǒng)一制定，也可以由用戶(hù)關(guān)心的類(lèi)型設(shè)置。一般設(shè)計(jì)的主題類(lèi)型包括以下幾種：網(wǎng)絡(luò)管理；平臺(tái)參數(shù)；平臺(tái)狀況；目標(biāo)監(jiān)視；信息管理；指揮控制。

2.2 風(fēng)云翼輝操作系統(tǒng)

風(fēng)云翼輝(AIC-OS)嵌入式操作系統(tǒng)是有航天八院自主研制的專(zhuān)用于衛(wèi)星等航天器的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)。它具有高實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，能夠讓?xiě)?yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)高精度調(diào)度，提高軟件對(duì)衛(wèi)星各項(xiàng)功能控制的可靠性。而作為一款專(zhuān)用于航天器的操作系統(tǒng)，風(fēng)云翼輝操作系統(tǒng)還帶有豐富的航天專(zhuān)用組件，可以為星上應(yīng)用軟件提供基礎(chǔ)支撐。此外，風(fēng)云翼輝操作系統(tǒng)還兼容POSIX標(biāo)準(zhǔn)，方便不同操作系統(tǒng)軟件的移植，可以大大提高軟件的復(fù)用率。

AIC-OS嵌入式操作系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 風(fēng)云翼輝系統(tǒng)架構(gòu)

AIC-OS嵌入式操作系統(tǒng)由內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)(BSP)、中間件及第三方庫(kù)、應(yīng)用程序和相應(yīng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境組成。其內(nèi)核采用單內(nèi)核模式設(shè)計(jì)。在驅(qū)動(dòng)層完成對(duì)信息管理平臺(tái)提供的外設(shè)的讀、寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)，中間件層提供對(duì)應(yīng)用開(kāi)發(fā)有幫助的庫(kù)，如VxWorks和Qt等，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境提供開(kāi)發(fā)者具體功能應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。

風(fēng)云翼輝(AIC-OS)嵌入式操作系統(tǒng)為支持不同體系結(jié)構(gòu)的處理器，對(duì)CPU底層接口進(jìn)行了抽象，這樣移植風(fēng)云翼輝到PowerPC P1022處理器時(shí)，只需要重新實(shí)現(xiàn)P1022底層接口即可。

3 平臺(tái)適配

3.1 基于AIC-OS的DDS移植

基于AIC-OS操作系統(tǒng)的DDS移植就是在PowerPC P1022平臺(tái)上基于AIC-OS嵌入式操作系統(tǒng)，將DDS源碼編譯成動(dòng)態(tài)庫(kù)，作為中間件提供給上層應(yīng)用程序使用，實(shí)現(xiàn)基于AIC-OS嵌入式操作系統(tǒng)的DDS核心庫(kù)的移植適配，同時(shí)針對(duì)AIC-OS嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)通用DDS API接口。

基于AIC-OS嵌入式操作系統(tǒng)的DDS移植方法有以下幾種。

1)使用POSIX接口：DDS源碼中通過(guò)API接口適配層可以使用標(biāo)準(zhǔn)的POSIX接口，AIC-OS嵌入式操作系統(tǒng)完美支持POSIX接口，所以基于AIC-OS移植DDS通用API接口適配層時(shí)，直接采用POSIX接口。在編譯DDS通用API接口適配層的各個(gè)模塊時(shí)，使用POSIX接口進(jìn)行適配。

2)模塊實(shí)現(xiàn)接口選擇：AIC-OS嵌入式操作系統(tǒng)能夠很好的支持Linux接口，所以在編譯DDS核心層的模塊時(shí)，采用Linux的實(shí)現(xiàn)方式，將DDS源碼核心層的各個(gè)模塊分別按照Linux的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行編譯。

3)Makefile的編寫(xiě)：AIC-OS嵌入式操作采用集成開(kāi)發(fā)緩存，其中工程管理文件Makefile能夠自動(dòng)生成，在編譯DDS源碼時(shí)需要手動(dòng)修改Makefile文件，參照AIC-OS操作系統(tǒng)Makefile的編譯參數(shù)，編寫(xiě)DDS的Makefile，將編譯的相關(guān)變量及參數(shù)按照AIC-OS操作系統(tǒng)的方式寫(xiě)入DDS的Makefile中。

3.2 基于VxWorks操作系統(tǒng)的移植適配

VxWorks操作系統(tǒng)是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)時(shí)處理延遲低的特點(diǎn)，在武器領(lǐng)域，尤其是指控、火控領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。針對(duì)基于x86架構(gòu)下的VxWorks6.8版本，通過(guò)對(duì)底層代碼進(jìn)行適配更改，并將DDS源碼進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性修改及重新編譯，完成了對(duì)DDS的移植[20]。移植成功后，VxWorks系統(tǒng)可以正常運(yùn)行DDS，并于其他節(jié)點(diǎn)通信。

3.3 基于Windows操作系統(tǒng)的移植適配

針對(duì)傳統(tǒng)x86架構(gòu)的windows7/10平臺(tái)，進(jìn)行多版本DDS產(chǎn)品的適配。在Windows系統(tǒng)下，通過(guò)設(shè)計(jì)的idl表，分別進(jìn)行C語(yǔ)言、C#語(yǔ)言、Java語(yǔ)言的接口適配。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

4.1 DDS驗(yàn)證平臺(tái)搭建

搭建DDS測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)，分別模擬衛(wèi)星、指控車(chē)和地面指揮中心大廳。測(cè)試系統(tǒng)包括1臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器，1臺(tái)P1022處理器板，4臺(tái)交換機(jī)，5臺(tái)計(jì)算機(jī)。分系統(tǒng)內(nèi)部有交換機(jī)連接，分系統(tǒng)之間通過(guò)一個(gè)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)連接，設(shè)備通過(guò)2級(jí)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，通過(guò)千兆以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制命令的發(fā)送和載荷遙測(cè)數(shù)據(jù)的下行，系統(tǒng)組成架構(gòu)如圖5所示。

圖5 多系統(tǒng)測(cè)試組成框圖

本系統(tǒng)包括1個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，2個(gè)鏈路節(jié)點(diǎn)。天基節(jié)點(diǎn)基于P1022處理器和國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)，鏈路節(jié)點(diǎn)基于地面PC機(jī)和Windows操作系統(tǒng)。各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。

系統(tǒng)組成如下：

1)數(shù)據(jù)服務(wù)器是基于P1022處理器的單機(jī)，基于風(fēng)云翼輝(AIC-OS)嵌入式操作系統(tǒng)，模擬衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)載荷數(shù)據(jù)的發(fā)布。

2)接口服務(wù)器是基于Windows平臺(tái)的武器業(yè)務(wù)接口軟件，實(shí)現(xiàn)載荷數(shù)據(jù)的訂閱和解析后內(nèi)部數(shù)據(jù)的發(fā)布。

3)指揮軟件運(yùn)行VxWorks，用于模擬指揮車(chē)、主機(jī)軟件運(yùn)行Windows，用于模擬地面指揮中心。實(shí)現(xiàn)遙控命令的發(fā)送，實(shí)現(xiàn)載荷數(shù)據(jù)的訂閱。

4)通用瀏覽軟件運(yùn)行Windows，實(shí)現(xiàn)載荷數(shù)據(jù)的訂閱和解析后的顯示。

本測(cè)試系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均部署了DDS中間件。試驗(yàn)重點(diǎn)為在天基多域背景下對(duì)國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)進(jìn)行DDS適配測(cè)試。其中天基衛(wèi)星采用風(fēng)云翼輝嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。

4.2 試驗(yàn)場(chǎng)景

本試驗(yàn)的試驗(yàn)場(chǎng)景為在天地網(wǎng)絡(luò)一體化背景下的跨域信息流互通。

試驗(yàn)方案如下：

在多系統(tǒng)部署和聯(lián)通后，衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)源頭，首先啟動(dòng)所有服務(wù)，并等待其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訂閱請(qǐng)求，運(yùn)載系統(tǒng)和武器系統(tǒng)隨后啟動(dòng)軟件，根據(jù)需要向衛(wèi)星發(fā)送請(qǐng)求，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

運(yùn)載分系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)軟件，向衛(wèi)星發(fā)布訂閱請(qǐng)求，實(shí)時(shí)接收彈道信息并顯示；指揮軟件模擬導(dǎo)彈車(chē)、武器車(chē)，根據(jù)業(yè)務(wù)需要，向衛(wèi)星發(fā)布訂閱請(qǐng)求；衛(wèi)星根據(jù)訂閱請(qǐng)求，向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布不同的載荷信息。

根據(jù)場(chǎng)景應(yīng)用的需求，設(shè)計(jì)了通信的idl表，并設(shè)置了8個(gè)資源主題，分別如下顯示：

const string TOPIC_RESLIST=

“Resource List”; /*資源列表*/

const string TOPIC_PLATTM=

“Platform TM”; /*平臺(tái)遙測(cè)*/

const string TOPIC_RADERCON =

“Radar Reconna”; /*雷達(dá)偵查*/

const string TOPIC_COMMERCON =

“Communication Reconna”; /*通信偵查*/

const string TOPIC_AIS =

“AIS”; /*AIS數(shù)據(jù)*/

const string TOPIC_ADSB =

“ADS-B”; /*ADS-B數(shù)據(jù)*/

const string TOPIC_VDES =

“VDES”; /*VDES數(shù)據(jù)*/

const string TOPIC_IMAGE =

“Image”; /*圖像數(shù)據(jù)*/

const string TOPIC_INRSATE =

“Inter-satellite”; /*星間數(shù)據(jù)*/

通過(guò)設(shè)計(jì)的idl表和編寫(xiě)的程序，衛(wèi)星分系統(tǒng)在啟動(dòng)后，實(shí)時(shí)向外發(fā)布資源列表和資源情況，同時(shí)在界面上顯示連接信息，如圖6所示。

圖6 衛(wèi)星資源發(fā)布圖

顯示軟件根據(jù)收到的載荷信息，解析后在界面顯示。在測(cè)試大廳，運(yùn)載分系統(tǒng)和戰(zhàn)術(shù)分系統(tǒng)都在網(wǎng)絡(luò)上收到了衛(wèi)星發(fā)布的資源列表，同時(shí)在資源列表中訂閱了自身需要的資源。

運(yùn)載分系統(tǒng)啟動(dòng)了2個(gè)客戶(hù)端，都訂閱了Platform TM的資源，在衛(wèi)星資源發(fā)布圖中可以看到Platform TM資源的連接用戶(hù)為2，斷開(kāi)1個(gè)客戶(hù)端后，Platform TM資源的連接用戶(hù)為1。

4.3 DDS技術(shù)指標(biāo)測(cè)試

在上述試驗(yàn)場(chǎng)景下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)通性試驗(yàn)、通信時(shí)延試驗(yàn)、傳輸安全性和誤碼率試驗(yàn)、在線(xiàn)狀態(tài)感知試驗(yàn)以及可靠性試驗(yàn)等多方面，全方位的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

4.3.1 聯(lián)通性試驗(yàn)

根據(jù)天基多域信息系統(tǒng)需要跨域、跨平臺(tái)傳輸信息的要求，對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)通性試驗(yàn)、點(diǎn)對(duì)多聯(lián)通性試驗(yàn)以及跨平臺(tái)聯(lián)通性試驗(yàn)。

1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)通性試驗(yàn)：在實(shí)際使用過(guò)程中，最多的應(yīng)用場(chǎng)景就是兩個(gè)終端之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，傳統(tǒng)的方案是TCP傳輸或UDP應(yīng)答式傳輸，采用DDS中間件后，需要進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)壓力測(cè)試，驗(yàn)證其通信的可靠性。

2)點(diǎn)對(duì)多的聯(lián)通性試驗(yàn)：在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，存在一個(gè)終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源通過(guò)組播傳輸，多個(gè)終端同時(shí)接收并使用該數(shù)據(jù)的場(chǎng)景，傳統(tǒng)的方式是采用UDP組播方式，采用DDS中間件后，需要進(jìn)行點(diǎn)對(duì)多的壓力測(cè)試，驗(yàn)證在點(diǎn)對(duì)多模式下的通信可靠性。

3)跨平臺(tái)聯(lián)通性試驗(yàn)：在實(shí)際的天基多域信息系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的多個(gè)設(shè)備采用了不同的操作系統(tǒng)，有VxWorks、Windows、AIC-OS嵌入式操作系統(tǒng)等，這些設(shè)備需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的通信，因此需要在各個(gè)設(shè)備上移植DDS中間件后進(jìn)行聯(lián)通性驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 聯(lián)通性試驗(yàn)結(jié)果

在聯(lián)通性試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)開(kāi)發(fā)的測(cè)試軟件，進(jìn)行了帶寬測(cè)試。

1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信帶寬測(cè)試：如圖7所示，設(shè)置輸入數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度為1 024字節(jié)，總傳輸幀數(shù)為100 000，當(dāng)DDS發(fā)布者只發(fā)1個(gè)主題的幀數(shù)據(jù)，DDS訂閱者只接收1個(gè)主題幀數(shù)據(jù)時(shí)，在不丟包的前提下DDS的平均帶寬可達(dá)105 Mbps以上；

圖7 DDS單主題接收

2)點(diǎn)對(duì)多通信寬帶測(cè)試：如圖8所示，設(shè)置輸入數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度為1 024字節(jié)，總傳輸幀數(shù)為100 000，當(dāng)DDS發(fā)布者同時(shí)發(fā)送3個(gè)主題的幀數(shù)據(jù)，DDS訂閱者同時(shí)接收3個(gè)主題時(shí)，在不丟包的前提下DDS的平均帶寬可達(dá)35 Mbps以上。

圖8 DDS多主題接收

4.3.2 通信時(shí)延試驗(yàn)

DDS技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的TCP、UDP方式，多了一層中間層，高速通信時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)中間層時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)方式，產(chǎn)生的時(shí)延是否增大，需要進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其時(shí)延量級(jí)，是否可以用在高速數(shù)據(jù)傳輸。

通過(guò)專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具，分別進(jìn)行32、64、256、1 024、8 192、32 768、63 000字節(jié)長(zhǎng)度的延時(shí)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖9所示。從圖9中可以分析得到結(jié)果，采用DDS傳輸時(shí)，字節(jié)的傳輸延時(shí)都在ms級(jí)別以下，與不采用DDS直接傳輸?shù)那闆r沒(méi)有區(qū)別，可以得到結(jié)論，采用DDS并不會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r(shí)。

圖9 通信時(shí)延試驗(yàn)

通過(guò)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件，綜合采用DDS.waitset、DDS.StatusCondition、DDS.StatusMask等類(lèi)來(lái)輔助計(jì)算時(shí)延，發(fā)布者在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)記錄發(fā)送時(shí)間并進(jìn)入等待接收狀態(tài)，訂閱者接到數(shù)據(jù)后進(jìn)行回傳，發(fā)布者接收到訂閱者的回傳數(shù)據(jù)后記錄接收時(shí)間，通過(guò)多組幀數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算平均時(shí)延，最后得到圖10，時(shí)延約為0.2 ms。

圖10 DDS時(shí)延測(cè)試

4.3.3 傳輸安全性和誤碼率試驗(yàn)

誤碼率是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾笜?biāo)，DDS中間件在部署完成后，需要進(jìn)行不同碼率下傳輸誤碼率的測(cè)試，驗(yàn)證其可靠性。

在進(jìn)行多系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試時(shí)，通過(guò)星載平臺(tái)進(jìn)行了多個(gè)主題(Topic)的發(fā)布，武器平臺(tái)和運(yùn)載平臺(tái)都對(duì)Topic進(jìn)行了訂閱，通過(guò)業(yè)務(wù)接收軟件進(jìn)行了實(shí)測(cè)，配置為可靠通信模式下，測(cè)試過(guò)程未發(fā)現(xiàn)誤碼或丟包現(xiàn)象。配置為不可靠通信模式下，測(cè)試過(guò)程發(fā)生丟包現(xiàn)象，丟包率約為萬(wàn)分之一。

4.3.4 在線(xiàn)感知試驗(yàn)

在天際多域信息系統(tǒng)中，需要有一個(gè)顯示終端來(lái)顯示各個(gè)設(shè)備彼此之間的連接狀態(tài)，是否處于正確或斷開(kāi)情況，傳統(tǒng)的方式是采用TCP連接或UDP心跳方式感知。而采用DDS技術(shù)之后，需要對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的連接狀態(tài)進(jìn)行感知驗(yàn)證。

在進(jìn)行多系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試時(shí)，通過(guò)DDS產(chǎn)品的測(cè)試工具，能夠查看到網(wǎng)絡(luò)上所有連接到Topic的設(shè)備。查看結(jié)果如圖11所示。

圖11 在線(xiàn)感知狀態(tài)1

如圖12所示，當(dāng)訂閱者接入到某Topic時(shí)候，可以通過(guò)可視化的監(jiān)測(cè)界面可以看到連接的設(shè)備增加。

圖12 在線(xiàn)狀態(tài)感知2

4.3.5 可靠性試驗(yàn)

1)可靠通信與不可靠通信實(shí)驗(yàn)：分別在可靠通信與不可靠性通信模式下進(jìn)行通信試驗(yàn)：通過(guò)編寫(xiě)QoS配置文件，分別進(jìn)行了這兩項(xiàng)測(cè)試，結(jié)果顯示在可靠通信(RELIABLE_RELIABILITY_QOS)模式下，出現(xiàn)丟包會(huì)進(jìn)行重傳，在不可靠通信(BEST_EFFORT_RELIABILITY_QOS)模式下，出現(xiàn)丟包不會(huì)重傳。測(cè)試結(jié)果如圖13和圖14所示。

圖13 可靠通信試驗(yàn)

圖14 不可靠通信試驗(yàn)

4.4 測(cè)試結(jié)果分析

綜上所述，在聯(lián)通性試驗(yàn)中，驗(yàn)證了基于DDS技術(shù)的天基多域信息系統(tǒng)的跨平臺(tái)聯(lián)通能力，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)云翼輝(AIC-OS)、VxWorks和Windows等不同操作系統(tǒng)平臺(tái)之間的聯(lián)通。同時(shí)，經(jīng)過(guò)通信帶寬測(cè)試，驗(yàn)證了DDS中間件在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和點(diǎn)對(duì)多通信中均擁有較高的帶寬，可以有效滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)量的傳輸需求。通信時(shí)延試驗(yàn)中，結(jié)果表明采用DDS傳輸時(shí)，其平均傳輸時(shí)延在毫秒級(jí)別以下，與不采用DDS傳輸沒(méi)有區(qū)別。因此可知采用DDS技術(shù)并不會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)延。在傳輸安全性和誤碼率試驗(yàn)中，驗(yàn)證得知了在可靠通信的模式下，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生誤碼或丟包現(xiàn)象，而在配置為不可靠通信的模式下，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生丟包現(xiàn)象，但丟包率較低，約為萬(wàn)分之一。在線(xiàn)感知試驗(yàn)中，驗(yàn)證得知，本系統(tǒng)能夠自動(dòng)感知系統(tǒng)中新增的設(shè)備。而在可靠性試驗(yàn)中，可知在可靠通信的模式下，系統(tǒng)在出現(xiàn)丟包時(shí)會(huì)進(jìn)行重傳，而在不可靠通信的模式下，出現(xiàn)丟包不會(huì)進(jìn)行重傳。

因此，基于DDS技術(shù)的天基多域信息系統(tǒng)能夠很好的完成對(duì)不同平臺(tái)通信鏈路的互聯(lián)互通，打通各平臺(tái)間的通信壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨域傳輸。能夠很好的應(yīng)用在我國(guó)天地一體化異構(gòu)組網(wǎng)架構(gòu)的建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)天地一體化通信。

5 結(jié)束語(yǔ)

天基多領(lǐng)域信息互聯(lián)互通始終是一個(gè)難點(diǎn)，需要進(jìn)行大量的協(xié)調(diào)和對(duì)接工作，采用DDS技術(shù)，通過(guò)對(duì)天基多域信息系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的idl表制定以及維護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域之間信息高效互聯(lián)互通，大幅度減少溝通協(xié)調(diào)對(duì)接時(shí)間，且該技術(shù)擁有高可靠性和高性能。本文通過(guò)對(duì)搭載AIC-OS操作系統(tǒng)的PowerPC P1022硬件平臺(tái)移植DDS系統(tǒng)，驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)其能夠很好地支持星上跨域、跨平臺(tái)以數(shù)據(jù)處理為中心的新一代天基多域信息分發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用，可以作為新一代天基多域信息分發(fā)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理的核心應(yīng)用，為未來(lái)解決平臺(tái)差異性情況下的消息自動(dòng)交換問(wèn)題提供了一個(gè)新思路。在下一階段的研究中，我們將對(duì)本系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試和完善，以滿(mǎn)足未來(lái)實(shí)際需求。