CN104618477B - 一种面向“服务”的新型航空自组织协同网络架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向“服务”的新型航空自组织协同网络架构，包含任务域、服务域、技术域和资源池；所述任务域负责接收数据链系统发送的数据，构建具有特征化的任务域需求；所述服务域负责将所述任务域需求分解出无差别的服务域需求；所述技术域负责针对所述服务域需求提供软件波形技术模块作为支撑服务；所述资源池通过软件定义无线电技术构建通用化硬件平台完成数据的发射。本发明支持航空自组织协同网络的可重构性，可实现多数据链系统的融合，提升协同网络互联互通能力。

Description

一种面向“服务”的新型航空自组织协同网络架构
技术领域
本发明属于航空电子信息的无线自组织网络技术，是一种面向“服务”(相对传统面向“连接”)、支持多数据链融合的航空自组织网络架构技术的实现方法，应用于航空自组织网络数据链领域。
技术背景
航空自组织网络(Aeronautical Ad Hoc Network,AANET)正朝着平台通用化、任务协同化的技术方向发展。作为航空自组织网络的核心系统，数据链系统在军用、民用航空自组织网络协同方面正发挥着越来越重要的作用。
如果将整个信息化网络体系比喻成“人体”，那么数据链系统就是整个信息化网络体系的“骨骼”，通信技术则是“血管”。目前的数据链系统大多采用面向连接的传统网络，通过基于应用层、网络层、链路层、物理层的网络架构开展跨层联合设计，完成数据链中各网络节点的信息交互和态势感知共享，最终达到互联互通和协同目的。随着近年来航空自组织网络规模越来越大、协同需求的越发多样化，以及在不同协同任务中对性能“服务”要求的差异化，受限于“控制面”和“数据面”的紧耦合，面向连接的传统数据链将无法完全涵盖或满足多Qos及差异化服务需求，需要同时使用异构平台下的多数据链系统加以满足，这对网络应用层的互联互通造成阻碍的同时，还对整个机载网络系统设备的总体重量、功耗、可靠性等提出挑战。采用面向“服务”的新型网络架构来设计可重构的自组织协同“灵巧”网络，将在很大程度上解决上述问题。
近年来国家在航空自组织网络数据链方面的大力投入与目前我国在该领域的自主技术还相对落后，是目前迫切需要解决的矛盾之一。以军事领域为例，当西方主要国家的着眼点逐渐从“网络中心战”(NCW)转变到“知识中心战”(KCW)，开始着手于将面向“服务”、软件定义、计算通信等全新架构和关键技术引入航空自组织网络领域和数据链系统时，我们还在传统网络架构基础上的路由、MAC等技术细节方面投入了大量的研究精力，大的思路方向不明确导致了投入产出比不高。而如何打破国外在该领域技术上的垄断，通过自主创新，提升我国在航空自组织网络数据链系统关键技术领域的综合实力，是促使我们进行研究的主要激励。
发明内容
为突破传统航空自组织网络不同数据链系统之间互联互通困难的协同工作瓶颈，实现异构平台通用化、多链融合的动态可重构软件定义网络，本发明的发明目的在于提供一种面向“服务”的新型航空自组织协同网络架构，提高数据链系统间互操作性的同时提升了整个机载协同网络系统的重量、功耗和可靠性等性能。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种面向“服务”的新型航空自组织协同网络架构，包含任务域、服务域、技术域和资源池；
所述任务域负责接收数据链系统发送的数据，构建具有特征化的任务域需求；
所述服务域负责将所述任务域需求分解出无差别的服务域需求；
所述技术域负责针对所述服务域需求提供软件波形技术模块作为支撑服务；
所述资源池通过软件定义无线电技术构建通用化硬件平台完成数据的发射。
本发明中有以下两个主要的技术要点。
(1)采用面向“服务”的软件定义网络架构技术，使网络具备动态可重构特点。传统航空自组织网络是面向“连接”的，受限于控制面和数据面的紧耦合，无法在多数据链之间形成互联互通和有效协同。而本发明基于软件定义网络架构，将控制面和数据面解耦，并将差异化的协同任务需求分解为通用化的性能服务需求，使网络具备动态重构能力。
(2)采用软件定义无线电技术，使网络具备平台通用化特点。传统航空自组织网络的软件波形和硬件平台深度耦合，针对软件波形设计硬件，无法实现波形的动态加载。而本发明基于软件定义无线电设计，将硬件平台和软件波形解耦，使得整个网络可以运行在通用化的硬件平台“资源池”上。
本发明的有益效果为：
(1)支持航空自组织协同网络的可重构性，可实现多数据链系统的融合，提升协同网络互联互通能力。
(2)支持航空自组织协同网络的平台通用性，可实现硬件平台上的波形动态加载，提升协同网络数据链系统的通用化能力。
附图说明
图1为本发明一种面向“服务”的新型航空自组织协同网络架构的结构示意图；
图2为实施例中典型数据链系统按新型航空协同网络架构的分解示意图。
具体实施方式
下面根据附图1和2对本发明设计的新型航空自组织协同网络架构的各层作进一步详细说明，并针对三种典型协同数据链的不同“任务域”需求、分解到通用“服务域”需求，并采用模块化“技术域”软件波形，在通用化“资源池”软件无线电平台上实现。
本发明设计的新型自组织协同网络架构如图1所示，由“任务域”、“服务域”、“技术域”和“资源池”构成。
(1)任务域：负责接收数据链系统发送的数据，构建具有特征化的任务域需求。任务域将三种典型数据链系统——信息分发数据链系统、指挥控制数据链系统、导航探测数据链系统发送的数据构建成的具有特征化的任务域需求，包括协同信息分发、协同指挥控制和协同导航探测。
(2)服务域：采用软件定义网络思想，对特征化的任务域需求分解出无差别的服务域需求，实现多数据链系统的网络融合，除了维持网络正常运转的基础网络管理服务(控制面)外，根据不同的任务域需求可定制服务(数据面)——定时同步服务、导航定位服务、数据加密服务、抗干扰传输服务等。
(3)技术域：针对服务域需求采用可重载的软件波形技术模块进行支撑，如调制解调技术模块、信道编码技术模块、均衡技术模块、同步技术模块、SPMA(统计优先级多址接入)技术模块、OSPF路由技术模块等，通过统一接口，在不影响上层服务域需求的前提下可以方便地进行软件波形技术模块的升级和重载。
(4)资源池：采用软件定义无线电思想，通过“综合数据处理”(由多片GPP、DSP阵列、FPGA阵列、存储阵列构成通用模块)、“综合射频通道”(由滤波器组、宽带频综、中频/射频开关阵列等构成，满足宽射频波段范围的自主配置)、“综合孔径”(MIMO-DBF，通过波束成型算法等完成对天线阵列的数字加权实现所需波束赋型)构建通用化硬件平台，实现多数据链系统的硬件综合。此外，采用中间件技术支持技术域波形组件的动态加载、分时复用或热备份等。
图2是针对三种典型的航空自组织协同网络数据链系统——信息分发数据链系统、指挥控制数据链系统、导航探测数据链系统，按本发明设计的新型网络架构进行分解的全过程。以信息分发数据链为例，信息分发数据链主要功能是将战场各作战单元传感器(如雷达、光瞄等)产生的情报侦查数据进行实时分发，用于态势观察和辅助决策。
映射到任务域角度，该信息分发数据链的主要任务想定为协同情报侦察和协同信息分发。
映射到服务域，该信息分发数据链至少需要支持基础网络管理任务、宽带无线传输服务、报文加密服务等。服务域的本质是通过对任务域进行抽象，提炼出一系列与任务解耦的“服务包”。
技术域的IP核以及功能模块本质为服务域定义的类封装的“成员函数”。信息分发数据链映射到技术域主要包括：抗干扰/多址技术、无线信道传输技术、软件无线电技术、自组织网络技术等。
技术域的载体是高度综合化的硬件资源池，包括综合孔径资源、综合射频资源、综合数据处理资源等。信息分发数据链映射到资源池则是通过采用软件无线电架构技术和中间件技术，完成对通用化硬件资源的动态加载和重构，从而实现对异构平台下的数据链波形在通用化平台上的综合化目的。
综上所述，本发明通过将特征化的“任务域”协同需求分解到无差别的“服务域”需求、再由“技术域”可重载的波形组件在通用化“资源池”上加以支撑，从而实现航空自组织协同网络的可重构和多数据链系统的融合，在解决了传统架构下网络互联互通能力瓶颈的同时提升了整个机载网络的重量、功耗和可靠性等性能。

Claims (6)

1.一种面向“服务”的新型航空自组织协同网络架构，包含任务域、服务域、技术域和资源池；
所述任务域负责接收数据链系统发送的数据，构建具有特征化的任务域需求；
所述服务域采用软件定义网络思想，负责将所述任务域需求分解出无差别的服务域需求；
所述技术域负责针对所述服务域需求采用可重载的软件波形技术模块作为支撑服务；
所述资源池为技术域的软件波形技术模块提供中间件技术支持，以及通过软件定义无线电技术构建通用化硬件平台完成数据的发射。
2.根据权利要求1所述的新型航空自组织协同网络架构，其特征在于所述任务域针对信息分发数据链系统、指挥控制数据链系统、导航探测数据链系统构建的任务域需求分别为协同信息分发、协同指挥控制和协同导航探测。
3.根据权利要求1所述的新型航空自组织协同网络架构，其特征在于所述服务域将任务域需求分解成以下几种服务域需求的组合：定时同步服务、导航定位服务、报文加密服务、抗干扰传输服务、宽带无线传输服务、基础网络管理服务、多跳中继服务、多Qos业务优先级服务。
4.根据权利要求1所述的新型航空自组织协同网络架构，其特征在于所述技术域提供的软件波形技术模块包含：调制解调技术模块、信道编码技术模块、均衡技术模块、同步技术模块、统计优先级多址接入技术模块、OSPF路由技术模块。
5.根据权利要求1所述的新型航空自组织协同网络架构，其特征在于所述技术域提供统一接口，所述统一接口用于重载软件波形技术模块。
6.根据权利要求1所述的新型航空自组织协同网络架构，其特征在于所述资源池中的通用化硬件平台包含：综合数据处理模块、综合射频通道模块、综合孔径模块。
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