CN112448950A

CN112448950A - 一种异构军事信息系统间信息链路动态构建方法

Info

Publication number: CN112448950A
Application number: CN202011267329.6A
Authority: CN
Inventors: 蓝羽石; 赵宇; 张政伟; 成海东; 李云茹; 徐瑞
Original assignee: CETC 28 Research Institute
Current assignee: CETC 28 Research Institute
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2021-03-05
Anticipated expiration: 2040-11-13
Also published as: CN112448950B

Abstract

本发明提供了一种异构军事信息系统间信息链路动态构建方法，该方法通过分布式地在各作战节点设置通信代理，无需约定统一信息通信接口，即可实现不同作战节点上部署的异构军事信息系统间信息的按需流转和交互。通信代理是具有通信资源管理、通信协议转换、通信转发、信息表示转换、信息收发和路径规划等功能的硬件或软件，能够通过多通信代理间通信协议转换和转发实现跨节点的端到端按需传输，通过信息表示转换实现异构信息系统间信息交互；通信代理中存有表示当前节点间通信连通性的连接图，且在本节点连接状态更新或接收到其他节点更新信息时，更新本地连接图并向与本节点连通的节点传递该更新信息。

Description

一种异构军事信息系统间信息链路动态构建方法

技术领域

本发明涉及一种异构军事信息系统间信息链路动态构建方法。

背景技术

当前军事通信中常用的有线、无线通信技术，主要使用广播、组播等来实现多节点间的高时效信息共享。但是，目前信息传输链路大多需要预先规划后，基于预案构建，体系动态适变能力有限，对于机动节点在战场强对抗条件下可能存在的随遇入网问题没有给出有效解决方案，也无法应对具有不同通信手段的跨节点异构信息系统间的信息按需动态交互问题。

发明内容

本发明的目的是：面向未来战场复杂、不确定性任务场景下，跨平台异构军事信息系统间信息通信链路动态构建场景，解决战场大范围通信、网络拓扑动态变化条件下，跨节点端到端按需通信传输的稳健性和异构军事信息系统间信息交互协议的快速兼容的问题。

本发明提供一种异构军事信息系统间信息链路动态构建方法，通过在每一节点设置通信代理，使得每一节点都可作为转发节点，来扩大通信的范围；通过在通信代理中建立和持续更新连接图，并在通信包转发过程中不断重新选择规划最优路径来抵抗网络变化，实现更稳健的通信；通过在通信代理中实现协议转换功能，解决异构军事信息系统间协议不兼容的问题。

本发明具体包括如下步骤：

步骤1，将具有可独立运行的信息系统和通信设施的指挥所、武器平台、传感器等视作通信节点(以下简称为节点)，为每一节点赋予全局唯一的编号用作标识；

步骤2，在每一节点设置通信代理；

步骤3，每一节点的通信代理建立并持续更新连接图；

步骤4，当信息系统间有信息交互需求时，基于连接图完成数据发送过程。

步骤2中，每一节点的通信代理用于，管控本节点的通信资源、监控本节点与其他节点的连接状态、与本节点的军事信息系统进行信息交换、接收其他节点传递来的信息、向其他节点发送信息、向其他节点发送本节点连接状态变化、接收其他节点状态变化、维护表示现有节点及节点间通信连通性和各节点通信代理支持的通信协议及信息表示转换的连接图、根据本节点状态变化及接收到的其他节点的状态变化更新连接图、根据连接图进行信息链路路径规划，以及根据本节点连接状态变化及其他节点传递的信息中的转发指令序列或路径规划转发信息，进行通信协议转换及信息表示转换。

步骤3中，建立连接图包括如下步骤：

步骤3-a1，每一节点的通信代理获取与本节点连通的节点编号，根据本节点的连接状态、通信代理支持的通信协议转换和通信代理支持的信息表示转换，以及当前时间构建连接图；

步骤3-a2，每一节点的通信代理向与本节点连通节点的通信代理发送本节点的连通信息、通信代理支持的通信协议转换信息和通信代理支持的信息表示转换信息和发出时间；

步骤3-a3，每一节点的通信代理接收其他节点的通信代理发送的连通信息、支持的通信协议转换信息、支持的信息表示转换信息和发出时间后，如果上述三种信息(即连通信息、支持的通信协议转换信息、支持的信息表示转换信息)中任一种或多两种以上与本节点通信代理的连接图不一致，则对本节点通信代理的连接图进行相应的更新，并向与本节点连通的除发送该连通信息的节点外的其他节点的通信代理发送上述三种信息；

步骤3-a4，重复执行步骤3-a3，直到所有节点的通信代理都建立了连接图。

步骤3中，更新连接图包括如下步骤：

步骤3-b1，每一节点的通信代理监控与本节点连通的节点，当有节点A失去连接，根据该变化更新本节点的连接图，并向除该节点A外与本节点连接的节点的通信代理发送该变化信息；当有节点B加入连接时，与该节点B交换连接图，并根据时间越新越准确的原则将本节点连接图与之融合，将连接图变化信息发送给除该节点B外与本节点连接的节点的通信代理；

步骤3-b2，每一节点的通信代理接收其他节点的通信代理发送的连通变化信息后，如果连通变化信息与本节点通信代理的连接图不一致，更新本节点通信代理的连接图，并向与本节点连通的除发送所述连通变化信息的节点外的其他节点的通信代理发送所述连通变化信息；

步骤3-b3，重复执行步骤3-b2，直到所有节点的通信代理都更新了连接图。

步骤4包括如下步骤：

步骤4-1，当信息系统间有信息交互需求时，发起节点的信息系统向本节点的通信代理发出数据发送命令，数据发送命令包含目标节点编号和发送的数据；

步骤4-2，发起节点的通信代理根据其维护的连接图生成最优的信息传输路径规划，包含节点间信息传输路径和节点内的通信协议及信息表示转换规划；

步骤4-3，发起节点的通信代理根据路径规划生成通信包，相应的，至少包括全局唯一的通信包编号，一条或两条以上节点间信息转发指令，零条、一条或两条以上节点内通信协议转换指令，零条、一条或两条以上节点内信息表示转换指令，以及发送的数据；

步骤4-4，发起节点的通信代理通过通信连接将通信包发送给所规划的路径上的下一节点；

步骤4-5，每一节点的通信代理接收到通信包后，根据其维护的连接图规划后续最优路径，使用新的规划路径替代后续路径，生成新的通信包；根据路径规划判断是否需要本节点完成的通信协议转换指令或信息表示转换指令，在没有协议转换指令或信息表示转换指令时，将新的通信包发送给所规划的路径上的下一节点，在有通信协议转换指令或信息表示转换指令时，将新的通信包经过相应的通信协议转换或信息表示转换后，发送给所规划的路径上的下一节点；

步骤4-6，当目标节点的通信代理接收到通信包后，解析得到数据，将接收到的数据发送给本节点的信息系统；目标节点的通信代理生成发送成功告知通信包，至少包括一条或两条以上节点间信息转发指令，零条、一条或两条以上节点内协议转换指令，零条、一条或两条以上节点内信息表示转换指令，发送成功的通信包编号，以及数据发送成功信息；

步骤4-7，经过一次或两次以上转发和零次、一次或两次以上协议转换，发起节点的通信代理接收到发送成功告知通信包，向发送节点的信息系统返回发送成功信息，完成一次数据发送过程。

步骤4-4中，在节点的通信代理向另一节点的通信代理发送通信包过程中，如果数据发送校验失败或被打断，判定节点间数据通信失败，执行如下步骤：

步骤4-4-1，节点的通信代理重新发送同一通信包，并检查数据发送通信状态；

步骤4-4-2，重发失败超过一定次数时，判定为节点间数据通信失败，如果发送失败的通信包为原始数据通信包，则通信代理生成发送失败告知通信包并发送给发起节点，包含一条或两条以上节点间信息转发指令，零条、一条或两条以上节点内协议转换指令，零条、一条或两条以上节点内信息表示转换指令，发送失败的通信包编号，以及数据发送失败报告信息；数据发送失败报告信息包括数据发送采用的路径、失败发生的节点以及失败的类型；如果发送失败的通信包为发送成功告知通信包或发送失败告知通信包，则不采取其他措施；

步骤4-4-3，经过一次或两次以上转发和零次、一次或两次以上协议转换，发起节点的通信代理接收到发送失败告知通信包，向发送节点的信息系统返回发送失败信息和发送失败报告信息，本次数据发送过程结束，由信息系统判定采取重发或其他措施。

步骤4-5中，每一节点的通信代理接收到通信包后，根据其维护的连接图规划后续最优路径时，如果无法寻找到任何可用路径，判定无有效传输路径失败，执行如下步骤：

步骤4-5-1，通信代理判定无有效传输路径失败时，如果发送失败的通信包为原始数据通信包，则通信代理生成发送失败告知通信包并发送给发起节点，包含一条或两条以上节点间信息转发指令，零条、一条或两条以上节点内协议转换指令，零条、一条或两条以上节点内信息表示转换指令，发送失败的通信包编号，以及数据发送失败报告信息；数据发送失败报告信息包括数据发送采用的路径、失败发生的节点以及失败的类型；如果发送失败的通信包为发送成功告知通信包或发送失败告知通信包，则不采取其他措施；

步骤4-5-2，经过一次或两次以上转发和零次、一次或两次以上协议转换，发起节点的通信代理接收到发送失败告知通信包，向发送节点的信息系统返回发送失败信息和发送失败报告信息，本次数据发送过程结束，由信息系统判定采取重发或其他措施。

步骤4-7中，如果经过一段特定长度时间后(可根据具体情况进行设定该特定长度时间)，发起节点仍未收到任何发送成功告知通信包或发送失败告知通信包，发起节点的通信代理判定发送超时失败，发送节点的通信代理向发送节点的信息系统返回发送失败信息和发送失败超时报告信息，本次数据发送过程结束，由信息系统判定采取重发或放弃发送。

本发明与现有技术相比，显著优点是：

无需约定统一信息通信接口，即可实现不同作战节点上部署的异构军事信息系统间信息的按需流转和交互；仅需非侵入式的部署通信代理，集成难度低、工作量小，对现有系统影响小；能够进行实时动态的信息链路构建，实现更广的连通范围，适应战场通信网络拓扑动态变化情况。由于采用了转发过程中不断重新选择规划最优路径的方式，本方案能够一定程度上应对战场网络连通情况的动态变化，且具有更强的抗毁能力。本发明方案具有良好开放性，对于出现的新系统和原有的旧系统具有向前、向后兼容能力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是现有技术方案示意图。

图2是本发明技术方案示意图。

图3是基于连接图的路径规划示意图。

图4是动态信息链路重构示意图。

图5是本发明技术方案流程图。

具体实施方式

由于现有的各种武器平台、传感器、指挥节点等制造、布设年代、单位、军种各有不同，因此，许多装备了如卫星通信、数据链等不同的通信技术手段，而且其上运行的军事信息系统也多有互相无法兼容互操作的情况，即前述的异构。此外，由于这些节点许多是机动的，加之不同的通信技术手段具有距离、环境要求等诸多限制条件，实际上节点之间的连接状态是随着时间的变化而变化的。

现有技术方案如图1所示，每个节点可能是武器平台、传感器、指挥节点等，每个节点内，信息系统直接管控本节点通信资源。但是，如果节点2的军事信息系统2需要向节点3的军事信息系统3发送信息，由于节点2与节点3之间没有直接的通信技术手段，节点1的两种通信技术手段之间无法进行转发，且军事信息系统2和军事信息系统3是异构的，多种限制使得现有技术方案无法支持军事信息系统2和军事信息系统3之间的通信链路快速按需动态构建。

本发明技术方案如图2所示，不同于现有技术方案，在每个节点中设置了通信代理代替军事信息系统来进行通信资源的管理，而通信代理具有信息转发、通信协议转换和信息表示转换的能力，每个通信代理进行转换的能力不一定相同。通信代理可以是软件，对上，为本节点的信息系统提供可调用的信息传输软件接口，即API，对下，管理本节点的所有通信资源。通信代理也可以是硬件设备，对上，通过物理通信接口如RS232、PCIe等与本节点的信息系统进行通信，对下，本节点的所有通信资源全部改接到通信代理，由通信代理进行管理。

为了进行通信，需要为每一节点赋予每个节点全局唯一的编号作为标识。编号除全局唯一外无其他要求，例如可以使用IP，节点编号为1.1.1.1、1.1.1.2等，也可以使用8比特二进制数，节点编号为00000001、00000010、00000011、00000100等。

当节点2的军事信息系统2需要向节点3的军事信息系统3发送信息时，可以由节点2的通信代理先将信息发送给节点1的通信代理，节点1的通信代理接收信息后首先进行一次信息表示转换，将信息由军事信息系统2的表示转换到另一种表示，此处以军事信息系统1的信息表示为例。

下面结合实施例，对本发明所述的信息表示转换过程原理做进一步详细描述：

设定节点2的军事信息系统2经由节点1向节点3的军事信息系统3发送信息，内容为活动目标信息(包括目标IDm₁，目标经度m₂，目标纬度m₃，目标高程m₄)和任务区域信息(包括区域IDn₁、任务类型n₂、区域类型n₃、特征点1信息n₄、特征点2信息n₅)。军事信息系统2采用信息交互协议A，其协议报文采用XML形式封装，因此，军事信息系统2向节点1发送的协议报文为：

Info^(A) _2→1＝报头α,XML(m₁,m₂,m₃,m₄),XML(n₁,n₂,n₃,n₄,n₅)]

其中XML(x)代表对x进行XML封装操作。

之后，节点1解析报头α，发现协议报文采用了信息交互协议A，但由于军事信息系统1采用信息交互协议B，其协议报文格式采用二进制流形式封装，因此，节点1首先解析收到的协议报文Info^(A) _2→1，获得m₁-m₄和n₁-n₅的信息，并将之重新封包为二进制流形式，得到的协议报文为：

Info^(B) _1→3＝[报头β,BIN(m₁,m₂,m₃,m₄),IN(n₁,n₂,n₃,n₄,n₅)]

其中BIN(x)代表对x进行二进制流封装操作。当进行重新封包时，由于不同的信息交互协议可表示的内容可能不同，因此可以按需选择部分信息重新封包，不一定要求将所有信息全部转发。

之后，节点1的通信代理将信息进行一次通信协议转换，以便于以另一种通信技术手段发送。

本发明所述的通信协议转换过程与信息表示转换过程原理类似，均为“解包-重新封包”过程，在此不再赘述。

接着，节点1的通信代理将信息发送给节点3。节点3的通信代理接收到信息后，将信息表示由军事信息系统1的信息表示转换为军事信息系统3的信息表示。这样，就实现了节点2和节点3的异构军事信息系统之间的通信。

可以看到，本发明的技术方案仅需要在每个节点设置通信代理代替本节点的军事信息系统管控通信资源，不需要对各节点的军事信息系统或通信资源做侵入式的改造，因此集成难度低、工作量小。此外，由于节点2和节点3的通信可以以节点1甚至更多的节点作为转发，不要求发起节点和目标节点有直接通信互联，因此，在通信距离受限等场景下，可以实现更广的连通范围。

基于连接图的路径规划如图3所示。表示不同的通信技术手段为了表示简洁，此处没有画出每个节点的信息系统，但实际上，每个节点在每个协议平面的映射点都连接到本节点的信息系统。同样的，虽然图中没有表示出信息表示的转换，但其处理方式与通信协议转换类似。由于不同的通信技术手段、协议转换、信息表示转换所需的时间不同，因此，基于连接图的路径规划问题实际上是一个带有权重的图上两个点间最短路径寻找的问题，图中仅示例性地标出了通信连接的权重。连接图为加权无向有环图且所有权值非负，在求解中限定不回到已经走过的节点的情况下可以采用Dijkstra、DFS等算法实现最短路径的查找。

连接图的表示可以采用邻接矩阵或者边列表的方式，如图4所示的图可以表示为邻接矩阵：

或边列表[(A,B),(A,C),(B,A),(B,C),(B,D),(C,A),(C,B),(C,D),(D,B),(D,C),(D,E),(D,F),(E,D),(E,F),(F,E)]。至于各节点支持的通信协议转换、信息表示转换，可以以类似的方式保存在同一邻接矩阵或者边列表中。

连接图的建立过程中，各节点监控与自身相连的节点情况，并将之发送给与自身连接的节点。如图4所示，A发现自己与B、C有连接，并将这一信息发送给B、C，这样B、C即可得知A、B、C两两互连且A仅和B、C连接。之后，B发现自己与A、C、D、E连接，C发现自己与A、B、D连接，并将这一信息与A的连接信息一同分别发送给C、D、E和B、D(当然B、C自身的连接信息也会发送给A，此处为简洁不予说明)，D将收到的信息和自身的连接信息发送给E、F，E将收到的信息和自身的连接信息发送给F。最终，F就获取到了全部的连接信息。至于各节点支持的通信协议转换、信息表示转换，可以以类似的方式发送。

如图4所示，当D、F发现两者间的连接断开后，D会向B、C、E发送这一信息，F会向E发送这一信息，而B、C会将这一信息发送给A，这样，就可以实现所有节点上连接图的更新。

如图4所示，设定节点间数据通信的最大重发次数设定为3次，某次通信过程中发起节点为A，目标节点为F，且D需要向F发送原始数据包，但是由于干扰过大，D发现信息发送失败，此时D会再次发送信息给F，当再次失败时，则D会第三次发送信息给F，当第三次发送失败时，D会判定出现节点间数据通信失败，并向发起节点A返回失败告知通信包。

如图4所示，假设发起节点的最大失败/成功告知通信包等待时间设定为5秒，某次通信过程中发起节点为A，目标节点为F，A发出原始数据包后等待5秒，当未收到任何告知通信包时，判定为发送超时失败，A的通信代理向A的信息系统返回发送失败信息和发送失败超时报告信息，本次数据发送过程结束，由A的信息系统判定采取重发或其他措施放弃发送。

针对武器平台等机动节点引起的网络连接变化场景以及通信连接被损毁的场景，原有的路径无法实现，针对这种情况，现有的技术方案无法处理。如图4所示，为了简洁，图中没有表示通信协议转换和信息表示转换，原有路径ACDF由于D到F的连接中断无法到达，本发明的技术方案由于采用了转发过程中不断重新选择规划最优路径的方式，在通信包到达节点D后，重新规划的路径为DEF，仍可以到达。

图5给出了本发明专利的处理整体流程。

本发明提供了一种异构军事信息系统间信息链路动态构建方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种异构军事信息系统间信息链路动态构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，为每一节点赋予全局唯一的编号用作标识；

步骤2，在每一节点设置通信代理；

步骤3，每一节点的通信代理建立并持续更新连接图；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，每一节点的通信代理用于，管控本节点的通信资源、监控本节点与其他节点的连接状态、与本节点的军事信息系统进行信息交换、接收其他节点传递来的信息、向其他节点发送信息、向其他节点发送本节点连接状态变化、接收其他节点状态变化、维护表示现有节点及节点间通信连通性和各节点通信代理支持的通信协议及信息表示转换的连接图、根据本节点状态变化及接收到的其他节点的状态变化更新连接图、根据连接图进行信息链路路径规划，以及根据本节点连接状态变化及其他节点传递的信息中的转发指令序列或路径规划转发信息，进行通信协议转换及信息表示转换。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3中，建立连接图包括如下步骤：

步骤3-a3，每一节点的通信代理接收其他节点的通信代理发送的连通信息、支持的通信协议转换信息、支持的信息表示转换信息和发出时间后，如果上述三种信息中任一种或两种以上与本节点通信代理的连接图不一致，则对本节点通信代理的连接图进行相应的更新，并向与本节点连通的除发送该连通信息的节点外的其他节点的通信代理发送上述三种信息；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3中，更新连接图包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4-4中，在节点的通信代理向另一节点的通信代理发送通信包过程中，如果数据发送校验失败或被打断，判定节点间数据通信失败，执行如下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤4-5中，每一节点的通信代理接收到通信包后，根据其维护的连接图规划后续最优路径时，如果无法寻找到任何可用路径，判定无有效传输路径失败，执行如下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤4-7中，如果经过一段特定长度时间后，发起节点仍未收到任何发送成功告知通信包或发送失败告知通信包，发起节点的通信代理判定发送超时失败，发送节点的通信代理向发送节点的信息系统返回发送失败信息和发送失败超时报告信息，本次数据发送过程结束，由信息系统判定采取重发或放弃发送。