基于流星余跡通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)研究

張 靖，王 蓓

1.中國電子科技集團(tuán)公司第54研究所，河北石家莊 050081 2.中國人民解放軍邊防學(xué)院，陜西西安 710108

0 引言

流星余跡通信是一種超遠(yuǎn)距離突發(fā)通信方式，其信道穩(wěn)定存在，不受電離層擾動(dòng)、核爆等因素影響，具有很高的軍事意義與廣闊的應(yīng)用前景[1]。流星余跡在空間上分布廣泛，可以在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)通信。但是相對于其他連續(xù)信道，流星余跡存在空域和時(shí)域隨機(jī)突發(fā)、快速衰減等特點(diǎn)[2]，因此組網(wǎng)通信使用時(shí)，需要研究直觀、高效的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)籌安排，提高信道利用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延。

本文根據(jù)流星余跡組網(wǎng)通信需求，分解出流星余跡網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的功能要求，開發(fā)出一套流星余跡通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的分布情況、通信鏈路的通斷情況以及新入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的接入情況，并可提供計(jì)算最優(yōu)路徑的原始數(shù)據(jù)，以作出最優(yōu)鏈路規(guī)劃。

1 總體設(shè)計(jì)

流星余跡通信網(wǎng)監(jiān)控軟件，首先要按照預(yù)先規(guī)劃，在電子地圖上建立站點(diǎn)及有通信需求的站間通信鏈路，規(guī)劃完畢后，生成網(wǎng)絡(luò)路由表并發(fā)送給通信設(shè)備進(jìn)行路由表維護(hù)。在通信時(shí)，通信網(wǎng)中的設(shè)備會(huì)按照預(yù)先生成的網(wǎng)絡(luò)路由表進(jìn)行探測，以生成可通信鏈路表，并上傳。同時(shí)，如果有未被預(yù)先規(guī)劃的通信站接入通信網(wǎng)，則該站點(diǎn)的站號、地理位置信息以及與其他站點(diǎn)的連接信息也會(huì)被傳到監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)根據(jù)收到的鏈路信息和站點(diǎn)信息更新電子地圖。還可通過查詢指令，查詢到全網(wǎng)鏈路的通斷狀況，并實(shí)時(shí)在地圖上表示出來，以顯示實(shí)際中流星余跡通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

這樣，就實(shí)現(xiàn)了流星余跡通信網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對通信網(wǎng)中各個(gè)鏈路的監(jiān)視，可實(shí)時(shí)了解通信網(wǎng)內(nèi)站間的通斷情況。

由以上需求，可知監(jiān)控軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能包括規(guī)劃站點(diǎn)功能、規(guī)劃通信鏈路功能、監(jiān)控通信網(wǎng)功能、網(wǎng)絡(luò)傳輸功能四類功能，用框圖示意如圖1所示。

2 關(guān)鍵問題及解決方法

2.1 生成規(guī)劃表功能

生成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃表是規(guī)劃通信鏈路中最重要的一步，它是進(jìn)行探測全網(wǎng)鏈路活動(dòng)情況的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃表設(shè)計(jì)為矩陣的形式，矩陣示意圖如圖2所示，其中255表示本站與本站的關(guān)系，無意義，1為站站之間有鏈路連接，0表示站站之間沒有鏈路連接。

圖1 監(jiān)控軟件功能示意圖

圖2 規(guī)劃表矩陣示意圖

生成規(guī)劃表的處理流程包括如下步驟：

1）初始化規(guī)劃表的矩陣。

2）兩站間生成通信鏈路則相應(yīng)行列置1。

3）兩站間無通信鏈路則相應(yīng)行列置0。

4）生成整個(gè)通信網(wǎng)的規(guī)劃表。

2.2 監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為流星余跡通信網(wǎng)的監(jiān)控軟件，它與其他通信設(shè)備的外部接口為該軟件的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該接口用于監(jiān)控設(shè)備與其他通信設(shè)備間同步新上線站點(diǎn)、查詢可用鏈信息等。

主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為與通信設(shè)備通信時(shí)交換的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)如圖3所示，幀結(jié)構(gòu)由幀頭、幀長度、幀類型、幀內(nèi)容以及幀尾組成。

圖3 接口消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖

發(fā)送初始矩陣幀內(nèi)容為鏈路規(guī)劃的初始矩陣，256（16*16）個(gè)字節(jié)，矩陣形式如圖2所示，256個(gè)字節(jié)內(nèi)數(shù)據(jù)順序?yàn)榫仃囍械?行16個(gè)數(shù)、第2行16個(gè)數(shù)……第16行16個(gè)數(shù)。其中有鏈路規(guī)劃的位為1，無鏈路規(guī)劃的位為0。

查詢可用鏈路無幀內(nèi)容，返回可用鏈路幀內(nèi)容為可用鏈路矩陣信息，形式同初始矩陣，矩陣內(nèi)可用鏈路位為2，不可用鏈路位為0。

新上線站點(diǎn)信息幀內(nèi)容包括：新上線站點(diǎn)站號的主站號位1字節(jié)，從站號位1字節(jié)，地理位置坐標(biāo)經(jīng)度的度分秒分別1字節(jié)，緯度的度分秒分別1字節(jié)，最后是與其它主站的連接關(guān)系，有連接為1，無連接為0。

3 工程應(yīng)用結(jié)果與分析

在工程應(yīng)用過程中可以看出，該監(jiān)控軟件可以實(shí)現(xiàn)第2節(jié)中設(shè)計(jì)的各種功能，監(jiān)控軟件通過網(wǎng)絡(luò)接口與通信設(shè)備進(jìn)行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)、指令，接收回應(yīng)數(shù)據(jù)遵循圖3中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，在規(guī)劃好兩個(gè)站點(diǎn)01000、 02000及其通信鏈路后，接收到站號為03000，地理位置為東經(jīng)106度48分41秒北緯40度57分12秒，且與01000有通信鏈路規(guī)劃的一個(gè)新上線站點(diǎn)信息，將初始矩陣發(fā)送到通信設(shè)備，內(nèi)容表示01000與02000、03000分別有通信規(guī)劃，查詢可用鏈路為一組固定數(shù)據(jù)，返回可用鏈路表示01000與03000之間鏈路可用，而01000與02000之間鏈路不可用。

通過工程應(yīng)用可以得出，結(jié)果與設(shè)計(jì)的預(yù)期相符，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠完成流星余跡通信網(wǎng)的監(jiān)控工作。

4 結(jié)論

本文通過對流星余跡組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的功能進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，結(jié)合流星余跡通信的特點(diǎn)、組網(wǎng)方式以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)的相關(guān)知識，開發(fā)出一套基于地理信息系統(tǒng)的流星余跡通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件。并通過工程應(yīng)用，驗(yàn)證了流星余跡網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件的正確性、實(shí)用性和有效性。監(jiān)控軟件的通信鏈路規(guī)劃功能和通信網(wǎng)實(shí)時(shí)信息顯示功能增強(qiáng)了流星余跡組網(wǎng)通信的信息傳輸效率、信道利用率和網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

[1]胡炳輕，陳鳴.流星突發(fā)通信在軍事通信中的應(yīng)用分析[J].無線電通信技術(shù)，2008（6）：58-60.

[2]荀立軍，楊斌，王偉，等.流星突發(fā)通信中的信道估計(jì)研究[J].無線電工程，2004（11）：48-50.

[3]尹旭日，張武軍.Visual C++環(huán)境下MapX的開發(fā)技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社，2009.