一種基于數(shù)據(jù)鏈的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 曦，王永斌，劉宏波

(1.海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，武漢 430033;2.中國人民解放軍91336 部隊(duì)，河北秦皇島 066326)

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，是由多個(gè)部門的人員根據(jù)各自不同的專業(yè)領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)鏈的使用進(jìn)行有序規(guī)劃［1］。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃作為研究數(shù)據(jù)鏈組織使用的重要內(nèi)容，正在受到越來越多的探索和研究［2］。同時(shí)，以提高數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃效率為目的，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃生成系統(tǒng)也成為了必然的發(fā)展要求和未來的研究方向。目前國內(nèi)李宏智研究了多數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題［3］，康文崢等研究了數(shù)據(jù)鏈組織運(yùn)用的原則［4］，柏長帥、孫榮平、曲媛媛等研究了航空數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的TCP 機(jī)制［5］，趙銳、鐘榜、朱祖禮針對戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈發(fā)展現(xiàn)狀及其對戰(zhàn)略投送信息化建設(shè)進(jìn)行了研究［6］。

本文研究了數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，提出了總體框架和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，規(guī)范了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的流程，并按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求提出系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了滿足不同部門的規(guī)劃人員能夠獨(dú)立地根據(jù)分工，按照系統(tǒng)向?qū)нM(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的規(guī)劃生成系統(tǒng)。為提高戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃效率提供了參考。

1 系統(tǒng)概述及系統(tǒng)需求分析

向?qū)綌?shù)據(jù)鏈保障計(jì)劃生成系統(tǒng)是多個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參與者如作戰(zhàn)、通信、雷達(dá)、雷達(dá)等部門在各自的辦公區(qū)域，通過網(wǎng)絡(luò)連接，按照系統(tǒng)引導(dǎo)，即可實(shí)現(xiàn)對同一任務(wù)中戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，生成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃預(yù)案的系統(tǒng)［7］。整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜，應(yīng)該集資源管理、參數(shù)配置、預(yù)案生成、文件下發(fā)等多種功能于一身，具有完善的業(yè)務(wù)處理能力。以下是規(guī)劃系統(tǒng)的必然需求:

分布式需求。分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是指各參與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的人員不必在時(shí)間上和空間上集中在一起，而是各自在自己的工作地點(diǎn)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)把網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案中本部門職責(zé)內(nèi)的部分完成，就可以使規(guī)劃系統(tǒng)生成完整的規(guī)劃文件。隨著未來戰(zhàn)爭聯(lián)合作戰(zhàn)的趨勢日益明顯，信息化程度越來越高，分布式戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃成為必然發(fā)展方向。

向?qū)叫枨?。系統(tǒng)的規(guī)劃流程應(yīng)該簡潔明了，具有向?qū)Чδ?，以便網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參與部門的規(guī)劃人員能夠以自身的業(yè)務(wù)知識和能力為基礎(chǔ)，經(jīng)過簡單培訓(xùn)和練習(xí)之后熟練掌握系統(tǒng)的使用方法。

可擴(kuò)展性需求。可擴(kuò)展是指系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可能會(huì)根據(jù)實(shí)際需要對相應(yīng)的功能進(jìn)行進(jìn)一步修改和完善或者增加新的功能。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該考慮系統(tǒng)擴(kuò)充、功能添加等問題。

可維護(hù)性需求［8］?？删S護(hù)性是指系統(tǒng)的功能模塊化，每個(gè)模塊的功能相對簡單，模塊之間的關(guān)系盡可能少。這樣，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，能夠快速定位問題原因和源代碼位置，方便進(jìn)行局部功能修改和完善。

功能獨(dú)立性需求。系統(tǒng)功能模塊的獨(dú)立性，是指各個(gè)功能模塊之間的相對獨(dú)立。模塊之間的連接方式應(yīng)該是單向傳遞而不是網(wǎng)狀聯(lián)系。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)如圖1 所示，就是“數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)”框架結(jié)構(gòu)。規(guī)劃系統(tǒng)框架分為4 層結(jié)構(gòu)，分別為:用戶層、應(yīng)用層、支撐層、以及物理層［9］。

圖1 分布式戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

用戶層:指采用數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)，參與戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的智能部門。

應(yīng)用層:利用軟件編寫，并由支撐層相關(guān)資源提供保障的應(yīng)用軟件，為用戶層的職能部門提供參與數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的功能。

支撐層:包括4 部分:一是網(wǎng)絡(luò)支撐。由系統(tǒng)通信協(xié)議構(gòu)成;二是底層數(shù)據(jù)庫軟件。通過數(shù)據(jù)庫的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)分布錄入的數(shù)據(jù)集成儲存，并依托約束條件映射為數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。三是應(yīng)用軟件支撐。通過功能軟件的編寫人機(jī)交互界面等軟件功能模塊;四是調(diào)度流程。通過設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)度流程，實(shí)現(xiàn)多部門合作進(jìn)行規(guī)劃行為開展和人員、臺位空間上的物理分布;

物理層:主要由硬件構(gòu)成。一是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要由各參與規(guī)劃智能部門的辦公電腦以及路由、交換機(jī)等構(gòu)成;二是安全設(shè)備，主要由保密機(jī)、電磁屏蔽儀等設(shè)備構(gòu)成;三是存儲設(shè)備，主要由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成;四是輸出設(shè)備。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過分析，規(guī)劃系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):一是用戶數(shù)量少，僅限幾個(gè)參與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)的部門參加;二是客戶端之間距離有限;三是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中，不同部門除了查詢規(guī)劃預(yù)案進(jìn)度以外，各客戶端與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間通信時(shí)間不會(huì)重疊，使得網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)吞吐量有限［10］。

總線結(jié)構(gòu)是指所有客戶端和服務(wù)器都與總線相連，各客戶端地位平等?？偩€結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、可擴(kuò)充性好，同時(shí)價(jià)格低廉，安裝簡易使得設(shè)備相對簡單，可靠性高。缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)容納節(jié)點(diǎn)有限，延伸距離也有限。

本文規(guī)劃系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用各部門的臺位通過以太網(wǎng)與服務(wù)器直接相連的模式，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 分布式戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.3 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)預(yù)案設(shè)計(jì)是根據(jù)需求分析，設(shè)計(jì)新的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)預(yù)案的過程。分布式戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)，應(yīng)該從作戰(zhàn)意圖出發(fā)，結(jié)合實(shí)際規(guī)劃需求生成規(guī)劃文件的過程，設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程如圖3 所示。同時(shí)，各部門之間的協(xié)作也需要規(guī)范的流程來保障，如圖4 所示。

2.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

針對數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂锰攸c(diǎn)及其規(guī)劃方案的流程，同時(shí)考慮規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，對系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如圖5 所示。

圖3 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)連網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程示意圖

圖4 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部門間協(xié)同工作流程

規(guī)劃流程首先由作戰(zhàn)部門對相關(guān)規(guī)劃參數(shù)進(jìn)行配置，配置完畢后，轉(zhuǎn)入雷達(dá)情報(bào)部門進(jìn)行需求約束。若通過，則對雷達(dá)保障參數(shù)進(jìn)行配置，不通過則返回作戰(zhàn)部門對參數(shù)進(jìn)行修改。最后由通信部門根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求和戰(zhàn)場雷達(dá)保障需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開設(shè)并對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行配置。

圖5 向?qū)綉?zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)框圖

主要功能模塊包括:用戶管理、資源管理、作戰(zhàn)參數(shù)擬制、雷情參數(shù)擬制、通信參數(shù)擬制以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理。

資源管理:在此選項(xiàng)中錄入或者刪除平臺;同時(shí)，也可以對平臺中所述設(shè)備進(jìn)行增添、刪除以及更改參數(shù)等操作。

作戰(zhàn)參數(shù)擬制:作戰(zhàn)部門在此模塊內(nèi)對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中屬于本部門職能范圍內(nèi)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

雷情參數(shù)擬制:雷達(dá)部門在此模塊內(nèi)對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的雷達(dá)保障情況進(jìn)行設(shè)置和修改。

通信參數(shù)擬制:通信部門在此模塊內(nèi)對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中完成屬于通信部門職能范圍內(nèi)的諸如平臺編識號設(shè)定、網(wǎng)絡(luò)分組設(shè)定、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置等任務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理:管理員可以在此模塊中對已有的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行修改、刪除、查看等操作，同時(shí)，各個(gè)業(yè)務(wù)部門也可以在此模塊中對已有網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行查看，以便對上一流程中的業(yè)務(wù)部門規(guī)劃參數(shù)進(jìn)行需求約束。

3 結(jié)束語

針對數(shù)據(jù)鏈組織預(yù)案與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)出高效、實(shí)用、人性化的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)，對于提高數(shù)據(jù)鏈的作戰(zhàn)運(yùn)用水平從而提高整體作戰(zhàn)效能，具有重大意義。本文從需求分析入手，提出了數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)的系統(tǒng)框架和結(jié)構(gòu)，梳理了數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程、設(shè)計(jì)了系統(tǒng)功能，對于明確數(shù)據(jù)鏈預(yù)案設(shè)計(jì)規(guī)程和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程具有指導(dǎo)作用。同時(shí)，研究中提出的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃生成系統(tǒng)也是首次提出運(yùn)用結(jié)構(gòu)化方法解決數(shù)據(jù)鏈組織預(yù)案設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題，具有理論先導(dǎo)意義。

［1］駱光明. 數(shù)據(jù)鏈——信息系統(tǒng)連接武器系統(tǒng)的捷徑［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2008:165-173.

［2］呂娜等.數(shù)據(jù)鏈理論與系統(tǒng)［M］. 北京:電子工業(yè)出版社，2011:213-216.

［3］李宏智.多數(shù)據(jù)鏈聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃［J］. 指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2013，4(2):50-53.

［4］康文崢，盛亮.數(shù)據(jù)鏈組織運(yùn)用原則探析［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013(5):253-253.

［5］柏長帥，孫榮平，曲媛媛，等.航空數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的TCP機(jī)制［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2013，34(6):118-121.

［6］趙銳、鐘榜、朱祖禮.戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈發(fā)展現(xiàn)狀及其對戰(zhàn)略投送信息化建設(shè)的啟示［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2013，33(12):60-62.

［7］金善來.基于柔性架構(gòu)的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究［D］.武漢:海軍工程大學(xué)，2011:53-59.

［8］衛(wèi)澤.數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及評估研究［D］.武漢:海軍工程大學(xué)，2012:16-18.

［9］趙曙光. 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈組織與規(guī)劃技術(shù)［J］. 通信技術(shù)，2009，42(10):111-113.

［10］周進(jìn)，張曦，劉宏波.基于OMNeT++的數(shù)據(jù)鏈分布式仿真設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2013(5):757-759.