情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)研究

閆瑞軍

【摘要】? ? 針對(duì)情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)的要求，提出將數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)應(yīng)用到情報(bào)偵察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)基于需求過(guò)濾機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)適合于情報(bào)偵察系統(tǒng)的集成，需求過(guò)濾機(jī)制能有效提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。

【關(guān)鍵詞】? ? 情報(bào)偵察系統(tǒng)? ? 數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)? ? 發(fā)布/訂閱

Research of Data Distribution Service for Reconnaissance intelligence system

Yan Ruijun

（China Electronics Technology Group Corporation No.7 Research Institute，GuangZhou，510310）

Abstract： Aiming at the problem of data dissemination demand for reconnaissance intelligence system， this paper applies Data Distribution Service（DDS） into reconnaissance intelligence system， and proposes improvement on data distribution based on interest filtering. By making an experiment， results show that DDS can supporting the system integration effectively and the interest filtering mechanism can improve the efficiency of communication.

Key words：Reconnaissance intelligence system， data distribution service， publish/subscribe.

引言：

情報(bào)偵察系統(tǒng)依托強(qiáng)大的信息網(wǎng)絡(luò)，集偵察監(jiān)視、情報(bào)處理、信息融合和分發(fā)應(yīng)用為一體，借助各類(lèi)傳感器、攝像頭、雷達(dá)、衛(wèi)星等多種探測(cè)手段獲取各種目標(biāo)信息，連接偵察衛(wèi)星、飛機(jī)、艦艇、偵察部隊(duì)和各情報(bào)部門(mén)等多種偵察探測(cè)裝備和各級(jí)情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)，快速獲取、實(shí)時(shí)發(fā)布天文、地理、水文、設(shè)施架設(shè)、人力部署等多維態(tài)勢(shì)信息。基于情報(bào)偵察系統(tǒng)，各兵種、各部門(mén)作戰(zhàn)人員可以全面、迅速、準(zhǔn)確地掌握統(tǒng)一敵我態(tài)勢(shì)信息。情報(bào)偵察系統(tǒng)為聯(lián)合作戰(zhàn)指揮決策、部隊(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)、聯(lián)合火力打擊和防空作戰(zhàn)等提供可靠及時(shí)的信息支持和情報(bào)保障[1][2]。

在情報(bào)偵察系統(tǒng)中，偵察探測(cè)裝備種類(lèi)繁多、數(shù)量大、狀態(tài)更新快，各情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)平臺(tái)多樣，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和接口不統(tǒng)一，各軍兵種信息系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。偵察探測(cè)裝備和情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)存在不確定性，隨時(shí)可能加入或者退出系統(tǒng)。情報(bào)信息種類(lèi)眾多，包括文字、圖片、視頻等。由于工作身份、運(yùn)行場(chǎng)景等原因，各情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)感興趣的情報(bào)信息也不同，需要及時(shí)按需獲取情報(bào)信息，這些都對(duì)情報(bào)偵察系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分發(fā)提出了更高要求[3][4]。

1）支持異構(gòu)環(huán)境互操作。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，決定了系統(tǒng)在平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性方面存在很大挑戰(zhàn)。

2）支持動(dòng)態(tài)聯(lián)合。由于作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)單元的不確定性，要求各情報(bào)處理節(jié)點(diǎn)、偵察探測(cè)裝備可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、無(wú)縫的信息聯(lián)盟。

3）即時(shí)信息按需共享。根據(jù)作戰(zhàn)需求，確保在正確的時(shí)間把正確的數(shù)據(jù)傳遞到正確的地點(diǎn)。在戰(zhàn)場(chǎng)通信的復(fù)雜環(huán)境下，面臨著弱連接、不穩(wěn)定、低帶寬的惡劣通信條件，如何保證情報(bào)數(shù)據(jù)分發(fā)的可靠性和實(shí)時(shí)性，是情報(bào)偵察系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2004年12月，針對(duì)分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互需求，憑借在信息管理、網(wǎng)絡(luò)、分布式、實(shí)時(shí)和關(guān)鍵性任務(wù)系統(tǒng)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，對(duì)象管理組織OMG發(fā)布了數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)規(guī)范Data Distribution Service（DDS）1.0版本。2007年1月發(fā)布了DDS 1.2版本[5]。以數(shù)據(jù)為中心，DDS基于發(fā)布-訂閱機(jī)制，提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)QoS控制策略，實(shí)現(xiàn)了分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、可靠、高效分發(fā)，能夠被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空、工業(yè)自動(dòng)化、分布控制、分布仿真、機(jī)器人、電信等多個(gè)領(lǐng)域[6][7]。

本文通過(guò)對(duì)DDS進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)DDS適用于情報(bào)偵察系統(tǒng)的集成，同時(shí)提出一種基于需求的主題過(guò)濾機(jī)制，訂閱者通過(guò)更細(xì)致地表達(dá)其情報(bào)需求，從而減少訂閱信息分發(fā)產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載和訂閱者信息處理的額外消耗，并將構(gòu)建的數(shù)據(jù)分發(fā)平臺(tái)應(yīng)用到情報(bào)偵察系統(tǒng)的集成中。

一、情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)

伴隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展，各類(lèi)偵察探測(cè)設(shè)備和情報(bào)處理系統(tǒng)變得日趨龐大、復(fù)雜，情報(bào)偵察系統(tǒng)旨在提供一種與平臺(tái)、位置無(wú)關(guān)、可擴(kuò)展的、集偵察監(jiān)視、情報(bào)處理、信息融合和分發(fā)應(yīng)用為一體的集成體系架構(gòu)，使情報(bào)發(fā)布者和訂閱者在空間上、時(shí)間上、功能上解除耦合，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)情報(bào)資源的高效共享和快速整合。

結(jié)合情報(bào)偵察系統(tǒng)的應(yīng)用需求，本文以數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)為基礎(chǔ)，集成多類(lèi)數(shù)據(jù)采集終端和多種作戰(zhàn)單元情報(bào)處理系統(tǒng)，屏蔽各類(lèi)數(shù)據(jù)采集終端、情報(bào)處理系統(tǒng)的硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)差異，通過(guò)數(shù)據(jù)分發(fā)平臺(tái)提供滿(mǎn)足各類(lèi)情報(bào)服務(wù)質(zhì)量需求的傳輸保證。如圖1所示。

情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，為各類(lèi)情報(bào)數(shù)據(jù)構(gòu)建相關(guān)主題，基于全局空間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)布和訂閱，以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)收發(fā)雙方的交互過(guò)程，提高網(wǎng)絡(luò)通信效率。

各類(lèi)數(shù)據(jù)采集終端采集和解析數(shù)據(jù)，（作為發(fā)布者）發(fā)布情報(bào)數(shù)據(jù)，為各類(lèi)情報(bào)處理系統(tǒng)提供情報(bào)信息來(lái)源;（作為訂閱者）訂閱相應(yīng)的情報(bào)偵察指令并按需開(kāi)展相應(yīng)的情報(bào)收集工作。各類(lèi)情報(bào)處理系統(tǒng)（作為訂閱者）訂閱各類(lèi)情報(bào)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)融合處理和分析形成綜合態(tài)勢(shì);（作為發(fā)布者）按照情報(bào)偵察計(jì)劃發(fā)布情報(bào)偵察指令，以利用各類(lèi)偵察探測(cè)終端獲取情報(bào)信息。情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)通信模型，如圖2所示。通過(guò)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)平臺(tái)，數(shù)據(jù)發(fā)布者將數(shù)據(jù)發(fā)送到全局?jǐn)?shù)據(jù)空間中;數(shù)據(jù)訂閱者若需要相關(guān)數(shù)據(jù)信息，則到全局?jǐn)?shù)據(jù)空間中訂閱相關(guān)主題，然后監(jiān)聽(tīng)接收所需要的數(shù)據(jù)。由此，情報(bào)偵察系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了情報(bào)數(shù)據(jù)的采集、解析、發(fā)布、訂閱、數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用。各系統(tǒng)均能根據(jù)各自的需求訂閱所需數(shù)據(jù)，減弱了發(fā)布者與訂閱者間的關(guān)聯(lián)，增強(qiáng)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和可擴(kuò)展性，提升了用戶(hù)使用的便利性。

為了保證服務(wù)質(zhì)量，可以充分利用數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)所提供的應(yīng)用級(jí)服務(wù)質(zhì)量支持，通過(guò)設(shè)置相關(guān)的QoS參數(shù)，在發(fā)布者和訂閱者之間建立QoS約定，以滿(mǎn)足系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量要求。

二、基于需求過(guò)濾的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)

為提升情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)的效率，本文提出一種基于需求過(guò)濾的數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制。系統(tǒng)訂閱者通過(guò)更細(xì)粒度地表達(dá)自己的訂閱需求，減弱發(fā)布者與訂閱者間的關(guān)聯(lián)，從而減少發(fā)布者與訂閱者間的數(shù)據(jù)交互。

在數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)中，我們使用一個(gè)自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述主題，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中通常包括多個(gè)參數(shù)，用于描述主題的多個(gè)細(xì)節(jié)信息。本文以情報(bào)偵察系統(tǒng)中主題“偵察分隊(duì)X”為例。這個(gè)主題包含地形、地貌、裝備配置、兵力部署等多個(gè)參數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端采集數(shù)據(jù)時(shí)，這些主題參數(shù)并非都會(huì)發(fā)生改變，如地形、地貌等參數(shù)會(huì)保持不變。對(duì)于傳統(tǒng)的訂閱方式，數(shù)據(jù)采集終端每次采集數(shù)據(jù)后，都會(huì)將主題數(shù)據(jù)發(fā)送給各個(gè)訂閱者。如果訂閱者只對(duì)其中某些信息（如裝備配置、兵力部署等參數(shù)）感興趣，就會(huì)導(dǎo)致此類(lèi)訂閱者收到的數(shù)據(jù)變得冗余，造成網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費(fèi)和訂閱者額外的處理資源消耗。若為各個(gè)感興趣的細(xì)節(jié)參數(shù)分別構(gòu)建主題，則會(huì)大大增加全局?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)象的個(gè)數(shù)，增大全局?jǐn)?shù)據(jù)空間的管理壓力。

本文采用基于需求的過(guò)濾機(jī)制，不增加全局?jǐn)?shù)據(jù)空間復(fù)雜性，通過(guò)對(duì)發(fā)布數(shù)據(jù)的內(nèi)容過(guò)濾，降低冗余數(shù)據(jù)額外產(chǎn)生的傳輸資源和處理資源耗費(fèi)。基于需求過(guò)濾機(jī)制的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，包括需求表達(dá)、區(qū)域匹配、建立通信、數(shù)據(jù)分發(fā)4個(gè)步驟。如圖4所示。訂閱者表達(dá)其訂閱的需求信息;全局?jǐn)?shù)據(jù)空間通過(guò)檢查發(fā)布者和訂閱者之間主題與QoS策略的匹配情況，為匹配者間建立關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)采集終端周期性采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳送到相關(guān)主題的發(fā)布者。針對(duì)與之匹配的訂閱者，發(fā)布者根據(jù)訂閱者表達(dá)的需求信息，對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾處理，根據(jù)匹配結(jié)果決定是否建立連接。如果訂閱者表達(dá)的需求參數(shù)沒(méi)有改變，則對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，即發(fā)布者不向該訂閱者發(fā)送該數(shù)據(jù);否則，建立通信連接，向訂閱者進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)。

需求區(qū)域是訂閱者訂閱某個(gè)主題時(shí)用于表達(dá)所感興趣信息的一個(gè)集合。以情報(bào)偵察系統(tǒng)中主題“偵察分隊(duì)X”為例。如圖5所示，這個(gè)主題包含地形、地貌、裝備配置類(lèi)、兵力部署類(lèi)等共12個(gè)參數(shù)。訂閱者A、B、C均訂閱了主題“偵察分隊(duì)X”。系統(tǒng)的訂閱者A對(duì)該主題的參數(shù)（地形、地貌）感興趣，這2個(gè)參數(shù)構(gòu)成訂閱者A的需求區(qū)域，描述為區(qū)域A;系統(tǒng)的訂閱者B對(duì)該主題的裝備配置類(lèi)7個(gè)參數(shù)感興趣，這7個(gè)參數(shù)構(gòu)成訂閱者B的需求區(qū)域，描述為區(qū)域B;系統(tǒng)的訂閱者C對(duì)該主題的兵力部署類(lèi)3個(gè)參數(shù)感興趣，這3個(gè)參數(shù)構(gòu)成訂閱者C的需求區(qū)域，描述為區(qū)域C。

三、實(shí)驗(yàn)

本文以O(shè)penDDS[8]為基礎(chǔ)構(gòu)建測(cè)試環(huán)境，通過(guò)在定義主題的IDL文件中定義感興趣的參數(shù)為關(guān)鍵值，以支持訂閱者對(duì)需求區(qū)域的表達(dá)。本文搭建測(cè)試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D6所示，驗(yàn)證對(duì)上述基于需求過(guò)濾機(jī)制數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)的性能改進(jìn)情況。在局域網(wǎng)下各終端都采用TCP實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸保證。訂閱者A、B、C所訂閱的需求區(qū)域分別為A、B、C。發(fā)布者每秒發(fā)送數(shù)據(jù)（主題為“偵察分隊(duì)X”）一次，其中需求區(qū)域A、B、C發(fā)生數(shù)據(jù)更新的概率分別為0.2、0.4、0.6。

測(cè)試結(jié)果如圖7所示。若采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，情報(bào)發(fā)布者每秒向3個(gè)訂閱者發(fā)送的情報(bào)數(shù)據(jù)共3個(gè)，則T秒時(shí)共發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)量為3T個(gè)。若采用基于需求過(guò)濾機(jī)制的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，則情報(bào)發(fā)布者每秒向3個(gè)訂閱者發(fā)送的情報(bào)數(shù)據(jù)共（0.2+0.4+0.6）=1.2個(gè)， T秒時(shí)共發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)量為1.2T個(gè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析相符?？梢?jiàn)，通過(guò)采用需求過(guò)濾機(jī)制，發(fā)布數(shù)據(jù)包的數(shù)量由1500減少到600，減少了（1500-600）/1500*100=60（%）的發(fā)送數(shù)據(jù)。

測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)需求過(guò)濾機(jī)制的應(yīng)用，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)能有效降低發(fā)布與訂閱冗余數(shù)據(jù)包的數(shù)量，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費(fèi)和訂閱者額外的處理資源消耗，提高數(shù)據(jù)分發(fā)效率。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合情報(bào)偵察系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)的要求，提出將數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)應(yīng)用到情報(bào)偵察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)基于需求過(guò)濾機(jī)制進(jìn)行了應(yīng)用改進(jìn)，并對(duì)改進(jìn)效果進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)適合于情報(bào)偵察系統(tǒng)的集成，需求過(guò)濾能有效提高數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]李鵬偉，楊海濤.DDS在偵察情報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].指揮與控制學(xué)報(bào)，2015，F(xiàn)1（1）：F68-71.

[2]蔡凌峰，孫勇成，鄭宇杰. 情報(bào)、監(jiān)視、偵察一體化系統(tǒng)架構(gòu)[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2014，5（6）：66-71，82.

[3]周威，張智海.基于DDS的偵察情報(bào)分發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[J].裝備學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，24（4）：94-98.

[4]SCHMIDT D C，CORSARO A.Addressing the challenges of tactical information management in net-centric systems with DDS[EB/OL].2012-04-05.http：//www.cs.wustl.edu/～schmidt/PDF/CrossTalk-2008-final.pdf.

[5]OMG.Data distribution service for real-time systems version 1.2 [EB/OL].2014-07-11.http：//www.omg.org/spec/DDS/1.2/.2007.

[6]孫文俊，馮燕，張宏宇.基于DDS 的實(shí)時(shí)信息交換平臺(tái)研究[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2011，2（1）：49-53.

[7] 周瑩.受限帶寬環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)傳輸優(yōu)化技術(shù)研究[D].武漢.武漢數(shù)字工程研究所，2016.

[8]Object Computing，Inc..OpenDDS Developers Guide[Z].2009.