机载网络系统及其骨干节点消息处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机载网络系统及其骨干节点消息处理方法。该系统采用了无线Ｍｅｓｈ骨干网与异构接入网相结合的混合分层网络结构，通过机载骨干网实现各类接入网的互联，提高了系统的灵活性及可扩展性。同时，在骨干网节点的综合消息处理系统中采用了骨干节点消息处理方法。该方法实现了核心网络与边缘网络之间异构消息的转换，并采用了基于发布／订阅机制的信息分发服务，提高了复杂网络环境下的资源利用率及信息访问效率。本发明专利技术具有军民两用价值，特别是在军事一体化信息栅格的空中指挥协同星座及民航网络化通信、导航、监视等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信领域，具体涉及一种机载网络系统及其骨干节点消息处理方 法。
技术介绍
机载网络(Airborne Network, AN)是一种以航空飞行器为节点、由无线数据链互 连而成、用于传输分组报文及IP业务的无线通信网络。特别在一体化信息栅格体系中，AN 是一种以综合航空电子系统为主要节点的空中战术信息网络，可将若干不同类型的航空平 台组成“空中指挥协同星座”，并根据作战任务及战场态势的变化动态形成与之相匹配的拓 扑结构，为空中体系对抗提供实时、可靠、灵活的信息共享。同时，AN可作为地域通信网的 空中中继系统，不但能够克服地形影响、扩大通信范围，而且与卫星通信相比延时更小且部 署更为灵活。此外，该系统可与天基信息网、陆/海基信息网共同组成一体化信息栅格，实 现陆海空天各类异构战术系统的无缝互联。机载网络系统的拓扑结构已从最初的点对点链路发展成为基于时分多址方式的 全网状结构。虽然网络规模有所扩大，但信道利用率及网络吞吐量较低且灵活性及可靠性 不足，使其不能满足网络中心战条件下空中指挥协同星座的需要。为了进一步增强航空平 台之间信息共享的灵活性、实时性及可靠性，机载网络系统正不断向基于通用协议的网络 化结构发展，并逐步融入一体化信息栅格体系。在空中信道中，机载网络系统以视距通信为主，并通过节点转发实现大范围分布 式组网。由于航空平台的机动性较强，因此机载网络拓扑结构也随之动态变化，并构成一种 由无线Mesh (无线网状网)骨干网与多种异构接入网相结合的混合分层无线网络。在多种 类型接入网中，移动Ad hoc网络(MANET)是一种通过无线移动节点多跳转发的、能够快速 部署的、自组织分布式网络。它无需固定节点支持，实现分布式无中心管理，可临时组织并 快速部署，具有高移动性与抗毁性，具体包括以下显著特点(1)全分布式。Ad hoc网络完全由无线节点组成，没有任何固定基础设施。网络 的运行。组织与管理是全分布式且自组织的。(2)动态拓扑。节点可自由移动，网络拓扑在任意时刻均可能发生不可预知的变 化。(3)多跳转发。无线通信距离有限，当目的节点超出源节点通信范围时，需要中间 节点进行中继转发。(4)带宽有限且易变。无线链路带宽有限，且随着节点移动及信道环境不同无线链 路的容量容易发生变化。无线Mesh网络(WMN)是一种基于因特网协议(IP, Internet Protocol)并通过 网状分布的无线接入点(APjccess Point)多跳路由而构成的宽带无线网络。WMN主要包 括用户、Mesh路由器(即无线接入点)以及网关三类不同功能的网络节点。用户节点之间 通过不同类型的子网相互连接(例如Ad hoc网络等)，并在局部范围内提供端到端通信服5务；Mesh路由器是一类移动性不强且彼此间能够实现远距离宽带无线连接的节点，Mesh路 由器采用多跳转发的方式以有限的功率实现较大的覆盖范围，从而在广阔分布的大量用户 节点之间形成无线Mesh骨干网；网关节点通常是Mesh路由器中能够连接高一级网络的接 入节点。虽然WMN与MANET均采用多跳组网方式，但WMN所涉及的网络类型更广，其本质是 一种网络架构；而MANET实质上仅仅是WMN众多类型接入子网中的一种。具有混合结构的 WMN已成为未来理想的无线网络接入方式，可在同一网络架构下实现各种异构子网的互联 互通。由于平台载荷及信道环境的制约，机载网络系统已无法满足各种业务急剧增长的 带宽需求。由于一般通信网络不具备对用户意识的识别能力，缺乏对传输信息的控制与调 度，使得通信服务质量显著下降，导致时间敏感的生存性信息难以及时分发。而信息分发服 务IDS (Information Distribution Service)是以一定策略为指导建立起的一套端到端的 信息认知、访问及推送服务机制，不但可以实现通信资源的按需分配，而且能够大幅提高资 源利用率及信息传输效率。IDS需要将用户的分发策略映射为通信系统所能理解的传输控 制策略，以最合理的方式分配网络资源，从而满足不同用户的通信质量需求。为了在海量信 息环境中提高信息访问效率，IDS必须包括诸如信息描述、自动查询以及主动推送等重要技 术手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决在一体化信息栅格体系下空中指挥协同星座的体系结 构设计问题，提供一种。在空中指挥协同星座中 采用无线Mesh骨干网与异构接入网相结合的混合分层网络结构，通过骨干网实现各类异 构子网的互联，增强了机载网的络灵活性、可靠性及可扩展性；同时在机载网络系统的骨干 节点中实现了异构消息转换与信息分发服务，改善了机载网络系统的资源利用率和信息访 问效率。一种机载网络系统，该系统具有混合Mesh分层网络结构，具体可分为核心网络与 边缘网络；核心网络包括栅格节点和骨干节点，栅格节点及骨干节点通过自组织、分布式组 网模式构成无线Mesh骨干网；边缘网络包括本地节点、接入节点以及网络节点，本地节点、接入节点、网络节点 分别通过本地链路、网络接入以及战术子网三种异构链路连接栅格节点或骨干节点，从而 接入核心网络；在分层网络结构中，栅格节点与骨干节点直接在核心网络内进行高速信息交换； 本地节点、接入节点及网络节点中，相同区域内的同类节点只能在同一边缘网络内相互通 信，而不同区域或者不同类型的节点必须通过栅格节点或骨干节点接入核心网络实现信息 交换；栅格节点、骨干节点配置信息传感器及综合消息处理系统，信息传感器作为综合 消息处理系统的信息源；综合消息处理系统作为机载网络系统的网关，在边缘网络与核心 网络之间按照通用协议对各类信息进行格式化处理，并通过数据分发服务实现消息的发布 订阅。6一种机载网络系统骨干节点发布信息的消息处理方法，包括以下几个步骤步骤一从信源获取信息。综合消息处理系统从信息传感器中获取源信息，主要包括数据、文本类消息以及 语音、图像、视频类多媒体信息；步骤二 基于通用协议将信息封装打包。综合消息处理系统将源信息送入存储器的消息转换单元并按照通用协议进行打 包。步骤三生成与信息关联的元数据。本体组合引擎根据源信息特征生成相应的元数据，并将其作为元数据记录保存在 海量存储单元中。本体组合引擎根据统一的战场信息域本体结构对元数据记录进行分类， 使相似信息归为一类并彼此相互关联。本体组合引擎对无法归类的信息进行滤除。步骤四存储封装包及元数据记录。按照本体结构，将封装包及相关的元数据记录保存在海量存储单元中。海量存储 单元包括若干联邦数据库，其中每个数据库存储一部分信息。联邦数据库具有Web服务入 口，其他节点能够直接访问。步骤五发布信息。面向服务的基础组件发布信息以供其他远程节点订阅。海量存储单元中所有元数 据记录形成一个目录，以便远程节点通过面向服务的基础组件对目录进行检索。若一个远 程节点以注册的方式订阅了某类信息，一旦该信息在有效期内生成，则面向服务的基础组 件便会将海量存储单元中所对应的封装包及其元数据记录立即自动发送给订阅节点。一种机载网络系统骨干节点订阅信息的消息处理方法，包括以下几个步骤步骤一生成元数据。订阅节点根据自身需求，按照战场信息域本体结构生成与所需信息相对应的元数 据记录。步骤二 信息检索。订阅节点分别对若干远程节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载网络系统，其特征在于，该系统具有混合Ｍｅｓｈ分层网络结构，具体可分为核心网络与边缘网络；核心网络包括栅格节点和骨干节点，栅格节点及骨干节点通过自组织、分布式组网模式构成无线Ｍｅｓｈ骨干网；边缘网络包括本地节点、接入节点以及网络节点，本地节点、接入节点、网络节点分别通过本地链路、网络接入以及战术子网三种异构链路连接栅格节点或骨干节点，从而接入核心网络；在分层网络结构中，栅格节点与骨干节点直接在核心网络内进行高速信息交换；本地节点、接入节点及网络节点中，相同区域内的同类节点只能在同一边缘网络内相互通信，而不同区域或者不同类型的节点必须通过栅格节点或骨干节点接入核心网络实现信息交换；栅格节点、骨干节点配置信息传感器及综合消息处理系统，信息传感器作为综合消息处理系统的信息源；综合消息处理系统作为机载网络系统的网关，在边缘网络与核心网络之间按照通用协议对各类信息进行格式化处理，并通过数据分发服务实现消息的发布订阅。

【技术特征摘要】
一种机载网络系统，其特征在于，该系统具有混合Mesh分层网络结构，具体可分为核心网络与边缘网络；核心网络包括栅格节点和骨干节点，栅格节点及骨干节点通过自组织、分布式组网模式构成无线Mesh骨干网；边缘网络包括本地节点、接入节点以及网络节点，本地节点、接入节点、网络节点分别通过本地链路、网络接入以及战术子网三种异构链路连接栅格节点或骨干节点，从而接入核心网络；在分层网络结构中，栅格节点与骨干节点直接在核心网络内进行高速信息交换；本地节点、接入节点及网络节点中，相同区域内的同类节点只能在同一边缘网络内相互通信，而不同区域或者不同类型的节点必须通过栅格节点或骨干节点接入核心网络实现信息交换；栅格节点、骨干节点配置信息传感器及综合消息处理系统，信息传感器作为综合消息处理系统的信息源；综合消息处理系统作为机载网络系统的网关，在边缘网络与核心网络之间按照通用协议对各类信息进行格式化处理，并通过数据分发服务实现消息的发布订阅。2.根据权利要求1所述的一种机载网络系统，其特征在于，栅格节点与骨干节点具备 网关及路由功能，能够与本地边缘网络互联，在不同空域、不同类型的边缘网络之间实现异 构消息的信息分发。3.根据权利要求1所述的一种机载网络系统，其特征在于，栅格节点还与天基平台、海 /陆基平台构成天空地一体化信息栅格。4.根据权利要求1所述的一种机载网络系统，其特征在于，骨干节点为航空支援保障 平台，栅格节点为航空指挥通信平台，接入节点为高机动航空武器平台，网络节点为高性能 航空作战平台，本地节点包括所有只能通过本地链路进行通信的航空平台，信息传感器包 括雷达系统、电子侦察系统、红外探测系统、短波自适应通信系统、超短波抗干扰通信系统、 数据链系统、卫星通信系统和机载网络系统等。5.根据权利要求4所述的一种机载网络系统，其特征在于，骨干节点包括情报侦查飞 机和预警探测飞机；栅格节点包括战场管理与指控飞机和高空长航时无人机；网络节点包 括新一代有人/无人战斗机；接入节点包括巡航导弹、空空/空地武器和战术无人机；本地 节点包括所有只能通过非IP协议进行通信的航空飞行器。6.根据权利要求1所述的一种机载网络系统，其特征在于，所述的综合消息处理系统 作为机载网络系统的网关配置在栅格节点、骨干节点及天基平台、海/陆基平台中，综合消 息处理系统按照通用协议对不同空域、不同类型边缘网络的异构消息进行格式化封装，并 实现信息的存储/检索以及发布/订阅功能。7.根据权利要求6所述的一种机载网络系统，其特征在于，所述的综合消息处理系统 具体包括处理器和存储器，处理器执行存储器中所有的程序指令；存储器包括消息转换单 元、海量存储单元、本体组合引擎、消息中间件以及面向服务的基础结构；消息转换单元、海 量存储单元、本体组合引擎、消息中间件以及面向服务的基础结构通过存储器内部总线进 行互联；消息转换单元接收信息传感器所产生的源信息，并按照通用协议进行封装；同时， 消息转换单元从接收到的消息包或多媒体包中提取出被封装的原始信息，并利用相应的本地协议将其转换为非IP消息使其能够在边缘网络中传输；消息转换单元所生成的封装包 被存储在海量存储单元中，每个封装包与一个元数据记录相关联，元数据记录是由本体组 合引擎根据战场信息域的本体结构所生成的完整的信息摘要；本体组合引擎会按照战场信 息域的本体结构对所接收的封装包进行过滤，将无用信息从海量存储单元中删除；消息中 间件采用了机对机的传输机制为机载网络的栅格节点、骨干节点提供异步的信息共享；消 息中间件的信息分发模块所提供的信息分发服务用于建立核心网络中端到端连接；面向服 务的基础组件通过发布/订阅机制为远程节点提供本地...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓林，和欣，鲍君海，李铀，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]