论文部分内容阅读
【摘要】 针对情报侦察系统数据分发的要求，提出将数据分发服务应用到情报侦察系统的设计思路，同时根据系统特点基于需求过滤机制对数据分发服务进行改进。实验结果表明，数据分发服务适合于情报侦察系统的集成，需求过滤机制能有效提高系统数据分发的效率。
【关键词】 情报侦察系统 数据分发服务 发布/订阅
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：
情报侦察系统依托强大的信息网络，集侦察监视、情报处理、信息融合和分发应用為一体，借助各类传感器、摄像头、雷达、卫星等多种探测手段获取各种目标信息，连接侦察卫星、飞机、舰艇、侦察部队和各情报部门等多种侦察探测装备和各级情报处理节点，快速获取、实时发布天文、地理、水文、设施架设、人力部署等多维态势信息。基于情报侦察系统，各兵种、各部门作战人员可以全面、迅速、准确地掌握统一敌我态势信息。情报侦察系统为联合作战指挥决策、部队作战行动、联合火力打击和防空作战等提供可靠及时的信息支持和情报保障[1][2]。
在情报侦察系统中，侦察探测装备种类繁多、数量大、状态更新快，各情报处理节点平台多样，技术标准和接口不统一，各军兵种信息系统难以实现互联互通。侦察探测装备和情报处理节点的运行状态存在不确定性，随时可能加入或者退出系统。情报信息种类众多，包括文字、图片、视频等。由于工作身份、运行场景等原因，各情报处理节点感兴趣的情报信息也不同，需要及时按需获取情报信息，这些都对情报侦察系统中的数据分发提出了更高要求[3][4]。
1）支持异构环境互操作。系统运行环境复杂，决定了系统在平台和网络异构性方面存在很大挑战。
2）支持动态联合。由于作战任务、作战单元的不确定性，要求各情报处理节点、侦察探测装备可以实现动态、无缝的信息联盟。
3）即时信息按需共享。根据作战需求，确保在正确的时间把正确的数据传递到正确的地点。在战场通信的复杂环境下，面临着弱连接、不稳定、低带宽的恶劣通信条件，如何保证情报数据分发的可靠性和实时性，是情报侦察系统要解决的关键技术问题。
2004年12月，针对分布式实时系统中的实时数据交互需求，凭借在信息管理、网络、分布式、实时和关键性任务系统方面的丰富经验，对象管理组织OMG发布了数据分发服务规范Data Distribution Service（DDS）1.0版本。2007年1月发布了DDS 1.2版本[5]。以数据为中心，DDS基于发布-订阅机制，提供了强大的数据QoS控制策略，实现了分布式系统中数据实时、可靠、高效分发，能够被广泛应用于国防、航空、工业自动化、分布控制、分布仿真、机器人、电信等多个领域[6][7]。
本文通过对DDS进行分析和研究，发现DDS适用于情报侦察系统的集成，同时提出一种基于需求的主题过滤机制，订阅者通过更细致地表达其情报需求，从而减少订阅信息分发产生的网络通信负载和订阅者信息处理的额外消耗，并将构建的数据分发平台应用到情报侦察系统的集成中。
一、情报侦察系统数据分发服务体系结构
伴随着现代网络信息技术的快速发展，各类侦察探测设备和情报处理系统变得日趋庞大、复杂，情报侦察系统旨在提供一种与平台、位置无关、可扩展的、集侦察监视、情报处理、信息融合和分发应用为一体的集成体系架构，使情报发布者和订阅者在空间上、时间上、功能上解除耦合，实现各类情报资源的高效共享和快速整合。
结合情报侦察系统的应用需求，本文以数据分发服务为基础，集成多类数据采集终端和多种作战单元情报处理系统，屏蔽各类数据采集终端、情报处理系统的硬件平台和操作系统差异，通过数据分发平台提供满足各类情报服务质量需求的传输保证。如图1所示。
情报侦察系统数据分发服务，为各类情报数据构建相关主题，基于全局空间实现数据的发布和订阅，以简化数据收发双方的交互过程，提高网络通信效率。
各类数据采集终端采集和解析数据，（作为发布者）发布情报数据，为各类情报处理系统提供情报信息来源;（作为订阅者）订阅相应的情报侦察指令并按需开展相应的情报收集工作。各类情报处理系统（作为订阅者）订阅各类情报数据，通过数据融合处理和分析形成综合态势;（作为发布者）按照情报侦察计划发布情报侦察指令，以利用各类侦察探测终端获取情报信息。情报侦察系统数据分发服务通信模型，如图2所示。通过数据分发服务平台，数据发布者将数据发送到全局数据空间中;数据订阅者若需要相关数据信息，则到全局数据空间中订阅相关主题，然后监听接收所需要的数据。由此，情报侦察系统实现了情报数据的采集、解析、发布、订阅、数据融合与应用。各系统均能根据各自的需求订阅所需数据，减弱了发布者与订阅者间的关联，增强了系统设计的灵活性和可扩展性，提升了用户使用的便利性。 為了保证服务质量，可以充分利用数据分发服务所提供的应用级服务质量支持，通过设置相关的QoS参数，在发布者和订阅者之间建立QoS约定，以满足系统服务质量要求。
二、基于需求过滤的数据分发服务
为提升情报侦察系统数据分发的效率，本文提出一种基于需求过滤的数据分发机制。系统订阅者通过更细粒度地表达自己的订阅需求，减弱发布者与订阅者间的关联，从而减少发布者与订阅者间的数据交互。
在数据分发服务中，我们使用一个自定义的数据结构描述主题，该数据结构中通常包括多个参数，用于描述主题的多个细节信息。本文以情报侦察系统中主题“侦察分队X”为例。这个主题包含地形、地貌、装备配置、兵力部署等多个参数。当数据采集终端采集数据时，这些主题参数并非都会发生改变，如地形、地貌等参数会保持不变。对于传统的订阅方式，数据采集终端每次采集数据后，都会将主题数据发送给各个订阅者。如果订阅者只对其中某些信息（如装备配置、兵力部署等参数）感兴趣，就会导致此类订阅者收到的数据变得冗余，造成网络带宽的浪费和订阅者额外的处理资源消耗。若为各个感兴趣的细节参数分别构建主题，则会大大增加全局数据对象的个数，增大全局数据空间的管理压力。
本文采用基于需求的过滤机制，不增加全局数据空间复杂性，通过对发布数据的内容过滤，降低冗余数据额外产生的传输资源和处理资源耗费。基于需求过滤机制的数据分发服务，包括需求表达、区域匹配、建立通信、数据分发4个步骤。如图4所示。订阅者表达其订阅的需求信息;全局数据空间通过检查发布者和订阅者之间主题与QoS策略的匹配情况，为匹配者间建立关联。数据采集终端周期性采集相关数据，并将该数据传送到相关主题的发布者。针对与之匹配的订阅者，发布者根据订阅者表达的需求信息，对当前数据进行过滤处理，根据匹配结果决定是否建立连接。如果订阅者表达的需求参数没有改变，则对该数据进行过滤，即发布者不向该订阅者发送该数据;否则，建立通信连接，向订阅者进行数据分发。
需求区域是订阅者订阅某个主题时用于表达所感兴趣信息的一个集合。以情报侦察系统中主题“侦察分队X”为例。如图5所示，这个主题包含地形、地貌、装备配置类、兵力部署类等共12个参数。订阅者A、B、C均订阅了主题“侦察分队X”。系统的订阅者A对该主题的参数（地形、地貌）感兴趣，这2个参数构成订阅者A的需求区域，描述为区域A;系统的订阅者B对该主题的装备配置类7个参数感兴趣，这7个参数构成订阅者B的需求区域，描述为区域B;系统的订阅者C对该主题的兵力部署类3个参数感兴趣，这3个参数构成订阅者C的需求区域，描述为区域C。
三、实验
本文以OpenDDS[8]为基础构建测试环境，通过在定义主题的IDL文件中定义感兴趣的参数为关键值，以支持订阅者对需求区域的表达。本文搭建测试网络拓扑如图6所示，验证对上述基于需求过滤机制数据分发服务的性能改进情况。在局域网下各终端都采用TCP实现可靠的数据传输保证。订阅者A、B、C所订阅的需求区域分别为A、B、C。发布者每秒发送数据（主题为“侦察分队X”）一次，其中需求区域A、B、C发生数据更新的概率分别为0.2、0.4、0.6。
测试结果如图7所示。若采用传统的数据分发服务，情报发布者每秒向3个订阅者发送的情报数据共3个，则T秒时共发送数据包数量为3T个。若采用基于需求过滤机制的数据分发服务，则情报发布者每秒向3个订阅者发送的情报数据共（0.2+0.4+0.6）=1.2个， T秒时共发送数据包数量为1.2T个。实验结果与分析相符。可见，通过采用需求过滤机制，发布数据包的数量由1500减少到600，减少了（1500-600）/1500*100=60（%）的发送数据。
测试结果表明，通过需求过滤机制的应用，数据分发服务能有效降低发布与订阅冗余数据包的数量，减少网络带宽的浪费和订阅者额外的处理资源消耗，提高数据分发效率。
四、结束语
本文结合情报侦察系统数据分发的要求，提出将数据分发服务应用到情报侦察系统的设计思路，同时根据系统应用的特点对数据分发服务基于需求过滤机制进行了应用改进，并对改进效果进行了测试验证。实验结果表明，数据分发服务适合于情报侦察系统的集成，需求过滤能有效提高数据分发的效率。
参 考 文 献
[1]李鹏伟，杨海涛.DDS在侦察情报系统中的应用研究[J].指挥与控制学报，2015，F1（1）：F68-71.
[2]蔡凌峰，孙勇成，郑宇杰. 情报、监视、侦察一体化系统架构[J].指挥信息系统与技术，2014，5（6）：66-71，82.
[3]周威，张智海.基于DDS的侦察情报分发系统设计与仿真[J].装备学院学报，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]孙文俊，冯燕，张宏宇.基于DDS 的实时信息交换平台研究[J].指挥信息系统与技术，2011，2（1）：49-53.
[7] 周莹.受限带宽环境下实时数据分发服务传输优化技术研究[D].武汉.武汉数字工程研究所，2016.
[8]Object Computing，Inc..OpenDDS Developer’s Guide[Z].2009.
【关键词】 情报侦察系统 数据分发服务 发布/订阅
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：
情报侦察系统依托强大的信息网络，集侦察监视、情报处理、信息融合和分发应用為一体，借助各类传感器、摄像头、雷达、卫星等多种探测手段获取各种目标信息，连接侦察卫星、飞机、舰艇、侦察部队和各情报部门等多种侦察探测装备和各级情报处理节点，快速获取、实时发布天文、地理、水文、设施架设、人力部署等多维态势信息。基于情报侦察系统，各兵种、各部门作战人员可以全面、迅速、准确地掌握统一敌我态势信息。情报侦察系统为联合作战指挥决策、部队作战行动、联合火力打击和防空作战等提供可靠及时的信息支持和情报保障[1][2]。
在情报侦察系统中，侦察探测装备种类繁多、数量大、状态更新快，各情报处理节点平台多样，技术标准和接口不统一，各军兵种信息系统难以实现互联互通。侦察探测装备和情报处理节点的运行状态存在不确定性，随时可能加入或者退出系统。情报信息种类众多，包括文字、图片、视频等。由于工作身份、运行场景等原因，各情报处理节点感兴趣的情报信息也不同，需要及时按需获取情报信息，这些都对情报侦察系统中的数据分发提出了更高要求[3][4]。
1）支持异构环境互操作。系统运行环境复杂，决定了系统在平台和网络异构性方面存在很大挑战。
2）支持动态联合。由于作战任务、作战单元的不确定性，要求各情报处理节点、侦察探测装备可以实现动态、无缝的信息联盟。
3）即时信息按需共享。根据作战需求，确保在正确的时间把正确的数据传递到正确的地点。在战场通信的复杂环境下，面临着弱连接、不稳定、低带宽的恶劣通信条件，如何保证情报数据分发的可靠性和实时性，是情报侦察系统要解决的关键技术问题。
2004年12月，针对分布式实时系统中的实时数据交互需求，凭借在信息管理、网络、分布式、实时和关键性任务系统方面的丰富经验，对象管理组织OMG发布了数据分发服务规范Data Distribution Service（DDS）1.0版本。2007年1月发布了DDS 1.2版本[5]。以数据为中心，DDS基于发布-订阅机制，提供了强大的数据QoS控制策略，实现了分布式系统中数据实时、可靠、高效分发，能够被广泛应用于国防、航空、工业自动化、分布控制、分布仿真、机器人、电信等多个领域[6][7]。
本文通过对DDS进行分析和研究，发现DDS适用于情报侦察系统的集成，同时提出一种基于需求的主题过滤机制，订阅者通过更细致地表达其情报需求，从而减少订阅信息分发产生的网络通信负载和订阅者信息处理的额外消耗，并将构建的数据分发平台应用到情报侦察系统的集成中。
一、情报侦察系统数据分发服务体系结构
伴随着现代网络信息技术的快速发展，各类侦察探测设备和情报处理系统变得日趋庞大、复杂，情报侦察系统旨在提供一种与平台、位置无关、可扩展的、集侦察监视、情报处理、信息融合和分发应用为一体的集成体系架构，使情报发布者和订阅者在空间上、时间上、功能上解除耦合，实现各类情报资源的高效共享和快速整合。
结合情报侦察系统的应用需求，本文以数据分发服务为基础，集成多类数据采集终端和多种作战单元情报处理系统，屏蔽各类数据采集终端、情报处理系统的硬件平台和操作系统差异，通过数据分发平台提供满足各类情报服务质量需求的传输保证。如图1所示。
情报侦察系统数据分发服务，为各类情报数据构建相关主题，基于全局空间实现数据的发布和订阅，以简化数据收发双方的交互过程，提高网络通信效率。
各类数据采集终端采集和解析数据，（作为发布者）发布情报数据，为各类情报处理系统提供情报信息来源;（作为订阅者）订阅相应的情报侦察指令并按需开展相应的情报收集工作。各类情报处理系统（作为订阅者）订阅各类情报数据，通过数据融合处理和分析形成综合态势;（作为发布者）按照情报侦察计划发布情报侦察指令，以利用各类侦察探测终端获取情报信息。情报侦察系统数据分发服务通信模型，如图2所示。通过数据分发服务平台，数据发布者将数据发送到全局数据空间中;数据订阅者若需要相关数据信息，则到全局数据空间中订阅相关主题，然后监听接收所需要的数据。由此，情报侦察系统实现了情报数据的采集、解析、发布、订阅、数据融合与应用。各系统均能根据各自的需求订阅所需数据，减弱了发布者与订阅者间的关联，增强了系统设计的灵活性和可扩展性，提升了用户使用的便利性。 為了保证服务质量，可以充分利用数据分发服务所提供的应用级服务质量支持，通过设置相关的QoS参数，在发布者和订阅者之间建立QoS约定，以满足系统服务质量要求。
二、基于需求过滤的数据分发服务
为提升情报侦察系统数据分发的效率，本文提出一种基于需求过滤的数据分发机制。系统订阅者通过更细粒度地表达自己的订阅需求，减弱发布者与订阅者间的关联，从而减少发布者与订阅者间的数据交互。
在数据分发服务中，我们使用一个自定义的数据结构描述主题，该数据结构中通常包括多个参数，用于描述主题的多个细节信息。本文以情报侦察系统中主题“侦察分队X”为例。这个主题包含地形、地貌、装备配置、兵力部署等多个参数。当数据采集终端采集数据时，这些主题参数并非都会发生改变，如地形、地貌等参数会保持不变。对于传统的订阅方式，数据采集终端每次采集数据后，都会将主题数据发送给各个订阅者。如果订阅者只对其中某些信息（如装备配置、兵力部署等参数）感兴趣，就会导致此类订阅者收到的数据变得冗余，造成网络带宽的浪费和订阅者额外的处理资源消耗。若为各个感兴趣的细节参数分别构建主题，则会大大增加全局数据对象的个数，增大全局数据空间的管理压力。
本文采用基于需求的过滤机制，不增加全局数据空间复杂性，通过对发布数据的内容过滤，降低冗余数据额外产生的传输资源和处理资源耗费。基于需求过滤机制的数据分发服务，包括需求表达、区域匹配、建立通信、数据分发4个步骤。如图4所示。订阅者表达其订阅的需求信息;全局数据空间通过检查发布者和订阅者之间主题与QoS策略的匹配情况，为匹配者间建立关联。数据采集终端周期性采集相关数据，并将该数据传送到相关主题的发布者。针对与之匹配的订阅者，发布者根据订阅者表达的需求信息，对当前数据进行过滤处理，根据匹配结果决定是否建立连接。如果订阅者表达的需求参数没有改变，则对该数据进行过滤，即发布者不向该订阅者发送该数据;否则，建立通信连接，向订阅者进行数据分发。
需求区域是订阅者订阅某个主题时用于表达所感兴趣信息的一个集合。以情报侦察系统中主题“侦察分队X”为例。如图5所示，这个主题包含地形、地貌、装备配置类、兵力部署类等共12个参数。订阅者A、B、C均订阅了主题“侦察分队X”。系统的订阅者A对该主题的参数（地形、地貌）感兴趣，这2个参数构成订阅者A的需求区域，描述为区域A;系统的订阅者B对该主题的装备配置类7个参数感兴趣，这7个参数构成订阅者B的需求区域，描述为区域B;系统的订阅者C对该主题的兵力部署类3个参数感兴趣，这3个参数构成订阅者C的需求区域，描述为区域C。
三、实验
本文以OpenDDS[8]为基础构建测试环境，通过在定义主题的IDL文件中定义感兴趣的参数为关键值，以支持订阅者对需求区域的表达。本文搭建测试网络拓扑如图6所示，验证对上述基于需求过滤机制数据分发服务的性能改进情况。在局域网下各终端都采用TCP实现可靠的数据传输保证。订阅者A、B、C所订阅的需求区域分别为A、B、C。发布者每秒发送数据（主题为“侦察分队X”）一次，其中需求区域A、B、C发生数据更新的概率分别为0.2、0.4、0.6。
测试结果如图7所示。若采用传统的数据分发服务，情报发布者每秒向3个订阅者发送的情报数据共3个，则T秒时共发送数据包数量为3T个。若采用基于需求过滤机制的数据分发服务，则情报发布者每秒向3个订阅者发送的情报数据共（0.2+0.4+0.6）=1.2个， T秒时共发送数据包数量为1.2T个。实验结果与分析相符。可见，通过采用需求过滤机制，发布数据包的数量由1500减少到600，减少了（1500-600）/1500*100=60（%）的发送数据。
测试结果表明，通过需求过滤机制的应用，数据分发服务能有效降低发布与订阅冗余数据包的数量，减少网络带宽的浪费和订阅者额外的处理资源消耗，提高数据分发效率。
四、结束语
本文结合情报侦察系统数据分发的要求，提出将数据分发服务应用到情报侦察系统的设计思路，同时根据系统应用的特点对数据分发服务基于需求过滤机制进行了应用改进，并对改进效果进行了测试验证。实验结果表明，数据分发服务适合于情报侦察系统的集成，需求过滤能有效提高数据分发的效率。
参 考 文 献
[1]李鹏伟，杨海涛.DDS在侦察情报系统中的应用研究[J].指挥与控制学报，2015，F1（1）：F68-71.
[2]蔡凌峰，孙勇成，郑宇杰. 情报、监视、侦察一体化系统架构[J].指挥信息系统与技术，2014，5（6）：66-71，82.
[3]周威，张智海.基于DDS的侦察情报分发系统设计与仿真[J].装备学院学报，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]孙文俊，冯燕，张宏宇.基于DDS 的实时信息交换平台研究[J].指挥信息系统与技术，2011，2（1）：49-53.
[7] 周莹.受限带宽环境下实时数据分发服务传输优化技术研究[D].武汉.武汉数字工程研究所，2016.
[8]Object Computing，Inc..OpenDDS Developer’s Guide[Z].2009.