專利名稱：機載網絡系統及其骨干節(jié)點消息處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線通信領域，具體涉及一種機載網絡系統及其骨干節(jié)點消息處理方 法。
背景技術：
機載網絡(Airborne Network, AN)是一種以航空飛行器為節(jié)點、由無線數據鏈互 連而成、用于傳輸分組報文及IP業(yè)務的無線通信網絡。特別在一體化信息柵格體系中，AN 是一種以綜合航空電子系統為主要節(jié)點的空中戰(zhàn)術信息網絡，可將若干不同類型的航空平 臺組成“空中指揮協同星座”，并根據作戰(zhàn)任務及戰(zhàn)場態(tài)勢的變化動態(tài)形成與之相匹配的拓 撲結構，為空中體系對抗提供實時、可靠、靈活的信息共享。同時，AN可作為地域通信網的 空中中繼系統，不但能夠克服地形影響、擴大通信范圍，而且與衛(wèi)星通信相比延時更小且部 署更為靈活。此外，該系統可與天基信息網、陸/?；畔⒕W共同組成一體化信息柵格，實 現陸?？仗旄黝惍悩嫅?zhàn)術系統的無縫互聯。機載網絡系統的拓撲結構已從最初的點對點鏈路發(fā)展成為基于時分多址方式的 全網狀結構。雖然網絡規(guī)模有所擴大，但信道利用率及網絡吞吐量較低且靈活性及可靠性 不足，使其不能滿足網絡中心戰(zhàn)條件下空中指揮協同星座的需要。為了進一步增強航空平 臺之間信息共享的靈活性、實時性及可靠性，機載網絡系統正不斷向基于通用協議的網絡 化結構發(fā)展，并逐步融入一體化信息柵格體系。在空中信道中，機載網絡系統以視距通信為主，并通過節(jié)點轉發(fā)實現大范圍分布 式組網。由于航空平臺的機動性較強，因此機載網絡拓撲結構也隨之動態(tài)變化，并構成一種 由無線Mesh (無線網狀網)骨干網與多種異構接入網相結合的混合分層無線網絡。在多種 類型接入網中，移動Ad hoc網絡(MANET)是一種通過無線移動節(jié)點多跳轉發(fā)的、能夠快速 部署的、自組織分布式網絡。它無需固定節(jié)點支持，實現分布式無中心管理，可臨時組織并 快速部署，具有高移動性與抗毀性，具體包括以下顯著特點(1)全分布式。Ad hoc網絡完全由無線節(jié)點組成，沒有任何固定基礎設施。網絡 的運行。組織與管理是全分布式且自組織的。(2)動態(tài)拓撲。節(jié)點可自由移動，網絡拓撲在任意時刻均可能發(fā)生不可預知的變 化。(3)多跳轉發(fā)。無線通信距離有限，當目的節(jié)點超出源節(jié)點通信范圍時，需要中間 節(jié)點進行中繼轉發(fā)。(4)帶寬有限且易變。無線鏈路帶寬有限，且隨著節(jié)點移動及信道環(huán)境不同無線鏈 路的容量容易發(fā)生變化。無線Mesh網絡(WMN)是一種基于因特網協議(IP, Internet Protocol)并通過 網狀分布的無線接入點(APjccess Point)多跳路由而構成的寬帶無線網絡。WMN主要包 括用戶、Mesh路由器(即無線接入點)以及網關三類不同功能的網絡節(jié)點。用戶節(jié)點之間 通過不同類型的子網相互連接(例如Ad hoc網絡等)，并在局部范圍內提供端到端通信服
5務；Mesh路由器是一類移動性不強且彼此間能夠實現遠距離寬帶無線連接的節(jié)點，Mesh路 由器采用多跳轉發(fā)的方式以有限的功率實現較大的覆蓋范圍，從而在廣闊分布的大量用戶 節(jié)點之間形成無線Mesh骨干網；網關節(jié)點通常是Mesh路由器中能夠連接高一級網絡的接 入節(jié)點。雖然WMN與MANET均采用多跳組網方式，但WMN所涉及的網絡類型更廣，其本質是 一種網絡架構；而MANET實質上僅僅是WMN眾多類型接入子網中的一種。具有混合結構的 WMN已成為未來理想的無線網絡接入方式，可在同一網絡架構下實現各種異構子網的互聯 互通。由于平臺載荷及信道環(huán)境的制約，機載網絡系統已無法滿足各種業(yè)務急劇增長的 帶寬需求。由于一般通信網絡不具備對用戶意識的識別能力，缺乏對傳輸信息的控制與調 度，使得通信服務質量顯著下降，導致時間敏感的生存性信息難以及時分發(fā)。而信息分發(fā)服 務IDS (Information Distribution Service)是以一定策略為指導建立起的一套端到端的 信息認知、訪問及推送服務機制，不但可以實現通信資源的按需分配，而且能夠大幅提高資 源利用率及信息傳輸效率。IDS需要將用戶的分發(fā)策略映射為通信系統所能理解的傳輸控 制策略，以最合理的方式分配網絡資源，從而滿足不同用戶的通信質量需求。為了在海量信 息環(huán)境中提高信息訪問效率，IDS必須包括諸如信息描述、自動查詢以及主動推送等重要技 術手段。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決在一體化信息柵格體系下空中指揮協同星座的體系結 構設計問題，提供一種機載網絡系統及其骨干節(jié)點消息處理方法。在空中指揮協同星座中 采用無線Mesh骨干網與異構接入網相結合的混合分層網絡結構，通過骨干網實現各類異 構子網的互聯，增強了機載網的絡靈活性、可靠性及可擴展性；同時在機載網絡系統的骨干 節(jié)點中實現了異構消息轉換與信息分發(fā)服務，改善了機載網絡系統的資源利用率和信息訪 問效率。一種機載網絡系統，該系統具有混合Mesh分層網絡結構，具體可分為核心網絡與 邊緣網絡；核心網絡包括柵格節(jié)點和骨干節(jié)點，柵格節(jié)點及骨干節(jié)點通過自組織、分布式組 網模式構成無線Mesh骨干網；邊緣網絡包括本地節(jié)點、接入節(jié)點以及網絡節(jié)點，本地節(jié)點、接入節(jié)點、網絡節(jié)點 分別通過本地鏈路、網絡接入以及戰(zhàn)術子網三種異構鏈路連接柵格節(jié)點或骨干節(jié)點，從而 接入核心網絡；在分層網絡結構中，柵格節(jié)點與骨干節(jié)點直接在核心網絡內進行高速信息交換； 本地節(jié)點、接入節(jié)點及網絡節(jié)點中，相同區(qū)域內的同類節(jié)點只能在同一邊緣網絡內相互通 信，而不同區(qū)域或者不同類型的節(jié)點必須通過柵格節(jié)點或骨干節(jié)點接入核心網絡實現信息 交換；柵格節(jié)點、骨干節(jié)點配置信息傳感器及綜合消息處理系統，信息傳感器作為綜合 消息處理系統的信息源；綜合消息處理系統作為機載網絡系統的網關，在邊緣網絡與核心 網絡之間按照通用協議對各類信息進行格式化處理，并通過數據分發(fā)服務實現消息的發(fā)布 訂閱。
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一種機載網絡系統骨干節(jié)點發(fā)布信息的消息處理方法，包括以下幾個步驟步驟一從信源獲取信息。綜合消息處理系統從信息傳感器中獲取源信息，主要包括數據、文本類消息以及 語音、圖像、視頻類多媒體信息；步驟二 基于通用協議將信息封裝打包。綜合消息處理系統將源信息送入存儲器的消息轉換單元并按照通用協議進行打 包。步驟三生成與信息關聯的元數據。本體組合引擎根據源信息特征生成相應的元數據，并將其作為元數據記錄保存在 海量存儲單元中。本體組合引擎根據統一的戰(zhàn)場信息域本體結構對元數據記錄進行分類， 使相似信息歸為一類并彼此相互關聯。本體組合引擎對無法歸類的信息進行濾除。步驟四存儲封裝包及元數據記錄。按照本體結構，將封裝包及相關的元數據記錄保存在海量存儲單元中。海量存儲 單元包括若干聯邦數據庫，其中每個數據庫存儲一部分信息。聯邦數據庫具有Web服務入 口，其他節(jié)點能夠直接訪問。步驟五發(fā)布信息。面向服務的基礎組件發(fā)布信息以供其他遠程節(jié)點訂閱。海量存儲單元中所有元數 據記錄形成一個目錄，以便遠程節(jié)點通過面向服務的基礎組件對目錄進行檢索。若一個遠 程節(jié)點以注冊的方式訂閱了某類信息，一旦該信息在有效期內生成，則面向服務的基礎組 件便會將海量存儲單元中所對應的封裝包及其元數據記錄立即自動發(fā)送給訂閱節(jié)點。一種機載網絡系統骨干節(jié)點訂閱信息的消息處理方法，包括以下幾個步驟步驟一生成元數據。訂閱節(jié)點根據自身需求，按照戰(zhàn)場信息域本體結構生成與所需信息相對應的元數 據記錄。步驟二 信息檢索。訂閱節(jié)點分別對若干遠程節(jié)點海量存儲單元中所有元數據記錄進行關鍵詞檢索。步驟三檢索結果是否為空。訂閱節(jié)點根據所有返回的檢索結果，判斷是否立即獲取所需信息。若檢索結果不 為空，則表明所需信息被發(fā)現且立即獲取，消息處理流程結束并轉入端到端鏈路建立過程。 若檢索結果為空，則表明所需信息未被發(fā)現，需進一步執(zhí)行消息處理流程。步驟四是否修改元數據。若步驟三的檢索結果為空，則詢問用戶是否需要修改當前生成的元數據記錄。檢 索結果為空可能是由于發(fā)布、訂閱雙方本體結構不匹配或元數據記錄與所需信息不一致所 導致。若修改元數據，則重復步驟一至步驟三。若保持元數據記錄不變，則繼續(xù)執(zhí)行消息處 理流程。步驟五訂閱信息。當信息發(fā)布、訂閱雙方的戰(zhàn)場信息域本體結構完全匹配且元數據記錄與所需信息 完全一致時，信息檢索結果為空表明無法從機載網絡系統中獲取該信息。此時，訂閱節(jié)點在 所有相關發(fā)布節(jié)點中進行注冊，一旦該信息在有效期內生成，發(fā)布節(jié)點便自動將對應的封裝包及其元數據記錄發(fā)送給訂閱節(jié)點。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明所述的系統及方法適合構建一種能夠無縫接入一體化信息柵格的機載 網絡；(2)本發(fā)明所述的系統及方法適合構建一種以各類航空飛行器為節(jié)點的空中指揮 協同星座；(3)本發(fā)明所述的系統及方法利用通用協議對本地消息進行封裝并通過信息分發(fā) 服務實現了異構網絡的融合，不但在復雜異構網絡中實現了靈活高效的信息訪問，而且大 大減少了對現有通信設備的改造工作，節(jié)約了成本、提高了效率。


網
單元
引擎
圖1是本發(fā)明中機載網絡系統的拓撲圖； 圖2是本發(fā)明中機載網絡系統的示意圖； 圖3是本發(fā)明中綜合消息處理系統的功能框圖； 圖4a是本發(fā)明中信息發(fā)布節(jié)點消息處理方法流程圖； 圖4b是本發(fā)明中信息訂閱節(jié)點消息處理方法流程圖。 圖中
1-柵格節(jié)點 2-骨干節(jié)點 3-網絡節(jié)點
5-本地節(jié)點 9-戰(zhàn)術子網
6_海/陸基平臺 10-網絡接入
4_接入節(jié)點 7_天基平臺 11-本地鏈路
13-綜合消息處理系統 14-信息傳感器 15-存儲器
17-海量存儲單元
18-封裝包
19-元數據記錄
21-消息中間件
22-信息分發(fā)模塊23-服務組件
8-核心網絡 12-信息柵格
16-消息轉換
20-本體組合
24-處理器
具體實施例方式下面將結合附圖和實例對本發(fā)明作進一步描述。本發(fā)明所述一種機載網絡系統具有混合Mesh分層網絡結構，如圖1所示，該系統 可分為核心網絡8與若干邊緣網絡。核心網絡8包括柵格節(jié)點1 (高級骨干節(jié)點)與骨干節(jié)點2。柵格節(jié)點1以航空指 揮通信平臺為主，主要包括戰(zhàn)場管理與指揮控制飛機和高空長航時無人機等。骨干節(jié)點2 以航空支援保障平臺為主，主要包括情報偵察飛機和預警探測飛機等。所有柵格節(jié)點1及 骨干節(jié)點2通過自組織、分布式組網模式構成核心網絡8 (即骨干網)。和的意思是同時包括，或者的意思就是為其中一個，如果說“主要包括戰(zhàn)場管理與 指揮控制飛機和高空長航時無人機等”這個意思就是同時包括戰(zhàn)場管理與指揮控制飛機和 高空長航時無人機，如果說“主要為戰(zhàn)場管理與指揮控制飛機或者高空長航時無人機等”這 個意思表示為其中的一個，請看下再確定下使用或還是用和。
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在邊緣網絡中，主要包括三類節(jié)點網絡節(jié)點3、接入節(jié)點4以及本地節(jié)點5。網絡 節(jié)點3以高性能航空作戰(zhàn)平臺為主，主要包括有新一代人/無人作戰(zhàn)飛機等。接入節(jié)點4 以航空武器平臺為主，主要包括巡航導彈、空空/空地武器和小型無人機等。本地節(jié)點5包 括所有只能通過本地鏈路進行通信的航空飛行器。本地鏈路通常采用非IP協議，不同類型 的鏈路具有不同的通信協議及消息格式。網絡節(jié)點3、接入節(jié)點4、本地節(jié)點5分別通過戰(zhàn) 術子網9、網絡接入10以及本地鏈路11三種鏈路形成異構的邊緣網絡，并最終通過柵格節(jié) 點1、骨干節(jié)點2接入核心網絡8。在機載網絡系統中，柵格節(jié)點1與骨干節(jié)點2通過核心網絡8連接，而本地節(jié)點 5、接入節(jié)點4以及網絡節(jié)點3分別通過相應的邊緣網絡相互連接。由于邊緣網絡是一種由 同一類型節(jié)點(網絡節(jié)點3或接入節(jié)點4或本地節(jié)點5)構成的、覆蓋不同空域的無線局域 網，因此不同空域、不同類型的邊緣網絡之間無法直接通信，必須通過柵格節(jié)點1或骨干節(jié) 點2接入核心網絡8才能完成信息交換。柵格節(jié)點1與骨干節(jié)點2應具備網關及路由功 能，能夠與所在空域內的邊緣網絡互聯，實現不同空域、不同類型邊緣網絡之間異構消息的 信息分發(fā)。柵格節(jié)點1除了具備骨干節(jié)點2所有功能外，還要與天基平臺7及海/陸基平 臺6形成陸、海、空、天一體化的信息柵格網12，從而構成一種戰(zhàn)場空間內各類傳感器、指控 平臺及武器單元之間的信息交換基礎設施。圖2為本發(fā)明所述機載網絡系統的一種典型應用環(huán)境，機載網絡系統中的柵格節(jié) 點1及骨干節(jié)點2均配置多個信息傳感器14，用于連接核心網絡8與不同類型的邊緣網絡。 信息傳感器14包括但不局限于雷達系統、電子偵察系統、紅外探測系統、短波自適應通信 系統、超短波抗干擾通信系統、數據鏈系統、衛(wèi)星通信系統、機載網絡系統等。為在異構接入 網之間實現信息分發(fā)，柵格節(jié)點1、骨干節(jié)點2以及天基平臺7、海/陸基平臺6配置綜合 消息處理系統13，綜合消息處理系統13作為機載網絡系統的網關，完成信息的封裝、存儲 與分發(fā)等功能。綜合消息處理系統13按照通用協議將邊緣網絡中的各類信息進行格式化 封裝，并實現信息的存儲/檢索以及發(fā)布/訂閱等功能。例如，綜合消息處理系統13使用 XML (Extensible Markup Language)將文本、數據類信息封裝為消息包；使用VOIP (Voice over Internet Protocol)、MPEG (Moving Pictures Experts Group)、DVB (Digital Video Broadcasting)等協議將語音、圖像、視頻類信息封裝為多媒體包，從而通過IP協議在核心 網絡8中對其他節(jié)點進行發(fā)布。本發(fā)明所述機載網絡系統中骨干節(jié)點內綜合消息處理系統13的功能框圖如圖3 所示。綜合消息處理系統13包括處理器24和存儲器15，處理器24執(zhí)行存儲器15中所有 的程序指令。存儲器15中的程序指令按照功能不同可進一步分為消息轉換單元16、海量存 儲單元17、本體組合引擎20、消息中間件21以及服務組件23。這些功能單元通過存儲器內 部總線25進行互連。消息轉換單元16接收信息傳感器所產生的源信息，并按照通用協議進 行封裝。同時，消息轉換單元16從所接收的消息包或多媒體包中提取出被封裝的原始信息 并利用相應的本地協議將其轉換為非IP消息，使其能夠在邊緣網絡中傳輸。例如，消息轉 換單元I6首先提取機載網絡系統中消息包或多媒體包的原始信息，再按照戰(zhàn)術信息分發(fā) 系統(JTIDS)的協議格式將其轉換為數據鏈消息，使其能夠在JTIDS構成的邊緣網絡中傳 輸。消息轉換單元16所生成的封裝包18 (消息包或多媒體包)被存儲在海量存儲單元17 中，每個封裝包18與一個元數據記錄19相關聯，元數據記錄19是由本體組合引擎20根據戰(zhàn)場信息域的本體結構所生成的完整的信息摘要。本體結構是對某個域內一系列共享概念 正式而詳盡的規(guī)范。它提供了可用于描述該域的共享詞匯表。例如，假設封裝包18中包括 某個目標的若干信息，那么本體組合引擎20就會按照統一的戰(zhàn)場信息域本體結構對該目 標的若干特征進行描述，生成一個元數據記錄19與封裝包18相關聯。此外，元數據記錄19 同時包含了信息安全標識，以確保不同等級的網絡用戶對封裝包18具有不同的訪問權限。 本體組合引擎20會按照本體結構對所接收的封裝包18進行過濾。例如，若某個封裝包18 所包含的目標特征信息超出了本體結構所定義的范圍，則本體組合引擎將認為該封裝包18 為無用信息，并從海量存儲單元17中刪除。消息中間件21采用M2M(Machine-to-Machine， 機對機)傳輸機制為機載網絡系統的柵格節(jié)點1、骨干節(jié)點2提供了異步的信息共享服務。 消息中間件21中信息分發(fā)模塊22所提供的信息分發(fā)服務IDS (Information Distribution Service)將在核心網絡8中不同骨干節(jié)點之間建立端到端的通信連接。服務組件23通過 發(fā)布/訂閱機制為遠程節(jié)點提供本地信息資源的Web服務入口并周期性對遠程節(jié)點及其信 息資源進行發(fā)掘。本發(fā)明所述的骨干節(jié)點消息處理方法包括信息發(fā)布節(jié)點的消息處理方法與信息 訂閱節(jié)點的消息處理方法。為使核心網絡8中所有骨干節(jié)點能夠發(fā)現、訪問并利用彼此的 信息資源，骨干節(jié)點的消息處理方法采用發(fā)布/訂閱機制。如圖4a所示，骨干節(jié)點發(fā)布信 息的消息處理方法的流程如下步驟一從信源獲取信息；綜合消息處理系統13從機載信息傳感器14中獲取源信息，包括數據、文本類消息 以及語音、圖像、視頻類多媒體信息。步驟二 基于通用協議將信息封裝打包；綜合消息處理系統13將源信息送入存儲器15的消息轉換單元16并按照通用協 議進行封裝打包。若源信息來自核心網絡，則根據目的節(jié)點地址在核心網絡內直接轉發(fā)或 者提取原始信息并轉化為本地消息在邊緣網絡內發(fā)送。；若源信息來自于邊緣網絡，則消息 轉換單元16首先從本地消息中提取出原始信息，再按照通用協議對其進行封裝打包。具體 而言，綜合消息處理系統13將在IP協議基礎上使用XML將文本、數據類信息封裝為消息 包，使用VOIP、MPEG以及DVB等協議將語音、圖像、視頻類信息封裝為多媒體包。步驟三生成與信息關聯的元數據；本體組合引擎20根據源信息特征生成相應的元數據(關鍵詞)，并將其作為元數 據記錄19保存在海量存儲單元17中。本體組合引擎20會根據統一的戰(zhàn)場信息域本體結 構對元數據記錄19進行分類，從而使相似的信息歸為一類并相互關聯。本體組合引擎20 只負責維護海量存儲單元17中屬于本體結構范圍內的信息，并對那些無法歸類的信息進 行濾除。步驟四存儲封裝包及元數據記錄；按照本體結構，將封裝包18及對應的元數據記錄19保存在海量存儲單元17中。 通常，海量存儲單元17由若干聯邦數據庫構成，每個數據庫存儲部分上述信息。該聯邦數 據庫具有Web服務入口，可被其他遠程節(jié)點直接訪問。步驟五發(fā)布信息；服務組件23發(fā)布信息以供其他遠程節(jié)點訂閱。通常，海量存儲單元17中所有元
10數據記錄19將形成一個目錄，以便遠程節(jié)點通過服務組件23對目錄進行檢索。若一個遠 程節(jié)點以注冊的方式訂閱了某類信息，一旦該信息在有效期內生成，則服務組件23便會將 海量存儲單元17中相應的封裝包18及元數據記錄19自動發(fā)送給訂閱節(jié)點。如圖4b所示，骨干節(jié)點訂閱信息的消息處理方法的流程如下步驟一生成元數據；訂閱節(jié)點根據自身需求，按照戰(zhàn)場信息域本體結構生成與所需信息相對應的元數 據。步驟二 信息檢索；訂閱節(jié)點對所有遠程節(jié)點海量存儲單元17中的元數據目錄進行關鍵詞檢索。步驟三判斷檢索結果是否為空；訂閱節(jié)點根據返回的檢索結果判斷是否可以獲取所需信息。若檢索結果不為空， 則表明發(fā)現所需信息，消息處理流程自動結束并轉入端到端鏈路建立過程。若檢索結果為 空，則表明未發(fā)現所需信息，需進一步執(zhí)行消息處理流程。步驟四是否修改元數據。若步驟三的檢索結果為空，則詢問用戶是否需要修改當前生成的元數據。檢索結 果為空可能是由于發(fā)布、訂閱雙方本體結構不匹配或元數據與所需信息不一致所導致。若 修改元數據，則重復步驟一至步驟三。若保持元數據不變，則繼續(xù)執(zhí)行消息處理流程。步驟五訂閱信息。當發(fā)布、訂閱雙方的戰(zhàn)場信息域本體結構完全匹配且元數據與所需信息一致時， 信息檢索結果為空表明無法從機載網絡系統中獲取該信息。此時，訂閱節(jié)點需在遠程發(fā)布 節(jié)點中進行注冊，一旦該信息在有效期內生成，發(fā)布節(jié)點便自動將對應的封裝包18及其元 數據記錄19發(fā)送給訂閱節(jié)點。本發(fā)明提出的機載網絡系統及其骨干節(jié)點消息處理方法，適于構建一體化信息柵 格體系中由各類航空平臺所組成的空中指揮協同星座。采用混合Mesh分層網絡結構，通過 無線Mesh骨干網將不同類型的邊緣網絡融合成一種基于通用協議的大范圍、分布式機載 網絡，并通過骨干節(jié)點的綜合消息處理系統實現了異構接入網之間的信息共享；骨干節(jié)點 的消息處理方法采用了發(fā)布/訂閱機制，在大規(guī)模、異構網絡中實現了靈活高效的信息資 源訪問，并提供了相應的服務質量保證；該系統及方法可以大量減少信息柵格體系建設中 對現有機載通信系統的改造工作，從而節(jié)約了成本、提高了效率。此外，該系統及方法還適 用于民航空中交通管理領域，用于飛機之間共享飛行及安全信息，實現網絡化的通信、導航 與監(jiān)視。
權利要求
一種機載網絡系統，其特征在于，該系統具有混合Mesh分層網絡結構，具體可分為核心網絡與邊緣網絡；核心網絡包括柵格節(jié)點和骨干節(jié)點，柵格節(jié)點及骨干節(jié)點通過自組織、分布式組網模式構成無線Mesh骨干網；邊緣網絡包括本地節(jié)點、接入節(jié)點以及網絡節(jié)點，本地節(jié)點、接入節(jié)點、網絡節(jié)點分別通過本地鏈路、網絡接入以及戰(zhàn)術子網三種異構鏈路連接柵格節(jié)點或骨干節(jié)點，從而接入核心網絡；在分層網絡結構中，柵格節(jié)點與骨干節(jié)點直接在核心網絡內進行高速信息交換；本地節(jié)點、接入節(jié)點及網絡節(jié)點中，相同區(qū)域內的同類節(jié)點只能在同一邊緣網絡內相互通信，而不同區(qū)域或者不同類型的節(jié)點必須通過柵格節(jié)點或骨干節(jié)點接入核心網絡實現信息交換；柵格節(jié)點、骨干節(jié)點配置信息傳感器及綜合消息處理系統，信息傳感器作為綜合消息處理系統的信息源；綜合消息處理系統作為機載網絡系統的網關，在邊緣網絡與核心網絡之間按照通用協議對各類信息進行格式化處理，并通過數據分發(fā)服務實現消息的發(fā)布訂閱。
2.根據權利要求1所述的一種機載網絡系統，其特征在于，柵格節(jié)點與骨干節(jié)點具備 網關及路由功能，能夠與本地邊緣網絡互聯，在不同空域、不同類型的邊緣網絡之間實現異 構消息的信息分發(fā)。
3.根據權利要求1所述的一種機載網絡系統，其特征在于，柵格節(jié)點還與天基平臺、海 /陸基平臺構成天空地一體化信息柵格。
4.根據權利要求1所述的一種機載網絡系統，其特征在于，骨干節(jié)點為航空支援保障 平臺，柵格節(jié)點為航空指揮通信平臺，接入節(jié)點為高機動航空武器平臺，網絡節(jié)點為高性能 航空作戰(zhàn)平臺，本地節(jié)點包括所有只能通過本地鏈路進行通信的航空平臺，信息傳感器包 括雷達系統、電子偵察系統、紅外探測系統、短波自適應通信系統、超短波抗干擾通信系統、 數據鏈系統、衛(wèi)星通信系統和機載網絡系統等。
5.根據權利要求4所述的一種機載網絡系統，其特征在于，骨干節(jié)點包括情報偵查飛 機和預警探測飛機；柵格節(jié)點包括戰(zhàn)場管理與指控飛機和高空長航時無人機；網絡節(jié)點包 括新一代有人/無人戰(zhàn)斗機；接入節(jié)點包括巡航導彈、空空/空地武器和戰(zhàn)術無人機；本地 節(jié)點包括所有只能通過非IP協議進行通信的航空飛行器。
6.根據權利要求1所述的一種機載網絡系統，其特征在于，所述的綜合消息處理系統 作為機載網絡系統的網關配置在柵格節(jié)點、骨干節(jié)點及天基平臺、海/陸基平臺中，綜合消 息處理系統按照通用協議對不同空域、不同類型邊緣網絡的異構消息進行格式化封裝，并 實現信息的存儲/檢索以及發(fā)布/訂閱功能。
7.根據權利要求6所述的一種機載網絡系統，其特征在于，所述的綜合消息處理系統 具體包括處理器和存儲器，處理器執(zhí)行存儲器中所有的程序指令；存儲器包括消息轉換單 元、海量存儲單元、本體組合引擎、消息中間件以及面向服務的基礎結構；消息轉換單元、海 量存儲單元、本體組合引擎、消息中間件以及面向服務的基礎結構通過存儲器內部總線進 行互聯；消息轉換單元接收信息傳感器所產生的源信息，并按照通用協議進行封裝；同時， 消息轉換單元從接收到的消息包或多媒體包中提取出被封裝的原始信息，并利用相應的本地協議將其轉換為非IP消息使其能夠在邊緣網絡中傳輸；消息轉換單元所生成的封裝包 被存儲在海量存儲單元中，每個封裝包與一個元數據記錄相關聯，元數據記錄是由本體組 合引擎根據戰(zhàn)場信息域的本體結構所生成的完整的信息摘要；本體組合引擎會按照戰(zhàn)場信 息域的本體結構對所接收的封裝包進行過濾，將無用信息從海量存儲單元中刪除；消息中 間件采用了機對機的傳輸機制為機載網絡的柵格節(jié)點、骨干節(jié)點提供異步的信息共享；消 息中間件的信息分發(fā)模塊所提供的信息分發(fā)服務用于建立核心網絡中端到端連接；面向服 務的基礎組件通過發(fā)布/訂閱機制為遠程節(jié)點提供本地信息資源的Web服務入口并周期性 對遠程節(jié)點及其信息資源進行發(fā)掘。
8.一種機載網絡系統骨干節(jié)點發(fā)布信息的消息處理方法，其特征在于，包括以下幾個 步驟步驟一從信源獲取信息；綜合消息處理系統從信息傳感器中獲取源信息，主要包括數據、文本類消息以及語音、 圖像、視頻類多媒體信息；步驟二 基于通用協議將信息封裝打包；綜合消息處理系統將源信息送入存儲器的消息轉換單元并按照通用協議進行打包；步驟三生成與信息關聯的元數據；本體組合引擎根據源信息特征生成相應的元數據，并將其作為元數據記錄保存在海量 存儲單元中；本體組合引擎根據統一的戰(zhàn)場信息域本體結構對元數據記錄進行分類，使相 似信息歸為一類并彼此相互關聯；本體組合引擎對無法歸類的信息進行濾除；步驟四存儲封裝包及元數據記錄；按照本體結構，將封裝包及相關的元數據記錄保存在海量存儲單元中；海量存儲單元 包括若干聯邦數據庫，其中每個數據庫存儲一部分信息；聯邦數據庫具有Web服務入口，其 他節(jié)點能夠直接訪問；步驟五發(fā)布信息；面向服務的基礎組件發(fā)布信息以供其他遠程節(jié)點訂閱；海量存儲單元中所有元數據記 錄形成一個目錄，以便遠程節(jié)點通過面向服務的基礎組件對目錄進行檢索；若一個遠程節(jié) 點以注冊的方式訂閱了某類信息，一旦該信息在有效期內生成，則面向服務的基礎組件便 會將海量存儲單元中所對應的封裝包及其元數據記錄立即自動發(fā)送給訂閱節(jié)點。
9.根據權利要求8所述的一種機載網絡系統骨干節(jié)點發(fā)布信息的消息處理方法，其特 征在于，所述步驟二中，若源信息來自核心網絡，則根據目的節(jié)點地址在核心網絡內直接轉 發(fā)或者提取原始信息并轉化為本地消息在邊緣網絡內發(fā)送；若源信息來自于邊緣網絡，則 消息轉換單元從本地消息中提取出源信息后再按照通用協議對其進行封裝，綜合消息處理 系統在IP協議基礎上使用XML ；將文本、數據類信息封裝為消息包，使用VOIP、MPEG、DVB 協議將語音、圖像、視頻類多媒體信息封裝為多媒體包；所述的IP協議全稱為Internet Protocol ；XML 全禾爾為 Extensible Markup Language ；VOIP 全禾爾為 Voice over Internet Protocol ；MPEG i 禾爾力 Moving Pictures Experts Group ；DVB i 禾爾力 Digital Vedio Broadcasting0
10.一種機載網絡系統骨干節(jié)點訂閱信息的消息處理方法，其特征在于，包括以下幾個 步驟步驟一生成元數據；訂閱節(jié)點根據自身需求，按照戰(zhàn)場信息域本體結構生成與所需信息相對應的元數據記錄；步驟二 信息檢索；訂閱節(jié)點分別對若干遠程節(jié)點海量存儲單元中所有元數據記錄進行關鍵詞檢索； 步驟三檢索結果是否為空；訂閱節(jié)點根據所有返回的檢索結果，判斷是否立即獲取所需信息；若檢索結果不為空， 則表明所需信息被發(fā)現且立即獲取，消息處理流程結束并轉入端到端鏈路建立過程；若檢 索結果為空，則表明所需信息未被發(fā)現，需進一步執(zhí)行消息處理流程； 步驟四是否修改元數據；若步驟三的檢索結果為空，則詢問用戶是否需要修改當前生成的元數據記錄；檢索結 果為空可能是由于發(fā)布、訂閱雙方本體結構不匹配或元數據記錄與所需信息不一致所導 致；若修改元數據，則重復步驟一至步驟三；若保持元數據記錄不變，則繼續(xù)執(zhí)行消息處理 流程；步驟五訂閱信息；當信息發(fā)布、訂閱雙方的戰(zhàn)場信息域本體結構完全匹配且元數據記錄與所需信息完全 一致時，信息檢索結果為空表明無法從機載網絡系統中獲取該信息；此時，訂閱節(jié)點在所有 相關發(fā)布節(jié)點中進行注冊，一旦該信息在有效期內生成，發(fā)布節(jié)點便自動將對應的封裝包 及其元數據記錄發(fā)送給訂閱節(jié)點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機載網絡系統及其骨干節(jié)點消息處理方法。該系統采用了無線Mesh骨干網與異構接入網相結合的混合分層網絡結構，通過機載骨干網實現各類接入網的互聯，提高了系統的靈活性及可擴展性。同時，在骨干網節(jié)點的綜合消息處理系統中采用了骨干節(jié)點消息處理方法。該方法實現了核心網絡與邊緣網絡之間異構消息的轉換，并采用了基于發(fā)布/訂閱機制的信息分發(fā)服務，提高了復雜網絡環(huán)境下的資源利用率及信息訪問效率。本發(fā)明具有軍民兩用價值，特別是在軍事一體化信息柵格的空中指揮協同星座及民航網絡化通信、導航、監(jiān)視等領域具有廣闊的應用前景。
文檔編號H04W4/12GK101964958SQ20101029291
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權日2010年9月27日
發(fā)明者和欣, 張曉林, 李鈾, 鮑君海 申請人:北京航空航天大學