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1、军用战术分组无线网TacticalPacketRadioNetworkUsedforMilitaryJinChuansheng(No.30INSTrrUTEOFMINIS3”RY0FELECTR0NICSINDUSTRY)Abstract:Thispaperdescribesthearchitecture,signallingprotocolsandgatewayfunctionsofadistributedpacketradionetworkwhichisbeingdevelopedbytheAustralianDefenceForce.Keywords:tacticalcommunicat
2、ion,packetradionerwos,packetswitch,datacommunica-tlons,gateway一,概述分组无线网是利用分组交换技术构成的计算机通信网络,这种网络易于组建和扩展,有很强的抗毁能力和移动性,并具有信道资源共享,兼容性好和价格低廉等优点,特别适合在战术环境下使用.自 7O 年代初世界上第一个分组无线网ALOHA 在美国夏威夷大学研制成功之后 ,受到了军方高度重视,相继开发了不同应用场合的军用战术分组无线网络.例如美国国防部远景规划局为陆军研制的 DARPA 网(第一代为 EPR,第二代为 UPR,第三代为LPR),美国海军研究实验室和海军研究办公*本文于
3、 1994 年 8 月 22 日收到室支持开发的高频一特遣部队(HFITF)系统,英国 RSRE 开发的用于陆军战术环境下的分组交换战斗网无线电(CNR)系统,美国 SRI 公司与 ITT 公司和美国陆军通信电子司夸部(CECOM)研制的 SPRnet(全称是Sincgars 分组无线网 ),支持美国第八次人类工程实验部队火炮试验(代号为 HELBAT 一 8)的 HELBAT 一 8 系统分组无线网这些网络有的正在试验,有的已走向了实用阶段澳大利亚国防部队(ADF)认为分布式分组无线网是一种富有生命力的抗毁通信系统.因此提出了在分布式分组无线网络中HF 频段的使用 ;自构造的窄带移动分组无线
4、网络;把移动窄带分组无线网络综合进整个军事通信系统中,并能与 B-ISDN 互操作三项研究课题澳军把这三项课题作为未来ComznunicationsTechnologDeve/opme-atNo.6199519的战术通信开发目标.课题的研制任务是由阿德菜德(南澳大利亚州首府)信号处理研究所中的国防通信研究中心承担的.日前,该中心正在研制通过宽带骨干媒介互连自构成的窄带战术分组无线网(TPRN)项目.图 1给出移动 TPRN 互连 .TPRN 可作为未来混台媒介综合军事通信的体系结构对于TPRN 互连的基本要求是:宽带蝶舟图 1 移动战术分组无线阿络互连(】 )唯一的地址 :通过网络中每个节点只
5、有唯一的地址.(2)自构成:移动子网的形成是自动配置的,并能自动适应节点的移动性.(3)逻辑子网形成:在无线节点之间 ,逻辑 TPRN 的形成与连接建立方式和连接信息交换方式是分开的.这样就可以在互连结构中根据不同连接交换方案组建不同的子网.(4)独立操作:如果逻辑 TPRN 子网连接宽带骨干网络失败,逻辑子网则能单独运行.因此与宽带骨干网的连接(信关连接到子网)是任意可选的,而且在功能上也是与子网分开的.(5)互工作服务:对有效的互工作来说 ,由不同类型的 TPRN 子网支持的用户服务应是公用服务集的子集(倒如由 BISDN 支持的服务).(6)统一的协议:在 TPRN 子网中使用的用户协议
6、和呼叫控制协议在所有的子网中都是一致的,并不管各子网使用的是什么样的媒介.根据上述六点制定了综合的混台媒介军事通信计划,计划的主体是 TPRN 数据传输一2O 一机构的要求和采用的信令协议及 TPRN-BISDN 信关的设计.HF 信道与其它传输信道一样都是 TPRN 所需要的 .在国防通信中,对于 HF 分组无线技术的使用主要有通过无线信道访问 BISDN;把无线链路作为光纤 BISDN 的应急备用信道;TPRN 与 BISDN 互工作,以提供战场上的通信服务.为了满足 HF 的使用条件,在 TPRN 中也将采用 ATM(异步转移模式)信元,并将通过HF 链路传送 ATM 信元.ADF 打算
7、在未来的战场上通过 TPRN 为个人提供话音,高分辨率图像和传真,X.400 报文,联机数据和文件传送,遥测数据等通信业务目前自适应 Modelll 的速率为 2.4kbps,而今正在研制 9.6kbps 的 Modern.自动链路建立(ALE) 的标准现逐渐被广泛接受.研究表明,在使用 ALE 标准布设的 3O 个节点的大型网络中可获得满意的特性.TPRN 中的信令协议(称之为分组无线信令 PRs 协议)能为信关提供连接 BIS_DN 所必须的信息.为了简化信关设计 ,该协议类似于 BISDN 中使用的协议.在窄带无线网络中准备引入 BISDN 中使用的这种协议,并把 PRS 协议的总开销减
8、少到最低程通信技术与发展 1995 年第 6 期度.就传输媒介,数据链路层协议和网络结构而言,互工作的两个网络(TPRN 和 BIS-DN)基本上是两个不同的系统.两网之间有效的互工作只能通过信关连接来实现.信关映射协议之间的信令信息和处理两阿之间的用户业务.信关也是一个移动节点,在连接信息交换和 TPRN 子网建立时就象其它节点一样操作,但它装备了附加的硬件以连接宽带阿络.连接时,信关节点将包括与其它移动节点连接的状态.宽带传输媒介一般为光纤,但也可能是卫星或地面无线链路,但信关信道最好是独立的.二,TPRN 的体系结构图 2 给出 TPRN 节点的协议栈 .协议栈可按 BISDN 协议参考
9、模型(PRM)嵌入子网.对于复杂的结构来说,层次能提供协议到用户蝗墒管理控制用户(a)同路接 1:3 协议拽控制用户)访问接口协议桂图 2TPRN 节点协议栈实体之间明确的关系描述.子网分层通常包含全网服务所需要的协议.每个分层都涉及到”实时世界通信实体,例如 PSTN,ATM载荷子阿SAP中堆子阿SAP载荷子阿sAP无线子网sAP和 x.25 网络.分层之间的相互作用发生在服务访问点(SAP).但由于在分层内多平面(multipleplanes)的出现,所以需要协调功能CommumcafiomTechnology8LDeoelopmemNo.6199521(cF) 来处理经由 sAP 到相关
10、平面的信息流的分配分层模型不允许隔层安排协议实体之间直接的信息流.所以在 TPRN 开发的模型中,将使用 OSI 管理框架的协定 ,这种协定允许在管理信息库(MIB)中,通过层次管理实体(LME)连接到协议实体进行信息垂直交换.按照这种办法在管理平面中的协议实体能通过层边界共享和交换信息.无线子网为相当于 OsI 层 1 的载荷子网提供物理层传输功能.同样,基于载荷子网的无线 ATM(RATM)为中继子网提供传输功能.图 z 给出 TPRN 协议栈的两个部分:(a)描述分布式限络协议(TPRN 网络节点接口一 NNI);(b)描述用户访问 TPRN 节点(用户一网络接口一 UNI).当一个节点
11、想并入网络工作时,就借助连接信息交换机构的帮助来测量邻近链路特性这种连接信息形成连接表通过与其它节点相互配合的补充连接表,子网形成协议可以决定子网表.路由表从子网表中形成路由算法采用子网表提供的链路质量值:以找出最佳的路由.基本的路由表一旦形成,节点就可以始呼或转呼其它节点呼叫路由,报文路由和分组路由通常被看作为控制平面功能,并且一般都是在协议栈中由 PRS 协议来实现的.因此管理,产生和更新路由表也是管理平面的功能按上所述,在 TPRN 协议栈内,RATM是与 BISDN 互操作所必须的.RATM 分组包括 48 字节的有效负载,但也必须考虑到在无线传输环境下纠错所需要的报头数据为了信令和数
12、据的快速传送,当一收到RATM 载荷子网请求时,无线子网就立即存储报文,然后用链路建立协议(ALE)请求一条通向下一个节点的路径链路一经建立就马上传送报文.为了在 TPRN 中能使用商用 BISDN终端,提供了标准的 Q.93B 访问协议.Q.93B 的子集(Q.93R)允许访问支援服务一22 一程序图 2(b).为了向 TPRN 用户提供象B-ISDN 那样的 UNI,Q.93R 访问协议使用SAAL 层和 ATM 层的服务程序.当用户通过用户接口请求呼叫时,Q.93R 访问协议就通过呼叫控制应用程序从分布式 PRS 协议中请求网络资源图 3 给出 TPRN 节点简化的呼叫控制框图.PRS
13、协议使用 RAAL 层和RATM 层提供的服务程序如果呼叫请求成功,载荷子网将为中继子网提供一条或多条RATM 虚信道.控制平面控制平面图 3Q.93R 和 PRS 相互作用由于无线信道存在较高的误码率,所以HF 倍道所用的链路层协议必然不同于 BISDN 中所用的链路层协议在 TPRN 中,对实现 AAL(RAAL)版本有三种不同的选择(图 4):在 TPRN 中实现 RAAL 最理想的方式是使用无线信道的新标准类型 AAL图 4(a)中给出的 F 类;把每种标准的 AAL 类型映射到等效的无线版本中图 4(b);专为 TPRN 定义移动无线的 AAL 类型标准图 4).在 TPRN 网络中
14、的 x.z5 服务将用设在该网中的分组处理器(PH) 来实现 PH 可以设在每个无线节点,但也可以不设在每个节点.如果目的地节点中未设 PH,RATM 的路由将在 PH 和目的地节点之间选择.x,25 分组级协议使用载荷子网提供的 RATM 虚信道(Vc). 当无线链路在无线子网内由于链路建立而暂时不能使用时,x.25 虚电路和支承RATM 的虚信道可为全部的呼叫持续时间提供支援.虚连接可以建立在一对节点之间.通信技术与发展 1995 年茅 6 期x.25 分组和 RATM 信元在未被安排适当的链路传送之前都暂时寄存起来.在一般情况下,TPRN 中继子网能提供面向连接 (c0)和无连接(cL)
15、的数据传送服务,但 CO 服务必须基于存储转发方式.这里评述了面向端一端连接服务的呼叫皿匝亚曰建立过程.呼叫请求原语一旦收到,本地节点按本地节点路由表计算到达目的地节点的最佳路由.用于信令的 RATM 虚信道建立到下一个节点的路由,并传送到下一个节点由 PRS 组装的报文.组装的报文在 PRS 协议级上由接收节点分析,对最佳路由验证,并把报文转发到下一个节点当报文沿着路由通行时,可把虚电路标识符分配给建立连接的用户.在呼叫建立期间选择的路由是最佳的,但随时都可能变坏.这是固为网络环境(例如连接和线路质量等)可能在呼叫持续时间发生很大变化.三,PRS 协议设计在 TPRN 中使用的信令协议叫做
16、PRS协议.由于 TPRN 和 BISDN 网络之间的互Q.93B 编码PRS 茄码连,所以 PRS 协议呼叫控制功能有双重特性:首先,它们管理 TPRN 内的呼叫并还有一组类似于 SS7 协议的功能 ;其次,它们可为在 TPRN 节点上产生的 Q.93B(Q.93R)报文所包含的信息提供传送机构.另一方面,PRS 协议必须占据最窄的带宽,以适应在窄带宽中应用.在 PRS 协议设计时,为了减少与呼叫控制有关的信令开销,涉及到许多技术问题,这些技术是:1.取消信息元素的标识符用于标准的 Q.93B 报文编码格式如下:每份报文都有标头,长度和内容字段(图 5).标头字段决定报文类型.长度字段给出报文长度.内容字段载送报文内容.这样的规定可以循环地应用于由内容字段载送的信息元素(IE).IE 包括 IE 标识符,IE 长度和 IE内容.厂1 厂厂二I 一标
