用于海陆空交互场景的数据链可变消息处理方法与装置与流程

本发明涉及通信领域中可变消息处理技术领域，尤其涉及一种用于海陆空交互场景的数据链可变消息处理方法与装置。

背景技术：

随着当前通信环境的日益复杂，传统的通信方式越来越难以满足许多环境的实时性、高效性等需求。在军事信息系统中，数据链成为了核心的技术之一，是各种军事信息系统、军事网络互连以及信息业务互通的技术基础。数据链可以将地理上分散的各种武器单元、侦察单元和指控单元联系在一起，实现整个系统内的信息共享、协同精准打击和作战指挥自动化。而随着技术的不断演进，数据链也可以同样应用于民事需求，特别是基于通信不便的复杂环境下。其中，数据链消息是数据链中的重要一环，其处理的效率将直接影响整个数据链系统的性能。

迄今为止，美军及北约国家已完成了link4a、link11、link16和link22等40多个战术数据链系统的研制，使用场景也从地面系统扩展到海上系统再到空中系统。其消息标准也相应制定了多种，例如m系列、v&r系列、j系列和f/fj系列等。

link4a数据链制定了v/r序列消息，是第一个舰空数据链，用于对飞机进行自动化控制，解决舰(主要是航空母舰)、机(舰载飞机)之间的作战协同问题。

link11和link11b数据链都制定了m系列消息，但消息格式并不相同，都用于舰船之间、舰船与飞机之间和舰船与陆地之间交换信息。link11的m系列如图1所示，将一条60bits的消息报文分为两个30bits的帧，每帧分别包括信息位24bits和检错码6bits。link11b的m系列如图2所示，将一条72bits的消息报文分为三组，其中起始组9bits，数据组54bits，校验组9bits。

link22数据链制定了f或f/j消息报文标准，用于在陆地、水面、水下、空中或各种平台间交换目标航迹信息，实时传递指挥控制命令与警报信息。每条消息由1—8个消息字组成，其编码格式如图3所示包括三种，每个字均为72bits。

综上，现有技术具有以下缺点：

现有的数据链消息标准大多为固定的消息格式，以消息字为单位，每个字中各比特位的内容都提前规定好，即使该内容不需要传递也必须写入消息进行发送，而且由于比特位数固定，在战场环境复杂和带宽受限环境下，或者在传递较大图像或者必要视频时，其报文长度和格式不能进行动态调整，缺少灵活性。

同时，现有数据链消息标准应用场景也是关键问题，早期的数据链用途单一，只应用于特定地理条件，例如只针对无人机之间或者只针对舰船之间，但当前社会应用场景的发展越来越倾向于海、陆、空等多元化和一体化，功能需求也由单一的信息传输向导航、敌我识别、实时图像等方向发展。此外，虽然近年来美军研制的数据链功能逐渐强大，但是其技术内容保密，所以难以进行学习并使用。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于海陆空交互场景的数据链可变消息处理方法与装置，本发明将海陆空三方环境进行联合，实现整个系统内的信息共享，将系统内所探测到的初级信息发送到指控平台，指控平台将信息进一步处理按任务需求发送到相应执行平台，形成统一态势，详见下文描述：

一种用于海陆空交互场景的数据链可变消息处理方法，所述方法包括：

制定消息内容，基于对海陆空三方环境内各节点间协同作业过程的分析，将该场景所涉及的消息进行分类；

制定可变消息标准格式；根据所述可变消息标准格式的制定，设计数据库结构；

针对文本类型消息建立数据元素字典并存入所述数据库中；

制定可变消息模板；对报文进行编解码；

所有节点根据指令和自身节点的功能协同作业。

其中，所述可变消息标准格式具体为：

可变消息命名为g消息，g消息的编号格式为gn.m，其中n表示功能区域指示器，编号为0～5，共有6个编号，m表示报文号，编号为0～6，共有7个编号。

进一步地，对于文本类消息，功能区域指示器表示消息功能分类号，报文号表示功能下的具体消息类别，报文类型说明该消息是文本消息、图像消息或是视频消息，长度表示整条消息sn的数量，gpi和gri则对该条消息的编码进行明确，dfi表示字段的数据元素，dui表示数据元素对应的数据项，di则表示要传递的消息的数值；

对于图像和视频类消息，文件头与文本类消息一致，区别在于文件体是由一到多个图像组成。

其中，所述可变消息模板采用xml文件格式，

对于文本类型的报文，文件头由功能区域指示符、报文号、标题、报文类型、总长度、分组出现指示器和分组重复指示器组成，其中功能区域指示符和报文号用于确定唯一模板，报文类型表明该条报文是文本、图像还是视频，总长度说明sn号的数量，分组出现指示器和分组重复指示器作为分组判断依据；

文件体由多个元素组成，sn序号用于排序，编解码时以sn号为顺序进行处理，length表示该元素的比特位数，dfi和dui用于编解码时在数据库中进行查找，fri表示该元素是否重复编码，israw表明该元素是否为组合类型。

进一步地，所述对报文进行编解码具体为：

文本类消息编码过程如下：

(1)根据要传输的内容确定功能区域指示符和报文号，并在配置文件库中查找对应的模板配置文件；

(2)加载配置文件并读取文件头，将文件头中的“type”、“length”、“gpi”和“gri”元素取值做相应修改，并组合形成文件头；

(3)填写文件体，在配置文件体中，根据sn序号依次读取元素信息；

(4)当文件头中“gpi”取值为1时，开始编码，将消息头中元素的取值依次进行二进制编码并组成消息头的二进制码，之后按照“fri”元素的取值有选择的对文件体中的元素进行编码，在编码过程中，查看每个元素的length信息，对bit值进行补位，同时根据消息头中“gpi”的值决定编码次数，最后将编码后的内容输出，编码结束；

文本类消息解码过程如下：

1)截取二进制码流的前12比特位，解析获得报文的功能区域指示符、报文号、类型、长度和gpi、gri，当属于文本类型时，根据功能区域指示符和报文号在配置文件库中查找到相应模板文件；

2)加载模板文件后，查找到文件体中第一个元素fri的长度，根据对应的比特位确定模板文件中需要解析的sn序号，针对需要解码的元素，读取xml模板中的元素配置信息，并将解析的数值填入节点内，所以需要解析的节点都依次进行；

3)根据gri的取值执行解码次数；

4)将结构化数据输出，解码结束。

一种用于海陆空交互场景的数据链可变消息处理装置，所述装置包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1所述的方法步骤。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明提出的报文标准是面向比特的，能有效的提升节点平台的识别率和处理效率，而且语法十分灵活，不拘泥于单一格式，即使对于文本类型，也可以根据发送内容动态调整报文格式，对不需要的信息内容不予编解码，减少了传输的数据量，因此大大节省了传输时间和占用带宽；

2、本发明对报文的翻译能力具有较强的实时性，对海陆空三方环境通信具有重要意义，该场景的适用迎合了现今发展的普遍需求，并且可以将本发明所提技术植入板卡中，具有较强的适用性可扩展性。

附图说明

图1为link11的m系列消息格式；

图2为link11b的m系列消息格式；

图3为link22的f/fj系列的三种消息字格式；

图4为可变消息处理方法流程图；

图5为本发明提出的海陆空通信场景图；

图6为文本类可变消息标准格式图；

图7为图像/视频类可变消息标准格式图；

图8为消息逻辑结构图；

图9为数据元素字典结构图；

图10为文本类空中平台状态的xml模板；

图11为文本类空中平台状态的xml描述文件；

图12为图像视频类xml模板；

图13为可变消息编解码流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

一种用于海陆空交互场景的数据链可变消息处理方法，参见图4，该方法包括以下步骤：

步骤1：制定消息内容，基于对海陆空三方环境内各节点间协同作业过程的分析，将该场景所涉及的消息进行分类；

步骤2：制定可变消息标准格式；

步骤3：根据对步骤2中可变消息标准格式的制定，设计数据库结构；

步骤4：针对文本类型消息建立数据元素字典并存入数据库中；

步骤5：制定可变消息模板；

步骤6：对报文进行编解码；

步骤7：所有节点根据指令和自身节点的功能协同作业。

实施例2

随着当前技术的发展和人们应用需求的提高，海陆空天一体化的通信需求受到越来越多的重视，所以本发明考虑的消息处理是应用在海陆空此类通信受限的环境中，旨在建立一套能灵活且规范的处理各种格式的消息处理流程，对通信系统内的信息进行实时和准确的传输，实现平台内信息共享，实时掌握系统环境态势，缩短决策时间，提高作业的速度与精度，并最大程度发挥系统的工作效能。

如图5所示，本发明中提出的场景包括多个通信节点，包括无人机、无人车、舰船等等，其中所有节点的功能实现均使用定制的pcb板卡，板卡内集成了数据链系统所需的基本单元。以通信角色为分类标准，所有节点可以分为指挥节点和执行节点，指挥节点根据系统内收到的态势信息进行分析决策，再对执行节点进行具体调度，所有的执行节点则根据指令进行有序工作同时向指挥节点汇报情况。

基于海陆空环境的需求，本发明按照所需功能做分类依据制定具体的消息内容，之后制定灵活的可变消息格式，同时为方便消息内容的随时解析，设计高效数据库结构用来存储。在实际工作时，节点从通信子网内接收指令消息或其他消息后，通过板卡内程序将接收的二进制码流转换为xml文件，从而获取其他节点传递的信息；同时当自身节点有信息要发送时，通过自身的编码程序将信息组合转换成二进制码流，发送到通信网络内。本发明具体步骤如下：

步骤1：制定消息内容；

根据对海陆空天内各节点协同作业过程的分析，本发明按消息的数据类型分为文本、图像和视频三类，其中文本类消息按照功能又分为如下几类：

(1)平台状态类消息。用于海陆空三方节点平台报告自身的状态，包括空中平台状态、海上平台状态和陆地平台状态，具体消息内容有平台节点类型、剩余电量/油量、经纬度、高度/深度、速度、运动方向、故障等级等内容，该类消息由各平台定期发送，有助于控制中心的决策，以免出现向状态不佳的平台节点发送高复杂任务的情况。

(2)监视类消息。用于各平台节点汇报自身监测到的信息。包括指针消息、过滤器消息，具体消息内容有区域范围、运动方向、速度、人数、车数、危险级别等内容，该类消息由有监视功能的平台节点不定时向决策中心发送，扩大决策中心对态势的感知。

(3)空中作业类消息。用于控制节点向空中平台节点发布任务内容。包括升空时间、长机领航、僚机阵型、俯仰角度、滚转角度、偏航角度等等。

(4)海上作业类消息。用于控制节点向海上平台节点发布任务内容。包括图像回传、下潜探测、就近捕捞、体积测量等等。

(5)陆地作业类消息。用于控制节点向陆地平台节点发布任务内容。包括前进距离、前进模式、目标区域、拦截方式等等。

(6)编队协同类消息。用于控制节点向多方平台发布联合任务内容。包括接收平台编识号、始发平台编识号、时间精度、高度差等等。

步骤2：制定可变消息标准格式；

本发明制定的可变消息命名为g消息，g消息的编号格式为gn.m，其中n表示功能区域指示器，编号为0～5，共有6个编号，m表示报文号，编号为0～6，共有7个编号。可变消息报文格式不同于以往的固定消息由消息字组成，而是为了结构灵活采用信息字段、出现指示符、重复指示符等组成。

对于文本类消息，其可变消息标准格式结构如图6所示，功能区域指示器表示消息功能分类号，报文号表示功能下的具体消息类别，功能简要说明该条消息的功能，报文类型说明该消息是文本消息、图像消息或是视频消息，长度表示整条消息sn(序列号)的数量，gpi(分组出现指示器)和gri(分组重复指示器)则对该条消息的编码进行明确，dfi(数据域标识符)表示字段的数据元素，dui(数据使用标识符)表示数据元素对应的数据项，di(数据项目)则表示要传递的消息的数值。对于图像和视频类消息，其消息格式结构如图7所示，文件头与文本类消息一致，区别在于文件体是由一到多个图像组成。

步骤3：根据对可变消息标准格式的制定，设计数据库结构；

如图8所示，为本发明制定的消息逻辑结构图。第一层为功能组，表示消息的功能分类，包括平台状态类、监视类、空中作业类、海上作业类、陆地作业类和编队协同类五种，其中每类消息之下又具体分为多条消息，例如平台状态类消息中具体分为空中平台的状态、海上平台的状态和陆地平台的状态。每条报文是由多个字段和指示符等组成，其中字段由dfi和dui项共同构成，di表示具体的取值。

步骤4：针对文本类型消息建立数据元素字典并存入数据库；

数据元素字典的结构如图9所示，分为三层，对数据元素的值域、取值含义进行定义，以此结构存入数据库中。

步骤5：制定可变消息模板；

由于xml具有强大的扩展功能和良好的可读性，所以模板采用xml文件格式。

对于文本类型的报文，以平台状态类消息中空中平台状态为例，其xml模板如图10所示。

文件头由功能区域指示符(functional_area_indicator)、报文号(number)、标题(title)、报文类型(type)、总长度(s_length)、分组出现指示器(gpi)和分组重复指示器(gri)组成，其中功能区域指示符和报文号用于确定唯一模板，报文类型表明该条报文是文本、图像还是视频，总长度说明sn号的数量，分组出现指示器和分组重复指示器作为分组判断依据，具体来说，当gpi＝1,gri＝0时，则当前分组进行编码，但不重复编码，当gpi＝0,gri＝0时，当前分组不进行编码，当gpi＝1,gri＝1时，当前分组进行第1次重复编码，gpi＝1,gri＝2时，当前分组进行第2次重复编码。

文件体由多个元素组成，每个元素需要写明sn号、s_length、dfi、dui、fri和israw内容。具体来说，sn序号用于排序，编解码时以sn号为顺序进行处理，length表示该元素的比特位数，dfi和dui用于编解码时在数据库中进行查找，fri表示该元素是否重复编码，israw表明该元素是否为组合类型。组合类型表示该元素是由两个子元素共同构成，以图10中“sn＝7”的元素为例，该元素表示航向，由东西经和经度度数共同组成。此类模板文件存储在配置文件库中。

如图11所示，为该模板文件对应的内容描述文件，根据功能区域指示符和报文号做唯一映射，通过解析其他元素的值获取传输信息。

对于图像和视频类型的报文，其xml模板如图12所示，不需要dfi和dui值。

步骤6：对报文进行编解码；

如图13所示，具体来说，通信节点一方面需要将收到的二进制码流转换为可视化xml文件，另一方面需要将要传递的信息组合成xml文件并转换为二进制码流发送到网络内。

文本类消息编码过程如下：

(1)根据要传输的内容确定功能区域指示符和报文号，并在配置文件库中查找对应的模板配置文件；

(2)加载配置文件并读取文件头，将文件头中的“type”、“length”、“gpi”和“gri”元素取值做相应修改，并组合形成文件头；

(3)填写文件体，在配置文件体中，根据sn序号依次读取元素信息。具体来说，以图10为例，对于“sn＝2”的元素，其dfi和dui分别为“6110”和“003”，根据该值到数据库中进行查找，获得属性名为“height”，之后在文件体中构建路径(/message/body/height)并根据要传输的内容写定元素值，之后的元素内容填写同上，直到解析到“fri”元素。“fri”元素涉及到以上元素是否编码的问题，在以上编码的过程中当遇到不需要编码的元素会将其元素值设为0，“fri”元素根据以上元素值是否需要编码来对应取值。

(4)当文件头中“gpi”取值为1时，开始编码，将消息头中元素的取值依次进行二进制编码并组成消息头的二进制码，之后按照“fri”元素的取值有选择的对文件体中的元素进行编码，在编码过程中，查看每个元素的length信息，对bit值进行补位(一般为前补0)，同时根据消息头中“gpi”的值决定编码次数。最后将编码后的内容输出，编码结束。

文本类消息解码过程如下：

(1)截取二进制码流的前12比特位，解析获得报文的功能区域指示符、报文号、类型、长度和gpi、gri，当属于文本类型时，根据功能区域指示符和报文号在配置文件库中查找到相应模板文件；

(2)加载模板文件后，查找到文件体中第一个元素fri的长度，根据对应的比特位确定模板文件中需要解析的sn序号，针对需要解码的元素，读取xml模板中的元素配置信息。以图11为例，对于“sn＝4”的元素，可以得到其dfi和dui的值为6013和007，将值在数据库中进行查找，获取到属性名为“经度”，根据配置文件中“sn＝4”元素length的值截取报文中相应长度的bit位值，将其转换为数值，同时在文件体中构建节点<longitude></longitude>，并将解析的数值填入节点内，所以需要解析的节点都依次进行；

(3)根据gri的取值执行解码次数；

(4)将结构化数据输出，解码结束。

图像、视频类编解码过程与文本类相似，区别在于对文件体编解码时不需要从数据库中查找属性名，而是直接根据板卡内设定的图像处理程序按sn序号和比特位数直接进行处理。

步骤7：所有节点根据指令和自身节点的功能协同作业。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。