分布式通信对抗智能决策仿真系统
杜建立
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杜建立,. 分布式通信对抗智能决策仿真系统[J]. 建模与系统仿真,2021.1. DOI:10.12721/ccn.2021.157004.
摘要: 现阶段,随着现代化建设的发展,我国的智能化建设的发展也有咯很大的改善。自20世纪60年代人工智能被提出以来,它已应用于模式识别、语言处理和图像识别等各种领域,人工智能应用于通信对抗也已经成为国际的前沿研究方向。在电子对抗方向上,美国国防高级研究计划局(DAPRA)近年来使用新一代人工智能技术重点发展自适应电子战行为学习及自适应雷达对抗等认知电子战项目,并将电子战系统的智能化水平提到前所未有的高度。2018年,美国国防部启动了联合人工智能中心(JAIC),预计投资16亿美元,探索人工智能在电子对抗领域的应用。中国船舶工业总公司的杨春华等人做了Agent理论和技术在电子战中应用的研究,主要应用于雷达对抗,本文将主要通过仿真手段来研究多Agent在通信对抗中的应用实现。通过建立仿真模型,来模拟通信对抗过程,进而完成智能决策算法的学习与验证,可以有效提升通信对抗能力。
关键词: 分布式通信;抗智能决策;仿真系统
DOI:10.12721/ccn.2021.157004
基金资助:

引言

随着军民用通信设备的数量、类型以及更新速度快速增长,通信环境呈现高度复杂化,动态化特征,对通信对抗侦察和干扰手段提出了更高的要求。大型一体化的通信对抗系统将不同种类,不同用途的侦察设备,测向设备,干扰设备以及根据作战需求定义的各种功能的软件系统,综合为一个通用平台,需要通过计算机网络实现平台中的信息共享,资源互通。在大型通信对抗系统中,各个硬件设备、软件模块以及子系统之间通过大量的数据通信以实现协同工作,共同完成侦察、测向、干扰任务,因此研究大型通信对抗系统的通信体系架构具有重要意义。结合开放式分布式体系结构设计的思想,本文旨在该领域进行一定的探索研究。

1分布式系统

分布式系统是指通过计算机网络将各个异构的工作节点连接起来,为用户提供一种跨网络的任务支持系统,同时用户也可以充分利用网络中的各个工作节点的计算资源,整个过程对用户是完全透明的。其内部的各个软硬件设备及其子系统之间通过大规模的信息交互和协同工作,以实现数据的采集,传递和处理。目前,分布式系统中的信息交互和协同工作有多种机制,主要包括消息传递、远程过程调用、共享空间、消息队列、发布订阅等。目前,通信对抗系统广泛采用基于socket消息传递的通信机制,其主要存在以下缺点:(1)单一的通信机制,难以适应复杂的通信需求;(2)协同工作的参与者必须知道彼此在网络中的位置才能够完成通信,缺乏透明性;(3)协同工作的参与者通信所使用的通信协议及设备多种多样,缺乏统一的接口支持,缺乏易用性;(4)当有新设备接入或者更替时,需要针对新设备进行一系列的文件重配置和软件重编译,使用复杂,缺乏可扩展性。分布式通信对抗系统,其核心就是采用相关技术,实现其分布式数据通信方式。

2优化措施分析

2.1网络

网络通信系统一般来说可以采用有线宽带的方式来组网,也可以采用无线接入的方式,当然最好的方式还是无线接入比较好。按照XTD05和YDN023的要求、按照监控规模的大小将组网结构划分成二级或者是三级结构。二级结构当中只有一个上联的监控中心,通过这个监控中心来统揽下辖站端通信设备的监控。三级结构则是在二级结构的基础上构建区域汇总监控分中心,然后在其上一级还有一个专门的监控中心,实现统一的管理。整套智能监控系统运行在TCP/IP环境下,现有组网方案可以考虑OTN+PTN+RAN的方式。从无线接入的角度来看,比方用LTE的核心网来传输数据,当然这其中有一个关键性的东西叫做移动管理实体(MME),它将多种接入手段进行融合,实现统一接入电信网络,网关方面则满足局部区域短距离通信接入需求并接入到公共网络,能够完成同时的转发、控制、交换、编解码等,并且要应具备终端管理与安全认证等功能,在MME下,接入网通过S1接口进行连接,在接入网当中重点就是eNB节点。UE与eNB之间建立连接分四个步骤,包括随机接入、RRC连接建立、鉴权以及E-RAB建立。随机接入是UE向系统请求接入,受到响应并分配接入信道资源。RRC则是无线资源协议,提供广播、寻呼、RRC连接管理、无线承载控制、移动性、UE测量上报以及控制等,UE向UE发送RRCconnectionrequest,eNB向UE反馈竞争解决消息和setup,UE收到竞争解决消息后发生setupcomplete完成RRC连接建立。实际上这个过程当中eNB都是作为中间件存在的,UE通过它与EPC进行交互。现在高通的9205LTE基带芯片能够支持450MHz到2100MHz频段频宽的RFID收发器,且体积缩小了50%,空闲时间功耗降低70%,这给分布式通信设备电源的智能监控提供了便利,可以基于这样的基带芯片来实现性能更强,成本更低的现场传感设备并且高效率地将采集到的信息通过RAN、PTN、OTN上传到监控中心。

2.2通信消息结构设计

采用分布式通信架构的通信对抗系统,其内部的信息交互和协同都是基于消息的。系统内消息分为两种,一种为通信消息,一种为命令消息。对于一个典型的通信对抗系统,其通信消息类型主要包括:侦察数据、控制指令消息、任务通知消息、数据处理系消息等。消息体内部又包含参数配置、通信协议、任务描述参数等内容。命令消息主要包括注册服务器,消息服务器之间的同步,交互,数据传递,心跳控制等指令,为了有所区分,我们称之为命令消息。我们分析相应的控制需求,要求其命令消息具有以下内容:目的地:表明命令消息的目的,即接受者地址;消息服务器ID:发送此消息的消息服务器ID;注册服务器ID:发送此消息的注册服务器ID;命令类型:发送命令的类型:如控制指令、心跳数据、注册指令等;内容:表示该命令发送的内容;通信模式:表示此消息发送的通信模式。

2.3智能监控系统思考

结合上文的分析实际上现有的技术条件下,分布式通信设备电源的智能监控实际上可以看做是物联网、大数据和云计算的运用。也就是说智能监控的核心技术手段也就是这三个方面。物联网具体是指利用各种传感器设备,将任何物品接入互联网中实现信息交互的一种网络技术,并实现定位、追踪、监控、识别、管理的智能化。其本质是要解决人、事、物的互通互联。实际上监控系统实际上是非常典型的物联网应用。结合上文的分析来说,主控站实际上就是物联网当中的应用层也就是俗称的监控中心,网络当中的各种服务器相当于物联网当中的管理云和服务层,在物联网体系下这两个层面都是分布式服务器,而电源监控终端设备就相当于物联网当中的接入层,这个层面包含着各种传感设备。而要实现智能化,实际大数据分析发挥着非常重要的作用,它是实现智能分析的重要手段,包括诊断、识别和行为三个类,并且将其集成在后台的服务器上用作大数据分析。当然也可以把智能化分析前置到前端的设备当中,针对电源的运行状况进行实时的分析和检查,不过这方面成本还比较高,需要程控机、PLC等配合。

结语

通信对抗系统的分布式通信架构,能够将功能相对独立的设备,功能模块关联起来,形成模块化、通用一体化的体系结构,能够有效的解决传统系统中设备资源分配不均衡、数据资源无法共享的问题。采用基于消息中间件系统通信架构,使装备在应用开发及维护具有透明性、易用性,同时具有很强的扩展性,可以适应各种复杂的数据通信模式。本文旨在抛砖引玉,基于分布式通信架构的通信对抗系统的有关问题还有待进一步研究。

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