中国科技核心期刊      中国指挥与控制学会会刊     军事装备类重点期刊
Command Control and Simulation

Command Control and Simulation >

2025 , Vol. 47 >Issue 2: 50 - 53

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2025.02.006

Intelligent Information Fusion

Research on integrated fusion technology of multi-source heterogeneous hybrid information based on Mesh network

  • ZHANG Weiren ,
  • HUANG Xuxing
Expand
  • Urumqi Campus of the Engineering University of PAP, Urumqi 830002, China

Received date: 2024-10-11

  Revised date: 2024-12-01

  Online published: 2025-03-27

Fold

Abstract

According to the practical task of data construction and development, and the characteristics of data integration and application for “wide area multi-ability warfare”, a scheme of wireless intelligent transmission for large data in combat is proposed based on Mesh network technology, real-time transmission of various types of combat data to remote data processing platforms for visual operations and intelligent data storage and analysis, to provide command organizations at all levels, interactive and controllable “science and technology +”“network +” data integration using a new model.

Key words： wide area multi-power warfare; multi-source heterogeneous; Mesh network

Cite this article

ZHANG Weiren , HUANG Xuxing . Research on integrated fusion technology of multi-source heterogeneous hybrid information based on Mesh network[J]. Command Control and Simulation, 2025 , 47(2) : 50 -53 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2025.02.006

近年来,国家总体战、一体化联合作战和一线自主协同网信体系建设大幅推进,部队遂行任务时对短波、超短波、数字集群、卫星电话、视频指挥、电视电话会议、视频监控、可视化评估和无人装备操作等综合信息保障技术需求日益迫切。数字化装备种类和数量逐年递增,通信方式更新迭代,新老装备并存,信息化装备数据传递和层级结构日趋复杂。如何对信息化装备数据进行集成运用成为作战需求的重要环节,对不同类型通信装备体系数据融合提出了更高的要求。装备的信息化设备主要为有线电通信设备、无线电通信设备、交换设备、单兵智能终端等。这些设备又分不同型号和批次版本,导致现有信息保障方式存在实时信息数据庞杂、异构设备难以兼容和传输链路杂乱等短板,严重制约了作战指挥快捷性、行动高效性、保障有序性的要求,研究人员急需围绕面向“广域多能战”的数据集成运用体系建设加大研究。

1 国内外研究现状

现代战争的基本特征是“过程迅速、打击准确、技术密集、体系制胜”,数据集成运用开发注重扁平化、智能化和网络化的设计,要适应这种状态的变化,战争实施的每个环节都必须作相应的一些改变,传统的数据集成技术必须彻底改变。
俄罗斯为应对当前的安全威胁,逐步强化信息装备和智能化设备的部署,初步实现网络化的作战指挥,构建起统一的数据集成运用系统。美国战术互联网是依托无线电通信和网络技术,将各类型信息化装备集成运用。美军部署战场无线网络,可实现分布式、自适应的网络结构,实现了网络在实战中的可靠保障,实现通过数据链技术手段,进行即时的战术数据交换[1]。国内信息化建设起步较晚,有线通信发展较为全面,无线通信主要集中在卫星通信、超短波和短波电台、微波接力等方面。作战指挥中末端数据实时接入还存在设备庞杂、随遇共享能力弱、音视频信号传输速率带宽窄等问题;各类通信系统均为独立组网分属保障,兼容性、互通性差;无人装备存在实时数据转换传输迟滞、可视化指挥范围有限、信息化设备信息采集单一、军民融合项目中前沿智能设备无网可依、战场动态网络支持欠缺等现实突出问题。信息获取方式手段单一,渠道互限,覆盖全域的各类传感器系统和侦察情报系统尚未完全建立[2]。现有移动通信指挥车信号覆盖范围、信息获取的体量和质量远远不够,无法实时获取完整、准确的战场环境大数据信息。

2 数据集成技术分析

一体化联合作战必须着眼构建数据广域覆盖、融合调度、指挥精准高效的全新保障体系。为确保信息保障的“迅速、准确、保密、畅通”,实现战场指挥控制系统化,仅靠发挥各种信息资源的单独作用是远远不够的,只有将各种信息资源进行技术组合才能发挥出整体的作用[3]。因此,如何合理配置和融合“战场最后一公里”数据信息就显得尤为重要。
随着全球信息化产业的不断发展,传统的信息技术已经不能满足数据集成需要,无线通信技术作为一种无中心、自组网的灵活通信技术越来越广泛地被应用。无线通信传输技术一般按照通信距离区分,远距离无线通信技术最主要的是4G/5G的移动运营商通信技术,虽然已成熟运用,但是存在建设、使用和维护成本高,数据易泄漏,终端网络不可控等因素,不适合军事应用[4]。无线传输近距离技术包括无线Mesh网络技术(wireless mesh network, WMN)、无线宽带(WiFi)、窄带物联网(NB-IoT)、广域网(LoRa)、蓝牙(bluetooth)、ZigBee等。综合比较这些技术,其中,无线Mesh网络日趋成熟,通过Mesh网络实现用户连接及数据分拨,再通过网关与其他系统互联,实现信息传输。Mesh技术与其他的无线网络技术区别主要体现在其不仅提供数据传输,还与自身网络节点进行数据信息传输,同时能采用多跳的形式在自身系统中进行信息传输[5]。这种技术极大地拓展了无线通信的传输距离和覆盖范围,节省了建设及维护成本,增强了信息传输的灵活性和可靠性,是解决当前数据传输与集成瓶颈问题的可行方案。

3 多源异构混合信息一体融合技术

基于Mesh网络技术,多源异构混合信息一体融合技术是依托OpenWrt智能路由网关节点科学构设无线网状结构的无线网络环境。该技术在无线网络拓扑结构产生变化时,能随无线网络节点拓扑结构变化进行自动组织和配置。网络使用最优链路状态路由协议(optimized link state routing,OLSR)和OpenWrt系统OLSR协议程序组建协议,以OpenWrt搭建Mesh网络结构,支持移动和多种存取方式,以及多路径、多速率的多跳网络(multi-hop)。

3.1 方案结构

智能无线传输系统(图1)主要从硬件架构、系统架构、系统管理三个方面对系统进行设计。智能无线传输系统具备安装部署快捷、结构灵活、带宽高、成本低、自愈合和智能处理等先天优势。
图1 整体结构框架

Fig.1 Overall structural framework

3.2 方案网络结构

无线Mesh网络中节点主要有普通STA(station)节点、Mesh网关节点MPP(Mesh portal point)以及Mesh STA节点三种类型。其中,普通STA节点就是Mesh网络中的终端节点,没有组网功能和Mesh路由功能[6]。Mesh网关节点中Mesh路由功能可以实现自动组网,并且以IEEE802.11标准执行,实现数据转发和入网连接,是构建无线Mesh网络结构中的重要组成节点,但缺点是不适用于快速机动的场景。而Mesh STA节点既具备普通STA的特点和Mesh路由功能,还可实现让用户设备接入多跳网络,并将相关数据转发至其他节点上。
智能无线传输系统中无线Mesh网络的基本服务集BSS(basic server set)可实现数据传输协调和网络接入管理等功能,其是由MP节点、Mesh STA节点以及终端STA节点三部分组成的集合,如图2所示。
图2 方案网络结构

Fig.2 Network structure of scheme

3.3 方案网络通信拓扑结构设计

无线Mesh网络分为三种组网模式:链式组网、星型组网以及本文所采用的网状组网。其中,链式组网是通过邻居节点间的相互连接实现数据的连接与转发。而星型组网主要通过Mesh STA节点实现数据传输,其是一种常见的网络拓扑结构,但由于星型组网模式中自身的星状网络拓扑不能实现远距离、大范围组网,故无法有效提升Mesh网络的传输距离和覆盖范围。网状组网则是将链式组网和星型组网两种模式进行结合实现通信功能。在这种组网模式下,如果有Mesh STA节点在网络中出现,就会立即与之相连接,并形成通信链路。这种组网模式具备诸多优势,尤其是具有较强的远距离组网功能,但也存在一些短板,例如在短距离、小范围使用时效费比较低,需搭建3个以上Mesh节点才能满足使用要求。结合上述特征,如果将Wi-Fi接入无线Mesh网络就能巧妙解决这一问题,实现覆盖范围更广、传输距离更远、建设成本更低、可靠性更高的目的。
(1)MP节点:它是有线网络与无线网络相连接的枢纽,其主要职责是进行Mesh网络和有线网络间的数据传输。
(2)Mesh STA节点(图3):它是同时具备路由功能、Mesh组网功能、终端STA功能以及路由器数据转发等功能的STA(station)。
图3 网络通信拓扑结构

Fig.3 Network communication topology structure

(3)终端STA节点:它采用基于混合网络架构(图4),可以实现无线Mesh网络A通过有线网络与无线Mesh网络B的远程互访。
图4 混合网络架构

Fig.4 Hybrid network architecture

3.4 方案基本技术性能分析

方案基本技术性能分析依托实战化训场地进行测试实施,测试范围选择方圆200 m矩形区域,性能分析中仅考虑平面数据,如图5所示。
图5 节点覆盖图

Fig.5 Node coverage map

测试中,无线节点预装OpenWrt系统,依据纵轴、横轴确定节点次序编号,结合OLSRD软件组建Mesh无线网络,根据设备接口配置IP,运行数据如表1所示。
表1 无线Mesh节点运行参数

Tab.1 Operating parameters of wireless Mesh nodes

节点
编号		 源节点 目标节点 信号
功率		 信噪
功率		 传输
速率
1 192.08.0.2/32 192.08.0.4/32 -48 dBm -92 dBm 64.3 Mbit/s
2 192.08.0.4/32 192.08.0.5/32 -49 dBm -95 dBm 55.6 Mbit/s
3 192.08.0.5/32 192.08.0.3/32 -58 dBm -98 dBm 65.1 Mbit/s
4 192.08.0.5/32 192.08.0.6/32 -53 dBm -92 dBm 67.3 Mbit/s
5 192.08.0.3/32 192.08.0.1/32 -50 dBm -91 dBm 59.3 Mbit/s
6 192.08.0.6/32 192.08.0.8/32 -55 dBm -94 dBm 46.8 Mbit/s
7 192.08.0.7/32 192.08.0.9/32 -58 dBm -96 dBm 70.1 Mbit/s
8 192.08.0.8/32 192.08.0.1/32 -61 dBm -92 dBm 66.3 Mbit/s
智能无线传输系统每个路由节点至少可支持500个设备接入,理论数据带宽三频段综合数据可达1 000 Mb/s,具备定位数据、音视频数据和通信数据等数字化智能自适应无线数据传输性能。预期基本技术性能如下。

3.4.1 自愈抗毁性

系统在遭遇路由节点断电、故障和损毁等因素影响时,接入设备可智能寻找最近节点重新接入系统,其通过验证识别,可实现网络拓扑重构和路由链接,自愈时间根据网络复杂程度约为数秒至数分钟[7]。网络内单点或局部出现问题不会引发大范围故障甚至全网瘫痪,这种架构自身具备较好的自愈抗毁能力,特别适用于作战中复杂苛刻的环境[8]。

3.4.2 业务承载多样性

系统基于无线自组网技术,可实现多样化的业务承载能力,战场音频、视频、指挥调度信号、位置信息和网络数据等业务信息可实现多点多方向最优路径智能传输,适应广域、多维实战需要[9-10]。

3.4.3 高灵活性

系统根据作战任务可实时扩充信号覆盖规模,可依据场地形状及范围增设路由节点,实时增容、扩域,满足作战数据保障需求,也可借助无人机节点实现多维布设,灵活应对各种复杂情形[11]。此外,系统还可通过无线多跳的中继方式扩展和延伸通信距离,实现远距离、大范围通信需求。

3.4.4 自动增益

路由节点采用MIMO天线技术(multiple-input multiple-output, MIMO),利用MIMO天线技术的波束赋形和自适应算法,信号辐射方向可根据移动目标方向进行智能增益,与传统天线相比,MIMO天线技术信号辐射方向的调整角度扩大了约3倍,误码率降至10-5以下,数据传输速率提升至150 Mbit/s。其不仅提高了信号辐射方向的灵活性,还可通过空间分集增益增强了信号接收的质量与可靠性,同时能提高数据传输速率。

3.4.5 高移动性

系统路由节点采用基于MN-MIMO技术的多天线一体化设计,实现信号的多入多出性能。系统平台与路由节点、路由节点之间均为无线连接,具有精准布设、快速撤收特性,满足现代化战争需求。

3.4.6 多平台协同

基于Mesh网络技术,多元异构混合信息一体融合技术兼容常规网络协议,可随时接入各类网络,实现无线加有线的网络拓扑结构,接入网络的任何节点经授权可实现远程协同控制功能,利用智能自组网的拓扑特性,可将现场采集信息直接分享至远端协同平台,无须再经系统中心转发,实现扁平化网络结构。

3.4.7 高安全性

系统采用业界认为最安全的加密方式——WPA2-PSK的AES算法加密,加密秘钥量可达128 位,认证秘钥量 64 位。系统设置至少8位密码,经计算,如果密码中包含10位数数字、26位区分大小写英文字母,以最低要求的 8 位数密码计算,秘钥量可达628,达百万亿级小概率事件,并且这还是没有纳入特殊字符的数据级别。系统根据作战密级要求还可设置更为复杂的秘钥或者集成可信数据加密模块,提高保密等级。

4 结束语

基于Mesh网络技术的多源异构混合信息一体融合方案研究内容由按设备物理属性构建的“树状”传统链路模式转变为智能化“网状”链路模式,实现“纵向层次化、横向模块化、动态部署化、集成体系化”的一体融合思路,构建一网承载、多能融入、人机混编、智能联动和辅助决策的信息链路架构体系,实现数据集成运用的倍增效益。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
金山, 邹伟, 都琳. 美军武器数据链发展与启示[J]. 兵工自动化, 2021, 40(12): 8-11.

JIN S, ZOU W, DU L. Development and enlightenment of US military weapon data link[J]. Ordnance Industry Automation, 2021, 40(12): 8-11.

[2]
何榕, 常壮, 于皓泽. 作战体系评估模型构建研究[J]. 指挥控制与仿真, 2021, 43(5): 29-33.

DOI

HE R, CHANG Z, YU H Z. Research on construction of combat system evaluation model[J]. Command Control & Simulation, 2021, 43(5): 29-33.

[3]
陈赤联, 唐政, 胡军锋, 等. 数据链2.0: 智能化战争的制胜利器[J]. 指挥与控制学报, 2020, 6(1): 5-12.

CHEN C L, TANG Z, HU J F, et al. Data link 2.0: the victory maker of intelligent war[J]. Journal of Command and Control, 2020, 6(1): 5-12.

[4]
李仕峰. 多源异构数据时空融合关键技术研究与应用[J]. 地理空间信息, 2021, 19(10): 19-21, 25, 149.

LI S F. Research and application of key technologies of multi-source heterogeneous data spatio-temporal fusion[J]. Geospatial Information, 2021, 19(10): 19-21, 25, 149.

[5]
罗宏驰. 基于Wi-Fi的无线Mesh系统的设计与实现[D]. 沈阳: 沈阳理工大学, 2020.

LUO H C. Design and implementation of wireless Mesh system based on Wi-Fi[D]. Shenyang: Shenyang Ligong University, 2020.

[6]
吴俊文. 基于802.11 s的多网关无线Mesh网设计与实现[D]. 南京: 东南大学, 2017.

WU J W. Design and implementation of multi gateway wireless Mesh network based on 802.11 s[D]. Nanjing: Southeast University, 2017.

[7]
徐忠林, 刘彦琴, 向泽, 等. 基于Mesh网络鲁棒性优化的电缆监控系统研究[J]. 高压电器, 2021, 57(1): 123-128.

XU Z L, LIU Y Q, XIANG Z, et al. Study on cable monitoring system based on Mesh network robustness optimization[J]. High Voltage Apparatus, 2021, 57(1): 123-128.

[8]
陈百海. 基于Mesh网络技术的电力应急通信技术应用[J]. 无线互联科技, 2023, 20(10): 96-100.

CHEN B H. Application of power emergency communication technology based on Mesh network technology[J]. Wireless Internet Technology, 2023, 20(10): 96-100.

[9]
马晓丽, 展庆召. 基于Mesh网络的矿井多媒体数据传输研究[J]. 煤炭技术, 2022, 41(12): 238-240.

MA X L, ZHAN Q Z. Research on mine multimedia data transmission based on Mesh network[J]. Coal Technology, 2022, 41(12): 238-240.

[10]
刘聪, 韩浩波, 朱宝明, 等. 基于Mesh网络的集群式照明管理系统设计[J]. 信息与电脑(理论版), 2024, 36(8): 113-115.

LIU C, HAN H B, ZHU B M, et al. Design of cluster lighting management system based on Mesh network[J]. Information & Computer, 2024, 36(8): 113-115.

[11]
张毅, 王灏钰. 一种基于Mesh网络的混合AOA/RSSI协作定位算法[J]. 电子技术应用, 2023, 49(8): 76-81.

ZHANG Y, WANG H Y. A hybrid AOA/RSSI cooperative localization algorithm based on Mesh networks[J]. Application of Electronic Technique, 2023, 49(8): 76-81.

Options
Outlines

/

〈 〉