基于嵌入式的数据链作战网络传输技术研究

基于嵌入式的数据链作战网络传输技术研究

摘要数据链现在成为各国研究的热点，文章就基于嵌入式技术的战场数据链信息传输进行分析研究，并提出了相关的技术方案。随着电子技术、多媒体技术、网络技术以及新一代视频压缩编码标准的的快速发展，战场数据信息传输正在向嵌入式、网络化方向发展。

关键词数据链；嵌入式；数据传输；压缩编码

“数据链”实际上就是链接数字化战场上的指挥中心、作战部队、武器平台的一种信息处理、交换和分发系统。数据链的主要作用是在恰当的时间、恰当的地点，为作战人员和武器平台提供适时所需的信息，进而形成体系对抗能力。

数据链具有以下两个基本特点。一是“无缝连接”。它从空域角度对数据链进行描述，强调数据链的触角伸向数字化战场各参战部队乃至数字化单兵和各种作战平台，使它们共享战场信息资源，为联合作战提供一条互连互通的纽带。二是“实时传输”。它是从时域角度对数据链的描述，强调数据链传递信息速度快、时效高。嵌入式技术的使用无疑成为其实时传输的技术基础。“传感器至射手”的攻击过程非常短促，目标的发现和攻击几乎同时完成，发现目标即意味着目标被毁。为了加快信息传递的速度，欲传递的数据集通常用特定的编码表示，在接收端自动还原为数据集，并能被执行者自主理解，无须人工解读。

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪、适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

1数据链系统总体设计分析

系统的主体设计思想是将信息采集终端和嵌入式Web服务器整合在一起，数据信息采集终端（摄像头）通过USB 接口和嵌入式系统板的USB HOST相连，摄像头采集来的视频信号经过压缩后，通过内部总线传送到内置的Web服务器，指挥控制中心采用浏览器/服务器结构（即B/S结构），可以通过IE浏览器访问视频Web服务器，以便查看从战场实时传输的视频画面，而且，控制中心还可以控制平台对镜头的动作或对系统进行配置控制。嵌入式战场数据信息传输系统是由信息采集终端、网络信息传输和指挥控制中心组成，终端使用嵌入式系统加上USB 摄像头，在Vxworks操作系统上运行USB摄像头的驱动和相应的视频采集处理传输程序，得到实时音视频信息、画面等，并将信息通过网络传输至指挥控制中心，指挥中心运行监控软件端，通过Internet浏览器来浏览终端送来的实时战场画面，系统组成框图如图1所示。

图1嵌入式战场信息数据传输系统组成框图

从图中可以看出，指挥控制中心部分获得最终战场实时信息，可以直接采用IE 浏览器，不需要在PC 机上运行其他的软件，主要设计工作是嵌入式采集终端的设计以及战场信息的压缩编码部分。由于嵌入式系统具有软硬件可裁剪的特性，因此在嵌入式系统中硬件系统的确定，直接决定着软件的编写。

战场数据信息采集终端主要有两个部分组成，硬件部分包括摄像头和开发平台的选择；软件部分包括系统级软件（BootLoader，嵌入式操作系统，USB驱动程序）与用户级软件（应用程序）。

2网络传输压缩编码标准分析

战场信息的压缩编码部分，通过采用的新一代视频压缩编码算法对战场信息进行压缩传输。H.264/AVC 标准是ITU-T 的VCEG（视频编码专家组）和ISO/IEC 的MPEG（活动图像专家组）的联合视频组（JVT，JointVideoTeam）开发的标准，也称为MPEG-4Part10“ 高级视频编码”。它既保留了以往压缩技术的优点又增加了许多新特性：更低的码流和更高的图像质量，更强的容错能力，简洁的设计方式和更好的网络适应性。在相同的重建图像质量下和同等的画质下，H.264 比编码标准H.263平均节约64%的传输码流，比MPEG-4ASP 也要平均节约39%的传输码流。H.264 技术还具备容错能力强、网络适应性强等优势，可以更好的适应战场环境接入网带宽非常有限的状况。与以往标准相比，H.264 标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段，在较低的带宽上可以提供高质量的图像传输。

H.264着重于解决压缩的高效率和传输的高可靠性，它极大地提高了战场信息传输的实时性，从而为指挥控制系统作出高效决策奠定了基础。

3嵌入式实时操作系统的选择

构建一个完整的嵌入式数据传输系统，仅有硬件是不够的，为使其具有任务管理、存储器管理、资源管理、时间管理、消息管理、队列管理和中断处理的能力，提供多任务处理，更好地分配系统资源的功能，很有必要针对特定的硬件平台和实际应用移植操作系统。

VxWorks具有可裁剪微内核结构；高效的任务管理；灵活的任务间通讯；微秒级的中断处理；支持多种物理介质及标准的、完整的TCP/IP网络协议等。然而其价格昂贵，一般不提供源代码，只提供二进制代码。

VxWorks具有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境；具有良好的可靠性和卓越的实时性。

VxWorks广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等，在1997年4月登陆火星表面的火星探测器上也使用到了VxWorks。

鉴于Vxworks操作系统的的硬实时性和优先级资源多达256个，它成为应用于军事领域里嵌入式操作系统的很好选择，很多微处理器上就应用了Vxworks操作系统。因此，可以考虑将Vxworks操作系统移植到S3C2440上。此外该数据传输系统还应考虑到到下载信息文件的同时不影响音视频文件的播放，这就要用到多线程的技术。

4结语

嵌入式系统经过近几十年的发展，在军事领域的应用也变得越来越广泛。本文就基于嵌入式技术的数据链作战网络传输进行分析研究，并提出了相关的技术方案。信息技术的飞速发展和高技术战争的需求，极大地刺激了各国军方对开发战术数据链的积极性，投资力度不断加大，战术数据链开始向电子战、任务管理、武器协调、空中管制、导航定位和敌我识别等诸多领域扩展。完成从”平台中心战”向”网络中心战”的转变是未来军用数据链的发展趋势。作为体系作战条件下的数据链信息终端设备，嵌入式技术无疑成为其技术支撑。

参考文献

[1]周立功.ARM嵌入式系统基础教程.北京,北京航空航天大学出版社,2005,2.

[2]韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册.北京,人民邮电出版社,2008.

[3]张贝.基于嵌入式系统的网络视频监控系统前端研究.硕士学位论文.哈尔滨工程大学.2005.