بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله در مورد بکارگیری شیوه های نوین مدیریت و نظارت دقیق بر عملکرد مولفه های عملیاتی صحنه نبرد صحبت می شود. دیجیتالی نمودن صحنه نبرد و همچنین برقراری ارتباطات امن رادیوئی با قابلیت پرش فرکانس بین مولفه های اصلی یک عملیات رزمی باعث تعریف یکسری اصول علمی شده است که اطلاعات مطابق با آن اصول در سیستمهای رایانه ای مدیریت صحنه نبرد قابل تبادل و بهره برداری می باشند.
برآوردن کلیه خواسته های مدیریتی و عملیاتی صحنه نبرد در رده تاکتیکی نیاز به استفاده از چرخه حسگرها و سیستمهای تولید اطلاعات ورودی متنوعی دارد که با بکارگیری آنها اطلاعات لازم برای راه اندازی یک سیستم کامل C4ISR در رده یک عملیات رزمی تامین می شود.
در طول این مقاله، تعاریف و نحوه تبادل داده از حسگرهای ورودی اطلاعات به سامانه مدیریت صحنه نبرد مورد بررسی قرار می گیرند و راهکارهای لازم برای استفاده موثر از این سامانه و کاربردهای آن در ارتباطات رادیوئی امن بحث خواهد شد. همچنین راجع به چگونگی طراحی میان افزار بستر نرم افزاری اندروید برای گردآوری اطلاعات از شبکه های رادیوئی و همچنین روشهای پیاده سازی آن روی این ترمینال و یکسری خصوصیات این طراحی بحث خواهد شد.
مقدمه
جایگزین کردن سیستم فعلی صحنه نبرد سنتی با یک سیستم برپایه تکنولوژیهای روز در دنیای نرم افزار یکی از اهداف طراحان و تصمیم گیران نظامی دنیا می باشد که با بهره گیریاز آن کاربران نهایی سامانه بتوانند به صورت کاملاً آنلاین از رخدادهای یک نبرد واقعی مطلع شده و تصمیمات و راهکارهای لازمه را در مقاطع حساس زمانی ارائه نمایند.
درسیستم سنتی انتقال اطلاعات دارای پروسه ها و مراحل مختلف وقتگیری می باشد بطوریکه بعد از دریافت یک پیام در مرکز عملیات گردان، این پیام توسط مرکز پیام بصورت یک نامه اداری روی کاغذ نوشته می شود و برای ارائه دستورات برای فرمانده گردان بصورت دستی ارسال می شود، در ادامه فرمانده گردان با توجه محتوای پیام، دستورات لازمه را برای انجام به ارکان 1 تا 4 - بصورت مستقیم یا با رونوشت و بعد از روئیت رکن - 3 ابلاغ می نماید و حال اگر اقدامات منوط به نظر ارکان واقع در تیپ نباشد، اقدامات و تامین موارد لازمه به انجام رسیده و اکنون بصورت پیک موتوری پیام برای فرمانده گروهان مورد نظر ارسال می شود.[2] [1] که طبق زمانبندی انجام شده و بررسی زمانهای صرف شده برای پیام رسانی در عملیات ها، این فرآیند گاهی تا یکساعت نیز بطول می انجامد که اصلا قابل قبول نبوده و باعث اتلاف وقت و جان نیروهای درگیر در صحنه عملیات خواهد شد.
همانطور که می دانیم هدف از طراحی سامانه دیجیتال مدیریت صحنه نبرد جمع آوری، تحلیل و برآورد نیازها وگزارشات از رده های تاکتیکی و ارائه فرمانها، خواسته ها و تامین نیازهای رده های تاکتیکی و گزارش به رده های بالاتر توسط رده های عملیاتی می باشد تا با این اطلاعات تصویر واضح، یکپارچه و روشنی از وضعیت عملیات در اختیار فرماندهان قرار بگیرد.
این سامانه پس از نصب بر روی سیستم، به صورت خودکار اطلاعاتی را بصورت کمک ناوبری با رادار دریائی شامل اطلاعات موقعیتی که در تجزیه و تحلیل صحنه نبرد بسیار مهم است را به صورت خودکار ارسال میکند. بطورمثال در صورتیکه یک شناور درگیر در عملیات در صحنه نبرد، موقعیتی از دشمن را کشف کند و یا موانعی را در صحنه مشاهده کند، میتواند نقشه درون شناور خود را ویرایش کرده و اطلاعات به صورت خودکار برای سایر شناورها نیز ارسال شود.
-1 روش تحقیق
در این تحقیق سعی شده تا با پیشینه ای که از درک و شناخت کاملی از مشکلات نیروهای مسلح دریائی بدست آمده است، در خصوص ارائه یک سامانه کمک ناوبری برای ارسال موقعیت و پیامهای کوتاه در قالب پوشهای رادیوئی از شناور به مرکز و در نتیجه ایجاد اشرافیت مرکز عملیات به نحوه انجام عملیات توسط یک دسته شناور دریائی؛ سامانه ای مدون ارائه شود. لذا؛ در این تحقیق با تکیه بر توانمندیهای این سامانه، به نیروهای مسلح درگیر در عملیات رزم دریائی امکان مشاهده وضعیت نیروهای خودی و کنترل عملیات در قالب نقشههای عملیاتی در سطح فرماندهی در سطوح مختلف مانند تیپ، گردان، گروهان و دسته داده شود. همچنین؛ این سامانه ، قابلیت ارسال و دریافت آخرین وضعیت اطلاعات کنترلی داخلی مانند میزان سوخت و مهمات و وضعیت نیروی انسانی را داشته و به کاربران اجازه ارسال پیامهای متنی دلخواه، و بر مبنای سطح دسترسی داده می شود و آنها قابلیت تغییر در نقشه بر اساس مشاهدات عینی و ارسال برای سایرین را نیز خواهند داشت
همچنین در این تحقیق فرض بر این قرار گرفته که امنیت تبادل دیتا در این سامانه منوط به تامین امنیت end-to-end از طریق رادیوهای پرش فرکانس متصل به آن انجام شود و خود سامانه در واقع مجری ارسال اطلاعات در بستر رادیوئی ذکر شده خواهد بود. این سامانه با تنظیم طول پوشهای رادیوئی به حداقل میزان ممکنه، این قابلیت را فراهم می آورد که احتمال کشف و جمینگ روی سیگنال رادیوئی به حداقل میزان ممکنه برسد.
با اتصال این سامانه به فاصله یابهای لیزری منصوب بر قایقهای تندرو، این امکان وجود دارد که در صورت دریافت موقعیت دشمن در صحنه عملیات بصورت طول و عرض جغرافیائی، این اطلاعات با فشردن یک دکمه روی این فاصله یابها اطلاعات از طریق درگاه سریال، به رایانه همراه منتقل و در ادامه توسط کاربر علاوه بر تعریف دقیق مجدد و تعیین تعداد گروهان دشمن، اطلاعات دقیق موقعیت را برای ستاد گردان دریائی واقع در ساحل یا روی ناوشکن که در اینجا از آن به مرکز یادخواهیم کرد، نیز بعد از گرفتن تصمیمات کامل در رکن3 که رکن عملیاتی می باشد، این اطلاعات را بدون هیچگونه تغییر دقتی برای واحد توپخانه مستقر در ساحل مناسب با توجه به اطلاعات استعداد دریافتی از گشتی قایق تندرو ، ارسال نموده و هدف را بدون کوچکترین درگیری، منهدم نماید.
این سامانه همچنین توانائی کشف منطقه ش م ه را به کمک سنسورهای حمل شده توسط گشتی رزمی در منطقه عملیاتی ساحلی نیز خواهد داشت که در صورت برخورد به چنین مواردی، امکان ارسال آنی اطلاعات برای مرکز عملیات وجود خواهد داشت.از دیگر قابلیتهای این سامانه کنترل کلیه ادوات جانبی دریائی و هوائی می باشد که این بدان معناست که کنترل کلیه رادیو ها، روتر، سوئیچ و ...که از طریق درگاه سریال قابل انجام بوده و فرمانپذیر باشد، قابل پشتیبانی است.
-2 فعالیت و اقدامات اصلی طرح تحقیق 1-2 انتقال داده حسگرها در شبکه های رادیوئی
از دیدگاه کاربردی در علوم فرماندهی و کنترل به یک شبکه رادیوئی می توان بعنوان یک بستر امن برای انتقال داده حتی در شرایط بحران و از بین رفتن زیرساختها نگریست که با بکارگیری سرویسهای مناسب داده، قادر به پایش محیط، نظارت بر محیط پیرامونی، ابزارهای نظامی و همچنین سربازان صحنه نبرد بصورت آنلاین نیز هستند. با به اشتراک گذاری اطلاعات عملیاتی صحنه نبرد بین یک یگان، هماهنگی و همزمانی بیشتری بین افراد یک تیم بوجود می آید و این به سرعت عمل بالاتر و امنیت سربازان و پیشگیری از تبادل آتش بین نفرات خودی کمک می کند. - مثلا در حال برگشتن گشتی رزمی به یگان خودش - . علاوه براینها، با توجه به اینکه گشتی های رزمی نزدیک به دشمن یک حسگر اولیه برای آگاهی وضعیت محسوب می شوند، لذا گزارشات اطلاعاتی از اهداف باعث ازدیاد کارائی قابلیتهایی چون پشتیبانی از آتش خواهد شد. - همچنین در صورت تامین پهنای باند بیشتر، قادر به ارسال عکس، نقشه و دیگر اطلاعات حیاتی در مورد دشمن، مین های در مسیر راه نیز خواهند بود - .
یک شبکه ارتباطات رادیوئی می تواند متشکل از حسگرهای زیادی باشد که با یک توپولوژی مختص به خود مثلا مش یا استار به بدنه این شبکه وصل شده اند. مطابق با شکل1 ، داده ها از حسگرهای داده جمع آوری و به سمت یک ایستگاه رادیوئی انتقال داده می شوند. این ایستگاه رادیوئی که خود نیز با کابل سریال به یک رایانه امن متصل است و نقش دیتا سنتر را بازی می کند ، دارای سه بخش نرم افزاری می باشد: یک دیتابیس برای ذخیره سازی داده ها، یک میان افزار برای ذخیره، دریافت و پردازش اطلاعات ذخیره شده و همچنین یک نرم افزارسطح بالای GUI برای نمایش اطلاعات دریافتی از حسگرها در بستر نقشه های جغرافیائی می باشد.
شکل -1 مراحل دریافت، پردازش و ارسال اطلاعات به مرکز
1-3 بررسی خصوصیات ترمینالهای داده
با توجه به اینکه در صحنه نبرد در شرایط تاکتیکی به سر می بریم و نمی توان از گیت وی های ثابت که بهمین منظور در دنیا وجود دارند استفاده کرد، لذا این رایانه می تواند یک ترمینال قابل حمل اندرویدی داده باشد که ما بعنوان یک ورودی ثبت اطلاعات و همچنین آنالیزور پروتکلهای حسگرهای ورودی به شبکه ارتباطات رادیوئی از آن استفاده می کنیم. با توجه به خصوصیات پروتکلی پیچیده ای که هرکدام از حسگرها به تنهائی دارند، یکی از وظائف اینگونه ترمینالها ، یکسان سازی و ایجاد سازگاری باپروتکلهای رادیوئی و یا در خصوص اطلاعات GPS، پروتکل NMEA0183 برای بهره برداری مطلوب می باشد.
البته وجود این پیچیدگیها باوجود مشکلات پیاده سازی نرم افزاری در تامین درایورها؛ باعث تنوع در کاربرد این گوشیها و همچنین داده های موجود در شبکه خواهد شد و جذابیتی را بدلیل بکارگیری در محیط گرافیکی نقشه و استفاده از آیکونهای خاص استاندارد پیام رسانی و استفاده از سیستم ناوبری داخلی برای کاربر و ستاد گردان ایجاد خواهد کرد که هیچگاه در یک دیتا ترمینال سنتی که فقط می توانست ارسال پیام داشته باشد، یافت نخواهد شد.
یکی از ویژگیهای این گوشیها بدلیل قابل حمل بودن آنها ؛ کنترل پارامترهای حیاتی بدن تکاور دریائی می باشد که می تواند هشدارهای لازم را از سنسورهای نصب شده روی بدن تکاور - ضربان قلب، دمای بدن و ... - و همچنین سنسورهای موجود در این گوشیها مانند شتاب سنج[5] بگیرد و با مقایسه با مقادیر تعیین شده در نرم افزار، در صورت رد کردن سطح آستانه اضطراری، اقدام به ایجاد آلارم یا اعلام وضعیت اضطراری به ستاد گردان نماید ، که در این صورت ستاد گردان می تواند برای هر تکاور حاضر در صحنه نبرد تصمیمات جداگانه ای را اتخاذ کند.
با توجه به متن باز بودن سیستم عامل اندروید و قابلیت انعطاف بالای آن مثلا در انطباق خودکاربا ابعادصفحات نمایشی، دسترسی آسان به سخت افزار برای توسعه دهندگان نرم افزار با فعالسازی مد USB debugging در اندروید 4 به بالا، و استفاده از بانکهای غنی نرم افزار و درایورهائی که توسط توسعه دهندگان نرم افزار تولید شده است، برنامه نویسان را به استفاده از آن ترغیب نموده است.
سیستم معرفی شده بدلیل قابل حمل بودن قابلیت بکار گیری برای تکاور دریائی را نیز دارد. همچنین؛ از پروتکل بکار گرفته شده، برای ارسال آنی موقعیت اجسام اعم از تکاور دریائی واقع در شناور یا در ساحل دریائی برای نفرات هم دسته و همچنین مرکز عملیات که می تواند شامل یک سرور اطلاعات نیز باشد، در بستر شبکه رادیوئی می توان استفاده کرد در صورتیکه از GPS داخل گوشی استفاده نشود، ما اطلاعات دریافتی از GPS را دیگر بفرمت طول و عرض جغرافیائی در اختیار نداریم و مطابق با صفحه نمایش شکل2، این اطلاعات بصورت دقیقه و درجه و بفرمت NMEA0183 می باشند که می باید با فرمولی درون میان افزارنوشته شده برای گوشی هوشمند، آن را تبدیل به طول و عرض جغرافیائی کرد.
شکل -2 نمایش موقعیت بر اساس طول و عرض جغرافیائی
فرمت پیام در استاندارد NMEA0183 به صورت زیر است: 280511,,,A*45،31,66،$GPRMC,092751,000,A,5321,6802,N,00630,3371,W,0,06
نوع بستر شبکه رادیوئی برای این نوع ترمینالها تفاوتی ندارد و فقط نحوه ارسال و دریافت داده ها و رفتار این بسترها با هم تفاوت دارد که می باید در میان افزار برای هرکدام از رادیوهائی که قرار است با این ترمینالها کار کنند و همچنین مودمهای ارسال و دریافت اطلاعات باید تمهیداتی اندیشیده شود تا پیام رسانی از بستر این درگاهها به نود مقابل که دارای درگاه مشابه اندرویدی می باشد؛ در سریعترین زمان ممکنه رخ دهد و کاربر مجبور نباشد بجای استفاده از سرویس داده از سرویس صوت استفاده نماید، زیرا یکی از مزیتهای استفاده از بستر انتقال داده، انجام پیام رسانی در کوتاهترین زمان ممکن است.
علاوه بر این در میان افزار نیز تمهیدات دیگری مانند عدم نیاز به ارسال کل رشته اطلاعات در هر بار ارسال و همچنین حساس بودن پیامهای به تغییرات انجام شده در نقشه و نه ارسال کل نقشه نیز اندیشیده می شود. در ضمن؛ با وجود انجام پرش فرکانس برای جلوگیری از جمینگ داده ها، با توجه به اشغال شدن باند فرکانسی در زمان نگه داشتن پوش رادیوئی برای انتقال صوت، احتمال کشف سیگنال وجود خواهد داشت که مثلا این مسئله برای انتقال اطلاعات موقعیت مکانی یا یک پیام رسانی آنی در رادیو زمان بسیارکمی بطول می انجامد.
البته با توجه به پهنای باند و ساختار broadcast بودن این نوع رادیوها، در صورتیکه تعداد قابل توجهی از ادوات بخواهند از یک فرکانس مشترک استفاده کنند، در کار تبادل دیتا اختلال بوجود خواهد آمد و بهتر است از یک سرور در مرکز یا منصوب بر یک شناور برای تبادل پیامها استفاده کرد بنوعی که دیگر ارتباطات بصورت End-to-End نباشد و اطلاعات به یک سرور رفته، در آنجا ذخیره شده و بعد از اعمال پردازشهای لازمه و تعیین زیربخشهائی که باید از آن دیتا استفاده کنند، برای نود مورد نظر ارسال گردد. - شکل - 3 همچنین ممکن است نود مورد نظر با ارسال یک پیام درخواست استفاده از مثلا خدمات هواشناسی را داشته باشد
