Nghiên cứu cơ chế trao đổi thông tin nội bộ tổ hợp NKVS-27 làm việc đồng bộ với máy bay SU-30MK2 - Đinh Văn Ngọc

Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2017 217 NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TRAO ĐỔI THÔNG TIN NỘI BỘ TỔ HỢP NKVS-27 LÀM VIỆC ĐỒNG BỘ VỚI MÁY BAY SU-30MK2 Đinh Văn Ngọc1*, Nguyễn Văn Thanh2 Tóm tắt: Bài báo trình bày về cấu trúc phần cứng, cơ chế trao đổi thông tin nội bộ giữa các thành phần khác của tổ hợp NKVS-27 trong cả hai hình thức liên lạc giữa mặt đất và máy bay là thoại và truyền số liệu. Bài báo sẽ tập trung vào luồng dữ liệu và dạng dữ liệu được trao đổi bên trong tổ hợp nhằm hiểu rõ cơ chế hoạt động của tổ hợp. Từ khóa: Tổ hợp NKVS-27, АРМ-КИО, АРМ-ОС. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tổ hợp NKVS-27 được dùng để đảm bảo liên lạc vô tuyến điện và trao đổi thông tin chỉ huy, điều hành với các máy bay Su-30MK2 theo các kênh liên lạc thoại và trao đổi dữ liệu ở các giải tần số sóng mét, đề xi mét và sóng ngắn. Tổ hợp NKVS-27 được triển khai cho Quân chủng PK-KQ đầu tiên tại Trung đoàn 935 sư đoàn 370 sau đó đến Trung đoàn 923 sư đoàn 371, và gần đây nhất là trung đoàn 927 sư đoàn 371 làm nhiệm vụ bảo đảm bay cho máy bay Su-30MK2. Các phiên bản của 3 tổ hợp NKVS-27 này là khác nhau do thời gian triển khai cách nhau khá dài. Hệ thống tài liệu của tổ hợp rất hạn chế, các thành phần đều được thiết kế chế tạo với độ tích hợp cao và phức tạp. Nghiên cứu làm chủ tổ hợp NSKS-27, phiên bản tại Trung đoàn 923 và 927 nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả công tác bảo đảm kỹ thuật cho tổ hợp và có kiến thức chuyên sâu phục vụ xây dựng phương án nâng cấp tổ hợp NKVS-27 tại Trung đoàn 935. Trong đó, việc nghiên cứu cơ chế trao đổi thông tin nội bộ tổ hợp NKVS-27 là một nội dung quan trọng trong việc làm chủ toàn diện tổ hợp. 2. TỔNG QUAN VỀ TỔ HỢP NKVS-27 2.1. Cấu trúc tổ hợp tổ hợp Tổ hợp NKVS-27 bao gồm các các thiết bị điện tử tích hợp cao được kết nối với nhau thành tổ hợp hoàn chỉnh bao gồm cả phần cứng và phần mềm, chi tiết các thành phần của tổ hợp bao gồm: - Thiết bị điều khiển trung tâm АРМ-ОС: 01 bộ. - Thiết bị thu phát VTĐ dải sóng m-dm Бекас-02э: 04 bộ. - Thiết bị thu phát VTĐ dải sóng ngắn Бозон-2М: 01 bộ. - Máy làm việc cho nhân viên điều phái АРМ-КИО: 02 bộ. - Thiết bị mã hóa Р-098-3Н: 02 bộ. - Thiết bị nguồn: 02 bộ. - Thiết bị Ăng ten phi đơ sóng m-dm: 04 bộ. - Thiết bị Ăng ten phi đơ sóng ngắn: 01 bộ. - Tủ lắp ráp thiết bị (tủ rack 19 inch): 03 tủ. - Hộp đấu dây PK7, PK8: 03 bộ. Công nghệ thông tin Đ. V. Ngọc, N. V. Thanh, “Nghiên cứu cơ chế trao đổi thông tin máy bay SU-30MK2.” 218 Hình 1. Sơ đồ khối cấu trúc tổ hợp NKVS-27. 2.2. Chức năng tổ hợp Tổ hợp NKVS-27 là trang bị mới và hiện đại của Quân chủng PK-KQ, được triển khai 3 trung đoàn có máy bay SU-30MK2 phục vụ công tác thông tin liên lạc từ mặt đất với máy bay. Tổ hợp NKVS-27 sử dụng các phần mềm riêng được cài đặt trên các máy АРМ-ОС và АРМ-КИО, trên nền hệ điều hành Fedora phiên bản tiếng Nga để trao đổi và điều khiển các thành phần khác. Các chức năng của tổ hợp được mô tả: - Cho phép tổ chức 4 kênh liên lạc trao đổi dữ liệu với máy bay trong tầm nhìn thẳng ở dài tần sóng mét và đê xi mét. - Cho phép tổ chức 2 kênh liên lạc thoại với máy bay trong tầm nhìn thẳng ở dài tần sóng mét và đê xi mét. - Cho phép tổ chức kênh liên lạc trao đổi dữ liệu với máy bay ngoài tầm nhìn thẳng ở dài tần sóng ngắn. - Cho phép tổ chức kênh liên lạc thoại với máy bay ngoài tầm nhìn thẳng ở dài tần sóng ngắn. - Tự động điều khiển và kiểm tra toàn bộ các thiết bị trong tổ hợp NKVS-27. - Nhập dữ liệu và phát các thông báo chuẩn hóa lên máy bay theo các kênh trao đổi dữ liệu. - Thu nhận thông báo phát về từ các máy bay theo các kênh truyền số liệu. - Ghi nhận thông tin và trạng thái làm việc của tổ hợp NKVS-27; các thông báo phát đi và thu về, các cuộc đàm thoại với các tổ lái máy bay. Có thể xem và nghe lại tại màn hình máy tính hoặc in ra. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2017 219 3. CƠ CHẾ TRAO ĐỔI NỘI BỘ TỔ HỢP NKVS-27 Để nghiên cứu cơ chế trao đổi nội bộ giữa các thành phần của tổ hợp ta sẽ phân chia theo hình thức liên lạc giữa tổ hợp NKVS-27 và máy bay. Mỗi hình thức liên lạc sẽ sử dụng một số thành phần của tổ hợp, từ đó ta sẽ nghiên cứu dạng dữ liệu trao đổi nội bộ giữa các thành phần của tổ hợp. Thiết lập kênh trao đổi thông tin giữa mặt đặt với máy bay, các thông số cấu hình được nhân viên thông tin thiết lập trên thiết bị điều khiển trung tâm АРМ-ОС trước khi sử dụng. Mỗi một kênh thao đổi thông tin sẽ sử dụng một số thành phần nhất định của tổ hợp với cấu hình được thiết lập trước. 3.1. Trao đổi thông tin theo kênh thoại Các thành phần của tổ hợp tham gia vào kênh liên lạc thoại gồm có: АРМ- КИО, АРМ-ОС, Бекас-02э (ở dải sóng m-dm, ở dại sóng ngắn sẽ là Бозон-2М), và ăng ten. Hình 2. Sơ đồ chức năng của tổ hợp NKVS-27 trao đổi thông tin thoại. Thông tin thoại từ nhân viên điều phái từ mi crô đi qua dây dẫn tới mô đun âm thanh của máy АРМ-КИО được số hóa, truyền tới máy АРМ-ОС qua đường truyền Ethernet, thông tin số hóa được máy АРМ-ОС đưa tới mô đun ngoại vi ОЛЬХА-9P biến đổi thông tin số thành tương tự đưa tới máy vô tuyến Бекас-02э (hoặc Бозон-2М) qua ăng ten phát tới máy bay. Ở chiều ngược, lại tín hiệu vô tuyến được thu bởi ăng ten của máy vô tuyến Бекас-02э (hoặc Бозон-2М) được giải điều chế và khuếch đại, tín hiệu này được đưa đến mô đun ngoại vi ОЛЬХА-9P để số hóa đưa vào máy АРМ-ОС trước khi chuyển tới máy АРМ-КИО qua được truyền Ethernet, các gói tin được truyền trên nền tảng IP, thông tin này được biến đổi thành tương tự qua mô đun âm thanh tới tai của nhân viên điều phái qua tai nghe. Các thông tin trao đổi thoại này có thể được ghi lại tại máy АРМ-КИО thành tệp và có thể nghe lại khi cần thiết. Công nghệ thông tin Đ. V. Ngọc, N. V. Thanh, “Nghiên cứu cơ chế trao đổi thông tin máy bay SU-30MK2.” 220 Thiết bị điều khiển trung tâm APM-OC được cài đặt mô đun phần mềm tổng đài có số kênh tối đa là 16 kênh thoại tương tự và 8 kênh VoIP. Thiết bị cho nhân viên đối không АРМ-КИО muốn tạo kênh thoại giao tiếp với máy bay sẽ khởi tạo kết nối với APM-OC qua giao thức SIP (Session Initiation Protocol), sau khi được APM-OC đồng ý sẽ trao đổi với nhau qua giao thức RTP (Real-Time Transport Protocol). Mọi thông tin cấu hình; tần số, dạng điều chế, công suất thu phát ... cho các máy vô tuyến sẽ do APM-OCđiều khiển để đối với АРМ-КИО là trong suốt. Dữ liệu thoại được lấy mẫu với tốc độ 128kbps, mỗi mẫu 16-bit và không nén khi trao đổi trong nội bộ tổ hợp. Hình 3. Giao thức trao đổi thông tin của АРМ-КИО và APM-OC. Cơ chế trao đổi này hoàn toàn được làm mới cho phiên bản NKVS-27 tại trung đoàn 923 và 927 so với tổ hợp NKVS-27 tại trung đoàn 935 tại Biên Hòa. Tại trung đoàn 935 tổ hợp NKVS-27 dùng một tổng đài tương tự tách biệt bên ngoài (Kpoocc-27) để đảm nhận việc chuyển mạch các kênh thoại và có một thiết bị ghi âm dùng băng từ ngoài (P-504). Với cải tiến này việc chuyển mạch kênh thoại, lưu trữ dữ liệu thoại được số hóa và lưu trữ trên máy tính. Cơ chế này giúp dễ dàng nâng cấp số kênh, dung lượng lưu trữ và thuận tiện cho việc bảo trì sau này. 3.2. Trao đổi thông tin theo kênh truyền số liệu Các thành phần của tổ hợp tham gia vào kênh thông tin truyền số liệu gồm có: АРМ-КИО, АРМ-ОС, Р-098-3Н, Бекас-02э (hoặc Бозон-2М), và ăng ten. Thông tin được nhân viên điều phái tại máy АРМ-КИО nhập liệu qua bàn phím đưa tới máy АРМ-ОС qua đường truyền Ethernet, tiếp theo thông tin sẽ được đưa tới mô đun ngoại vi PCI429 truyền tới máy mã Р-098-3Н (máy số 1 hoặc số 2 được cài đặt kênh liên lạc) theo chuẩn Arinc 429, tại đây thông tin được mã hóa và đưa tới máy vô tuyến Бекас-02э (hoặc Бозон-2М) và phát ra không gian tới máy bay qua ăng ten vô tuyến. Chiều ngược lại thông tin được mã hóa do máy bay phát về mặt đất được thu và giải điều chế bởi máy vô tuyến Бекас-02э (hoặc Бозон-2М), thông tin được đưa Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2017 221 tới máy mã Р-098-3Н để giải mã và truyền về máy АРМ-ОС bằng chuẩn giao tiếp Arinc 429 qua mô đun ngoại vi PCI429 trước khi đưa tới máy АРМ-КИО của nhân viên điều phái. Hình 4. Sơ đồ chức năng của tổ hợp NKVS-27 trao đổi thông tin truyền số liệu. Bảng 1. Các thông tin truyền số liệu được trao đổi. Phát từ tổ hợp NKVS-27 Phát từ máy bay +Thông báo chuẩn hóa. +Hỏi tình hình trên không hoặc thông tin về các mục tiêu ở trên mặt đất (trên biển). +Hỏi dữ liệu bay. +Các lệnh kiểm tra liên lạc. + Xác nhận thông báo chuẩn hóa. +Dữ liệu bay. +Dữ liệu về tính hình trên không hoặc thông tin về mục tiêu ở mặt đất (mặt biển). +Tín hiệu trả lời lệnh kiểm tra liên lạc. +Tín hiệu báo hỏng. +Tín hiệu báo về việc đi qua điểm trung gian hành trình. Giao tiếp chuẩn Arinc 429: trao đổi thông tin giữa máy АРМ-ОС và máy mã Р- 098-3Н và các máy vô tuyến. Chuẩn Arinc 429 được truyền trên cặp dây vi sai tín hiệu ±5V với mỗi từ dữ liệu bao gồm 32-bit. Các thông tin giao tiếp giữa máy bay và mặt đất đều dùng định dạng của chuẩn này để trao dổi thông tin. Hình 5. Định dạng dữ liệu chuẩn Arinc 429. P: 1-bit chẵn lẻ; SSM: 2-bit ma trận dấu/trạng thái; Data: 19-bit dữ liệu; SDI: 2- bit xác định nguồn/đích; Label: 8-bit nhãn. Công nghệ thông tin Đ. V. Ngọc, N. V. Thanh, “Nghiên cứu cơ chế trao đổi thông tin máy bay SU-30MK2.” 222 Thiết bị điều khiển trung tâm có 16 kênh nhận và 8 kênh truyền theo chuẩn Arinc 429 đảm bảo giao tiếp với 2 máy mã Р-098-3Н, mỗi máy mã có 2 kênh như vậy tổ hợp có thể đảm bảo 4 kênh trao đổi thông tin với máy bay. Việc tổ chức cơ chế trao đổi dữ liệu như trên của tổ hợp là hết sức linh hoạt, các kênh liên lạc hoàn toàn được cấu hình bằng phần mềm, khi có sự cố với máy vô tuyến nào việc chuyển kênh liên lạc sang máy vô tuyến khác là hết sức dễ dàng và nhanh chóng do đó không làm gián đoạn thông tin truyền. Tổng cộng ta có 4 kênh truyền số liệu đối không độc lập, và 1 kênh truyền số liệu sóng ngắn. Hình 6. Dữ liệu thu được từ máy trung tâm АРМ-ОС. Thiết bị nhân viên điều phái АРМ-КИО kết nối, trao đổi thông tin với thiết bị trung tâm АРМ-ОС qua đường truyền Ethernet và dùng giao thức TCP tại cổng 53500 là một cải tiến lớn về tốc độ so với phiên bản cũ sử dụng đường truyền RS485. Quá trình nghiên cứu cơ chế trao đổi thông tin dữ liệu nhóm thực hiện nhận thấy các điểm tương đồng giữa hai phiên bản tổ hợp NKVS-27. Để trao đổi dữ liệu chúng đều dùng giao tiếp chuẩn Arinc 429. Dữ liệu này được АРМ-ОС trao đổi với máy mã Р-098-3Н và các máy vô tuyến. Dữ liệu gồm dữ liệu liên quan đến thông tin cần trao đổi, thông tin cấu hình máy mã và các máy vô tuyến. Việc tiếp tục nghiên cứu giao thức trao đổi thông tin này là bước tiếp theo mà nhóm thực hiện sẽ triển khai để ta có thể làm chủ được việc điều khiển máy mã và các máy vô tuyến. 4. KẾT LUẬN Thông qua việc nghiên cứu cơ chế trao đổi thông tin nội bộ tổ hợp NKVS-27, chúng tôi nắm được cấu trúc toàn bộ hệ thống, các dạng thông tin nội bộ và cơ chế trao đổi giữa các thành phần của tổ hợp. Từ đó, tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu các dữ liệu thu được, từng bước làm chủ toàn bộ hệ thống. Tiến tới thiết kế chế tạo từng thành phần của tổ hợp nhằm đảm bảo kỹ thuật chủ động cho tổ hợp. Thành phần đầu tiên chúng tôi đề xuất thiết kế chế tạo mới cho tổ hợp là thiết bị điều khiển trung tâm АРМ-ОС. Đây cũng là bước tiền đề cho việc nghiên cứu nâng cấp Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2017 223 tổ hợp NKVS-27 trong trung đoàn 935 là phiên bản cũ hơn lên phiên bản mới tương tự tại trung đoàn 923 và 927. TÀI LIỆU THAO KHẢO [1]. “Tổ hợp đối không mặt đất NKVS-27M – Quyển 1”, NXB Quân đội nhân dân (2015). [2]. Nguyễn Xuân Quang, “Giáo án Huấn luyện ngành thông tin bảo đảm bay”, Phòng thông tin – Bộ tổng tham mưu PK-KQ (2016). [3]. “ARINC429 Specification Tutorial”, AIM GmbH (2010). ABSTRACT RESEARCHING COMMUNICATION MECHANISM OF INFORMATION INSIDE NKVS-27 COMBINATION WORKING WITH SU-30MK2 AIRCRAFT This paper presents the hardware structure, internal communication mechanism between the components of the NKVS-27 combination in both voice and data communication between grounds - planes. The article will focus on the data flow and the data format exchanged inside the combination to understand how the combination operates. Keywords: NKVS-27 system, АРМ-КИО, АРМ-ОС. Nhận bài ngày 16 tháng 8 năm 2017 Hoàn thiện ngày 26 tháng 11 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 28 tháng 11 năm 2017 Địa chỉ: Viện Công nghệ thông tin, Viện KHCNQS; *Email: ngocktht@gmail.com.