作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)綜合集成方法研究

肖斌 來嘉哲

1.裝備學(xué)院航天指揮系,北京101416

信息化戰(zhàn)爭是體系與體系、系統(tǒng)與系統(tǒng)的對抗,指揮信息系統(tǒng)作為各種力量的“黏合劑”和戰(zhàn)斗力的“倍增器”,是體系作戰(zhàn)能力成為戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵所在,已成為軍隊(duì)信息化建設(shè)的核心和基礎(chǔ)[1?2].實(shí)踐證明,指揮信息系統(tǒng)綜合集成是提高軍隊(duì)體系作戰(zhàn)能力的一種科學(xué)方法和有效途徑,是提升我軍信息化戰(zhàn)斗力的必然途徑[3?4].隨著新軍事變革的深入發(fā)展,指揮信息系統(tǒng)綜合集成也成為信息化建設(shè)的重要研究內(nèi)容.

美軍在2000年就指出,實(shí)現(xiàn)《2010聯(lián)合作戰(zhàn)構(gòu)想》、《2020聯(lián)合作戰(zhàn)構(gòu)想》的關(guān)鍵是系統(tǒng)集成;2002年,美陸軍明確提出必須用系統(tǒng)集成的理念和方法解決陸軍轉(zhuǎn)型中所存在的問題.美軍提出的以《C4ISR體系框架理論》為核心的綜合集成理論體系,在指導(dǎo)美國防部信息系統(tǒng)建設(shè)方法取得了良好效果.由此可見,美軍把綜合集成作為其軍隊(duì)信息化建設(shè)的關(guān)鍵和推行軍事變革的根本途徑[5].

為了加速軍隊(duì)信息化建設(shè),打贏信息化戰(zhàn)爭,我軍非常重視對綜合集成的跟蹤和研究工作,并取得了一系列的理論研究和工程實(shí)踐成果,有效地促進(jìn)了我軍信息化建設(shè)進(jìn)程.

近年來,作戰(zhàn)試驗(yàn)可在近似于實(shí)戰(zhàn)的、逼真的試驗(yàn)環(huán)境中檢驗(yàn)武器裝備的作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)適用性,已成為武器裝備試驗(yàn)工作發(fā)展的最新方向和宏觀趨勢,作戰(zhàn)試驗(yàn)研究和實(shí)踐備受關(guān)注[6?7].作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)是作戰(zhàn)試驗(yàn)的基礎(chǔ)和核心,必然要求加強(qiáng)其綜合集成研究,以有效支持作戰(zhàn)試驗(yàn)綜合能力的提升.本文針對武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)中自主可控作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐,分析研究其中的綜合集成問題和方法.

1 集成需求分析

作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)指揮員、部隊(duì)、武器裝備、應(yīng)用系統(tǒng)的有效連接,為指揮員決策提供輔助支持.目前,有關(guān)作戰(zhàn)試驗(yàn)的研究和實(shí)踐還存在許多有待進(jìn)一步深入研究和完善的問題.作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)建設(shè)必須立足現(xiàn)狀,著眼長遠(yuǎn),邊建設(shè)邊完善.

1)必須滿足自主可控的要求.當(dāng)前,我國金融、電信、國防等關(guān)鍵領(lǐng)域的信息系統(tǒng),絕大部分業(yè)務(wù)運(yùn)行在國外平臺系統(tǒng)之上,信息安全不可控的問題非常突出,信息安全面臨嚴(yán)重威脅.2013年6月,美國“棱鏡”等互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視項(xiàng)目曝光,給我國信息安全問題敲響了警鐘.我軍指揮信息系統(tǒng)建設(shè)必須高度重視因不可控而存在的安全可信問題,以壯士斷腕的決心和勇氣,推進(jìn)核心技術(shù)和產(chǎn)品的獨(dú)立自主進(jìn)程,為解決指揮信息系統(tǒng)的安全可信問題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)支撐[8].

2)必須滿足作戰(zhàn)試驗(yàn)體制要求.武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)體制,由武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)組織管理體系和武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)法規(guī)體系兩部分構(gòu)成[9].作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)建設(shè)的根本目的是為作戰(zhàn)試驗(yàn)體系建設(shè)服務(wù),因此,作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)必須滿足作戰(zhàn)試驗(yàn)體制的要求,即以作戰(zhàn)試驗(yàn)?zāi)康臑楦局笇?dǎo),適應(yīng)武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)決策、組織、計(jì)劃、協(xié)調(diào)、控制、指導(dǎo)和保障等工作的機(jī)構(gòu)體系的要求,適應(yīng)武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)活動相關(guān)的條令、條例、規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和程序等國防科技與裝備試驗(yàn)法規(guī)體系的要求.

3)必須滿足可重組、可擴(kuò)展性的要求.從武器裝備全壽命周期的階段劃分角度,武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)可分為型號論證階段、方案設(shè)計(jì)階段、工程研制階段、設(shè)計(jì)定型階段、生產(chǎn)定型階段和使用保障階段作戰(zhàn)試驗(yàn),各階段作戰(zhàn)試驗(yàn)在試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、試驗(yàn)手段、試驗(yàn)規(guī)模等方面均有所不同[10],因而各階段作戰(zhàn)試驗(yàn)對其指揮信息系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能、信息關(guān)系等方面有不盡相同的要求,這要求指揮信息系統(tǒng)能根據(jù)不同的試驗(yàn)任務(wù),對系統(tǒng)功能進(jìn)行重組.

從武器裝備發(fā)展角度,隨著作戰(zhàn)試驗(yàn)的推進(jìn),參與到作戰(zhàn)試驗(yàn)中的武器裝備體系要素等也在不斷發(fā)展變化中,這要求作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)能適應(yīng)這種武器裝備動態(tài)變化的要求,具備可擴(kuò)展性,支持型號武器裝備的接入.

2 集成方法

作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)按照“自主可控、立足現(xiàn)在、瞄準(zhǔn)未來、邊建邊用”的原則進(jìn)行建設(shè),這要求系統(tǒng)建設(shè)與集成具有延續(xù)性,并保證集成的效率,因此,作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)的綜合集成按照系統(tǒng)集成、分層實(shí)施的方法進(jìn)行.系統(tǒng)集成按照作戰(zhàn)試驗(yàn)及其指揮信息系統(tǒng)的發(fā)展,做好系統(tǒng)建設(shè)的頂層設(shè)計(jì),為集成提供指導(dǎo);并按平臺、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)和表示層進(jìn)行自底向上的集成.集成思路如圖1所示.

2.1 基于體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的系統(tǒng)集成

體系結(jié)構(gòu)技術(shù)是指揮信息系統(tǒng)綜合集成的主要方法之一[11?13].基于體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)已成為工程實(shí)踐的一部分,有利于系統(tǒng)建設(shè)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).體系結(jié)構(gòu)是指揮信息系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì),是系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的藍(lán)圖,它從系統(tǒng)整體高度出發(fā),指導(dǎo)綜合集成頂層設(shè)計(jì),提供自始至終支持體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用、開發(fā)的原則和指南,從而可有力地保證信息系統(tǒng)的模塊化、可擴(kuò)展和可再用性.通常,體系結(jié)構(gòu)包括組成部分的結(jié)構(gòu)、組成單元之間的關(guān)系和制約它們設(shè)計(jì)和演進(jìn)的原則與指南等3個(gè)核心要素.下面簡要介紹作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)所包括的建設(shè)規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、平臺框架和軟件框架結(jié)構(gòu)等內(nèi)容.

圖1 作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)集成總體思路

1)建設(shè)規(guī)劃.根據(jù)領(lǐng)域武器裝備發(fā)展規(guī)劃,明確了作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)建設(shè)的近期、中期和長期建設(shè)目標(biāo)與路線;提出了系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)當(dāng)遵循的原則,如自主可控,立足現(xiàn)在、持續(xù)發(fā)展,邊建邊用、逐步完善,瞄準(zhǔn)實(shí)戰(zhàn)等;界定了作戰(zhàn)試驗(yàn)相關(guān)機(jī)構(gòu)及職能.建設(shè)規(guī)劃為作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)建設(shè)提供了綱領(lǐng)性指導(dǎo),是系統(tǒng)綜合集成應(yīng)遵循基本規(guī)劃.

2)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范.主要包括軍隊(duì)指揮體制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,以及本領(lǐng)域武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)、硬件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),信息交換標(biāo)準(zhǔn),武器裝備操作規(guī)程等,是作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)接口控制、使用維護(hù)等工作的基本參考.

3)平臺框架.按照自主可控總要求和我國自主可控發(fā)展現(xiàn)狀,作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)建設(shè)選用國產(chǎn)平臺,圖2給出了構(gòu)建作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)的國產(chǎn)軟件平臺框架.

圖2 作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)軟件平臺

作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)運(yùn)行在國產(chǎn)中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)上,選用國產(chǎn)金倉數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲與管理的底層支撐平臺;基于國產(chǎn)中間件,實(shí)現(xiàn)異地部署的各數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)共享;選用國產(chǎn)WPS字處理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)指揮信息系統(tǒng)中相關(guān)任務(wù)文檔的自動生成;基于國產(chǎn)Supper GIS系統(tǒng),構(gòu)建要圖標(biāo)繪及指揮信息綜合顯示模塊;基于開源圖形引擎OSG(Open Scene graphics),自主研發(fā)三維態(tài)勢顯示模塊,實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢和作戰(zhàn)細(xì)節(jié)過程的形象直觀和逼真展示;應(yīng)用國產(chǎn)容災(zāi)備份系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的備份,提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性;應(yīng)用國產(chǎn)主機(jī)管控、內(nèi)網(wǎng)監(jiān)控、防病毒等軟件平臺,提高了系統(tǒng)及其信息的安全管控能力.

4)軟件框架結(jié)構(gòu).軟件系統(tǒng)是指揮信息系統(tǒng)的重要構(gòu)件,定義良好的軟件框架結(jié)構(gòu)可為系統(tǒng)延續(xù)性提供有效支持.作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)軟件框架劃分為平臺、數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)3層,其結(jié)構(gòu)如圖3所示.

平臺層為指揮信息系統(tǒng)中其他軟件的提供基礎(chǔ)運(yùn)行和安全防護(hù)環(huán)境,主要包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、字處理系統(tǒng)等國產(chǎn)軟件平臺;數(shù)據(jù)層基于金倉數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行期間部隊(duì)、裝備、武器、后勤保障,以及計(jì)劃、命令、業(yè)務(wù)等各類數(shù)據(jù)的存儲和訪問,為指揮操作、輔助決策、態(tài)勢顯示等業(yè)務(wù)功能提供數(shù)據(jù)支持;業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)指揮信息系統(tǒng)中信息收集、信息傳遞、信息處理、輔助決策、指揮控制等業(yè)務(wù)功能,是系統(tǒng)核心部分.

2.2 自底向上,分層集成

為保證作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)綜合集成效率,將系統(tǒng)各組結(jié)合成為一個(gè)整體,系統(tǒng)采用自底向上,按平臺、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)和表示分層集成.

1)平臺集成.國產(chǎn)自主可控平臺,如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、字處理系統(tǒng)等,已日趨成熟,并得到了較廣泛的應(yīng)用,但在功能、用戶界面友好性、運(yùn)行穩(wěn)定性,特別是平臺間兼容性等方面還有進(jìn)一步改進(jìn)和完善的空間.為了將各國產(chǎn)平臺結(jié)合成一個(gè)和諧的整體,有效支持信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能,首先,應(yīng)對國產(chǎn)平臺進(jìn)行測試與選型,以選擇匹配性、兼容性好的平臺,降低平臺間的沖突,測試的國產(chǎn)軟件如圖4所示.

其次,對于集成時(shí)的平臺間沖突問題(如字符集兼容、病毒誤查殺、共享配置沖突等),按照中心、基礎(chǔ)軟件盡量不調(diào)整的原則,確定需要調(diào)優(yōu)或改進(jìn)的平臺,盡可能降低沖突解決對其他軟件平臺的影響.

2)數(shù)據(jù)集成.數(shù)據(jù)集成主要實(shí)現(xiàn)異地?cái)?shù)據(jù)共享,并保證數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和一致性.數(shù)據(jù)集成的方法有很多,如數(shù)據(jù)倉庫、聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫、中間件等[14?15],考慮到數(shù)據(jù)交換的時(shí)效性和資源占用控制需求,作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)選用中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)異地?cái)?shù)據(jù)集成,其基本工作原理如圖5所示.共享中間件分別在各需共享的中心數(shù)據(jù)庫上部署,稱為共享節(jié)點(diǎn).數(shù)據(jù)共享時(shí),用戶首先在共享節(jié)點(diǎn)上配置共享策略,聲明數(shù)據(jù)的共享源、共享目的地和共享?xiàng)l件(如數(shù)據(jù)插入、更新、刪除、數(shù)據(jù)值超過閾值等);然后,當(dāng)中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)變化滿足共享?xiàng)l件后,相應(yīng)的共享節(jié)點(diǎn)從中心數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù),規(guī)劃傳遞路線,并將數(shù)據(jù)傳遞到目的共享節(jié)點(diǎn);最后,由目的地共享節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的中心數(shù)據(jù)庫.

該共享中間件具有如下特點(diǎn):①數(shù)據(jù)交換策略可定制.允許用戶按需對數(shù)據(jù)交換的方向、內(nèi)容、優(yōu)先級、訪問權(quán)限等進(jìn)行配置;②可設(shè)置信息交換所占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬,以保證信息交換時(shí)能最大限度利用可用資源,同時(shí),也避免過多占用資源而對其他信息交換造成影響;③能有效適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化,能適應(yīng)指揮所頻繁加入、退出的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,自動規(guī)劃共享路線;④支持?jǐn)?shù)據(jù)的斷點(diǎn)續(xù)傳,支持歷史數(shù)據(jù)共享;⑤各共享節(jié)點(diǎn)互為備份,提高了數(shù)據(jù)共享可靠性和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性.

圖3 作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)軟件框架結(jié)構(gòu)

圖4 集成測試的國產(chǎn)軟件平臺

圖5 信息共享中間件工作原理圖

共享中間件綜合考慮了數(shù)據(jù)交換需求、運(yùn)行環(huán)境需求、穩(wěn)定性要求等多方面的因素,有效實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)集成,保證了部隊(duì)、指揮所之間信息的及時(shí)、準(zhǔn)確交換.

3)業(yè)務(wù)集成.業(yè)務(wù)集成主要目的是將指揮信息系統(tǒng)各業(yè)務(wù)功能模塊按照業(yè)務(wù)流程結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模塊間的互操作,從而實(shí)現(xiàn)輔助決策、指揮控制等功能.系統(tǒng)基于組件化技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)集成,以提高組件開發(fā)效率、支持系統(tǒng)建設(shè)可擴(kuò)展性.

首先,按照模型框架理論,自頂向下構(gòu)建系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)和模型組件,梳理并定義模型組件間的接口關(guān)系,作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息模型層次結(jié)構(gòu)示意如圖6所示.

然后,按照業(yè)務(wù)流程和組件接口關(guān)系,組合模型組件,形成業(yè)務(wù)應(yīng)用項(xiàng).在本地計(jì)算機(jī)集成的,以接口調(diào)用方式直接組合;在網(wǎng)絡(luò)上集成的,按TCP/IP協(xié)議,用Socket通信間接組合.

表示集成將若干業(yè)務(wù)應(yīng)用整合到一個(gè)界面內(nèi),使系統(tǒng)具有統(tǒng)一的界面顯示和操作風(fēng)格.作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)包含30余個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),它們將動態(tài)地部署到指定的席位終端,同時(shí),部署在一個(gè)席位終端上的多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用需以整體方式提供給用戶使用,為此,作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)研發(fā)了“模塊配置”和“集成框架”工具,分別實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的按需分發(fā)與部署,以及為席位終端的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供統(tǒng)一界面,從而實(shí)現(xiàn)功能模塊整合,提高用戶交互友好性.

3 系統(tǒng)應(yīng)用

按照邊建邊用的原則,作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)多次在實(shí)際任務(wù)中得到了應(yīng)用和檢驗(yàn),并不斷地根據(jù)應(yīng)用效果進(jìn)行改進(jìn)、完善,應(yīng)用效果驗(yàn)證了綜合集成方法的有效性.

1)基于體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)集成,為作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)建設(shè)提供了統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu),保證了作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)建設(shè)與改進(jìn)的延續(xù)性,支持了系統(tǒng)改進(jìn)和完善的整體性及實(shí)現(xiàn)效率.

2)基于模型框架的模型組件構(gòu)建研究,一方面,有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)人員從整體上把握系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)和關(guān)系,提高了模型組件的可重用性和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性;另一方面,也利于開發(fā)人員專注于模型功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),提高模型組件的建設(shè)質(zhì)量和效率.

圖6 作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)模型框架

3)基于中間件的數(shù)據(jù)集成實(shí)現(xiàn)了靈活、可靠、高時(shí)效的數(shù)據(jù)共享,從系統(tǒng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看,數(shù)據(jù)共享平均時(shí)延≤100ms,丟包率≤10?5,滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求.

4 結(jié)論

綜合集成是提升指揮信息系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量和效率的有效途徑,國內(nèi)外都很重視對綜合集成理論和應(yīng)用的研究,形成了如體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫、SOA、界面集成等多種集成方法.對于軍事指揮信息系統(tǒng)這樣的復(fù)雜系統(tǒng),必須根據(jù)建設(shè)目標(biāo)和系統(tǒng)特點(diǎn),綜合運(yùn)用多種集成方法,才能將系統(tǒng)中各分散部分結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體,更好地發(fā)揮整體效能.本文針對自主可控作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)綜合集成問題,綜合運(yùn)用體系結(jié)構(gòu)、模型組件、中間件等多種方法,按照系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)指導(dǎo)、自底向上分層集成的方法實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的綜合集成.實(shí)踐結(jié)果表明,綜合集成方法有效支持了作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮信息系統(tǒng)建設(shè)任務(wù),集成效果良好.