基于內容的戰(zhàn)場信息分發(fā)系統(tǒng)研究

雷偉斌，謝海松，薛建強，劉國永

（北方自動控制技術研究所，太原 030006）

0 引言

目前戰(zhàn)場上充斥著規(guī)模巨大、種類繁多、格式各異的戰(zhàn)場信息。如何形成高效合理的信息共享能力，實現(xiàn)戰(zhàn)場信息精準服務是當前軍事信息系統(tǒng)建設中面臨的一項重大難題。文獻［1］研究了采用基于主題的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)對信息進行分發(fā)的方式，該模式訂閱簡單，匹配容易，但用戶通過主題表達出的信息需求過于籠統(tǒng)，難以實現(xiàn)戰(zhàn)場信息的精準按需共享。文獻［2］研究了信息屬性在提高信息存活率與分發(fā)速率方面的作用，但對信息內容以及用戶信息需求分析不足，無法保證信息分發(fā)的準確性和有效性。為此，本文在前人研究的基礎上，充分考慮作戰(zhàn)用戶的信息需求特點，提出了一種基于內容的信息分發(fā)系統(tǒng)模型。該模型采用基于信息內容的發(fā)布/訂閱模式，以增強用戶的需求表達能力，并以信息推薦技術作為補充，來彌補發(fā)布/訂閱模式無法滿足用戶隱式信息需求的不足，以基于規(guī)則的信息推送技術作為補充，來彌補推薦技術無法確保戰(zhàn)場關鍵信息準確分發(fā)的不足。該系統(tǒng)既可以滿足用戶的顯式信息需求，也可以最大程度地挖掘用戶的隱式信息需求，能更好地實現(xiàn)戰(zhàn)場信息的按需分發(fā)。

1 信息分發(fā)系統(tǒng)的相關概念

1.1 戰(zhàn)場信息分發(fā)系統(tǒng)

信息分發(fā)系統(tǒng)是一種使信息生產者和信息消費者以匿名方式進行交互的分布式中間系統(tǒng)。它由接入戰(zhàn)術網絡的眾多信息分發(fā)服務器及客戶端共同組成。每個服務器是一個代理分發(fā)節(jié)點，每個代理分發(fā)節(jié)點為一定數(shù)量的本地客戶端提供服務。所有代理分發(fā)節(jié)點形成一個對等的拓撲結構，如圖1所示。信息分發(fā)系統(tǒng)是發(fā)布/訂閱系統(tǒng)在軍事上的一個典型應用，因此，也具有異步、松耦合、透明傳輸?shù)奶攸c［3］。

圖1 信息分發(fā)系統(tǒng)的拓撲結構

1.2 作戰(zhàn)用戶的信息需求特點

作戰(zhàn)用戶的信息需求特點，一是作戰(zhàn)用戶對客觀信息需求的認識具有不全面性和不準確性。因為對需求的認識與用戶的知識儲備、作戰(zhàn)經驗、思維方式等因素有關。用戶認識到的可能僅僅是客觀需求的一部分，或者全然沒有認識到，甚至對客觀信息需求產生錯誤的認識。因此，在圖2中，集合S2與S1并不是完全重合的［4，30］。

二是作戰(zhàn)用戶的信息需求表達能力具有局限性，因此，表達出的需求具有模糊性。用戶與信息系統(tǒng)交互需要通過某種方式表達自身的信息需求，例如關鍵詞組、關鍵詞邏輯表達式以及自然語言描述等方式。任何形式化語言都不如自然語言的描述能力強，但自然語言的處理技術尚有很大不足。因此，任何信息需求模型都不可能做到完全逼真地復現(xiàn)用戶認識到的信息需求，只能盡量去逼近。因此，在圖2中，集合S3與S2也并不是完全重合的。這也正是用戶用信息主題進行訂閱存在的不足。

用戶的信息需求還可以分為顯式需求和隱式需求兩種［4］。顯式需求是指用戶通過檢索關鍵詞、訂閱請求等方式表達出的需求，即圖2中的集合S3。隱式信息需求是指用戶完成任務所客觀需要，但沒有明確表達出來的信息需求，即圖2中的集合S1-S3。而發(fā)布/訂閱系統(tǒng)是完全按照用戶的訂閱進行信息的匹配與分發(fā)的，所以無論是基于信息主題的還是基于信息內容的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)，都只能滿足作戰(zhàn)用戶的部分信息需求，即圖2中的集合S6。因此，有必要將信息推薦和基于規(guī)則的信息推送技術引入戰(zhàn)場信息分發(fā)系統(tǒng)作為發(fā)布/訂閱模式的補充，最大程度地挖掘用戶的隱式信息需求，以實現(xiàn)戰(zhàn)場信息的按需分發(fā)。

圖2 用戶信息需求關系示意圖

1.3 戰(zhàn)場信息服務模式

信息分發(fā)系統(tǒng)得到改進后，戰(zhàn)場上的信息服務模式可以分為4種，即信息檢索、信息訂閱、信息推送和信息推薦，如圖3所示。

圖3 戰(zhàn)場信息服務模式分類

信息檢索需要依賴用戶主動使用搜索引擎去進行檢索。目前的信息檢索大都基于布爾模型，用戶使用關鍵詞和邏輯運算符來構建需求表達式進行信息篩選。通過這種方式用戶只能表達一些模糊的、簡單的信息需求，所以搜索引擎返回的結果中含有大量不相關的內容。而大部分的戰(zhàn)場信息均有很強的實效性并且對共享的準確性也有很高的要求，因此，信息檢索服務常被用于機關日常辦公、平時學習訓練、臨戰(zhàn)前準備等場合，而不適合用于戰(zhàn)時的戰(zhàn)場信息分發(fā)。

信息訂閱、信息推送、信息推薦這3種信息服務模式在用戶做好信息訂閱、推送規(guī)則制定等前期的準備工作后便可以實現(xiàn)戰(zhàn)場信息的及時、自動分發(fā)。并且這3種信息服務模式之間是相互補充的。信息訂閱分發(fā)服務可以準確、高效地滿足用戶的顯式信息需求。而信息主動推薦是一種在民用領域應用比較成熟的技術，它可以智能地根據用戶的歷史信息需求來預測用戶的隱式信息需求。但戰(zhàn)場形勢瞬息萬變，用戶的信息需求變得難以預測，因此，信息推薦的準確性有時也難以保證。而基于規(guī)則的信息推送服務完全不受用戶歷史需求的影響，當用戶狀態(tài)與發(fā)布的戰(zhàn)場信息滿足既定條件時，系統(tǒng)便將該信息向相應用戶進行強制推送，以確保戰(zhàn)場關鍵信息的準確、及時共享。

2 基于內容的信息分發(fā)系統(tǒng)模型設計

通過以上對作戰(zhàn)用戶信息需求特點的分析，設計了如圖4所示的信息分發(fā)系統(tǒng)模型。該系統(tǒng)具備3種信息分發(fā)方式，即按用戶訂閱分發(fā)、按推送規(guī)則分發(fā)，按推薦結果分發(fā)。并且該系統(tǒng)模型還考慮了服務質量保證措施。部分模塊的功能如下：

1）信息隊列管理模塊：每個信息分發(fā)節(jié)點均有多個用戶不斷地在發(fā)布戰(zhàn)場信息，這些信息需要排隊等候進行需求匹配。不同的戰(zhàn)場信息有著不同的優(yōu)先級，優(yōu)先級由戰(zhàn)場信息的重要性和時效性等因素來確定。

2）用戶狀態(tài)能力采集模塊：該模塊需要不斷采集用戶的實時狀態(tài)和用戶所在節(jié)點的作戰(zhàn)能力。用戶狀態(tài)包括：用戶位置、速度、移動方向等。作戰(zhàn)能力包括：該節(jié)點所屬作戰(zhàn)分隊、武器裝備的種類、數(shù)量、性能參數(shù)等。用戶的實時狀態(tài)和目前的作戰(zhàn)能力是為用戶進行信息推送的必要信息。

圖4 基于內容的信息分發(fā)系統(tǒng)模型

3）需求名錄管理模塊：考慮到戰(zhàn)場環(huán)境的惡劣和復雜，某些信息分發(fā)節(jié)點可能會因被敵方摧毀、設備故障等各種原因而失去網絡連接。對離線的用戶進行信息需求的匹配以及分發(fā)就失去了意義，并且還會造成計算資源的浪費，影響對其他在線用戶的服務質量。因此，需要掛起離線超過一定時間的用戶的信息需求列表。

4）用戶歷史需求分析模塊：該模塊通過設計好的推薦算法來分析所有用戶的歷史訂閱信息來預測各個用戶可能需要的戰(zhàn)場信息。生成各個用戶的信息推薦模板，并存入用戶推薦模板數(shù)據庫。

5）分發(fā)名錄生成模塊：該模塊負責生成與某條發(fā)布信息匹配成功的用戶名單，并交給戰(zhàn)術信息傳輸服務以進行信息分發(fā)。

發(fā)布信息的分發(fā)流程如圖5所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

3.1 基于元數(shù)據的戰(zhàn)場信息描述方法

信息化的戰(zhàn)場上充斥著大量格式各異，類型多樣的信息，對這些信息直接進行檢索過濾的效率很低。利用元數(shù)據為戰(zhàn)場信息資源建立一種機器可理解框架，可以實現(xiàn)大量戰(zhàn)場信息的高效識別、處理和共享［5］。特別是對于戰(zhàn)場上的圖片、文檔、聲音、視頻等非結構化信息，元數(shù)據所體現(xiàn)出的優(yōu)勢則更加明顯。元數(shù)據作為一種結構化數(shù)據，可以用XML（eXtensible Markup Language）語言進行組織［6］。以一幅遙感圖像為例，其元數(shù)據信息可以如下表示。

圖5 戰(zhàn)場信息的分發(fā)流程

3.2 基于內容的信息需求模型構建方法

基于信息內容的需求模型可以給作戰(zhàn)用戶提供更強的信息需求表達能力。用戶不僅可以通過訂閱來過濾自己需要的信息種類，還可以約束信息在時間、空間、目標屬性等各方面的內容屬性。戰(zhàn)場上信息種類繁多，需要根據戰(zhàn)場信息的內容格式分別來構建用戶的需求模型，以便和發(fā)布的各種戰(zhàn)場信息進行快速地匹配。因為只有當發(fā)布的信息種類和用戶訂閱的信息種類相同時，才有必要進一步去匹配信息的內容。模型中既應包含信息內容的屬性也應包含各內容屬性的取值范圍。以空中目標情報信息為例，用戶的信息需求模型如圖6所示。同樣，用戶的需求模型也可以用XML來表示，以便于在系統(tǒng)中使用XML成熟的解析與匹配技術進行事件模型與訂閱模型的匹配。

3.3 戰(zhàn)場信息推送規(guī)則的制定方法

圖6 用戶的空中目標信息需求模型

作戰(zhàn)用戶的信息需求是和用戶所處的戰(zhàn)場環(huán)境密切相關的，基于規(guī)則的信息推送方法可以彌補傳統(tǒng)信息推薦技術不能感知用戶所處環(huán)境變化的不足。戰(zhàn)場信息的推送與用戶的歷史需求無關，而是與用戶的作戰(zhàn)任務、時空狀態(tài)、能力狀態(tài)等因素相關聯(lián)的。當用戶的位置、機動方向或作戰(zhàn)能力等狀態(tài)信息與發(fā)布的戰(zhàn)場信息一起觸發(fā)了設定好的推送條件時，系統(tǒng)便向相應的用戶進行該信息的推送。因此，信息推送規(guī)則的制定需要結合具體的作戰(zhàn)場景，如敵方進行空襲或使用核生化武器等。以敵方突然使用核生化武器為例，若某作戰(zhàn)分隊未訂閱核生化預警信息，并且由于某種原因，該分隊也未能收到上級發(fā)送的預警信息。此時，信息分發(fā)系統(tǒng)的信息推送服務便可以發(fā)揮作用，使該作戰(zhàn)分隊避免受到核生化威脅，如圖7所示。

圖7 核生化警報推送案例

3.4 戰(zhàn)場信息推薦技術

前人對信息推薦技術的研究焦點均放在信息種類或信息內容的屬性上，即用戶對什么種類的戰(zhàn)場信息感興趣或對某信息的哪些屬性感興趣，而忽略了信息內容取值的重要性?？紤]到戰(zhàn)場信息的特殊性，為作戰(zhàn)用戶推薦的信息不僅要求信息種類可能是用戶感興趣的，信息的內容也應該是與用戶需求密切相關的。

無論采用何種推薦方法，用戶的偏好信息都是必要的前提數(shù)據。以協(xié)同過濾推薦算法為例，可以以用戶的歷史訂閱信息和接受的推薦信息中，某信息的某個屬性取值范圍出現(xiàn)的頻率作為用戶對該信息屬性取值范圍的評價。設Sij為用戶i的歷史訂閱信息中某屬性的取值區(qū)間j出現(xiàn)的次數(shù)，Rij為用戶i在接受的歷史推薦信息中某屬性的取值區(qū)間j出現(xiàn)的次數(shù)。則用戶i對取值范圍j的興趣度Tij為

以空中情報信息中的目標高度屬性的取值為例，作戰(zhàn)用戶的偏好信息如表1所示。

表1 用戶對目標高度的偏好信息Tij

4 結論

通過對作戰(zhàn)用戶信息需求特點的分析，本文將基于內容的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)與基于規(guī)則的推送技術、信息推薦技術相結合，設計了基于內容的信息分發(fā)系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)實現(xiàn)所涉及的部分關鍵技術進行了研究。通過分析可知，基于內容的信息分發(fā)系統(tǒng)能夠最大程度地滿足作戰(zhàn)用戶的顯式及隱式信息需求，實現(xiàn)戰(zhàn)場信息的按需分發(fā)。但戰(zhàn)場信息推薦等相關技術尚未成熟，有待進一步研究。