海上一體化信息基礎設施總體技術框架研究*

張路青

(武漢市74223信箱 武漢 430074)

1 引言

海軍在加強海上單平臺信息化建設的同時,為提高協同作戰和聯合作戰的能力,相繼研制了聯合機動編隊、驅護艦編隊等海上電子信息系統,增強了海軍聯合作戰的信息共享、武器共用能力。但由于平臺之間能力的差異、資源統一調度和利用的不足,在綜合集成和使用中暴露出作戰平臺之間的態勢等各類信息資源的分布處理和共享、多平臺武器的協同攻擊問題,各節點的互連、互通、互操作問題,現役裝備和新研系統裝備的有機集成問題,海上作戰資源的統一管理和兼容管理問題等[1]。這些問題制約了海上平臺將信息轉換為知識、進而轉換為決策以獲得決策優勢的能力,影響了聯合作戰要求的快速、協同和同步的實現。軍事信息柵格及其相關技術的興起,為解決上述問題提供了一種新型途徑。通過建立標準化、開放式的海上信息柵格,利用海上信息柵格提供統一的信息傳輸服務,支持各電子設備之間的互連和信息共享;利用信息柵格提供統一的信息處理服務,支持戰場信息的可靠處理和綜合管理;在統一的軟件平臺支撐下,使海戰場綜合電子信息系統能夠采用“即插即用”的方式集成。因此,開展海上信息柵格的關鍵技術研究,對于解決海上綜合電子信息系統的研制和集成提供有益的探索。

2 信息柵格服務應用到一體化信息基礎設施的映射

海上一體化信息基礎設施由陸、海、空、天基的通信基礎設施、計算機基礎設施(含共用程序)、公共數據資源、領域應用程序、基礎設施運行管理和相關政策標準等構成,能在整個軍事行動范圍內根據作戰人員、政策指定人員和保障人員的要求收集、處理、存儲、分發和管理信息[2]。海上信息柵格系統中服務應用到柵格化的一體化基礎設施映射關系簡單示意如圖1所示。

圖1 海上信息柵格服務應用到信息基礎設施示意圖

在圖1中,從下至上:第1層是基礎設施層,包含艦艇、艦/艇載雷達、戰斗機、岸基雷達/觀通站等多種物理資源;第 2層是由面向服務架構 SOA(Service Oriented Architectures)的柵格公共服務和核心柵格中間件支撐的中間層,由管理員(柵格系統的構建者與管理柵格的技術人員)操作并實現服務映射、消息傳輸、統一調度等功能;第3層在一組基于SOA的柵格公共服務和核心柵格中間件的支撐下,為柵格的用戶(使用者,可以是操作物理資源的各類用戶)提供柵格服務與應用,實現資源共享、協同作戰等功能。由此,海上信息柵格服務與應用在中間層的支撐下,均被映射到虛擬化服務環境中,解決了從海上信息柵格服務與應用層到柵格基礎設施層的映射問題[3]。

其中,中間層可采用符合OGSA規范的中間件GT(Globus Toolkit),新版的GT4具有一組支持創建SOA的核心功能(包括支持配置計算和數據資源的執行和數據管理功能,大量數據的移動和管理,以及支持資源發現和監視的服務等),并實現了最新的 Web服務標準(包括 WS-Security和WSRF)[4]。它對一體化信息基礎設施的構造提供了很好的技術支持。

海上一體化信息基礎設施將海戰場中的信息探測系統、指揮控制系統和戰斗單元融為一個整體,大大加快了信息的交換,充分實現水面艦艇、潛艇、機群和地面部隊配合一致,實現整個戰場資源共享,聯合作戰,必將對軍事領域產生深遠的影響。

3 海上一體化信息基礎設施總體框架

3.1 海上一體化信息基礎設施的概念模型

海上一體化信息基礎設施的五層沙漏概念模型如圖2所示。

圖2 海上一體化信息基礎設施層次結構圖

沙漏的腰部表明構建海上一體化信息基礎設施的技術瓶頸所在,即柵格化通信傳輸技術、柵格化協同計算技術、柵格服務封裝聚合技術等。

3.2 海上一體化信息基礎設施的層次結構模型

如圖3所示,海上一體化信息基礎設施包括基礎資源層、通信傳輸層、協同計算層和服務聚合層。

圖3 海上一體化信息基礎設施層次模型圖

該模型建立了一個標準統一、功能完善的海軍綜合電子信息系統服務框架,運用架構統一、符合開發技術規范的應用運行和服務封裝、注冊和映射手段,將作戰應用軟件抽象成一個統一的服務聚合體,基于一體化信息基礎設施服務平臺提供各種信息服務。

3.3 海上一體化信息基礎設施的功能服務模型

海上一體化信息基礎設施的功能服務模型如圖4所示。

圖4 海上一體化信息基礎設施功能服務模型示意圖

該圖描述了海上一體化信息基礎設施必須提供的各項功能服務,在上述的構建框架下,對海上信息柵格以后發展的新的物理、邏輯資源提供了很好很靈活的擴展支持,使得新節點接入柵格不會過多依賴具體物理資源環境;而對于海上信息柵格以后新的作戰等任務或服務的需求,也提供了很好的擴展支持—新的服務和應用只需要按照通用柵格用戶接口描述,提交自己的身份授權和服務描述,就可以得到海上信息柵格的服務和資源、或共享自己的服務和資源。

3.4 海上一體化信息基礎設施服務運行機制和典型作戰應用服務流程

滿足未來一體化聯合作戰的信息共享和交互要求典型服務運行管理機制,如圖5所示。

圖5 典型作戰應用服務運行機制

海上信息柵格包括兩種類型的節點:管理節點和接入節點,管理節點提供用戶認證、柵格管理、服務注冊、服務集成和服務發布等功能。各作戰平臺向柵格管理節點提交加入申請,認證通過后成為接入節點,可以向柵格管理節點注冊信息處理、信息存儲等服務信息,也可以訂閱柵格管理節點發布的各種服務,柵格節點之間通過信息傳輸服務和信息分發服務實現信息交互和共享。柵格用戶可以通過通用柵格用戶接口(HGI)來安裝、配置、部署、維護海上信息柵格。而任何更高級的、具體的海上作戰任務,例如情報收集、情報處理、決策打擊等,都看作是一種更高級的柵格服務[5]。這些高級的服務,構建于以上所述的抽象和基礎服務之上。

4 結語

基于海上一體化信息基礎設施所提供的服務機制,各種形式的交戰武器、各級指揮控制部門以及實施預警、監視、探測的傳感器單元都將成為海上信息柵格系統中的節點:打破了對資源空間位置的束縛,超越原有資源協作方式的限制,艦艇可以直接調用衛星的偵察數據,作戰飛機可以指示艦載導彈協同作戰,不同編隊甚至是友軍的裝備,都可以成為偵察節點或者是戰斗節點;因此實現了各種資源的全面共享和協同。

[1]JAMES T.CONWAY,GA RY ROUGHEAD,T HAD W Al,LEN.A Cooperative Strategy for 21st Century Seapower[R].2007

[2]FORCEnet Architecture&Standards,Volume I,Operational&Systems View,Version 1.4[R].2004

[3]FORCEnet Architecture&Standards,Volume II,Technical View,Version 1.4[R].2004

[4]Open Architecture(OA)Computing Environment Technologies and Standards,Version 1.0[R].2004

[5]Berman F,Fox G,Hey T.The grid:past,present,future[C]//In Fran Berman,Geoffrey C.Fox,and Anthony J.G.Hey(Eds.).Grid Computing:Making the Global Infrastructure a Reality.Wiley,2003:9～50