邏輯靶場網關設計方法研究＊

王勝濤 楊志飛 杜紅兵

（1.63888部隊 濟源 454650）（2.63893部隊 洛陽 471003）（3.63892部隊 洛陽 471003）

1 引言

信息技術的發(fā)展帶來了整個軍事領域的變革，其中包括軍事試驗和評估界。為了更高效地利用位置構成、功能特征、級別規(guī)模迥異的試驗訓練靶場資源，基于信息技術的支撐，很有必要采取“邏輯靶場”的機制對現有的靶場資源以及未來發(fā)展的靶場資源進行整合，克服當前靶場界“煙囪式”的發(fā)展現狀。按照美軍2010基礎工程（Foundation Initiative 2010，FI 2010）所定義的標準，其邏輯靶場擬采用試驗訓練使能體系結構（Test and Training Enabling Architecture，TENA）［1］作為公共的體系結構，實現包括試驗或訓練靶場、武器、平臺、儀器儀表、軟件仿真系統、數據產品、地域、空域或水域等各種試驗訓練資源［3］的重用、組合和互操作，聯合起來形成一個綜合環(huán)境，以逼真的方式完成各種日益復雜的試驗與訓練任務，完成特定的靶場開發(fā)和運作目的。

TENA的核心是TENA公共基礎設施［4］，包括TENA中間件、TENA倉庫和TENA邏輯靶場數據檔案，TENA還說明了一系列實用程序、工具和網關應用，用來高效構建邏輯靶場。TENA應用（包括靶場資源應用和TENA工具）通過TENA對象模型與TENA公共基礎設施交互，非TENA應用通過各種邏輯靶場網關和TENA公共基礎設施交互，最終便實現了TENA兼容靶場資源和非TENA兼容靶場資源之間的互聯、互通和互操作，所有類型的靶場資源都得到了集成利用。由此可見，邏輯靶場網關作為一種聯系的紐帶，在邏輯靶場的構建中意義重大，其設計和實現是開發(fā)邏輯靶場的基礎工作之一。基于此，本文對邏輯靶場網關的工作原理和設計方法進行了研究，以期對邏輯靶場的開發(fā)設計提供參考價值。

2 邏輯靶場網關的工作原理

邏輯靶場網關作為網關的一種，兼具了傳輸網關、協議網關、應用網關的特征。1）邏輯靶場網關需要在不同類型的靶場資源之間傳輸信息。雖然TENA中間件是基于“公布—訂購”機制進行信息的分發(fā)傳輸，但這只是信息傳輸的一種方式而已。2）邏輯靶場網關需要進行協議的轉換。靶場資源基于的體制協議多種多樣，邏輯靶場網關一個至關重要的功能就是對這些協議進行轉換，實現協議之間的互聯互通。3）邏輯靶場網關需要進行數據的轉換。不同類型靶場資源之間的數據格式差別很大，邏輯靶場網關必須對這些數據進行格式的轉換。

邏輯靶場網關兼具傳輸網關、協議網關、應用網關的特征，本質上還是系統之間或者終端之間信息、數據的傳輸和轉換。邏輯靶場網關還具有接入網關的特征，這是因為許多靶場資源并沒有組成系統，可能是孤立的，比如單個的靶場儀器儀表、被試的裝備等，它們通過網關和TENA體系結構互聯互通，本質上還是把這些靶場資源接入到以TENA體系結構為基礎的邏輯靶場之中去。

進一步，TENA的驅動需求包括靶場應用和系統之間互操作、可重用、可組合三個方面。為實現這一點，邏輯靶場網關必須對互聯系統雙方的信息格式、對象模型、通信機制、時間理解、靶場事件理解都充分支持并提供兼容，只有這樣才能實現這些靶場資源之間的互操作和組合，以及為靶場資源的重用奠定基礎，這是更高層次的要求，是通常意義上的網關所不具有的。

2.1 邏輯靶場網關中的信息交互

邏輯靶場網關主要實現TENA資源和非TENA資源之間的集成交互，它處于不同類型的靶場資源中間，起到“橋梁”的作用。圖1是一個邏輯靶場網關與TENA網絡、非TENA網絡的聯接圖。此外，邏輯靶場網關也有可能跟單個的靶場儀器儀表、C4ISR系統或者實體裝備系統互聯。TENA應用A、B、C基于TENA中間件構建了TENA網絡，非TENA應用D、E、F基于其他“中間件”構建了非TENA網絡，兩個網絡之間通過邏輯靶場網關聯接。A、B、C、D、E、F可能是一個武器系統，也可能是靶場事件仿真系統，或者一個靶場實用監(jiān)控程序。

圖1 TENA網絡和非TENA網絡通過邏輯靶場網關互聯示意圖

圖1中，TENA網絡中通過TENA中間件提供的“代理—服務”機制實現信息的交互，比如A和C之間，A發(fā)布自己的TENA對象數據，C需要這些TENA對象數據時通過中間件進行訂購，這樣A便提供TENA對象數據，成為對象生產者，C接收TENA對象數據，成為對象消費者。同理，非TENA網絡是通過其他“中間件”提供的服務實現信息的交互。對于TENA網絡而言，邏輯靶場網關是一個TENA應用，基于TENA中間件實現二者之間的通信。對于非TENA網絡而言，邏輯靶場網關是一個同種類型的非TENA應用，基于其他“中間件”實現二者之間的通信。下面說明TENA網絡和非TENA網絡之間信息交互的過程。

如果應用A需要應用F的數據，首先A會以TENA對象的形式訂購這些數據，通過TENA中間件會找到邏輯靶場網關，要求邏輯靶場網關對A的訂購提供服務。如果邏輯靶場網關登記有應用F在網關中的對等TENA映射應用FF，邏輯靶場網關便會直接把應用FF的數據以TENA對象的形式通過TENA中間件提供給A，對A的訂購提供服務。

如果邏輯靶場網關沒有登記應用FF，邏輯靶場網關會把A用于訂購數據的TENA對象轉換為非TENA網絡的其他“對象”，通過其他“中間件”會找到非TENA應用F，F的數據以其他“對象”的形式通過其他“中間件”提供給網關，網關將其轉換成TENA對象的形式通過TENA中間件提供給A，實現對A的訂購提供服務。同時，邏輯靶場網關會對F進行登記，并建立F的對等TENA映射應用FF，邏輯靶場負責F和FF之間其他“對象”和TENA對象的轉換，以后所有的TENA應用A、B或C再需要F的數據時直接由FF提供即可。這一點實際上使邏輯靶場具有了路由的能力。

反過來，如果應用F需要應用A的數據，F同樣通過某種機制發(fā)出請求，邏輯靶場網關對該請求做出響應，如果邏輯靶場網關登記有應用A在網關中的對等映射應用AA，邏輯靶場網關便會直接把應用AA的數據以其他“對象”的形式通過其他“中間件”提供給F。如果邏輯靶場網關沒有登記應用AA，網關同樣需要把F用于請求數據的其他“對象”轉換成TENA對象通過TENA中間件找到A，A的數據以TENA對象的形式提供給網關，網關將其轉換成其他“對象”提供給F。同時，邏輯靶場網關會對A進行登記，并建立A的對等映射應用AA，邏輯靶場負責A和AA之間TENA對象和其他“對象”的轉換，以后所有的非TENA應用D、E或F再需要A的數據時直接由AA提供即可。

同時，由于利用網關的方式實現的TENA網絡和非TENA網絡靶場資源之間的信息交互不僅僅限于數據的轉換，更是包含信息格式、對象模型、通信機制、環(huán)境理解、時間理解、靶場事件理解等諸多方面的高層次的交互，基于此可以實現靶場資源的互操作和組合，共同完成特定的靶場運作目的。并且一旦邏輯靶場網關開發(fā)出來，靶場資源的可重用性便不言而喻，這樣便提供了對邏輯靶場互操作、可組合、可重用的驅動需求的支持。

最后指出，如果是單獨的非TENA應用和邏輯靶場聯接，邏輯靶場網關實現起來更為簡單，是網絡形式的簡化，工作原理是一樣的，此時網關明顯具有接入網關的特征。

2.2 邏輯靶場網關應該具有的功能

結合前面對邏輯靶場的位置、作用、信息交互等方面的分析，從靶場運作的角度考慮，邏輯靶場網關應該具有如下功能：

·能夠支持TENA中間件、TENA對象和其他“中間件”、其他“對象”，對于TENA網絡，邏輯靶場網關是TENA應用，對于非TENA網絡，邏輯靶場網關是該網絡的非TENA應用；

·能夠對TENA對象和其他“對象”進行轉換；

·能夠對新的TENA應用或者非TENA應用進行登記注冊，保留這些應用的信息；

·能夠動態(tài)地檢測到TENA應用和其他非TENA應用，并對其進行類型判斷，這主要是靠區(qū)分邏輯靶場網關通過中間件接收的對象類型來實現，如接收的是TENA對象，表明檢測到一個TENA應用；

·能夠對TENA應用和非TENA應用屬性的更新進行響應，為訂購屬性的應用服務；

·能夠建立TENA應用和非TENA應用的本地對等映射，保留網關所聯接雙方網絡的靶場資源應用的信息，方便以后快速響應這些應用的交互需求，這使邏輯靶場網關具有了路由的能力；

·能夠在TENA應用和非TENA應用退出邏輯靶場時通知其他應用。

3 邏輯靶場網關的設計方法

3.1 邏輯靶場網關的通用設計方案

美軍FI 2010工程定義了通用的網關設計方案，如圖2所示。邏輯靶場網關一方面通過TENA中間件與TENA邏輯靶場應用通信，另一方面又與使用某種其他協議的另一套靶場資源應用通信。

圖2 美軍FI 2010工程定義的邏輯靶場網關通用設計方案

和TENA中間件類似，圖2中“其他中間件”表示任何其他靶場資源應用中用來通信的混合庫或軟件基礎設施。對于建模與仿真高層體系結構（High Level Architecture，HLA）仿真［9］而言，“其他中間件”是運行時基礎設施（Run Time Infrastructure，RTI）。對于遵照分布式交互仿真［5］（Distributed Interactive Simulation，DIS）標準的仿真而言，“其他中間件”表示DIS協議庫。對于靶場儀器儀表、戰(zhàn)術接口或靶場控制系統而言，“其他中間件”可能是某個公共類庫，或子例程庫，或定制的這些領域應用間交互通信軟件。

非TENA體系結構中的靶場資源應用的信息根據采用的特定格式要求編碼成一個軟件對象，表示靶場資源應用的交互實體，這些對象就是圖2中所示的“其他對象”。如果其他的體系結構本身產生了軟件對象，就直接加以使用，比如HLA仿真中基于對象模型模板（Object Model Template，OMT）的聯邦對象模型（Federal Object Model，FOM）和仿真對象模型（Simulation Object Model，SOM）；但更多的時候是其他的體系結構產生的數據記錄或協議數據單元（Protocol Data Units，PDUs）。

翻譯器作為邏輯靶場網關的重要組成部分，負責TENA的邏輯靶場對象模型（Logic Range Object Model，LROM）對象和非TENA體系結構中的“其他對象”之間相互轉換。翻譯器翻譯規(guī)則的設計是邏輯靶場網關設計的核心，必須根據非TENA體系結構中具體的交互數據形式，合理設計翻譯規(guī)則，進行“其他對象”和TENA對象之間的有效映射。翻譯規(guī)則必須考慮所有的對象類型及其屬性，實現TENA網絡和非TENA網絡之間的完全交互，為互操作、可組合、可重用奠定基礎。

3.2 TENA—HLA網關的設計方法［6～8］

圖3 TENA—HLA網關組成模塊

靶場現在有很多基于HLA的仿真系統用于試驗訓練，這些系統需要“TENA—HLA網關”才能集成到以TE－NA為體系結構標準的邏輯靶場中。基于前文所述，TENA—HLA網關包含三個模塊，TENA管理模塊、HLA管理模塊和網關管理模塊，如圖3所示。網關管理模塊可以設計一個類，負責整個網關系統的啟動、主循環(huán)及退出等協調工作和全網狀態(tài)的監(jiān)控。HLA管理模塊相當于一個HLA仿真邦員，包含一些交互類、對象類以及和RTI的接口類，實現對象類、交互類名稱和句柄之間的映射。TENA管理模塊相當于一個TENA應用，包含SDO、消息、數據流等，還包含一個專門的類負責TENA對象和HLA對象之間的映射，如TENA對象句柄和HLA對象句柄的相互映射等。

考慮到TENA和HLA之間的區(qū)別，在進行TENA—HLA網關設計過程中，需要考慮四個層次：

1）TENA公共元模型和HLA OMT層次上的映射轉換［10］。TENA公共元模型包括狀態(tài)分布對象（Stateful Distributed Object，SDO）、消息、數據流等，而 HLA OMT對象分為“對象類”對象和“交互類”對象。需要從這些元素之間靜態(tài)結構和動態(tài)行為方面的差異出發(fā)，研究二者之間的映射轉換，這是TENA—HLA網關設計開發(fā)的最底層和基礎性任務。

2）LROM和FOM／SOM層次上的映射關系。LROM包含了諸多TENA應用的SDO、消息、數據流等，FOM／SOM也包含諸多的“對象類”對象及其屬性和“交互類”對象及其屬性。需要從LROM和FOM／SOM的地位和作用出發(fā)，考慮二者之間的映射關系。

3）TENA中間件和HLA RTI層次上的映射關系。TENA中間件是TENA網絡中TENA應用之間信息交互的紐帶，HLA RTI是HLA網絡中HLA仿真應用之間信息交互的紐帶，二者雖然都采用了“訂購—服務”的機制，但是完成的功能和底層通信機理大不相同，需要從這兩點出發(fā)，考慮二者的映射關系。

4）時間管理機制的協調。HLA提供了管理時間的服務，可以加速時間推進到超實時或放慢時間推進到實時乃至欠實時。TENA沒有提供時間管理服務，所有靶場事件總是實時運行的。

4 結語

邏輯靶場作為一個新興事物，其思想理念和體系結構對于我國靶場信息化建設而言，具有重大意義。參考邏輯靶場的架構體系，從較高層面上對國家靶場信息化建設進行長遠規(guī)劃，持續(xù)建設、改進，肯定會帶來巨大的功效。

［1］Foundation Initiative 2010Project Office.TENA Architecture Reference Document［M］.United States of America Department of Defense，2002.

［2］曾明亮，劉衍軍，彭小林.邏輯靶場理論與應用研究［J］.飛行器測控學報，2011，30（3）：89－94.

［3］王國玉，馮潤明.邏輯靶場與聯合試驗訓練［J］.現代軍事，2006（9）：55－58.

［4］徐忠富，王國玉，張玉竹，等.TENA的現狀和展望［J］.系統仿真學報，2004，2（3）：6325－6329.

［5］王焱，胡南煒，李肖堅.DVENET中DIS／HLA網關的研究［J］.系統仿真學報，2000，12（4）：371－374.

［6］馬越，劉丹，金一丞.分布航海仿真中HLA網關的設計與實現［J］.哈爾濱工程大學學報.2004，25（3）：283－287.

［7］熊正祥，康鳳舉，孫永侃，等.艦艇作戰(zhàn)系統仿真中信息交互的設計與實現［J］.系統工程與電子技術，2009，31（5）：1142－1146.

［8］林新，宋焱，王行仁.戰(zhàn)斗機飛行仿真系統HLA互聯系統［J］.系統仿真學報，2004，26（12）：2751－2753.

［9］Daniel J.Paterson，et al.Architecture Issues for DIS－TOHLA Conversion［R］.Naval Air Warfare Center Training Systems Division，1997.

［10］United States of America Department of Defense.TENA Architecture Reference Document FI 2010［R］.Foundation Initiative 2010Project Office，2002.