天基信息服務模式研究

管清波， 馮書興， 馬彥華

（1.裝備學院 航天指揮系，北京101416； 2.裝備學院 訓練部，北京101416； 3.裝備學院 研究生院，北京101416）

信息時代的作戰，尤其是網絡中心概念下的作戰，要求通過信息的共享與同步，以促進指揮控制和作戰行動的自主協同和同步。面向服務架構因其具有松耦合、以網絡為中心、靈活適應變化、資源可重用等優點，已被認為是解決信息共享與同步問題的有效手段，并廣泛地用于解決軍事領域的相關問題［1－2］。天基信息系統中的各類衛星因不受國界和地理條件限制、覆蓋范圍廣，在情報獲取和信息傳輸、提供時空基準等方面都發揮了極佳的作戰效能。目前大多數天基信息的應用服務都是一種典型的自上而下的、以情報產品為中心的服務模式，多種類型的衛星系統相互獨立、自成體系。隨著衛星功能的日臻強大和用戶需求的不斷增加，迫切需要基于面向服務的體系結構，探索滿足不同層次、不同應用對象作戰需求的天基服務模式，解決目前天基信息應用模式單一、缺少靈活性、效率低等問題。通過服務模式組合和協同各類服務資源，可滿足多樣化作戰任務下對天基信息的需求，解決天基信息的共享、同步與協同問題。

美軍提出了天基對地觀測情報信息的“信息推送”（information push）和“靈活索取”（smart pull）2種模式，并強調“靈活索取”模式要求以Web服務和面向服務的體系結構為基礎，建立完善的情報服務體系結構和強大的通信網絡［3］。國內研究多集中在信息的分發模式上：文獻［4］將遙感信息服務模式分為直接模式、組合模式和協同模式。這些研究從不同角度對信息的分發服務模式進行了探索，但面向服務思想中的服務是一個廣義的概念，認為一切資源都是服務，信息分發服務只是信息服務的重要組成部分。本文首先研究天基信息服務的基本概念，在此基礎上，提出3類9種天基信息服務模式，最后通過對各種模式的對比分析，說明其應用特點和范圍。

1 天基信息服務與天基服務模式

面向服務的基本思想可總結為一切都是服務，在此體系結構下的一切資源都可以采用服務的方式來表達。把這個思想應用于天基信息服務中就可理解為與天基信息相關的一切數據資源、處理軟件和成果都可封裝為服務的形式，在統一的體系結構下進行組合和再生產，滿足不同用戶的需求。《中國人民解放軍軍語》中將信息服務定義為“為用戶提供信息接收、處理、查詢、傳遞、存儲、檢索、分發等活動的統稱”，而將情報分發定義為“將情報送達情報使用對象的過程”，可見，信息服務的含義要比情報分發服務寬泛得多——不僅僅提供信息分發服務，而是將信息處理、存儲等都包含其中，這正好吻合了面向服務的理念，將用戶需求牽引下的一切活動都視為服務。

定義1 天基信息服務是天基信息系統為用戶提供信息獲取、接收、處理、查詢、傳遞、存儲、檢索、分發等活動的統稱。

所謂模式，簡單來講，就是針對工程實踐中反復出現的特定領域中的特定問題得出的最佳解決方案的總結和提煉，并對以后實踐中出現的相同問題提供解決方案和指導方法。一個模式是針對在某個特定場景下出現的特定問題的最可行的解決方案的范例的抽象［5］。信息服務模式是對信息服務活動的組成要素及這些要素之間相互關系的描述［6］，本質就是信息服務在其活動過程中為滿足用戶需求，調整各構成要素之間相互關系組合而形成的一種信息服務工作模式［7］。信息服務模式中包括服務使用者、服務提供者、服務內容和服務策略與 約 束 等4個 要 素［8－10］，并 需 要 研 究 這些要素在信息服務過程中的作用及其相互關系。

定義2 天基信息服務模式就是基于面向服務的思想，針對不同的作戰需求，對天基信息資源、天基信息用戶和天基信息內容等要素在支持作戰應用過程中的作用和相互關系進行歸納總結，抽象和描述天基信息的作戰服務規律。

2 天基信息服務模式種類及描述

通過對用戶的作戰需求和天基信息支持作戰過程的分析，可以將天基信息服務模式分為3類9種服務模式。

2.1 推送服務模式

推送服務模式是系統主動獲取、處理天基信息，并把形成的天基信息產品傳遞給合適的用戶，目的是減少需求傳遞環節，縮短信息流程，提高天基信息的時效性。推送服務模式可分為以下3種服務模式。

1）主動推送服務模式。就是對用戶的作戰任務、作戰行動和行為習慣進行研究、分析，提取和預測用戶對天基信息需求的興趣點，向用戶主動推送其可能需要的、有針對性的天基信息。此模式的關鍵在于建立用戶信息庫，跟蹤和記錄用戶的行為信息；建立信息需求案例庫，構建用戶需求管理和預測模型對用戶需求進行預測；根據需求預測結果，對信息資源進行篩選和綜合集成，進而向用戶推送信息服務，使主動推送服務具有針對性和精確性。

主動推送服務模式如圖1所示。

圖1 主動推送服務模式

2）定制推送服務模式。用戶根據自己的需要和天基信息系統的能力，選擇自己所需要信息和功能進行訂閱，系統按照用戶訂閱的主題進行信息的選取、組織和綜合集成，生成情報信息產品，推送給用戶。用戶在進行信息訂閱時可自主選擇。定制推送服務模式是由用戶指定的信息服務需求驅動的，關鍵是要求用戶對天基信息系統的能力和狀態比較了解，可制訂出合理的需求。定制推送服務模式分為2種：①定期推送方式，其主要是針對用戶相對穩定的服務需求，如環境、氣象、衛星過頂等公共信息服務；②及時推送方式，它主要是針對突發事件的預警信息服務。

定制推送服務模式如圖2所示。

圖2 定制推送服務模式

3）應急推送服務模式。主要是對所獲取的突發事件的信息進行快速處理和分發，將信息主動推送給相關用戶的過程。它彌補了主動推送服務模式因戰爭偶然性和不確定性而難以對未來需求進行準確預測，定制服務模式沒有考慮因戰場態勢變化而產生的用戶需求的動態性問題。此模式的關鍵在于對突發事件信息的判斷和選擇最短路徑將突發事件信息推送給合適的用戶。

應急推送服務模式如圖3所示。

圖3 應急推送服務模式

2.2 在線共享服務模式

在線共享服務模式是用戶主動通過門戶節點，瀏覽、查詢和下載權限內的天基信息，調用天基信息處理等功能服務。目的是通過分級開放數據／信息服務和功能服務，使用戶可以根據需要和權限與系統交互，獲得所需服務，提高信息服務的針對性。在線共享服務模式可分為以下2種服務模式。

1）在線數據共享服務模式。用戶通過登錄門戶網站，獲得相應的天基信息訪問權限，進行天基信息的查詢和下載。這種模式是用戶參與的一種被動服務模式，由于天基信息的海量和復雜性，信息的查找可能難以一次達到目的，需要不斷地逼近目標。

在線數據共享服務模式如圖4所示。

圖4 在線數據共享服務模式

2）在線功能共享服務模式。這是比較簡單的直接服務模式，用戶通過門戶節點的軟件服務接口，直接調用權限內的功能軟件，軟件功能的更新和升級由系統自動在后臺進行，用戶只需按規定的接口調用即可，這種模式也稱為軟件即服務（software as a service，SaaS）模式，是目前最為常見且使用最多的一種云計算服務模式。其本質就是云計算服務提供商根據用戶某種特定需求提供其消費的計算能力，針對的是最終用戶，使用戶可方便地共享軟件服務功能，而不必在負擔基礎結構、應用程序管理、監控、維護和災難恢復等成本。

2.3 協同服務模式

協同服務模式是根據作戰需求，統一調配天基信息資源，使它們相互配合，共同完成信息的獲取、處理和傳輸等任務。目的是打破服務資源（或系統）之間的各種壁壘和邊界，使它們為共同的目標進行協調和協同運作，通過對各種天基信息服務資源最大的開發利用和增值以充分達成一致的作戰目的。 協同服務模式如圖5所示。

圖5 實時目標指示任務的服務協同模式

根據不同作戰任務對天基信息服務需求，天基信息協同服務模式可分為4種服務模式。

1）時域協同服務模式。調度天基信息資源，使其能在給定的時間范圍對地面目標或區域進行不間斷的觀測，并按時間順序進行航跡融合等，獲得一定時間范圍內目標的變化（如運動軌跡）。除同步衛星外，對于低、中軌道衛星的軌道特性，衛星對地面目標的重訪周期一般較長，要獲得對目標的不間斷偵察，就需要多顆衛星按一定的時間順序對給定目標進行觀測，每一顆衛星都要在前一個衛星偵察的基礎上，接收目標指示信息，進行目標接替。此模式的關鍵在于衛星的動態任務規劃和調度，常用于對運動目標的偵察監視。由于目標的動態性，其地理位置和環境隨時間而變，因此必須及時處理和傳輸衛星所獲信息，并利用獲得目標信息指引下一衛星協同偵察。不同階段所獲取的信息在進行下一步處理或傳遞給用戶的同時，進行編目并寫入相應的衛星信息數據庫，以便共享。

2）頻域協同服務模式。調度天基信息資源，對給定的目標或區域進行頻譜覆蓋，獲得目標或區域的全頻／譜域信息。由于衛星的載荷特性的不同，衛星的信息獲取能力有所區別。以成像偵察衛星為例，按獲取圖像信息的傳感器不同，可分為光學型和雷達型，光學成像偵察衛星又根據載荷的不同分為可見光、紅外、多光譜和超光譜成像偵察衛星等。不同類型成像偵察衛星在頻域的協同，可以有效識別偽裝，克服天候限制，有利于目標的發現與識別；電子偵察和成像偵察的配合，可獲得目標的光學和電子特征信息，有利于對目標的精準識別。此模式的關鍵在于根據戰場環境、衛星軌道和載荷特性，對衛星系統的任務規劃和調度，通過統一的指揮控制完成協同偵察任務。

3）空域協同服務模式。調度天基信息資源，使其能在一定時間期限內對戰區／熱點地區進行區域覆蓋，獲得該戰區／熱點地區的目標觀測信息、戰場環境信息、預警信息等。由于衛星對地觀測區一般為帶狀區域，單顆衛星難以形成對戰區的全面覆蓋，因此需要多顆衛星協同完成對戰區的偵察監視任務。此模式的關鍵在于根據戰場環境、衛星軌道和載荷特性，對衛星系統的任務規劃和調度，通過統一的指揮控制完成協同偵察任務。

4）混合協同服務模式?？紤]用戶對天基信息的時頻空綜合需求，統一調度天基信息資源，使其能獲得完整、精確的戰場信息，并及時傳遞給用戶。這種協同模式需要綜合考慮信息獲取、處理、傳輸等多種服務，復雜度較高，而且在不同的協同服務需求下，參與協同的資源、協同時間和協同方式有較大區別，需要在一定的協同規則支持下統一進行任務規劃和分配?？傊?，混合協同服務模式是以上時域協同、空域協同和頻域協同模式的綜合，服務資源之間的關系既有并聯關系，各服務之間按規劃結果各自執行自己的任務，最后結果進行統一的集成；也有串聯關系，各服務之間需要通過標準的服務接口進行數據傳遞，或作為后一服務的驅動。

3 天基信息服務模式的比較分析

天基信息的9種服務模式并不是完全割裂的，可根據需求單獨使用，或結合使用。如美軍的“信息推送”和“靈活索取”就各有所長，過多的“信息推送”往往會造成下級信息鏈路過載的情況，但如果安排合理則可以避免；“靈活索取”方式可避免接收部門的通信鏈路飽和，可以實現按需索取，不但提高了對用戶個性化情報需求的響應能力，也節省了通信帶寬。

表1對以上各類進行比較分析，為合理地應用這些模式提供參考。

表1 天基信息服務模式的比較

4 結 束 語

合理、高效、靈活的信息服務是信息化戰爭奪取信息優勢的關鍵。通過建立具有共性并兼顧個性化需求的天基信息服務模式，理順天基信息服務過程中所涉及的多種資源、多種角色的關系，使它們彼此相互作用、相互協調，從而實現天基信息的共享、同步與協同。

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