艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成研究進(jìn)展＊

陳 霞 宋 敏 韋正現(xiàn)

（1.北京西三環(huán)中路19號(hào) 北京 100841）（2.北京外國(guó)語(yǔ)大學(xué)信息技術(shù)中心 北京 100089）（3.中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院 北京 100094）

1 引言

在電子信息技術(shù)快速發(fā)展的推動(dòng)下，全綜合一體化的系統(tǒng)集成技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外艦艇電子與信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。目前系統(tǒng)集成的含義在學(xué)術(shù)界還沒(méi)有形成一致的概念，從集成層次上一般認(rèn)為系統(tǒng)集成主要包含硬件（設(shè)備）集成、信息（數(shù)據(jù)）集成、功能集成和過(guò)程（應(yīng)用）集成。并且目前從艦船電子與信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，國(guó)外主要從這幾個(gè)方面開(kāi)展研究。硬件（設(shè)備）集成主要是以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的形式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中硬件設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和可共用。信息集成是將系統(tǒng)獲取的信息進(jìn)行統(tǒng)一處理、有機(jī)綜合，以實(shí)現(xiàn)信息的最大化共享和運(yùn)用；功能集成主要是以統(tǒng)一的軟件功能實(shí)現(xiàn)形式、功能訪問(wèn)方式等實(shí)現(xiàn)功能的即插即用。過(guò)程集成主要是將系統(tǒng)活動(dòng)、流程等采用統(tǒng)一的組織方式、流程模式快速構(gòu)建適用不同需求的系統(tǒng)流程。當(dāng)前國(guó)外艦船電子與信息系統(tǒng)根據(jù)不同的需要，通過(guò)建立開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)從這四個(gè)方面進(jìn)行綜合集成。

本文從艦船電子與信息系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展的角度出發(fā)，詳細(xì)介紹了當(dāng)前適用于艦船電子與信息系統(tǒng)硬件集成、信息集成、功能集成和過(guò)程集成的相關(guān)技術(shù)和國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r，然后根據(jù)艦船電子與信息系統(tǒng)的應(yīng)用特征和使用需求，重點(diǎn)分析國(guó)外艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成技術(shù)的研究進(jìn)展，結(jié)合我國(guó)艦船電子與信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了我國(guó)發(fā)展艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成技術(shù)的一些設(shè)想，為我國(guó)在艦艇電子與信息系統(tǒng)綜合集成技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

2 系統(tǒng)綜合集成的研究進(jìn)展

2.1 硬件集成研究現(xiàn)狀

硬件集成主要是從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算設(shè)備和顯控設(shè)備等方面，通過(guò)制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)這些硬件資源的統(tǒng)一共用。在這方面，德國(guó)STN阿特拉斯公司的ISUS90綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，采用交換式以太網(wǎng)雙總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將聲納、光導(dǎo)、光學(xué)、雷達(dá)、電子支援措施和通信情報(bào)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)與武器系統(tǒng)有效地集成到一起，整個(gè)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)聯(lián)系能力，計(jì)算機(jī)通信由以太網(wǎng)雙總線系統(tǒng)和光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)控制，所有子系統(tǒng)均裝備了先進(jìn)的基于PC的處理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，整個(gè)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)處理，盡可能減少信號(hào)誤差。英國(guó)宇航防御系統(tǒng)有限公司研制的SMCS潛艇指揮系統(tǒng)采用雙冗余光纖局域網(wǎng)與潛艇的聲納、戰(zhàn)術(shù)武器連接，提供對(duì)武器發(fā)射系統(tǒng)的控制，可支持“戰(zhàn)斧”對(duì)地導(dǎo)彈。該系統(tǒng)共使用了200多個(gè)80386／486微處理機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算處理。法國(guó)UDS公司研制SUBTICS戰(zhàn)術(shù)綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理機(jī)、冗余數(shù)據(jù)總線和多功能控制臺(tái)為基礎(chǔ)，采用雙冗余以太網(wǎng)總線，將所有的聲和非聲傳感器的輸入以及武器、導(dǎo)航系統(tǒng)、指揮和武器控制系統(tǒng)的功能綜合到6和雙屏多功能彩色控制臺(tái)上。

2.2 信息集成研究現(xiàn)狀

信息集成主要從信息統(tǒng)一表示和統(tǒng)一管理兩個(gè)方面開(kāi)展研究，信息統(tǒng)一表示主要是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)信息的同構(gòu)化，就是將不同表示形式（異構(gòu)）的信息采用統(tǒng)一的表示框架、標(biāo)準(zhǔn)來(lái)描述。信息統(tǒng)一管理是將系統(tǒng)運(yùn)行中所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理與控制。

在信息表示方面，美國(guó)的“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”是提出需要在信息表示上要求具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。由于傳統(tǒng)的作戰(zhàn)單元中信息具有多樣性、異構(gòu)性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，導(dǎo)致了信息數(shù)據(jù)種類多樣化、格式不統(tǒng)一等特點(diǎn)，需要將異構(gòu)平臺(tái)、不同格式、不同語(yǔ)義的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一表示和規(guī)范操作。解決這個(gè)問(wèn)題最常用的方法是提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型（Integration Data Model，IDM），它具有自描述能力、具有統(tǒng)一表示形式和代數(shù)操作，能夠描述各種異構(gòu)數(shù)據(jù)的抽象結(jié)構(gòu)、具體表示和關(guān)系，提供原子數(shù)據(jù)、組合數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)描述，屏蔽數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)格式、句法上的異構(gòu)性，能夠容納已有的數(shù)據(jù)格式、復(fù)雜數(shù)據(jù)類型，支持各種具有不同語(yǔ)法和格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，使得協(xié)同作戰(zhàn)單元各種信息數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的模型和規(guī)范進(jìn)行分類、處理和表示，形成一個(gè)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)的信息表示標(biāo)準(zhǔn)與操作規(guī)范。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該滿足三方面的要求：能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；能容易為人們所理解，便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)［1］。當(dāng)前數(shù)據(jù)分為結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。在早期提出的信息表示方案中，往往存在一些不足：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和整合規(guī)則都融合在定制代碼中，發(fā)生變化就難以靈活適應(yīng)；各個(gè)設(shè)備只能通過(guò)中間庫(kù)或者集中庫(kù)的方式來(lái)解決數(shù)據(jù)集成，然而這樣又形成了新的數(shù)據(jù)孤島。這種狀況直至XML的出現(xiàn)才有改變。XML作為一種自描述語(yǔ)言，具有適合數(shù)據(jù)交換的特性。現(xiàn)有的基于XML數(shù)據(jù)集成平臺(tái)有如下特點(diǎn)：用XML格式作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)據(jù)訪問(wèn)提供簡(jiǎn)便、統(tǒng)一的模式；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和整合規(guī)則可以靈活定義，獨(dú)立于應(yīng)用集成和業(yè)務(wù)邏輯。如BEA公司的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)BEA Liquid Data就是這樣產(chǎn)品［2］。不幸的是，伴隨著用XML進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的是系統(tǒng)運(yùn)行性能的降低。從XML文檔所形成的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中查找信息、解析、校驗(yàn)、轉(zhuǎn)換等操作，都不能輕易完成，需要耗費(fèi)過(guò)多系統(tǒng)資源。因此，XML還不能徹底解決這類問(wèn)題。為了解決數(shù)據(jù)表示以及XML問(wèn)題，國(guó)際上有一些組織致力于數(shù)據(jù)概念模型的標(biāo)準(zhǔn)化工作，試圖通過(guò)對(duì)各個(gè)信息數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一抽象和概括，為分布式集成提供通用的、統(tǒng)一的概念模型，找到能夠?qū)崿F(xiàn)全社會(huì)數(shù)據(jù)共享的數(shù)據(jù)模型，例如美國(guó)斯坦福大學(xué)與IBM Almaden研究中心提出OEM（Object Exchange Model）［3］以及東南大學(xué)的基于帶根連通有向圖的對(duì)象集成模型（OIM）［4］。OEM是一種自描述數(shù)據(jù)模型，適合表示松散或結(jié)構(gòu)不固定的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，用于異構(gòu)數(shù)據(jù)集成。OIM模型以O(shè)IM對(duì)象代數(shù)作為查詢語(yǔ)言的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，OIM模型對(duì)象操作包括六種對(duì)象操作，分別是對(duì)象并、對(duì)象差、對(duì)象選擇、對(duì)象投影、對(duì)象粘貼和對(duì)象切削，其中對(duì)象差和對(duì)象并不同于關(guān)系代數(shù)的相應(yīng)運(yùn)算，參與運(yùn)算的兩個(gè)OIM可以不相容，即可以具有不同數(shù)目的子對(duì)象以及不同的子對(duì)象取值。

信息統(tǒng)一管理最主要解決各個(gè)作戰(zhàn)單元的信息靈活的“按需獲取”問(wèn)題。最初的解決方案是設(shè)備點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，直到“發(fā)布／訂閱（pub／sub）”機(jī)制的出現(xiàn)使這種需求變成了可能。發(fā)布／訂閱（pub／sub）是一種具有動(dòng)態(tài)性和松散耦合特性的靈活通信范型和交互機(jī)制，與傳統(tǒng)的通信范型（消息傳遞、RPC／RMI和共享空間）相比，具有異步、多點(diǎn)通信特點(diǎn)，使通信的參與者在空間、時(shí)間和控制流上完全解耦，能夠很好地滿足艦船電子與信息系統(tǒng)松散通信需求。pub／sub系統(tǒng)中，生產(chǎn)者將事件發(fā)送給發(fā)布／訂閱中間件；消費(fèi)者則向發(fā)布／訂閱中間件發(fā)出一個(gè)訂閱條件，表示對(duì)系統(tǒng)中的哪些事件感興趣，如果不再感興趣，也可以取消訂閱；而發(fā)布／訂閱中間件則保證將生產(chǎn)者發(fā)布的事件及時(shí)、可靠地傳送給所有對(duì)之感興趣的消費(fèi)者。信息的生產(chǎn)者稱為發(fā)布者（publisher），信息的消費(fèi)者稱為訂閱者（subscriber），發(fā)布者和訂閱者統(tǒng)稱為客戶端。匹配算法（matcher）負(fù)責(zé)高效地找到與給定事件相匹配的所有訂閱條件；而路由算法（router）則負(fù)責(zé)選擇適當(dāng)路徑，將一個(gè)事件從發(fā)布者傳送到訂閱者。目前對(duì)pub／sub系統(tǒng)研究分為基于主題和基于內(nèi)容兩大類。基于主題的系統(tǒng)如IBM MQSeries［5］。基于內(nèi)容的pub／sub系統(tǒng)又可分為兩類，一類是基于Map，另一類是基于XML。在基于 Map的pub／sub系統(tǒng)中，事件內(nèi)容為多個(gè)“屬性＝值”集合，訂閱條件一般是各個(gè)屬性之上簡(jiǎn)單斷言的連接，通常稱為平面模式（flat pattern）。較有影響的原型系統(tǒng)包括 SIENA、Gryphon、JEDI、Keryx、Elvin等。在基于XML的pub／sub系統(tǒng)中，目前已有的原型系統(tǒng)包括XFilter、XTrie、WebFilter等。

發(fā)布／訂閱（pub／sub）機(jī)制使系統(tǒng)信息使用的可伸縮性和靈活性有了很大提高，即要求不用重建整個(gè)系統(tǒng)就可以增加新的節(jié)點(diǎn)。OMG（Object Management Group）意識(shí)到了這種對(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)的需求，并于2004年12月發(fā)布了面向分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)規(guī)范（Data Distribution Service for Real－time Systems，DDS）［6］。DDS 規(guī)范為DDS中間件定義了一系列規(guī)范化的接口和行為，定義了以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布／訂閱（Data－Centric Publish－Subscribe，DCPS）機(jī)制，提供了一個(gè)與平臺(tái)無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)分發(fā)模型。此外，DDS規(guī)范還強(qiáng)力關(guān)注了對(duì) QoS（Quality－of－Service）的支持，它定義了大量的QoS策略，使得DDS可以很好地配置和利用系統(tǒng)資源，協(xié)調(diào)可預(yù)測(cè)性與執(zhí)行效率之間的平衡，以及支持復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)流需求。目前，商用的DDS產(chǎn)品全球范圍內(nèi)已經(jīng)有不少的供應(yīng)商，其中最主要的有美國(guó)RTI公司、PrismTech公司以及Twin Oaks公司，它們之間的比較如表1所示。

表1 不同DDS產(chǎn)品之間比較

2.3 功能集成研究現(xiàn)狀

功能集成的主要目的是實(shí)現(xiàn)功能“即插即用”，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，在商用行業(yè)提出了一系列組合的解決方案，其中最具有代表性的是組件技術(shù)、中間件技術(shù)。目前，有多個(gè)組織和公司為組件、組件框架和接口建立了模型和技術(shù)規(guī)范，其中OMG CORBA、Microsoft COM／DCOM（或.NET）以及Sun JavaBean／EJB占主導(dǎo)地位。目前組件和中間件技術(shù)在艦船電子與信息系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用最多的是OMG CORBA。CORBA（Common Object Request Broker Architecture）是對(duì)象管理組織OMG在1992年發(fā)布的分布式對(duì)象計(jì)算的一種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。它定義了接口定義語(yǔ)言（IDL）和應(yīng)用編程接口（API），從而通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)象請(qǐng)求代理（ORB）來(lái)激活客戶／服務(wù)器的交互。1996年12月發(fā)布了CORBA2.0版本，定義了如何跨越不同的ORB提供者而進(jìn)行通訊，以解決不同的ORB之間的協(xié)同工作。隨著在實(shí)踐中的不斷完善，1999年又推出了CORBA3.0版本，融合了一些新興的技術(shù)Java、MOM 等，推出了組件模型CCM結(jié)構(gòu)，規(guī)范了一個(gè)創(chuàng)建即插即用對(duì)象框架，為CORBA的具體實(shí)現(xiàn)提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的方法。

CORBA規(guī)范定義了ORB的體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)內(nèi)容，定義了IDL語(yǔ)言及其映射，定義了對(duì)象間如何通過(guò)ORB互操作以及ORB間如何互操作。在CORBA中，對(duì)象請(qǐng)求代理（ORB）、接口定義語(yǔ)言（IDL）和因特網(wǎng)上對(duì)象請(qǐng)求代理之間的協(xié)議（IIOP）是三個(gè)核心組成部分，可使系統(tǒng)具有分布式、可移植、可裁剪和異構(gòu)能力。此外，事件和命名服務(wù)（它們是使用最廣泛的服務(wù)程序）在實(shí)現(xiàn)分布式、可移植、可裁剪和異構(gòu)型的目標(biāo)當(dāng)中也起到了很大的作用。CORBA命名服務(wù)程序與CORBA典型事件服務(wù)程序?qū)Υ罅孔酉到y(tǒng)與接口的成功集成起著關(guān)鍵的作用。圖1是CORBA的體系結(jié)構(gòu)，表示了客戶、服務(wù)的執(zhí)行對(duì)象與ORB接口間的關(guān)系。

圖1 CORBA體系結(jié)構(gòu)

2.4 過(guò)程集成研究現(xiàn)狀

過(guò)程集成主要是將系統(tǒng)活動(dòng)、流程等采用統(tǒng)一的組織方式、流程模式快速構(gòu)建適用不同需求的系統(tǒng)流程，它的最主要的目的是為用戶提供一個(gè)可以靈活定制的工作流程。目前在工業(yè)界最能夠體現(xiàn)過(guò)程集成特點(diǎn)的是Web服務(wù)。Web服務(wù)是SOC與SOA中所強(qiáng)調(diào)的服務(wù)概念的一種具體表現(xiàn)形式和功能載體，它提供了面向Internet應(yīng)用的統(tǒng)一服務(wù)注冊(cè)、發(fā)現(xiàn)、綁定和集成機(jī)制，它是一種基于Web環(huán)境的具有自適應(yīng)、自描述、模塊化并且良好互操作能力的應(yīng)用程序。Web服務(wù)模型包括三個(gè)實(shí)體（如圖2）：提供商、客戶和注冊(cè)庫(kù)。服務(wù)提供商負(fù)責(zé)Web服務(wù)的實(shí)現(xiàn)、發(fā)布和維護(hù)，注冊(cè)庫(kù)用于存儲(chǔ)服務(wù)的描述信息并實(shí)現(xiàn)基于關(guān)鍵字的服務(wù)發(fā)現(xiàn)，客戶通過(guò)查詢注冊(cè)庫(kù)來(lái)發(fā)現(xiàn)可用的Web服務(wù)［7］。

圖2 Web服務(wù)體系結(jié)構(gòu)

Web服務(wù)的接口和綁定可以通過(guò)XML進(jìn)行定義、描述和發(fā)現(xiàn)［8］，涉及的三項(xiàng)基本技術(shù)是：Web服務(wù)描述語(yǔ)言 WSDL（Web Service Description Language）［9］、Web服務(wù)與外界交互的SOAP協(xié)議（Simple Object Access Protocol）［10］、Web服務(wù)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)的UDDI規(guī)范（Universal Description Discovery）［11］其中 WSDL是基于XML的 Web服務(wù)接口描述語(yǔ)言，用于描述服務(wù)的操作、參數(shù)類型以及服務(wù)的SOAP接入點(diǎn)；SOAP是分布式或集中式環(huán)境下基于XML的消息交換協(xié)議、UDDI則用來(lái)發(fā)布和發(fā)現(xiàn)服務(wù)。

由于艦船電子與信息系統(tǒng)在使用的過(guò)程中，一般需要遵循比較嚴(yán)格的程序和規(guī)范，因此在這方面主要是從人機(jī)交互界面的方便性、靈活性上進(jìn)行一些工作。如在弗吉尼亞上通過(guò)開(kāi)放式艙室，可以靈活的定義多功能顯控臺(tái)的功能，從而實(shí)現(xiàn)靈活的操作控制。荷蘭艦船、德國(guó)的最新的艦船電子信息系統(tǒng)（作戰(zhàn)系統(tǒng)）也采用同樣技術(shù)。

2.5 綜合集成研究現(xiàn)狀

由于艦船電子與信息系統(tǒng)需要安裝在艦船有限的空間上，并具有信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的特征，因此，世界各國(guó)主要從硬件集成、信息集成、功能集成和過(guò)程集成等多個(gè)方面綜合解決系統(tǒng)集成的問(wèn)題，這種集成方式成為綜合集成或一體化集成。艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成（一體化集成）主要是基于開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和COTS技術(shù)，從而形成一套完整的集成解決方案。比較有代表性的有英國(guó)的SMCS系統(tǒng)、瑞典的9SCS MK3系統(tǒng)、挪威的MSI－90UMK2系統(tǒng)、法國(guó)的SUBICS系統(tǒng)、德國(guó)的ISUS90系統(tǒng)、美國(guó)的 AN／BSY－1、AN／BSY－2系統(tǒng)以及即將安裝在最新型核動(dòng)力潛艇NSSN上的C3I系統(tǒng)等。目前集成度最高、集成范圍最廣的是美國(guó)DDG1000的全艦計(jì)算環(huán)境。

ISUS90綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)（參見(jiàn)圖2）是德國(guó)STN阿特拉斯公司上世紀(jì)80年代研制的ISUS83系統(tǒng)的改進(jìn)型。ISUS90采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，采用交換式以太網(wǎng)雙總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將聲納、光導(dǎo)、光學(xué)、雷達(dá)、電子支援措施和通信情報(bào)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)與武器系統(tǒng)有效地集成到一起。整個(gè)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)聯(lián)系能力，計(jì)算機(jī)通信由以太網(wǎng)雙總線系統(tǒng)和光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)控制。所有子系統(tǒng)均裝備了先進(jìn)的基于PC的處理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。整個(gè)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)處理，盡可能減少信號(hào)誤差。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制采用PC處理機(jī)，聲納信號(hào)處理采用高速RISC處理機(jī)。系統(tǒng)采用通用多功能控制臺(tái)，功能可以互換，所有顯示器上的術(shù)語(yǔ)通用，信息顯示共同處理。系統(tǒng)減少使用專用硬件，將重點(diǎn)放在采用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)的功能化軟件上，整個(gè)系統(tǒng)提供了大量的備用替換能力。

圖3 ISUS90的典型配置

SMCS指揮系統(tǒng)是作戰(zhàn)系統(tǒng)中最具有代表性和特點(diǎn)的系統(tǒng)，由英國(guó)宇航防御系統(tǒng)有限公司研制，是一個(gè)以SUCCESSOR結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的模塊化全分布式系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先裝備于英國(guó)“前衛(wèi)”、“特拉法爾加”、“快速”級(jí)潛艇。

SMCS采用雙冗余光纖局域網(wǎng)與潛艇的聲納、戰(zhàn)術(shù)武器連接，提供對(duì)武器發(fā)射系統(tǒng)的控制，可支持“戰(zhàn)斧”對(duì)地導(dǎo)彈。該系統(tǒng)共使用了200多個(gè)80386／486微處理機(jī)，使用 Ada程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。BAeSEMA公司的SUCCESSOR產(chǎn)品可支持靈活的用戶－服務(wù)器結(jié)構(gòu)，而且能夠把應(yīng)用軟件從操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件中隔離出來(lái)。在應(yīng)用軟件中還可以進(jìn)一步分層，把每一個(gè)應(yīng)用程序分成若干子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都具有明確的任務(wù)和接口。該系統(tǒng)根據(jù)潛艇／水面艦艇指揮與控制系統(tǒng)后續(xù)發(fā)展的作戰(zhàn)要求，采用了系列化的硬件／軟件模塊。在改進(jìn)中，該系統(tǒng)引用了大量的COTS軟件和硬件。

SUBTICS戰(zhàn)術(shù)綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)（參見(jiàn)圖3）是法國(guó)UDS公司研制的第一個(gè)開(kāi)放式、模塊化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，適合裝備各類潛艇，包括新建和改裝艇。SUBTICS的核心是一個(gè)開(kāi)放式模塊化結(jié)構(gòu)，以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理機(jī)、冗余數(shù)據(jù)總線和多功能控制臺(tái)為基礎(chǔ)，采用雙冗余以太網(wǎng)總線，將所有的聲和非聲傳感器的輸入以及武器、導(dǎo)航系統(tǒng)、指揮和武器控制系統(tǒng)的功能綜合到6和雙屏多功能彩色控制臺(tái)上。該系統(tǒng)提高了總的作戰(zhàn)性能；廣泛采用COTS技術(shù)和開(kāi)放式模塊化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)兼容性好，升級(jí)容易，配置靈活；適裝性好。

圖4 法國(guó)的SUBTICS系統(tǒng)

圖5 美國(guó)艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)集成環(huán)境Hiper－D

NSSN C3I系統(tǒng)先進(jìn)的作戰(zhàn)系統(tǒng)，也是美國(guó)海軍第一個(gè)全綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)——Hiper－D（如圖5），它裝備在潛艇上，幾乎綜合了潛艇上的所有電子設(shè)備，形成了一個(gè)以光纖局域網(wǎng)連接的全分布式處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用頂層系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，突出淺海作戰(zhàn)和聯(lián)合作戰(zhàn)；采用實(shí)時(shí)Unix操作系統(tǒng)和全開(kāi)放式模塊化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)升級(jí)，技術(shù)轉(zhuǎn)移、改進(jìn)和擴(kuò)充更方便；最大限度地利用了商用流行技術(shù)，極大地減少了研制費(fèi)用，縮短了研制周期。C3I系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)連接在一種松耦合聯(lián)合體系結(jié)構(gòu)中，它們通過(guò)ATM光纖網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)共享處理過(guò)的數(shù)據(jù)和信息。該艇95%是模塊化的結(jié)構(gòu)。由于在NSSN試驗(yàn)期間不斷用最新技術(shù)對(duì)C3I系統(tǒng)進(jìn)行更新，以最新產(chǎn)品取代那些過(guò)時(shí)的硬件和軟件，因此當(dāng)NSSN交付使用時(shí)，NSSN C3I系統(tǒng)仍然是代表當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的先進(jìn)系統(tǒng)。

目前裝備在美國(guó)海軍新型驅(qū)逐艦DDG1000（也稱朱姆沃爾特）上的全艦計(jì)算環(huán)境TSCE（Total Ship Computing Environment）（如圖6）是美國(guó)乃至全世界范圍內(nèi)艦艇電子與信息系統(tǒng)綜合集成的典型代表，也是最高水平，將艦艇平臺(tái)上的電子與信息系統(tǒng)的綜合集成推向了極致，全艦計(jì)算環(huán)境是DDG1000十大關(guān)鍵技術(shù)之一。在DDG1000艦上，通過(guò)TSCE對(duì)處理機(jī)柜和顯控臺(tái)等設(shè)施根據(jù)作戰(zhàn)系統(tǒng)、機(jī)械、電氣、通信等專業(yè)的不同進(jìn)行了分類標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，硬件主要選用商用現(xiàn)貨產(chǎn)品。全艦計(jì)算環(huán)境的基礎(chǔ)設(shè)施（TSCE－I）形成一個(gè)開(kāi)放的、虛擬的計(jì)算環(huán)境，所有計(jì)算資源統(tǒng)一調(diào)度管理，可為其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供服務(wù)，所有應(yīng)用軟件均分布在這個(gè)計(jì)算環(huán)境中。所有傳感器、受動(dòng)器、激勵(lì)器和武器通過(guò)適配器與全艦計(jì)算環(huán)境連接。DDG1000全艦計(jì)算環(huán)境從集成范圍上包含了艦船導(dǎo)航、外部通信、傳感器、指揮控制情報(bào)、飛機(jī)、交戰(zhàn)、支持等全體船上系統(tǒng)，TSCE可以使得海軍通過(guò)在艦隊(duì)范圍內(nèi)使用標(biāo)準(zhǔn)軟件和COTS硬件獲得持續(xù)增強(qiáng)的能力。

圖6 DDG1000全艦計(jì)算環(huán)境示意圖

全艦計(jì)算環(huán)境通過(guò)開(kāi)放式技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)框架，該框架利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、處理器、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、CORBA中間件、DDS中間件等技術(shù)，為艦上電子與信息系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái)。幾乎所有的基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái)都是依賴商用計(jì)算技術(shù)。DDG1000能夠?qū)⑷绱舜笠?guī)模應(yīng)用軟件無(wú)縫地集成到一起，并且提供軟件和硬件的持續(xù)增強(qiáng)能力，TSCE是關(guān)鍵因素。這種級(jí)別的集成和自動(dòng)化是史無(wú)前例的，也是DDG1000驅(qū)逐艦人員減少60%的主要原因。

3 系統(tǒng)集成發(fā)展的啟示

當(dāng)前艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成是將硬件集成、信息集成、功能集成和過(guò)程集成等融為一體的全方位集成，基于開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)造出能夠?yàn)榕炌暋㈦姶拧?dǎo)航、外部通信、指揮控制情報(bào)、仿真推演等提供高性能計(jì)算環(huán)境，為指控、通信、交戰(zhàn)等應(yīng)用提供高可靠的服務(wù)平臺(tái)，在國(guó)內(nèi)也已經(jīng)形成了基本共識(shí)，并且國(guó)內(nèi)多家企業(yè)也開(kāi)展了基礎(chǔ)研究。根據(jù)技術(shù)發(fā)展和艦船應(yīng)用需求，我國(guó)應(yīng)該制定相應(yīng)的對(duì)策，可以從以下幾方面考慮：

1）全局規(guī)劃逐步開(kāi)展

艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成涉及到多任務(wù)并行計(jì)算、信息協(xié)同處理和在線仿真推演等不同特征大容量計(jì)算，同時(shí)也涉及到硬件集成、信息綜合、應(yīng)用集成等公共服務(wù)，我國(guó)在這方面的研究應(yīng)該采取全局規(guī)劃、逐步開(kāi)展的策略，應(yīng)該由具有集成能力強(qiáng)的單位牽頭，聯(lián)合具有不同專業(yè)優(yōu)勢(shì)單位共同對(duì)艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成的整體架構(gòu)、容錯(cuò)技術(shù)、虛擬技術(shù)、協(xié)同計(jì)算環(huán)境、信息集成技術(shù)等開(kāi)展專項(xiàng)研究，并且首先在集成度要求高、集成范圍較小的中型艦船上分步實(shí)施應(yīng)用，然后將成熟的技術(shù)逐步應(yīng)用到大型艦船上中。

2）加快推進(jìn)軟件計(jì)價(jià)

實(shí)現(xiàn)艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成的一個(gè)核心是軟件，綜合集成是通過(guò)其基礎(chǔ)軟件集成艦艇上所有的軟硬件資源為各個(gè)應(yīng)用提供計(jì)算、存儲(chǔ)、控制等的服務(wù)。因此要推動(dòng)艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成技術(shù)在艦船上的應(yīng)用，必須首先將硬件和軟件分離，實(shí)現(xiàn)硬件與其上層軟件單獨(dú)計(jì)價(jià)、獨(dú)立交付，這樣不僅能夠使艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成基礎(chǔ)軟件這種不依附任何特定硬件又必須部署于相關(guān)硬件的軟件實(shí)體，具有研制、裝備的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)也為艦船電子與信息系統(tǒng)各種應(yīng)用軟件的構(gòu)件化以及獨(dú)立于硬件開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)條件。

3）加快推進(jìn)硬件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化與系列化

艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成技術(shù)要求其硬件盡可能標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，這樣基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用軟件構(gòu)件在進(jìn)行部署、運(yùn)行時(shí)采用相對(duì)統(tǒng)一的技術(shù)方案，從而減少由于不同硬件之間轉(zhuǎn)換與匹配的開(kāi)銷。當(dāng)前海軍在多功能顯控臺(tái)方面已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)化，為了適應(yīng)艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成技術(shù)在艦艇上的應(yīng)用，還需要推動(dòng)水聲信號(hào)處理、電磁計(jì)算等硬件標(biāo)準(zhǔn)化和通用化工作。同時(shí)在硬件型號(hào)的鑒定與管理上，如何根據(jù)摩爾定律，保持硬件型號(hào)計(jì)算能力與技術(shù)發(fā)展相匹配，形成同一型號(hào)種多種性能產(chǎn)品系列，也是需要統(tǒng)稱考慮。

4 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)綜合集成是艦船電子與信息系統(tǒng)發(fā)展的一次重要革新，它是硬件集成、信息集成和功能集成和過(guò)程集成等的綜合實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也是基于開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)將中間件、網(wǎng)格計(jì)算、云計(jì)算等新理念、思想、技術(shù)和方法應(yīng)用于艦船電子與信息系統(tǒng)，是大幅度提升艦船電子與信息系統(tǒng)集成優(yōu)化水平的必然途徑，能夠提升艦船執(zhí)行任務(wù)的能力，這些在國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成共識(shí)。對(duì)此本文首先對(duì)集成技術(shù)進(jìn)行介紹，分析了硬件集成、信息集成、功能集成和過(guò)程集成的不同側(cè)重點(diǎn)和相關(guān)集成內(nèi)涵；然后根據(jù)艦船電子與信息系統(tǒng)的使用特點(diǎn)以及所涉及領(lǐng)域特征，詳細(xì)闡述了艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成在國(guó)外研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)情況，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)我國(guó)艦船電子與信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了我國(guó)發(fā)展艦船電子與信息系統(tǒng)綜合集成應(yīng)該采取的策略，目的是為我艦船電子與信息系統(tǒng)實(shí)施綜合集成提供參考。

［1］李冠宇，劉軍，張俊.分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2004，21（3）：96－98.

［2］The BEA Liquid Data Team.BEA Liquid Data for WebLogic：XML－based Enterprise Information Integration［C］／／Proceedings of the 20th International Conference on Data Engineering，2004：68－73.

［3］McHugh J，Abiteboul S，Coldman R，et al.Lore：A Database Management System for Semistructured Data［J］.ACM SIGMOD，1997，26（3）：54－66.

［4］韓江洪，鄭淑麗，魏振春，等.面向XML的 Web數(shù)據(jù)模型研究［J］.小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2005，26（4）：609－613.

［5］IBM.Internet Application Development with MQSeries and Java［M］.Palos Verdes：Vervante Corporate Publishing，1997：123－127.

［6］Object Management Group.Data Distribution Service for Real－time Systems［M］.Version1.2，Jan.2007.

［7］柴曉路.Web服務(wù)架構(gòu)與開(kāi)放互操作技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002：5－270.

［8］姚世軍.基于Agent的面向服務(wù)選擇的 Web Service架構(gòu)研究［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2006，16（9）：59－61.

［9］WSDL 規(guī)范［EB／OL］.http：／／www.w3.org／TR／wsdl／.

［10］SOAP 規(guī) 范 ［EB／OL］.http：／／www.w3.org／TR／soap／.

［11］UDDI規(guī)范［EB／OL］.http：／／www.uddl.org／.