面向服務的艦載作戰指揮控制系統集成研究

韓 超

(海軍駐大連426廠軍事代表室，遼寧 大連 116005)

面向服務的艦載作戰指揮控制系統集成研究

韓 超

(海軍駐大連426廠軍事代表室，遼寧 大連 116005)

提出一種以業務為核心面向服務的艦載作戰指揮控制系統軟件集成架構方法。該軟件架構采用SOA思想，利用業務流程來組織系統應用，實現以數據為中心向、以業務流程為中心的轉向，使系統能夠快速響應不斷變化的應用需求；系統功能和數據作為可被發現和重用的資源均可在網絡上發布，實現以平臺為中心向以網絡為中心的轉向，從而提升艦載作戰指揮控制系統在網絡化、信息化條件下的互操作和信息共享能力。

艦載作戰指揮控制系統；集成；SOA；業務流程，服務組件架構

0 引 言

“網絡中心化”是20世紀90年代末美軍提出的概念。隨著認識的不斷深入，“網絡中心化”已經成為全球軍事電子信息系統的演進方向。海軍綜合電子信息系統是海軍信息化建設的重要組成部分。在當前新軍事變革中，海軍綜合電子信息系統的形態也正由以平臺為中心向以網絡為中心演進。

艦載作戰指揮控制系統是海軍信息化建設中一個重要的環節。研究如何搭建靈活的服務化艦載作戰指揮控制系統，如何使該系統向信息化、網絡化演進是非常有現實意義的。本文利用當前服務化技術，對適合艦載作戰指揮控制系統特點的服務化構建方法和業務驅動技術進行了深入的研究工作。

1 面向服務集成架構關鍵技術

1.1 面向服務架構(SOA)

面向服務架構(Service Oriented Architecture， SOA)是一種追求敏捷性的企業級IT系統架構新概念，能使企業業務以一種相對簡單的方式映射到IT資源上。SOA的目標是要讓IT與業務對齊，支持業務的快速變化以及IT架構的靈活性和IT資產的重用[1]。

SOA的核心將是一個服務平臺，其作用是提供一個基礎設施，從而可以更靈活、更易組成、更可復用地提供核心業務服務。SOA將服務平臺構想成由多個服務所構成。這些服務用來表示在業務流程中可以被組合以及再組合成多個不同的解決方案和場景的元素，并且由業務需求所決定。這種對服務進行整合和再組合的能力為業務和IT提供了更緊密的聯系，同時也為處理新問題提供了靈活性。這樣，首先使得業務變化可以在業務元素層面上溝通，更容易、更準確地從業務傳遞到IT系統；其次，這種變化被隔離在需要變化的局部，不會擴散到系統的其他部分。可以看出，SOA的設計理念是將企業的IT架構建立在一系列執行業務功能的服務基礎上，IT資產通過服務的形式得到重用。業務模式和流程也可以通過服務的重新組合變得更加靈活。

1.2 Web服務體系結構

作為一種新的技術，Web服務提出了面向服務的分布式計算模式，能夠方便地實現網絡上跨平臺、語言獨立、松散耦合的異構應用的交互和集成。

Web服務應用的領域是基于網絡的分布式計算，可以面向私有網絡或者因特網這樣的公共網絡。基于網絡的分布式計算環境是一個異構環境，從硬件到軟件，從操作系統到實現語言都有可能不同。2000年，簡單對象訪問協議(Simple Object Access Protocol ,SOAP)被提出，用來實現分布式計算中數據的統一。基本設想是將輸入輸出參數序列化為XML進行傳輸，再反序列化成本地數據類型進行操作。SOAP基于XML，而XML卻是與語言無關的，這就為屏蔽異構環境打下了基礎[2]。

Web服務接口描述語言(Web Service Definition Language，WSDL)同樣是基于XML的。WSDL描述服務需要的全部信息包括消息描述、服務操作、輸入輸出參數、異常、位置、傳輸協議等，同時隱藏服務實現代的細節[3]。

Web服務提供者采用服務描述語言對所發布的服務進行描述，而服務使用者則根據服務描述對服務進行引用，但如何得到服務描述就成為一個問題。Web服務采用服務注冊代理機制。服務注冊代理是服務信息集中的地方。一般服務注冊代理使用通用描述和接口(Universal Description and Discovery Interface，UDDI)規范。UDDI是一個跨平臺的開放性架構，幫助Web服務提供者發布服務信息，同時也供Web服務使用者發現服務，通過服務提供者、服務請求者和注冊中心等實體之間的交互實現服務調用，如圖1所示。

圖1 Web服務體系架構模型

2 艦載作戰指揮控制系統集成分析與架構

2.1 傳統應用集成的定義與方式

傳統的組織應用集成實現方式包括CORBA、COM/DCOM和J2EE等。

(1) 基于CORBA的應用集成

公共對象請求代理結構(CORBA)是一種分布式對象處理技術，其基本方法是以產品為對象、以產品開發過程為核心，采用面向對象和分布式對象計算技術，以組織模型、信息共享模型為基礎，利用軟件總線和軟件構建技術，開發不同應用軟件的接口適配器，實現應用軟件的即插即用以及各種應用軟件之間的信息交換共享,如圖2所示。

圖2 基于CORBA的應用集成模式

(2) 基于COM/DCOM的應用集成

Microsoft提出的COM/DCOM技術以組件對象模型技術的核心，建立了一套組件形態標準和接口標準，確保不同廠商、不同時間、不同語言、不同操作系統的組件具有二進制級的互操作性，通過RPC(也叫對象RPC、ORPC)實現遠程調用。通常使用界面描述語言(IDL)來定義界面和描述接口。如圖3所示。

圖3 基于COM/DCOM的應用集成模式

圖4 基于J2EE的應用集成模式

(3) 基于J2EE的應用集成

SUN公司和它的合作伙伴提出了J2EE連接器體系結構標準(Java Connector Architecture，JCA)。JCA是J2EE1.3規范的一部分，提供包裝和部署設施。各種資源適配器能夠以一種標準組件的形式“插入”到J2EE應用服務器中。集成了JCA架構的基于J2EE應用服務器的應用集成如圖4所示。

2.2 面向服務集成的特點與優勢

面向服務的綜合集成是以服務為基礎，構建新的體系結構。與傳統開發方法相比，面向服務的綜合集成的特點在于具有松散耦合、抽象、可重用、組件化、獨立于平臺和協議等重要特性。簡單概括，它具有以下的優勢：

(1) 單個應用成為開發其他應用的基礎構件，減少集成成本，增加重用性。

由于在面向服務的綜合集成中服務之間是松耦合的合作關系，因而可以通過將新的代碼和遺留代碼一起使用的共同交互方式來減少系統的復雜性發布發現元數據信息和服務，從而簡化了異構的、復雜的信息環境間的集成，既降低了開發成本，又縮短了開發周期。

(2) 滿足動態需求，不再是簡單的靜態集成，具有較強的適應性。

當部隊出現編制體制調整、突發任務、信息資源等新變化需求時，只要根據需要向服務管理機構提交新的注冊管理信息，就可以滿足新的需求，從而實現不同系統、不同平臺間的無縫連接。從技術上來講，面向服務的集成提供了一個抽象的接口。通過這些接口，系統可以進行交互，而不是使用低層的協議和自定義的專有編程接口，來規定系統如何與其他系統進行通訊。通過服務的發現和綁定方式可以適應不同系統的服務加入和退出，適應環境和結構的動態變化，滿足信息系統根據作戰需求實施動態集成的要求。

(3) 具有標準化的架構和開放性。

面向服務的綜合集成采用開放式結構，可以充分利用現有資源。它屏蔽了框架中每個應用的平臺細節和環境，規范了統一的接口服務，使得系統的擴展和升級變得十分方便。通過從已有系統中提取符合標準的服務，可以方便地實現已有系統之間的綜合集成，實現已有系統與新建系統以及它們與未來系統的綜合集成。只要符合相關標準，無論何時開發的組件都可以合并在一個結構良好的面向服務的綜合集成系統中。并且不同開發者開發出的組件將被方便地添加部署在現有基礎構架中。

3 服務化艦載作戰指揮控制系統集成架構

艦載作戰指揮控制系統是艦載系統的大腦和中樞，它將接收和處理來自艦載系統所有組成部分的信息，得到綜合態勢并進行指揮控制。這種任務使命決定了該系統必須具有良好的系統架構，以面對復雜而多變的業務需求并迅速做出響應。

該服務化信息系統一般架構具有通用性質，而且主要是針對互聯網環境下企業級應用。但是，由于艦載指揮控制系統屬于軍用軟件系統，應用領域明確、系統部署環境相對固定，可靠性和實時性要求高，需要在通用結構的基礎上，結合艦載作戰指揮控制系統的應用特點進行系統架構定制。

3.1 艦載作戰指揮控制系統服務劃分

通過分析艦載作戰指揮控制系統軟件，按照面向服務的思想，將艦載作戰指揮控制系統軟件各功能模塊劃分成服務，使艦載作戰指揮控制系統軟件具有動態配置等功能，大大提高艦載作戰指揮控制系統軟件的可擴展性，使艦載作戰指揮控制系統軟件達到可重用、可擴展的目的。

面向服務架構中，服務是基本單元，是組成系統的基本單位。服務是具有獨立功能的業務單元，它可以獨立完成某些功能，也能和其他服務進行組合實現某些復雜的功能。對外發布的服務是自描述的，利用標準的描述格式定義服務所提供的操作和消息格式，將提供的操作通過標準方式封裝和發布，無論是調用者還是被調用者都無需關心其他的信息，如地址、實現技術等。服務的使用者和提供者可以是分布部署的，可以位于不同的系統平臺上，可以使用不同的技術實現。綜合這些特點可以得到服務以下8個屬性：

?服務可重用

?服務有服務合同

?服務之間松耦合

?服務抽象

?服務是可組合的

?服務是自治的

?服務是無狀態的

?服務是可發現的

上述8個屬性為軟件系統中服務的通用屬性。但是，由于軟件系統應用領域不同，系統服務的實現上對屬性應該有側重。在特殊情況下，針對具體應用還需要添加特定的服務屬性。在軍用軟件系統中，對系統運行的穩定性、實時性、可靠性和安全性等有極高要求，需要優先滿足。因此，在軍用信息系統服務除了以上8個特征外，還需要有實時性、穩定性、安全性等。

3.2 實例服務劃分

在艦載作戰指揮控制系統分析設計階段，系統服務是根據業務需求來進行劃分，包括指揮控制服務和系統通用服務。經過對典型作戰流程進行對比和分析，得到其主要包括3個方面：武器和傳感器控制、航跡數據處理和打擊結果評估。因此，可以將武器設備控制、航跡數據處理和打擊結果評估劃歸指揮控制服務，而其他服務劃歸系統通用服務。

依據以上劃分，可以根據作戰流程中涉及到的服務對應得到3個服務組件類別：設備操控服務組件、航跡服務組件和評估服務組件。

(1) 設備操控服務組件

在艦載作戰指揮控制系統中代表硬件設備，包括武器、雷達等。該服務提供設備的通訊和控制等功能。

(2) 航跡處理服務組件

艦載作戰指揮控制系統中數據模型的建立，坐標轉換、數據融合、數據加密等功能。

(3) 結果評估服務組件

艦載作戰指揮控制系統運行的態勢分析、毀傷估計等。

基于以上的服務劃分，在流程步驟的基礎上對設備服務、業務邏輯服務和系統控制服務進行進一步分析，確定服務組件。

服務器接口定義如下：

(1) 融合服務

輸入參數：來自多信息源的目標原始信息；

輸出參數：實際目標信息；

所屬服務組件：業務邏輯服務組件。

(2) 分類識別服務

輸入參數：目標、環境、本艦等各種信息；

輸出參數：綜合態勢；

所屬服務組件：威判服務組件。

(3) 敵我識別服務

輸入參數：目標、環境、本艦等各種信息；

輸出參數：綜合態勢；

所屬服務組件：威判服務組件。

(4) 威脅估計服務

輸入參數：目標、環境、本艦等各種信息；

輸出參數：綜合態勢；

所屬服務組件：威判服務組件。

(5) 火力分配服務

輸入參數：威脅目標、武器等各種信息；

輸出參數：決策打擊；

所屬服務組件：威判服務組件。

(6) 目標指示服務

輸入參數：目標、武器等各種信息；

輸出參數：目標指示命令；

所屬服務組件：設備服務組件。

(7) 毀傷程度判斷服務

輸入參數：目標、武器、本艦等各種信息；

輸出參數：毀傷程度；

所屬服務組件：評估服務組件。

(8) 目標搜索服務

輸入參數：目標、環境、本艦等各種信息；

輸出參數：綜合態勢；

所屬服務組件：預警服務組件。

(9) 雷達設備服務

輸入參數：開機、關機等各種命令；

輸出參數：無；

所屬服務組件：設備服務組件。

(10) 武器設備服務

輸入參數：開機、關機、控制等各種命令；

輸出參數：無；

所屬服務組件：設備服務組件。

(11) 發布作戰信息服務

輸入參數：制作作戰計劃等各種命令；

輸出參數：作戰計劃；

所屬服務組件：計劃方案服務組件。

這些服務組件都將作為基礎的業務單元獨立存在，分布在系統的各個節點上，獨立運行而不依賴于其他服務組件。對于上面的服務組件，可以根據它們所屬的服務類型和服務功能進行組合得到力度更大的應用服務。

3.3 艦載作戰指揮控制系統集成實例

面向應用的服務集成架構具有很好的擴展性、重用性，集成的系統具有良好的互操作性，并且可以處理復雜的業務流程。針對艦載作戰指揮控制系統中具體的軍事應用，即對艦攻擊，展示利用SOA思想和服務化技術，構建Web服務實施辦法。

這里涉及到對艦攻擊流程，下面給出各自簡化后的作戰流程：

對艦攻擊作戰流程想定步驟如下：

步驟1：雷達進行搜索；

步驟2：探測目標后形成航跡；

步驟3：對航跡進行融合處理，得到融合目標；

步驟4：對航跡信息戰術解算，得出威脅估計；

步驟5：根據目標威脅估計等級進行武器分配；

步驟6：下達目指命令；

步驟7：綜合判斷，進行毀傷估計；

步驟8：攻擊流程結束。

經過業務流程分析后，可以比較容易地畫出業務圖，如圖5。業務流程定義對業務規則制定，實現對服務單元的控制和編排。

經過業務分析和服務定義后，對業務流程有了一個全面的認識，對劃分出來的服務進行實現后，得到服務化系統中所需要的基本組成單元。然后要對業務流程進行定義，對各種服務組件進行組合和編排，使得服務能夠按照一定邏輯關系合作完成一個獨立的業務流程。

圖5 對艦攻擊組合服務

4 結束語

對現有艦載作戰指揮控制系統的需求和特點進行了深入分析，以面向服務思想為指導，構建服務化艦載作戰指揮控制系統。結合該系統的需求和特點，詳細描述了服務的劃分和設計準則，可以將服務劃分為業務邏輯服務和業務數據服務兩大類，使系統的數據和邏輯接口分離，服務之間松散耦合，提高系統靈活性，然后根據現有的服務化技術對系統進行集成。

[1] Norbert Bieberstein, Sanjay Bose, Marc Fiammante, Keith Jones, Rawn Shah. 面向服務架構(SOA)指南——業務價值、規劃及企業路線圖[M]. 張寧譯. 北京: 人民郵電出版社, 2008.2.

[2] Nicolai M.Josuttis. SOA實踐指南——分布式系統設計的藝術[M]. 程樺譯. 北京: 電子工業出版社, 2008.9.

[3] 中國電子技術標準化研究所. SOA用戶指南[M]. 北京: 電子工業出版社,2008.11.

Research on SOA-based shipborne CCS integration

HAN Chao

(Military Representatives Office of the Chinese PLA Navy in Dalian Factory 426, Dalian 116005, China)

A method of software integration and architecture of the shipborne CCS based on the Service Oriented Architecture (SOA) is proposed. With the adoption of the SOA ideas, the software architecture realizes the transformation from data-centric to business flow-centric by means of the business flow to organize the system applications, which satisfies the rapidly changing requirements of the applications. The system functions and data that can be founded and reused could be published on the internet to transform the system from platform-centric to network-centric so as to enhance the interoperability and information sharing capability of the shipborne CCS in the environment of network and information.

shipborne CCS; integration; SOA; business flow; service component architecture

2013-12-15；

2014-02-20

韓超(1979-)，男，工程師，研究方向：艦船建造。

TN954.2

A

1009-0401(2014)01-0037-05