一種基于Hadoop的作戰云構建方法

李亞鋒

【摘 要】軍事領域一體化作戰大趨勢不可逆轉，戰場上大數據的處理對指揮信息系統越來越重要，因此，作戰云的思想應運而生，旨在從應用的作戰云體系結構角度，使指揮信息系統對于大數據分析和處理達到更高的要求。本文中首先介紹作戰云的技術體系架構，然后提出了一種基于Hadoop技術實現的作戰云構建方法。

【關鍵詞】大數據；Hadoop架構；MapReduce模型；作戰云

0 引言

網絡中心戰，其實質是一種集偵查、情報、計算、監控、通信、指揮控制、殺傷于一體的C4KISR系統間的對抗[1]。對于網絡中心戰的進一步發展，是整合陸、海、空、天、賽博等多維作戰力量，各傳感器、作戰平臺、武器系統組成虛擬存在的“云”，在體系層面實現戰場資源的動態高效管控、海量異構信息實時、高速、分布式處理共享，構建跨領域、跨軍種、分布式、網絡化的“云殺傷”協同作戰云；

作戰云[2]是基于網絡化的信息基礎設施，采用面向服務的模式，為指揮決策、部隊行動、武器打擊提供按需、便捷、快速的專業、權威的數據和應用服務。

與民用的“云”相比較，作戰云的特點主要表現在以下3方面：

1）信息系統的組織性、計劃性的要求更高；

2）在嚴酷的環境中可靠性和安全性的要求更高；

3）信息服務的正確性、精確性、實時性、專業化的要求更高；

協同作戰云作為未來軍事作戰的核心，其要求是反應快速，決策正確、反饋及時。因此、結合我軍現有的軍事基礎設施，充分利用開源Hadoop技術發展的技術優勢，構建一套完整的作戰云體系架構，為我軍制定未來作戰云的作戰思想、技術演練以及方案設計都有極深遠的影響。

1 概述

1.1 作戰云概念

美空軍將“作戰云”概念定義為情報/偵察/監視、打擊、機動、保障綜合體，在靈活作戰框架內實現當前、未來的海上、空中、空間和網絡等能力的綜合一體，數據共享和跨域協同，每個平臺作為一個節點，可向云端提供信息或從云端下載所需信息。

它所具有的特征可以表述為以下幾個特點：

1）動態化、虛擬化資源池。將地理分散的各作戰平臺、傳感器、武器系統、各類數據等戰場資源相互鏈接，構建一個網絡化戰場資源池。具備分布網絡化、虛擬化、動態自組織接入、按需訪問等特征，可根據特定作戰任務需求，進行動態資源分配。

2）云融合。“作戰云”的本質是融合，基于云技術實現戰場資源整合管控，實現地域、空域、時間域分散的各有源、無源傳感器協同探測，完成戰場態勢實時共享和決策支持，縮短戰術決策時間，提升單元要素間的協同能力與整體殺傷效能。

3）分布式“云殺傷鏈”。“作戰云”打破了作戰平臺、傳感器、武器系統之間的硬鏈接，以松耦合方式構建“探測-跟蹤-決策-打擊-評估”的完整“云殺傷鏈”，從而實現對超視距目標的先敵發現、先敵攻擊、先敵摧毀。

1.2 基于作戰云的大數據分析

現代戰爭已步入到了大數據時代[3]。未來戰場中，具備大數據優勢的一方，就占有了重要戰略資源，才能在戰場上百戰不殆。

在現代信息化戰場，其明顯特征就是數據體量特別巨大。但是大數據并不是數據量大，而是數據中蘊含著巨大的價值量，因此亟待運用新技術結合大數據和云計算，建立快速處理各種數據的作戰云系統。

1.3 作戰云系統對大數據要求

從20世紀90年代，信息戰成為了軍事領域的主流，如何理解信息戰，怎樣打好信息戰，怎樣做好打信息戰的準備，對每個國家在信息戰略層面提出了巨大的挑戰。通過信息化作戰的方式手段，用“信息流”去控制“能量流”、“物質流”，獲取制信息權。但是，在當前戰場數據量日益巨大的前提下，構成作戰云的數據主要有以下幾個特點：

1）數據量巨大，數據形式異構復雜；

2）數據處理的難度增大；

3）數據處理的實時性要求越來越高。

2 Hadoop架構的作戰云

2.1 Hadoop架構概念

Hadoop是由Apache基金會開發的一個分布式系統基礎架構，用戶即使在不了解分布式底層的情況下也可開發分布式程序[4]。從原理概念上講，它是一套開源、以Java為基礎、可對PB級的大數據進行計算和存儲的軟件開放平臺，能讓數萬計服務器組成一個穩定的、強大的集群，從實現角度上講，Hadoop是要給實現了MapReduce模式的開源分布式編程框架。

2.2 Hadoop云構建的優點

1）擴容能力（Scalable）：能可靠地（reliably）存儲和處理千兆字節（PB）數據；

2）容錯能力強：而Hadoop架構可以有效的保證數據在多個節點上存在備份；

3）成本低（Economical）：可以通過普通機器組成的服務器群來分發以及處理數據；

4）靈活性高：可以幫助指揮系統更快捷地進行新數據的訪問、分析；

5）高效率（Efficient）：可以在數據所在的節點上并行地（parallel）處理數據；

6）可靠性（Reliable）：能自動地維護數據的多份復制、能自動地重新部署計算任務。

3 基于Hadoop的作戰云的構建原理

作戰云構建過程包括數據信息的獲取收集、收據預處理、數據的分析挖掘和結果展示（指令的終結）。

1）數據收集：能接收來自海上、空中、空間和網絡的情報/偵察/監視、打擊、機動、保障等綜合信息；

2）數據預處理：進行數據清理（去除噪聲、去除不一致的數據）、數據集成（多數據源的組合）和數據選擇（定義數據過濾法則），用戶通過定義過濾、正則匹配等；

3）數據的分析挖掘：運用數據挖掘算法[6]對經過預處理的數據執行挖掘算法；

4）結果顯示：經過數據分析挖掘，將海量信息數據中的有價值的信息顯示出來。

4 對未來云協同作戰的思考

通過對基于Hadoop構建的協同作戰云模擬仿真，隨著戰場形勢的日益多變，作為指揮信息系統核心的計算機需要處理越來的越巨大的數據量，作戰云擁有在新時期應對戰場快速的信息變化重構信息處理的機制，而基于Hadoop并行運行的作戰云，在體系層面能實現戰場資源的動態高效管控及海量信息高速、實時、分布式處理與共享，構建跨域、跨軍種、分布式、網絡化的“云殺傷”協同作戰處理；將對未來的空戰體系產生深遠影響。

1）空戰體系。各域作戰平臺通過云端實現互聯互通，云作戰體系呈現虛擬化、無形化趨勢。

2）分布式常態空戰模式。當前各域平臺之間的信息共享有限，空戰模式仍采用集中指揮、分散執行的線性模式。構建出靈活多樣的動態“蜂窩式”力量結構和分布式作戰樣式。

3）有人/無人協同成為常態編隊形式。在云協同環境下，載荷量較小、但智能化程度不斷提升的無人機將從戰場支援角色轉變為“觀察-確定-決策-行動”（OODA）作戰鏈的全程參與者甚至主導者，構建無人-有人編隊，共同執行戰術任務。

4）多樣化協同空戰樣式。借助云協同技術，空戰樣式將呈現更加的多樣化，實現作戰平臺、傳感器、武器系統等空戰資源的聚合優化與空戰效能的最大化。

5 結論

這種基于Hadoop的作戰云構建方法，能結合我軍現有的軍事基礎設施，充分利用了開源Hadoop技術發展的技術優勢，構建了一套完整的作戰云體系架構，為我軍制定未來作戰云的作戰思想、技術演練以及方案設計都有極深遠的影響。

【參考文獻】

[1]李小華，李姝.大數據分析在指揮信息系統中的應用[C]//第二屆中國指揮控制大會論文集，北京：國防工業出版社，2014：872-816.

[2]趙國宏.作戰云體系結構研究[J].指揮與控制學報，2015.1（3）：292-295.

[3]李垚，朱亮，陳國潤.Hadoop平臺在大數據處理中的應用[J].電信技術，2013（04）：34-38.

[4]黃麗萍，葛萌.Hadoop平臺在大數據處理中的應用研究[J].現代計算機（專業版），2013（29）：12-15.

[5]Dean J，Ghemawat S.MapReuce：Simplified data Processing on large cluster[J].Communication of the ACM，2008.51（1）：107-113.

[6]張凱玉，陳磊.一種基于Hadoop架構的指揮系統大數據挖掘方法[C]//第三屆中國指揮控制大會論文集.北京：國防工業出版社，2015：195-197.

[7]魯偉明，杜晨陽，魏寶剛，等.基于MapReduce的分布式緊鄰傳播聚類算法[J].計算機研究與發展，2012.49（8）：1762-1772.

[責任編輯：王偉平]