美軍數據戰略發展研究*

張路青

(海軍駐中南地區光電系統軍事代表室　武漢　430223)

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美軍數據戰略發展研究*

張路青

(海軍駐中南地區光電系統軍事代表室武漢430223)

摘要數據戰略是信息化條件下聯合作戰戰略的新拓展，也是未來的重點軍事戰略。正是基于數據在聯合作戰中的重要地位，美軍很早就對聯合作戰中的數據管理和利用做出了宏觀、整體的統一規劃，并將信息化戰爭中數據的重要性地位提升到了戰略高度。論文對美軍數據建設的歷程、網絡中心的數據管理策略、以及實現信息共享的方法進行了研究，并且分析了美軍數據戰略的發展對我軍信息化體系建設的啟示。

關鍵詞數據策略; 信息共享; 網絡中心戰

Class NumberE96

1引言

數據戰略是信息化條件下聯合作戰戰略的新拓展，也是未來的重點軍事戰略。自2001年美國國防部提出聯合作戰的高級形式——網絡中心戰后，美軍對其數據的管理問題非常重視。由于網絡中心戰的實質是要制信息權，奪取信息優勢，這些都是以對信息的載體——數據的有效發現、獲取和利用為前提的，特別是在網絡中心戰的新型作戰環境下，戰場的實時態勢信息，作戰指揮命令、氣象水文信息、傳感器信息等，這一切都是以數據的形式在網絡中存在并且傳輸的?？梢哉f，這些不同來源、不同類型的數據是實現聯合作戰、提高戰斗力的基礎和關鍵。

正是基于數據在聯合作戰中的重要地位，美軍很早就對聯合作戰中的數據管理和利用做出了宏觀、整體的統一規劃，并將信息化戰爭中數據的重要性地位提升到了戰略高度[6～7]。美軍于2003年頒布了《美軍國防部網絡中心戰數據戰略》[1]，該戰略是美軍在信息化時代針對聯合作戰頒布的第一部數據戰略。該數據戰略的最高目標是，確保美軍在全球的戰爭及軍事行動中能夠“隨時隨地的保證數據的可視化、可獲取和可利用，以加速決策過程”。可見，數據戰略提出的三大目標——可視化、可獲取和可利用，實質在于使美軍能夠最大限度地信息共享、戰場意識共享、加深理解指揮官決策意圖、提高指揮速度、更快贏得戰爭勝利。

2美軍數據建設的發展歷程

美軍在數據建設中將“數據共享”和“信息共享”認為是等同的概念[2～3]，數據建設的目標是“使信息可為參與者使用”，即通過靈活的企業級組織和對信息環境的運用操控，充分利用信息力量，確保任務成功。

美軍自20世紀60年代開始對國防部范圍內的數據實施統一管理，為國防部信息共享提供支撐。四十多年來，隨著信息技術的發展和作戰思想的調整，美軍在數據建設及信息共享的政策、目標、管理方式上發生了很大的變化?？傮w上看，可以劃分為三個階段：獨立建設階段、標準化階段、和以網絡為中心的階段，如圖1所示。

圖1　美軍數據建設的發展歷程

2.1獨立建設階段

20世紀70年代中期以前，不同的部門負責獨立建設其通信、指揮和控制系統，通過不同的財政撥款，列入不同的計劃，由不同的承包商研究、設計和建造。由于此時還沒有出現數據庫，數據與應用通常是綁定在一起的，數據共享很少，通常在開發階段通過在兩個應用系統之間建立一對一的接口來完成數據交換和共享。

2.2標準化階段

從20世紀70年代中期到20世紀末，各軍兵種C3I系統互聯互通為重點構建綜合C4ISR系統。在這一階段，隨著大量數據庫的建立，美軍積累了大量數據，并且經過幾次現代戰爭的檢驗，迫切要求不同系統之間要能夠進行數據共享。

該階段實現信息共享的核心思想是對共享的數據進行標準化，使不同系統之間的相同數據采用相同的數據模型。第一，對數據庫模型的標準化，從而保證相同的數據有相同的數據模型；第二，對標準化的數據模型以數據庫段的形式進行管理；第三，以數據庫段為單位進行數據模型的重用，從而保證在研制新的系統時也能采用標準的數據模型；第四，以標準化的數據模型為基礎，利用商用的數據集成技術進行數據的集成。該階段采用基于標準的建設策略對促進信息共享具有重要作用，但難以解決信息系統發展過程中面臨的深層次問題，標準不規范，費效比高、信任機制不完善以及信息分類、分級和共享規則不一致等方面的問題得不到根本解決。

2.3以網絡為中心的階段

為了推進一體化信息系統的建設，實現信息優勢，美國國防部于1999年提出了全球信息柵格(Global Information Grid，GIG)的概念，定義了GIG的頂層作戰需求和概念(如GIG-CRD，ASD-NII)，美國海軍擴展了這些頂層需求和概念，開發了“海上信息環境”的概念，即“海上力量網”(FORCENet)，將“海上打擊”、“海上盾牌”和“海上基地”三個核心作戰概念以及“海上實驗”、“海上作戰”和“海上計劃”三個使能支柱無縫地連接起來，為聯合互操作性以及“網絡中心戰”提供基礎服務設施，能夠將數據流無縫、及時地轉變為可執行的信息，同時提供了戰術、運行和策略級別的知識構建協議。海上信息環境的核心是開放式體系結構計算環境(OACE)，它提供了能夠適應和利用開放式系統的設計原理、標準和體系結構的框架，同時能夠最大限度地利用商用產品(COTS)的優勢[8～10]。例如，美國海軍對宙斯盾系統的改進就采用了OACE環境，美國海軍新一代驅逐艦DDG 1000的指控系統自始至終就是一個高度集成的、高性能的全艦計算環境(TSCE)，它架構在全艦計算環境基礎設施(TSCEi)之上，包括所有計算裝置、運行在這些裝置上的通用作戰環境以及支持所有應用程序的一組通用服務，提供了一個單一的、通用計算基礎設施，以支持艦艇和岸基所需的計算任務的執行，并為其他應用程序和支持功能提供服務。

為了支撐網絡中心戰，在GIG的建設過程中，美國國防部提出要采用新的企業級數據策略推動實現網絡中心的作戰目標。2003年，美軍頒布的《DoD網絡中心數據策略(Dod Net-Centric Data Strategy)》,明確指出傳統的數據策略(即通過標準化數據元素來促進互操作，最小化部門間數據的復制以及減少數據元素轉換需求)已經無法適應目前網絡中心環境的信息共享的需求。

3美軍網絡中心的數據管理策略

傳統的數據管理方式是對數據的定義和結構進行標準化，在一個組織內和不同組織之間達成一致。這種傳統數據管理模式試圖通過對數據格式的標準化來提高互操作性。然而，事實證明，在整個國防領域內使數據元素標準化太繁瑣，而且難以真正實現。此外，傳統的數據策略是數據與系統結合在一起的，只能被預先預料的用戶或軟件所利用，按照傳統的數據分發的范例，即提供者發布數據給用戶，未經確認的用戶不可能接觸到他們的數據。而事實上，數據發行人不可能完全地知道誰將利用使用他們的數據。為此，需要制定新的數據管理策略來代替這種傳統的數據管理方式，即美軍提出的網絡中心的數據管理策略。

美國國防部于2003年頒布了《網絡中心的數據策略》，為美軍基于全球信息柵格(Global Information Grid，GIG)的信息系統的數據管理提供了頂層指南。《網絡中心的數據策略》的核心思想是，把分散在網絡中或遺留系統/應用中的私自擁有的數據移到一個企業的信息環境中，在這個環境中，授權的已知用戶和授權的不可預測的用戶能夠訪問任何信息并且能夠為企業范圍的訪問發布其數據，實現從信息提供者為中心到信息使用者為中心的轉變，確保無論何時何地，所有數據的可視、可獲取和可利用，從而縮短決策周期。

《網絡中心的數據策略》中明確定義了“網絡中心的數據共享”的五大目標，如圖2所示，即“數據可見”、“數據可訪問”、“數據可信”、“數據可理解”、“數據可管理”。它具有以下四點屬性：

1)無論何時何地都要確保數據的可視、可獲取和可用，加速軍事決策；

2)利用元數據“標記”所有數據，包括情報/非情報數據、原始/非原始數據，使用戶可以發現數據；

3)所有數據都要發布到共享空間中，所有授權用戶都能訪問發布到共享空間中的數據；

4)改進這個國防領域的互操作性，從點對點接口的互操作性提高到網絡中心數據環境中的多對多的數據交換。

圖2　美軍網絡中心數據共享的5大目標

美軍提出的“網絡中心的數據策略”與傳統的數據策略的最大不同之處在于：不僅僅強調數據的標準化工作，還需要綜合考慮數據的可視、可獲取和可利用，為基于GIG的信息系統提供有效支撐。與傳統數據管理策略的“分派、處理、開發、散布”(TPED)的概念相比，美軍提出的《網絡中心的數據策略》的概念將是“分派、傳送、處理、使用”(TPPU)。

信息共享空間融合了各系統中的軟/硬資源、數據信息資源，為用戶提供一個可以進行信息查詢、檢索、發布、共享、協同的信息環境，如圖3所示。

圖3　信息共享空間體系結構

由圖3可見，系統之間有兩種連接方式。一種是傳統的事先設定的用戶之間的連接方式，另一種是通過共享空間的連接方式。共享空間為GIG用戶提供了一種數據存儲與訪問的機制，使得GIG安全域內所有的授權用戶都能夠訪問的一個數據倉庫，是所有發布數據的用戶、系統和應用都可以使用的空間。

在圖3的頂部，給出了第一種連接方式，在系統A和系統B之間安裝了事先設計的進行數據交換的傳統通信鏈路。采用這種通信鏈路可以交換時間敏感型的信息，能夠節省時間，但只能實現一對一的數據交互。

圖3還給出了第二種連接方式，系統A和其他系統采用相同的接口方式與共享空間連接。系統A將其獲得的數據內容、元數據目錄、數據結構元數據等分別發布到共享空間中的數據內容存儲器、待查詢元數據目錄存儲器和數據結構元數據存儲器中，任何一個用戶都可以將查詢請求發送到待查元數據目錄中，查找所需數據的目錄，并根據數據類型、來源、安全性和內容等屬性查找所需數據。一旦發現了所需數據，用戶就可以提取該數據。同時，又從數據結構元數據存儲器獲得了該數據的結構，這樣就可以根據該數據的結構來應用該數據。

為使數據發布到共享空間再傳遞到其他系統的時間與直接傳遞到相鄰系統的時間數量級相當，必須改變當前數據發布的模式和策略。為補償數據查找、數據轉換消耗的時間，須將現有常用的“由頂向下”的“任務、處理、利用、分發”(TPED)模式變為“橫向快速”的“任務、張貼、處理、應用”(TPPU)模式。TPPU模式是將所有的數據，包括情報/非情報、原始/非原始的數據都發布到信息共享空間中，無論何時何地，只要用戶和應用需要該數據，都可以靈活地提取。

網絡中心數據策略是對傳統數據管理方法的改進和擴展，其總目標是：對數據采用“先投遞后處理”的機制，使得用戶能夠直接訪問數據，并且能夠更快捷地使用數據。因此，網絡中心數據策略強調將所有數據都投遞到網上的“共享空間”，允許授權用戶和應用直接通過網絡訪問數據，而不需要再浪費時間等待數據的處理、采集和分發，如圖4所示，從而增加整個企業及團體數據的數量，同時減少私有用戶和應用中的數據量，投遞到網上的數據均有與之相關的元數據，便于用戶及應用的搜索、定位與發現，并對共享數據的效用進行評估。

圖4　美軍網絡中心數據策略

美軍新的數據策略將重點由強調數據標準的統一轉向解決數據的可見與可訪問，改善數據交換的靈活性，并支持系統之間無需預定義的互操作，通過元數據注冊、信息目錄以及配套的GIG企業服務實現信息的可見、可理解、可訪問、可信與可互操作[4～5]。網絡中心數據策略為在網絡中心環境下有效實現信息共享奠定了基礎，在需要信息和需要加快決策支持的進程是，保證數據的可見性、可訪問性、和可理解性；用元數據標記所有數據，使得預期內外的用戶能夠知道數據的存在；將共享數據投遞到網絡中的共享空間，授權用戶可以訪問。

4美軍實現信息共享的方法

4.1制定政策與法規，推行數據標準化建設

從1991年開始，美國防部開始推行數據標準化建設，相繼出臺了許多旨在建立國防部數據標準的政策和法規，開發了由國防部集中控制的國防部數據知識系統(DDRS)和共享數據環境，提出數據資源建設必須滿足共享數據環境要求，數據資源要具備及時性、有效性、安全性和可擴充性，目的是使所有國防部的數據元素實現標準化，從而減少數據元素的數量以及對數據轉換的需求，實現國防部數據的全面互操作。

4.2制定以網絡為中心的數據管理策略，提高數據共享能力

經過十余年的發展，美軍數據資源建設的面貌大大改善，數據共享程度不斷提高。隨著數據資源建設的逐步深入，尤其是網絡中心概念在國防部的實施，使美國國防部認識到全球信息柵格僅是建立網絡中心環境的基礎，在其中流動的可靠、可訪問、可用和完整的數據才是其發揮作用的關鍵，數據管理是美軍向適應網絡中心環境要求的數據環境轉變的重要保證，數據標識與規范實際上是體系結構建設的核心問題，是網絡中心向數據中心化環境邁進的問題，也是互操作的基礎性問題。美軍原有的策略并不能達到其目的，不能滿足向網絡中心轉型的要求，開始尋求新的數據管理思路。

2001年12月，美國防部首席信息官頒布了數據管理和互操作備忘錄，要求制定國防部級的《數據管理戰略》，并為此成立了由國防部各部門代表組成的核心數據管理工作組，負責制定與其它網絡中心計劃相一致的數據管理策略。

美國防部管理數據的設想是：實現所有情報、非情報、原始數據、加工處理后數據的網絡化；使用戶可隨時隨地查詢和下載數據，并隨時掌握其訂閱數據的更新情況；授權用戶可直接訪問上傳到網絡上的數據，不會因為對數據的處理、利用、分發而延遲；用戶使用元數據給數據資源貼上標簽，使其他用戶能夠發現這些數據；用戶和應用程序把所有的數據資源上傳到共享空間以供國防部用戶使用。為了提高數據管理的質量，美國國防部提出了實現數據的可視性、可用性、可理解性、可信性、制度化、可互操作性、對用戶需求的可響應性等七個目標。新的數據管理戰略將使國防部從以前的“任務、處理、利用、分發”模式，轉變為“先傳輸后處理”，將數據管理的焦點從標準化擴展到數據的可視化和可訪問性上，使授權用戶訪問數據時，不必在處理、利用和分發數據上浪費時間，并且所有被傳輸的數據將和元數據相關聯，實現高效的數據共享。

目前，美軍仍在繼續加緊制定關鍵的數據策略，以便確保在體系結構的總體框架下不同的國防機構跨域、跨用戶共享數據和信息，提高互操作能力，降低系統軟件的維護成本并增強多域參與能力。

4.3采用Web技術，提高網絡中心數據服務能力

美國海軍提高網絡中心服務與網絡中心數據能力的關鍵是WEB使能的海軍(WEN)項目，見圖5。WEN作為一個過渡項目由海軍作戰部長在2001年4月啟動。其目的是提供網絡中心戰結構的關鍵需求中的透明的數據交換能力。WEN將通過一些工具幫助作戰部隊達到更高的效率，這些工具包括在系統之間共享不同的數據庫信息，及快速操縱和定制即刻需要的數據的能力等。

圖5　WEN計劃的主要內容及節點

WEN的實施是轉型過程的一部分，將使現在眾多一起工作的海軍信息情報系統引起的許多矛盾合理化。為實現這種轉型，WEN將利用和影響綜合艦載網絡系統(ISNS)、基地級信息基礎結構(BLII)和海軍/海軍陸戰隊內部網(NMCI)岸上環境中的已計劃能力和IT項目的資源。在軍種級，NMCI岸上WEN門戶和IT-21海上WEN入口將進行接口，以共享用戶信息、數據、服務和內容。海外基地級信息基礎結構和海軍陸戰隊軍種網(MCEN)的實施過程中也將利用這些能力。WEN已于2004年達到初始運行能力(IOC)，并于2006財年并入體系結構中。

5美軍數據戰略發展的啟示

1)強調數據頂層設計，注重標準制定。

美國防部專門成立了數據標準化組織，制定了一系列數據標準化程序和規則，規范了國防部數據體系結構(DDA)、國防數據模型(DDM)、指揮控制核心數據模型(C2CDM)等頂層數據標準，建立了比較完善的數據標準體系。

2) 強調元數據在信息資源開發、利用與共享的重要地位，大力推進元數據標準化。

元數據提供了描述數據資產、注冊表、目錄及共享空間的方法，形成存儲數據和有關數據信息的機制，是美軍實現其數據策略的關鍵和核心環節。也正是由于元數據的重要地位，美軍在數據策略中規定，所有數據，涉密/非涉密情報數據、原始/非原始數據都必須采用元數據進行“標記”，以保證數據的及時發現和利用。

美軍2008年頒布了《數據資源發現元數據》標準2.0(簡稱DDMS 2.0)，并在已有基礎上進一步發展和擴充，形成了新的國防部元數據注冊庫(MDR)，大大提高元數據信息資源在國防部信息系統中的重用程度，增強了不同系統的互操作性，并成為工業界和政府之間協調元數據技術及相關問題的一個場所。

美軍在其長期數據建設過程中已逐步形成了持續發展和較為成熟的元數據管理體系和方法。早期建設了國防數據字典系統(DDDS)和國防部數據體系結構(DDA)，用以管理標準數據元素和各類邏輯數據模型。隨著NCDS的提出和實施，美軍進一步強化了整個國防部內的元數據管理，針對網絡環境下資源發現的需要，制定了國防部發現元數據規范(DDMS)，并在已有基礎上進一步發展和擴充，形成了新的國防部元數據注冊庫(MDR)，DDDS和DDA是其中重要的數據資源，除此之外，還包括系統文件、可重用的數據庫結構、文件甚至網站等其他不同類型的資源的元數據，MDR由美國防部信息系統局對其進行管理和維護，大大提高元數據信息資源在國防部信息系統中的重用程度，增強了不同系統的互操作性，并成為工業界和政府之間協調元數據技術及相關問題的一個場所。

元數據提供了描述數據資產、注冊表、目錄及共享空間的方法，形成存儲數據和有關數據信息的機制，是美軍實現其數據策略的關鍵和核心環節。

也正是由于元數據的重要地位，美軍在數據策略中規定，所有數據，涉密/非涉密情報數據、原始/非原始數據都必須采用元數據進行“標記”，以保證數據的及時發現和利用。

3) 采用SOA架構，建設以網絡為中心的信息共享基礎設施。

在美軍頒布的《國防部全球信息柵格體系結構構想》、《網絡中心站數據策略》等一系列頂層文件中，強調以網絡為中心和面向服務架構，推進美軍信息化建設的重大轉型。在網絡為中心的信息共享方面，積極推進信息基礎設施的建設，例如網絡中心企業服務(NCES)，SOA基礎架構，面向服務的軟件集成基礎支撐能力等，提供企業協作、內容發現、信息獲取和傳輸等功能，為上層各類應用服務提供同步或者異步的通信能力與文件等信息資源共享能力；內容發現，提供根據統一的規范進行跨企業的信息發布、搜索、獲取和傳輸的能力；知識門戶，通過在線知識門戶為用戶提供個性化、可定制的、基于Web的展現門戶和安全的服務訪問機制。這些產品全面采用SOA架構和成熟的商業技術，已成為實施其服務策略和數據策略的重要支撐。

4) 強調信息的可理解性，積極推廣語義等新技術在信息共享中的應用。

2007年8月6日，美國國防部在《全球信息柵格體系結構聯邦策略》中指出：“網絡中心戰的一個主要目標就是達成對數據的語義理解，以使應用之間能夠實現互操作，能夠在訪問數據時理解其結構和語義規則”，“需要在國防部企業體系結構的利益體共同體或實踐共同體中就描述數據資產發現、連接、交換和集成的元數據的結構和語義達成一致”。以工程化的方法讓機器更好理解信息的意思，從而支撐決策優勢的形成，是美軍在近十年的發展中一直謀求的能力。雖然目前語義的研究和應用還比較超前，技術上還未完全成熟，但是美軍已開始選取相對成熟的技術用于以網絡作為中心的信息共享實踐。例如，美軍在信息建模方面引入本體論技術表達信息的語義，采用IDEF5方法獲取本體論描述，為整合各軍兵種信息系統、實現戰場感知-指揮控制、作戰行動之間的無縫連接提供語義支持。本體也是美軍元數據注冊庫MDR的一項重要內容，用戶和應用可利用支持語義的搜索工具或軟件代理來搜索元數據，根據語義來理解、轉換或集成數據。

參 考 文 獻

[1] Department of Defense Chief Information Officer. Department of Defense Net-Centric Data strategy[M].2003.

[2] Department of Defense Chief Information Officer. Department of Defense Information Sharing Strategy[M].2007.

[3] Department of Defense Chief Information Officer. Department of Defense Discovery Metadata Specification (DDMS) [M]. 2007.

[4] Department of Defense Chief Information Officer.Department of Defense Net-Centric Services Strategy[M]. 2007.

[5] Department of Defense Chief Information Officer. .Department of Defense Information Enterprise Architecture Version 1.0[M].2008.

[6] 童志鵬,劉興.綜合電子信息系統(第2版)——信息化戰爭的中流砥柱[M].北京:國防工業出版社,2008:327-330.

[7] 程妍妍.美軍信息化聯合作戰戰略新拓展——數據戰略與元數據實施研究[J].國防科技, 2009(5):75-78.

[8] 劉曉明.美軍面向服務的全球信息柵格體系結構淺析[J].指揮自動化，2006(2):70-72.

[9] DoD Information Officer Guidance and Policy Memorandum No.4D8460:Department of Defense Global Information Grid Networks[C]//Washingtom:DoD,2000:5-9.

[10] 李英.美軍國防部體系結構框架的發展及其與GIG體系結構關系研究[J].指揮自動化,2006(3):72-73.

收稿日期：2016年1月5日,修回日期：2016年2月10日

作者簡介：張路青，男，碩士，研究方向：指控系統、軟件工程。

中圖分類號E96

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.005

Development of American Army Data Strategy

ZHANG Luqing

(Optoeletronic System Military Representative Office of the CPLA Stationed in the Zhongnan Area of China, Wuhan430223)

AbstractData strategy is a new strategy to expand joint operations under the condition of information, but also the focus of future military strategy. It is based on the importance of data in joint operations, the U.S. military very early on in joint operation of data management and utilization of macroscopic and overall unified planning, and data in the information war the importance to enhance the strategic height. This paper studies the development of the military data process, network-centric data management strategy, and information sharing method. At the same time, this paper also analyzes the enlightenment of the development of U.S. military data strategy to construction of our army’s information system

Key Wordsdata strategy, information sharing, network-centric warfare