一種應(yīng)用于聯(lián)合作戰(zhàn)的態(tài)勢(shì)分發(fā)共享技術(shù)?

崔 燕 武建明

（中國(guó)電子科技集團(tuán)第二十八研究所 南京 210007）

1 引言

近些年高科技局部戰(zhàn)爭(zhēng)的實(shí)踐表明，一體化聯(lián)合作戰(zhàn)正成為信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的基本作戰(zhàn)形式。與傳統(tǒng)作戰(zhàn)相比，聯(lián)合作戰(zhàn)具有多維的作戰(zhàn)空間、多元的作戰(zhàn)力量、統(tǒng)一的作戰(zhàn)指揮和整體的作戰(zhàn)行動(dòng)等鮮明特征。

戰(zhàn)場(chǎng)信息的高質(zhì)量對(duì)于作戰(zhàn)指揮員做出有效的行動(dòng)和高精度的決策有著至關(guān)重要的影響，而戰(zhàn)場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)性更能保證軍事人員在惡劣的軍事環(huán)境中靈活地應(yīng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)環(huán)境［1］。

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，是戰(zhàn)場(chǎng)上各種力量所存在的狀態(tài)和形成的形勢(shì)。態(tài)勢(shì)信息的實(shí)時(shí)性和質(zhì)量是獲取信息優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)，對(duì)取得決策優(yōu)勢(shì)而獲得戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)具有重要作用［2］。因此，作戰(zhàn)指揮活動(dòng)中，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)是指揮員認(rèn)知戰(zhàn)場(chǎng)、做出判斷、指揮作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。

2 態(tài)勢(shì)共享的必要性

在作戰(zhàn)過(guò)程中，任務(wù)決策都是基于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，并通過(guò)認(rèn)知態(tài)勢(shì)之后再制定出最有效的任務(wù)決策和行動(dòng)方案。態(tài)勢(shì)接入系統(tǒng)對(duì)于各種手段獲取到的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息進(jìn)行融合匯總及去重處理，并通過(guò)戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、短波、長(zhǎng)波、衛(wèi)星等通信手段及時(shí)地展示給各級(jí)指揮員，使得他們能夠清楚地看到“同一幅圖”，進(jìn)而對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)產(chǎn)生一個(gè)相同的理解［3］。整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程中的各個(gè)單元能夠依據(jù)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的指示，靈活地實(shí)施決策。

基于聯(lián)合作戰(zhàn)形式的特點(diǎn)及戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的基礎(chǔ)性地位，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)共享是聯(lián)合作戰(zhàn)的基本要求，盡早實(shí)現(xiàn)指揮所內(nèi)部及陸、海、空、天和電的各空間全維聯(lián)合聯(lián)通、態(tài)勢(shì)共享是重中之重。

3 態(tài)勢(shì)共享的內(nèi)容

在聯(lián)合作戰(zhàn)過(guò)程中，信息系統(tǒng)涉及到聯(lián)合指揮中心和各下屬任務(wù)部隊(duì)或武器平臺(tái)，聯(lián)合指揮中心向任務(wù)部隊(duì)及平臺(tái)下發(fā)態(tài)勢(shì)。由于態(tài)勢(shì)一致的重要性，在聯(lián)指中心下發(fā)態(tài)勢(shì)的過(guò)程中，我們應(yīng)當(dāng)確保以下內(nèi)容的一致：

1）目標(biāo)編號(hào)一致。在態(tài)勢(shì)共享的傳輸過(guò)程中，應(yīng)對(duì)每一個(gè)目標(biāo)賦予唯一標(biāo)識(shí)，在該態(tài)勢(shì)目標(biāo)的整個(gè)生命周期過(guò)程中，此標(biāo)識(shí)號(hào)都能代表它。同時(shí)分發(fā)共享系統(tǒng)應(yīng)能夠確保不使用同一個(gè)編號(hào)報(bào)告不同的航跡，且不會(huì)用不同的編號(hào)報(bào)告同一航跡。聯(lián)合指揮中心應(yīng)可以建立自己的編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，用于航跡的產(chǎn)生、流動(dòng)、關(guān)聯(lián)等處理。當(dāng)目標(biāo)消失后應(yīng)及時(shí)釋放該目標(biāo)的編號(hào)，以保證聯(lián)指中心管理的編號(hào)達(dá)到最大允許值后再次利用之前已經(jīng)釋放的編號(hào)［4］。

2）目標(biāo)屬性一致。在聯(lián)合指揮中心及各分域的系統(tǒng)中，對(duì)同一態(tài)勢(shì)目標(biāo)的屬性描述應(yīng)保持一致。如動(dòng)態(tài)目標(biāo)的敵我屬性、任務(wù)、機(jī)型、型號(hào)、類(lèi)型、動(dòng)態(tài)、位置等，靜態(tài)目標(biāo)的名稱(chēng)、位置、上報(bào)單位等。聯(lián)合指揮中心向任務(wù)部隊(duì)及武器平臺(tái)共享態(tài)勢(shì)時(shí)，應(yīng)使用約定的統(tǒng)一報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打包，并對(duì)各屬性進(jìn)行編碼傳輸以保證安全性。各分域接收?qǐng)?bào)文后，按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解碼即可獲得正確屬性。

3）目標(biāo)航跡一致。態(tài)勢(shì)是動(dòng)態(tài)變化的，尤其是動(dòng)目標(biāo)的航跡位置在實(shí)時(shí)更新，因此，聯(lián)合指揮中心下發(fā)態(tài)勢(shì)時(shí)要保證航跡點(diǎn)“不丟不落”，能實(shí)時(shí)共享態(tài)勢(shì)目標(biāo)的位置、航向、航速、高度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等瞬時(shí)屬性。對(duì)于目標(biāo)消失、合批、分批、改批和糾批等情報(bào)處理操作也要實(shí)時(shí)“告知”下屬系統(tǒng)。

4）目標(biāo)顯示一致。態(tài)勢(shì)目標(biāo)的展示包括頭軍標(biāo)、顏色、大小、方向及顯示樣式等，指揮所內(nèi)各席位及各分域系統(tǒng)應(yīng)按照統(tǒng)一的顯示標(biāo)準(zhǔn)對(duì)態(tài)勢(shì)進(jìn)行展示，以便于作戰(zhàn)指揮員從整體上把握態(tài)勢(shì)布局。

4 態(tài)勢(shì)共享的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 訂閱發(fā)布模式

訂閱發(fā)布的模式相當(dāng)于一個(gè)買(mǎi)賣(mài)商品的交易。圖1描繪了這個(gè)買(mǎi)賣(mài)過(guò)程中“買(mǎi)方”（即消費(fèi)者）和“賣(mài)方”（即生成者）之間的交易流程。圖1的左邊，生產(chǎn)者發(fā)布它可以提供的服務(wù)，這個(gè)服務(wù)可以是單純的原始情報(bào)源，也可以是數(shù)據(jù)庫(kù)表，或者是對(duì)原始情報(bào)加工、融合、去重、提取后的增值服務(wù)；圖1的右邊，消費(fèi)者既訂閱它感興趣的服務(wù)，也可以反饋給生產(chǎn)者該服務(wù)的質(zhì)量［5］。消費(fèi)者可以直接訪問(wèn)各數(shù)據(jù)源，并實(shí)時(shí)訂閱它的“增、刪、改”的消息。每個(gè)指揮所中每一類(lèi)的情報(bào)處理都有一個(gè)生產(chǎn)者和多個(gè)消費(fèi)者，訂閱發(fā)布模型利用生成消費(fèi)的基礎(chǔ)服務(wù)實(shí)現(xiàn)本指揮所內(nèi)態(tài)勢(shì)情報(bào)源向各席位共享態(tài)勢(shì)的過(guò)程。

圖1 訂閱發(fā)布模型

4.2 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）

RPC是Remote Procedure Call的縮寫(xiě)，它是一種進(jìn)程間的網(wǎng)絡(luò)通信方式。這種通信方式不需要程序員顯示編寫(xiě)這個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)用的細(xì)節(jié)，允許程序調(diào)用網(wǎng)絡(luò)上另一臺(tái)機(jī)器上的過(guò)程或函數(shù)。也就是說(shuō)，程序員最終調(diào)用的服務(wù)端無(wú)論在本地機(jī)器還是共享網(wǎng)絡(luò)上的機(jī)器，編寫(xiě)調(diào)用代碼不需要做任何改變。一個(gè)應(yīng)用程序使用RPC來(lái)執(zhí)行位于不同地址空間的程序，但從效果上來(lái)看和執(zhí)行本地程序一樣［6］。異步RPC通信方式是指程序的發(fā)送者首先向接收者發(fā)送一個(gè)處理結(jié)果的請(qǐng)求，且不等待結(jié)果的返回。RPC不能作為一個(gè)單獨(dú)的中間件進(jìn)行使用，它必須被嵌入到客戶(hù)/服務(wù)器模式的應(yīng)用程序中。當(dāng)編譯器對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行編譯時(shí)，會(huì)對(duì)客戶(hù)端和服務(wù)端的應(yīng)用程序建立不同的碼根。當(dāng)態(tài)勢(shì)分發(fā)共享系統(tǒng)需要調(diào)用RPC功能進(jìn)行分發(fā)計(jì)算時(shí)，這些計(jì)算模塊基于消息中間件的碼根就會(huì)被調(diào)用，計(jì)算模塊收到計(jì)算請(qǐng)求從而實(shí)現(xiàn)客戶(hù)和服務(wù)器之間的同步通信［7～8］。異步的設(shè)計(jì)方式使得計(jì)算模塊和分發(fā)模塊不需要等待對(duì)方的返回結(jié)果即可進(jìn)行下次調(diào)用，從而提高系統(tǒng)的分發(fā)共享效率。

4.3 微服務(wù)

現(xiàn)在的大型信息系統(tǒng)都是由多個(gè)部件構(gòu)成，這每一個(gè)部件都可以稱(chēng)為“微服務(wù)”，微服務(wù)本質(zhì)上就是一種架構(gòu)風(fēng)格。系統(tǒng)中的各個(gè)微服務(wù)不相互依賴(lài)，可以被分開(kāi)部署，因此它們之間是松耦合的。每個(gè)微服務(wù)的功能獨(dú)立且完整，它僅關(guān)注于完成一件任務(wù)并高質(zhì)量、高效率地完成該任務(wù)，微服務(wù)架構(gòu)的目標(biāo)是將大型的、復(fù)雜的、長(zhǎng)期運(yùn)行的應(yīng)用程序構(gòu)建為一組相互配合的服務(wù)，每個(gè)服務(wù)都可以做局部修改。

微服務(wù)設(shè)計(jì)思想是一種使用若干小服務(wù)開(kāi)發(fā)龐大應(yīng)用的方法，每個(gè)服務(wù)運(yùn)行在自己的進(jìn)程中，通過(guò)輕量級(jí)的通信機(jī)制進(jìn)行信息交互。基于業(yè)務(wù)的基本內(nèi)容，每個(gè)微服務(wù)的粒度大小可以按需定制，并且可以用不同的程序語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，部署也可以使用網(wǎng)絡(luò)依賴(lài)關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)化部署。

相對(duì)于傳統(tǒng)的一體化應(yīng)用模式，微服務(wù)的架構(gòu)以功能模塊為單位對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行離散、解耦，因而具備了復(fù)雜度可控、獨(dú)立部署、技術(shù)選型靈活、容錯(cuò)好、可擴(kuò)展等諸多優(yōu)點(diǎn)［9］。本系統(tǒng)中對(duì)發(fā)送、計(jì)算和管理均進(jìn)行微服務(wù)化設(shè)計(jì)，從而提高系統(tǒng)的分發(fā)效率。

4.4 分布式協(xié)調(diào)

由于態(tài)勢(shì)分發(fā)共享服務(wù)處理的是實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)，態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、更新頻率快、吞吐快等特點(diǎn)，因此在共享數(shù)據(jù)過(guò)程中非常容易出現(xiàn)信息堵塞現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性甚至功能的正確性。因此多服務(wù)部署以及多服務(wù)之間的負(fù)載均衡顯得尤其重要。ZK（ZooKeeper）是一種開(kāi)源協(xié)調(diào)服務(wù)，它專(zhuān)為分布式應(yīng)用所設(shè)計(jì)，具有高可用、高性能且高一致性的特點(diǎn)［10］。由于ZK上述的這些特點(diǎn)以及其開(kāi)源的優(yōu)勢(shì)，很多大型的、分布式的系統(tǒng)都將其進(jìn)行廣泛應(yīng)用。從可靠性方面來(lái)說(shuō)，它不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤而崩潰。

在本系統(tǒng)中我們部署多個(gè)態(tài)勢(shì)分發(fā)服務(wù)分擔(dān)數(shù)據(jù)處理和發(fā)送的壓力，而多服務(wù)之間協(xié)同工作由ZK的競(jìng)選機(jī)制實(shí)現(xiàn)。通過(guò)選舉產(chǎn)生一個(gè)leader（領(lǐng)導(dǎo)者）作為主分發(fā)服務(wù)，當(dāng)主分發(fā)服務(wù)的用戶(hù)負(fù)載壓力較大或出現(xiàn)異常時(shí)，ZK自動(dòng)產(chǎn)生新的主服務(wù)，并將之前主服務(wù)上的客戶(hù)端分配到其他信息生成服務(wù)，從而保證了態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，確保演習(xí)或作戰(zhàn)過(guò)程中系統(tǒng)的持續(xù)可用。

5 態(tài)勢(shì)共享的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

本文提出的態(tài)勢(shì)共享技術(shù)是一種按需分發(fā)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于籌劃作業(yè)及戰(zhàn)場(chǎng)感知相結(jié)合的系統(tǒng)。指揮所內(nèi)部的態(tài)勢(shì)同步通過(guò)主題發(fā)布與訂閱進(jìn)行選擇性共享；指揮所間的信息共享是自動(dòng)提取籌劃方案，將一定范圍的戰(zhàn)場(chǎng)情況以指定的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式下發(fā)給各下級(jí)任務(wù)部隊(duì)或武器平臺(tái)的方式。

5.1 指揮所內(nèi)態(tài)勢(shì)共享

每個(gè)聯(lián)合指揮控制系統(tǒng)都有一個(gè)信息目錄服務(wù)，該服務(wù)作為信息資源注冊(cè)發(fā)布、編目組織、分發(fā)流轉(zhuǎn)、管理調(diào)控的連結(jié)樞紐，為該聯(lián)合指揮中心和業(yè)務(wù)處理中心提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)和信息服務(wù)支撐。

如圖2所示，信息目錄用于指揮所各態(tài)勢(shì)情報(bào)主題的注冊(cè)。當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)的每一類(lèi)態(tài)勢(shì)情報(bào)都需要在該信息目錄上進(jìn)行注冊(cè)及保存。以指揮所內(nèi)A類(lèi)情報(bào)的共享為例：

圖2 指揮所內(nèi)態(tài)勢(shì)共享流程

1）A類(lèi)情報(bào)接入服務(wù)在信息目錄上注冊(cè)名為“實(shí)時(shí)情報(bào)A”的主題，該主題用于管理實(shí)時(shí)的A類(lèi)情報(bào)態(tài)勢(shì)。

2）當(dāng)指揮所內(nèi)席位1需要訂閱實(shí)時(shí)情報(bào)A時(shí)，該指揮所內(nèi)的信息訂閱轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)將其訂閱請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至信息目錄。

3）A類(lèi)情報(bào)接入服務(wù)獲取到訂閱請(qǐng)求后，將A類(lèi)情報(bào)態(tài)勢(shì)信息轉(zhuǎn)發(fā)至該指揮所內(nèi)的訂閱轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，席位1從本指揮所內(nèi)信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)處獲取相應(yīng)的情報(bào)信息。

4）此時(shí)若席位2也需要A類(lèi)情報(bào)態(tài)勢(shì)，則可在本指揮所內(nèi)信息訂閱轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)處獲得與席位1一致的情報(bào)，從而保證指揮所內(nèi)部的情報(bào)共享的一致性。若本指揮所對(duì)其它情報(bào)沒(méi)有查看訂閱需求，則該指揮所不需要引接其它信息，從而有效節(jié)約傳輸帶寬并提高軟件的處理性能。

態(tài)勢(shì)信息訂閱兼容了傳統(tǒng)的態(tài)勢(shì)主動(dòng)推送的功能，加入了訂閱機(jī)制的信息分發(fā)流程，對(duì)于滿(mǎn)足定制條件的態(tài)勢(shì)產(chǎn)品可直接發(fā)送給指揮或作戰(zhàn)單元［11］。該方式為系統(tǒng)節(jié)約了大量帶寬。

5.2 指揮所間態(tài)勢(shì)共享

作戰(zhàn)過(guò)程中最直接有效的態(tài)勢(shì)是與任務(wù)相關(guān)聯(lián)的［12］，各指揮控制中心進(jìn)行籌劃作業(yè)時(shí)需要基于一致的態(tài)勢(shì)。同時(shí)，作戰(zhàn)任務(wù)分析及目標(biāo)任務(wù)分析都是基于態(tài)勢(shì)進(jìn)行基礎(chǔ)分析，命令指令生成后也需要指定當(dāng)前態(tài)勢(shì)中的作戰(zhàn)單元進(jìn)行執(zhí)行［13］，因此本文中指揮所間態(tài)勢(shì)共享主要是基于作戰(zhàn)任務(wù)的按需分發(fā)。這樣既保證關(guān)鍵態(tài)勢(shì)信息的有效共享又減少了冗余態(tài)勢(shì)傳輸對(duì)帶寬的占據(jù)。

指揮所間的態(tài)勢(shì)共享內(nèi)容及形式主要由制定的態(tài)勢(shì)分發(fā)策略決定。簡(jiǎn)單地講，態(tài)勢(shì)分發(fā)策略規(guī)定了在什么時(shí)間段、以什么鏈路、向誰(shuí)、發(fā)送什么范圍內(nèi)的什么類(lèi)型的態(tài)勢(shì)信息。因此建立一個(gè)基于任務(wù)的態(tài)勢(shì)分發(fā)模型是指揮所間態(tài)勢(shì)共享的重點(diǎn)。如圖3，該模型包含任務(wù)基本元素的提取、提供攻擊/防御范圍的生成模型、分發(fā)策略生成和態(tài)勢(shì)情報(bào)格式報(bào)文打包并下發(fā)功能。其中，元素的提取主要是指定共享的態(tài)勢(shì)內(nèi)容，即“發(fā)什么”；范圍模型的生成是規(guī)定共享哪些區(qū)域內(nèi)的態(tài)勢(shì)，即“發(fā)哪里的”；分發(fā)策略生成即將各種信息組裝成軟件識(shí)別的策略?xún)?nèi)容；打包下發(fā)則是最終共享的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

圖3 任務(wù)態(tài)勢(shì)分發(fā)流程

如圖4，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，將分發(fā)管理、分發(fā)計(jì)算、分發(fā)發(fā)送進(jìn)行微服務(wù)的模塊化設(shè)計(jì)，部署時(shí)可以進(jìn)行集群化多服務(wù)器的分布式部署。分發(fā)管理用于策略的提取及生成，分發(fā)計(jì)算用于計(jì)算哪些態(tài)勢(shì)符合策略需求，分發(fā)發(fā)送模塊則負(fù)責(zé)將符合策略的態(tài)勢(shì)元素進(jìn)行打包共享。各模塊之間采用RPC接口進(jìn)行消息交互，從而提高系統(tǒng)的時(shí)效性。分發(fā)發(fā)送和分發(fā)計(jì)算模塊集群化部署后可通過(guò)ZK來(lái)維護(hù)多個(gè)服務(wù)之間的主、次關(guān)系，并對(duì)計(jì)算請(qǐng)求和發(fā)送保文請(qǐng)求進(jìn)行均衡分布，從而保證軟件系統(tǒng)的魯棒性。

圖4 指揮所間態(tài)勢(shì)共享模塊

6 結(jié)語(yǔ)

本文提出的應(yīng)用于聯(lián)合作戰(zhàn)的態(tài)勢(shì)按需分發(fā)共享技術(shù)，依托信息通信支撐網(wǎng)，構(gòu)建感知信息網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同處理機(jī)制，將廣域分散的陸、海、空、天、電、網(wǎng)各類(lèi)態(tài)勢(shì)感知資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化組織和虛擬化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)感知全網(wǎng)共享”，按任務(wù)縱向跨級(jí)、橫向跨域同步共享和按需精準(zhǔn)服務(wù)，為聯(lián)合指揮機(jī)構(gòu)、軍兵種部隊(duì)、武器平臺(tái)聯(lián)合作戰(zhàn)提供我情、敵情和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境一體的戰(zhàn)場(chǎng)綜合態(tài)勢(shì)“一幅圖”的局面［14］，同時(shí)有效節(jié)省了鏈路帶寬，在實(shí)際作戰(zhàn)中有著重大意義。

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