基于服務的試驗資源數字化建模封裝技術

中國電子科技集團有限公司第十五研究所 李幽

隨著建模與仿真技術、網絡通信技術、虛擬現實技術和人工智能技術等高新技術的飛速發展，裝備試驗與訓練模式正在由單一的靶場試驗與訓練，向跨域、一體化聯合試驗與訓練轉變。為使不同類型、不同地域的異構試驗資源之間能夠統一集成、形成整體、協同應用，研究基于服務的資源建模與封裝技術，對試驗資源進行建模封裝，從而為各類異構試驗資源的跨域共享和按需服務提供基礎。

聯合試驗目標為采用標準化、開放式體系結構構建分布式LVC聯合試驗環境，支持多系統集成、多靶場聯合、多源數據融合，實現靶場內部、跨靶場、跨領域、跨區域各類試驗資源的互聯互通互操作和組合式應用。其中，應重點實現互操作、重用和可組合，互操作即各靶場實裝、跨區實裝、虛擬和實兵實裝資源的互操作，重用即試驗設施、仿真資源、各類基礎數據和試驗數據的重用，可組合即部署于各地的實兵實裝、試驗裝備、仿真資源實現“搭積木式”集成，可快速構建完整試驗系統，同時所有試驗資源以標準組件形式存在，以便快速按需集成。

一、研究現狀

近20年來，我軍成功研發了大量實物、半實物的裝備試驗和訓練系統以及一些多武器平臺仿真系統，包括飛機、導彈、艦艇、高炮等實體及其對抗的模型和軟件，用于各武器平臺的研發、性能試驗、仿真訓練和作戰效能的評估與研究。這些不同種類的LVC仿真和數據資源，為邏輯靶場的實施提供了充足的資源保證。聯合試驗環境要求范圍廣泛的硬件、軟件、仿真模型、數據等試驗資源能夠跨域共享且可組合，這就要求建模與仿真、試驗資源之間能夠無縫互操作，但是資源模型不兼容導致互操作能力和可組合性受到限制，所以統一資源建模方法成為解決問題的有效途徑。那么如何實現統一發現、柔性重組和按需服務，成為了亟待解決的問題。

二、資源建模封裝技術

針對目前聯合試驗環境對試驗資源的構建需求，以及現階段面臨的種類繁多的跨域試驗資源難以實現統一發現、柔性重組和按需服務的問題，本文提出一種基于服務的資源數字化建模封裝技術，用于對邏輯試驗資源進行建模封裝。通過可視化的方式對資源進行基于統一描述標準、統一設計方法的抽象和概括，為資源的快速接入提供基礎，并對邏輯靶場中的資源、數據、消息進行歸納總結，形成公共模型，為后續資源的建模復用和擴展提供支撐。資源建模的核心是對資源的基本信息、對外提供的接口以及所使用的數據類型進行描述，重點關注資源對外提供的能力，建立相應的資源模型，為試驗資源的互操作、可持續、可重用提供模型基礎。邏輯靶場資源模型采用面向服務的思想，基于資源元模型，構建公共資源模型，形成資源目錄，利用對公共模型的組合、擴展完成對試驗資源的建模，資源建模封裝的邏輯組成如圖1所示。

圖1 資源建模封裝邏輯組成

基于服務的資源數字化封裝技術主要開展三個方面的內容研究：（1）資源分類管理，支持對所有入庫的試驗資源進行統一訪問管理，主要采用分類目錄的方式進行管理，支持進行用戶自定義資源分類定義；（2）資源的統一描述，支持對資源的基本信息和擴展信息進行定義，實現資源注冊入庫。同時，為了支持試驗資源體系統一描述，提出了典型試驗資源（軟件資源、網絡資源、數據資源和工控資源）的資源描述元模型；（3）當一類新的資源加入試驗資源體系時，首先需要進行資源描述建模，支持以用戶定義可擴展的方式定義（繼承和引用）試驗描述模型。

（一）資源統一訪問

基于服務的資源數字化封裝可實現試驗資源的統一共享，形成一個如圖2中間部分所示的試驗資源共享空間，通過試驗共享空間在資源使用者和資源提供者之間進行交換。

圖2 資源共享模式圖

試驗資源共享空間主要由三部分構成：試驗資源元數據注冊管理、試驗資源目錄服務、試驗共享資源空間。其中，元數據注冊管理用于存儲管理有關各類資源的描述、格式及定義（包括知識本體）的元數據；試驗資源目錄服務主要用于存儲在網絡上進行搜索/發現，以分類為主要描述手段，為搜索提供支持；試驗共享資源空間用來存儲管理共享資源。具體過程如下：

1、發布過程

首先，試驗資源提供者可以將共享資源的結構、格式及定義的元數據注冊到共享空間中的元數據注冊管理中，以便其他的試驗資源開發人員與使用人員理解試驗共享資源；

其次，試驗資源提供者通過分發機制將需要共享的資源發布到共享空間，其中用于搜索/發現的元數據和內容元數據被推送到資源目錄服務中，告訴試驗資源使用者可以共享的內容；試驗共享資源則放入共享空間中。

2、資源使用過程

資源使用者可以通過元數據注冊管理，利用已有的模型或在此基礎上擴充來構建新的模型，保證新建系統與已有系統之間模型的一致性；最后，資源使用者查詢資源目錄服務，來尋找自己所需要的資源，找到后可以通過統一的訪問機制轉換（可能會用到元數據注冊管理中的元數據）成自己所需要的格式來使用，從而實現了資源使用者和資源提供者之間的信息共享。

資源共享空間主要提供的三類服務：

一是共享資源的可視化：資源提供者可以通過網絡讓地理上分布的資源使用者能夠看到他共享的數據，資源的可視化是實現信息共享的基礎。資源提供者將共享數據發布到共享空間實質上就是為了提供資源的可視化；

二是資源的可訪問性：即能夠讓網絡上的數據使用者通過統一的訪問機制，在安全的訪問控制下，訪問到所需要的資源；

三是資源的可理解性：即能夠讓網絡上的資源使用者正確理解所訪問到的資源。

圖3為分布式試驗資源在線使用過程。

圖3 分布式試驗資源在線使用過程

通過資源共享空間，達到對資源的共享使用：

第一，資源生產者通過資源注冊客戶端對資源進行元數據標記，并將標記后的數據資源提供給資源注冊服務；

第二，資源注冊服務隨即將標記的資源中的元數據裝載到元數據目錄服務中的元數據庫；

第三，用戶（即使用者）采用搜索/發現資源，并通過統一訪問接口獲取資源。

（二）資源統一描述

試驗資源統一描述采用“模型驅動”思想進行規范化描述，支持以資源描述元數據（即資源描述模型）方式實現對資源的描述。元數據是有關數據的數據，為了更好的進行描述，我們采用如圖4所示的層次。

圖4 資源模型結構圖

資源層：在資源層就是我們通常所說的直接參與試驗的資源，包括軟件資源、硬件資源和數據資源等。

模型: 該層由描述資源信息的元數據組成。相關元數據的有機組成為模型。模型是用來描述現實世界中的事物，此處是指試驗資源。這些數據就是元數據注冊管理所要管理的對象。

元模型:元元數據是用來定義元數據結構。由元元數據組成的模型稱之為元模型，它定義了元數據的抽象語法結構和語義。為了實現對上述對象的統一管理，需要構建一元模型來描述上述對象。

以下內容分別對資源層的資源統一描述、資源描述建模進行介紹。

一是資源基本信息描述

下面給出了模型基礎信息、擴展信息、依賴信息和接口信息的描述。

基本信息包含了資源的基本特征與屬性。其具體內容如下：

標識：資源標識，是一個12位的十六進制標識號，其形式為XXXX-YYYY-ZZZZ，XXXX代表資源所屬類別，YYYY代表資源所屬子類，ZZZZ代表資源在子類下的編號。

名稱：資源名稱，由上傳者定義。

類型：資源類型，包括實體、虛擬。

仿真類型:資源的仿真類型，如果資源是虛擬軟件，此項可用，包括實況（Live） 、虛擬（Virtual）和構造（Constructive）。

開放程度：資源的開放程度，包括可改造和不可改造的。

資源粒度：資源的粒度，包括設備級、系統級、原子級。

領域：資源的所屬領域，用于聲明資源被用作何種用途，包括態勢顯示、評估模型、挖掘模型、數據處理、公共資源、試驗資源、標靶資源、采集資源、行為資源和模擬器。

位置：資源的物理位置。

單位：資源的所屬單位。

注冊時間：資源注冊時間。

平臺類型：資源的平臺類型。

散列值：資源的散列值，用于校驗待封裝資源的唯一性，支持的算法包括SHA-1，SHA-256，SHA-512。

資源描述：資源通用描述。

功能指標：功能列表，描述資源所能完成的功能。

性能指標：性能列表，描述資源的各項性能指標。

二是試驗資源描述元模型

針對不同的試驗資源類型，資源描述元模型具有不同的屬性。為了更好的支撐各類資源的統一管理，梳理了典型資源的資源描述元模型，主要分為軟件、硬件、數據三種類型，下面給出了三類資源的描述元模型。

其中，軟件資源描述元模型主要定義了軟件資源的類型、OSI層級，以及環境依賴、包依賴等信息；硬件資源描述元模型主要定義了硬件設備的物理存放位置、硬件參數信息；數據資源描述元模型主要定義了數據的連接方式（如JDBC連接地址）、數據庫類型等信息。

表1 軟件資源描述元模型

（三）資源描述建模

1、資源描述模型

資源描述建模即對資源的描述信息進行模型化，通過模型之間的關聯關系映射資源之間的關系。通過定義資源的元數據，支持對試驗資源進行屬性、值的描述，以達到資源描述建模目的。

為了支持資源描述模型的擴展和升級，采用支持用戶自定義擴展元數據的方式。因此，如圖5所示，我們設計的元數據模型包括兩大部分：核心層與擴展層。核心層主要包括試驗資源訪問控制元數據、試驗資源描述元數據、試驗數據資源內容相關元數據以及試驗資源格式元數據。擴展層可以根據用戶需要，擴展自己需要的元數據等。

圖5 可擴展的元數據模型

2、資源組裝

試驗資源模型以模型庫的形式存在，是用以支撐聯合試驗任務的開展，這些模型既可單獨運行，也可通過組裝集成為更高層次應用系統，以支持更為復雜的試驗任務。

表2 網絡資源描述元模型

表3 數據資源描述元模型

針對聯合試驗任務需求，制定了如圖6所示的模型組裝框架。在此框架中，平臺、武器等模型都繼承于基礎模型。為了實現對模型組裝的支持，增加了模型組裝類，分別是單元實體和聚合實體。其中，單元實體支持對所有繼承自基礎模型的類對象進行組合，例如通過單元實體類組合機動通信模型、攻擊模型、防御模型等，從而形成一個網絡攻防單元實體。聚合實體支持對所有繼承自單元實體的類對象進行組合，例如通過聚合實體類組合多個攻擊實體，從而形成一個攻擊團隊。

圖6 模型組裝框架

基礎模型（BasicModel）：包括行為模型、裝備模型，其中裝備模型包括通信模型、攻擊模型等；

單元實體（UnitEntity）：支持對行為模型、通信模型、攻擊模型、防御模型進行組裝，其中單元實體中至少包含一個平臺模型，可包含0到多個行為模型、通信模型、攻擊模型和防御模型；

聚合實體（AggreationEntityModel）：支持對多個單元實體進行組裝，其中可包括1到多個單元實體，可包含行為模型，并支持對聚合實體的整體性能等進行設置。

在模型構建過程中，基于接口匹配檢測，分析模型之間存在著一定的依賴關系，如應用層的功能模型通常會依賴傳輸的功能模型，這種依賴會體現為模型間的接口依賴關系，通過匹配模型間的需要的接口和提供的接口之間的接口類型、操作名稱和參數類型，可以實現功能模型的半自動裝配。

三、總結

針對目前聯合試驗環境對試驗資源的構建需求，以及現階段面臨的種類繁多的跨域試驗資源難以實現統一發現、柔性重組和按需服務的問題，本文提出一種基于服務的資源數字化建模封裝技術，一方面實現對各類資源的統一描述，另一方面對資源進行集中發布、分類檢索，實現各類資源的統一發現、柔性重組和按需服務。為實現跨靶場、跨領域、跨區域各類試驗資源的互聯互通互操作和組合式應用，以及試驗系統即想即得即用的目標提供了技術支撐。