摘要：各軍兵種部隊實現指控信息互操作的方式有多種,建立規范化的指控信息互操作結構框架,可以為解決系統間指控信息互操作問題提供思路。分析對比了三種類型的設計方法,圍繞作戰管理語言(BML),結合面向服務的體系結構(SOA)和統一架構框架(UAF)的結構理念,最終選擇了直連型的結構框架構建方式,并構建包含系統、技術、資源、服務、功能和組織6個層級,本體模型、語義映射、模型生成等多要素的公共服務支撐結構框架,為指控信息互操作規范化研究提供了結構框架理論支撐。
當前信息化條件下的部隊訓練任務多由各級指揮信息系統和模擬訓練系統擔負。指揮信息系統可以指導部隊進行實戰化演習訓練,但實裝訓練對于人力物力的消耗過大,規模受限,而且沒有相應的評估系統進行總結分析。模擬訓練系統利用虛擬兵力仿真和單裝模擬訓練器材等方式實現復雜環境下的虛擬作戰,可以仿真較大規模的戰爭形態,并對作戰效果進行檢驗評估,但是終究抵不上實裝訓練的“權威性”。而指揮信息系統與模擬訓練系統之間的指控信息互操作,就能結合兩者的優點,摒棄不足,既能模擬實現戰場上指揮席位和作戰部隊之間的指揮控制,增強指揮員的應變能力和實踐各種戰術的作戰效果,又能對作戰進程進行效能評估,檢驗部隊訓練效果。
然而,現有指揮信息系統和模擬訓練系統的結構大相徑庭,現存的指控信息互操作結構框架也不規范,兩系統之間大多仍處于“人在環”的傳輸結構中,指控信息的傳遞依舊是靠參謀人員將文本或指令輸入模擬訓練系統,不僅信息的時效性大大降低,而且不利于實現指揮信息系統和模擬訓練系統之間的互操作。因此,要實現兩系統的指控信息互操作,就要建立一個規范化的指控信息互操作結構框架,使兩系統的技術體制規范化。
本文對比分析了三種進行指控信息互操作的技術方法,確立了直連型的設計方法,并建立了指控信息互操作公共服務支撐結構框架,利用作戰管理語言(BML),圍繞本體模型,對兩者互操作的結構框架進行設計和規范,確定了該框架的設計目標和原則,為實現指揮信息系統與模擬訓練系統的互操作提供理論支撐。
1、指控信息互操作內涵
目前,國內外學者圍繞指揮信息系統和模擬訓練系統之間的指控信息互操作已經展開了大量研究,對BML進行了豐富和拓展,對互操作結構框架的設計和應用也進行了深入研究,現對一些概念和內涵進行介紹。
指揮控制是指揮員及其指揮機關對部隊作戰或其他行動進行掌握和制約的活動。指控信息是指圍繞指揮軍事行動進行命令下達或傳輸過程中產生的語言信息、計算機信息等。本文研究的是指揮信息系統和模擬訓練系統在交互過程中產生的所有指控信息,包括指揮員下達的指令、參謀人員輸入的作戰文本、系統產生的數據信息、仿真運行后的反饋信息等。
美國國防部將互操作定義為“系統、單位或軍事力量之間相互提供和接受服務,以使他們能夠共同有效操作”。對于指揮信息系統和模擬訓練系統而言,系統之間允許其單元以指定的方式主動進行數據交換,并且能夠使用對方的信息完成各自系統內部的工作,則認為完成了最基本的互操作。
作戰管理語言(BML)作為一種明確的語言,應用于指揮和控制進行軍事行動的部隊和裝備,并提供態勢感知和共享的、共同的作戰畫面。它能夠無歧義地描述指揮員的指令,使模擬訓練系統等人不在環的系統能夠清晰準確地被理解,從而做出相應作戰動作的語言。在指控信息互操作結構框架的構建過程中,BML作為理論基礎,緊緊圍繞結構框架各層級的設計。
指揮信息系統和模擬訓練系統是本文研究指控信息互操作的載體對象。指揮信息系統是陸軍作戰指揮系統的重要組成部分,在橫向上可以對各兵種(專業)進行指揮,縱向上可以對各武器平臺和仿真系統進行指揮自動化功能上的延伸,其作為陸軍指揮命令傳達的重要載體,在作戰和訓練中有不可或缺的作用。模擬訓練系統是利用計算機系統,模擬部隊實施作戰方案并執行軍事行動的訓練平臺,該系統應用以計算機為核心的高新技術,研制開發計算機仿真系統來仿真戰場環境和作戰行動以支撐整個訓練,受訓人員在虛擬戰場環境中進行作戰訓練,是當前訓練的主要方式之一。指揮信息系統和模擬訓練系統是當前部隊綜合運用最多的系統,也是指控信息互操作的基本載體。
在指揮信息系統方面,其結構框架通常采用國防信息架構通用作戰環境(DII COE)、全球信息柵格(GIG)等,模擬訓練系統則有分布式交互仿真(DIS)、建模仿真即服務(MSaaS)框架、高層體系架構(HLA)等多種結構框架。這些不同類型的系統結構采用不同的技術體制分立建設,沒有統一的技術協議和標準接口,導致了兩系統的異構性,使得指控信息不能在兩系統間進行語義明確的傳輸,指控信息的互操作性大大降低。因此,要解決不同系統的異構性問題,實現指控信息的互操作,就要建立一個規范化的公共結構框架,使不同系統按照統一的結構方法進行升級改造。
2、指控信息互操作結構框架類型分析
為使兩系統達成相同規范的技術體制進而進行指控信息互操作,在設計該結構框架時,應統一指揮信息系統和模擬訓練系統的技術體制,制定共同的標準,從系統層、服務層、組織層多個層級角度出發,構建規范化的指控信息互操作結構框架。
經過近些年國內外學者的研究,可將指揮信息系統和模擬訓練系統之間指控信息互操作的技術方法分為嵌入型、直連型和中間件型[9]三種類型。嵌入型是以指揮信息系統的技術體制和系統操作為基礎,轉變模擬訓練系統的設計思路,不再把模擬訓練系統單獨作為一個系統進行設計,而是將其嵌入指揮信息系統內部,進行內部的指控信息互操作;中間件型的互操作技術方法是結合指揮信息系統和模擬訓練系統的技術特點,創建一個中間件對指控信息進行融合處理和翻譯,滿足指控信息和反饋信息在兩系統間流轉的要求,完成系統間的互操作;直連型則是統一兩系統的技術體制,規范兩系統的接口和傳輸協議,以指揮信息系統為主體,增加指揮信息系統的相應模塊,以模擬訓練系統為主要建設對象,豐富其技術體制,建立公共組件和數據庫,實現雙向驅動,使兩系統直接進行連接,完成指控信息的互操作。三種類型的技術方法對于指控信息的互操作各有利弊,其構造類型和優缺點如表1所示。
各層級各專業部隊選擇任一技術方法進行系統改進都能滿足基本需求,但是從長遠角度出發,規范一套全軍統一的技術方法進行互操作,更有利于指揮信息系統的建設,并能夠減少資源的損耗。
現在各級指揮信息系統依托“統一版”一體化指揮平臺,有較為統一的設計構造,模擬訓練系統版本太多,涉及具體專業操作更細,對于嵌入型技術方法的實現較為困難,負責生產設計的工業部門也不愿意耗費大量精力來設計研發這種嵌入了模擬訓練的指揮信息系統。中間件型的設計方法較為容易,現在也有許多廠家采用HLA、DIS等仿真框架進行設計生產,但其只能針對某一類而不是對全部的模擬訓練系統進行規范,沒有長遠研究意義。因此,采用直連型的設計方法,統一規劃兩系統的建設方向,以指揮信息系統技術規范為主,以模擬訓練系統數據模型為藍本,規范兩系統的接口和傳輸協議,建立共同的物理規范和數據庫模型,使以后的模擬訓練系統能夠直接和指揮信息系統進行互聯互通。
3、指控信息互操作結構框架規范化構建原則
直連型的結構框架設計應該滿足指控信息互操作的功能需求,在現有指揮信息系統和模擬訓練系統建設成果的基礎上進行擴展改造,建立一個公共服務支撐結構。依據指揮信息系統的技術方法,通過綜合集成使模擬訓練系統的技術體制向指揮信息系統靠攏,將原本異構的兩系統規范統一,并建立相應的數據模型和語法規則,使兩系統完成雙向驅動,實現系統間互聯互通。此結構框架構建應當滿足以下原則。
1)運用統一的技術體制,制定相同的規則和協議。模擬訓練系統與指揮信息系統要統一設計相同的物理接口和程序信息傳輸協議,根據現實需求,統籌規劃兩系統的建設發展。以公共參考模型為指引,規范兩系統的數據類型和系統接口,支撐兩系統的重新啟動,時間管理,時間同步和數據庫同步等操作。
2)運用以松耦合化互操作為核心的服務體制。打通層級壁壘和專業限制,實現各層級各專業互聯互通,保證指揮控制和模擬訓練的效果。搭載多模塊的指控、通信和訓練服務,模擬實現真實戰場環境,將訓練資源服務化,將數據信息標準化,使上級指揮信息系統可直接與下級模擬訓練系統進行互操作,各專業之間也能實現信息的交互。
3)擁有共同的語義模型庫和語法規則。將數據信息進行模塊化設計,保證各模塊的重用性和組成性,確保指揮鏈路中各節點蘊含信息的準確性。按照指揮信息傳輸和模擬訓練需要,統籌滿足不同戰場情況和日常訓練的信息資源,分類組裝各運行模塊并制定統一的標準,使其滿足在互操作框架下數據信息的重用性和組成性。
4、直連型結構框架規范化構建過程
指揮信息系統和模擬訓練系統雖是異構系統,所屬領域和具備的功能并不相同,但兩系統的指控信息都是對軍事活動進行的描述,在本質上是有相同之處的。因此,要實現兩系統的直連,既要利用指揮管理語言和BOM技術,建立本體模型,使兩系統產生的數據和信息相互對應起來,完成指控信息向仿真模型的映射,也要理清系統各組成部分之間的相互關系,構建面向服務的結構框架,從技術和系統構造上對指控信息互操作結構框架構建進行規范設計。具體結構框架組成關系如圖1所示。
面向服務的體系結構(SOA)是為解決系統之間異構性問題,實現系統間互操作而提出的一種結構設計方法,它基于Web技術設計符合系統技術要求和互操作理念的相關服務,使系統之間指控信息同步共享。統一架構框架(UAF)是對象管理組織整合各類系統結構在2017年發布的設計理論,從多視角和領域出發進行細化研究,可以弱化各體系結構框架的視角和概念不統一的問題,增強了結構框架的兼容性。兩種類型的結構框架分別從服務和視角出發,對結構框架的構建方法進行了豐富和完善。
SOA以服務對象為基準為系統提供各類支撐服務,在結構框架搭載過程中,運用模塊化的服務組件,對指控信息互操作過程中的活動進行調用,對各種軍事資源進行封裝和注冊,為指揮信息系統和模擬訓練系統的功能實現和系統間指控信息的互操作提供服務支撐。
為解決復雜體系問題,UAF在5W1H方面進行了多領域多視角的擴展,并對其元模型進行了細化。對于指控信息互操作框架,首先構建其基本元素以確定框架范圍和交互機理。根據上述指控信息互操作框架構建原則,以實戰過程中指揮作戰流程和日常訓練中模擬訓練的組織關系為引導,從最基礎的物理支撐開始考慮,構建起Who(指揮機構、指控單元等)、When(指揮活動、模擬訓練活動等)、Why(功能實現、系統互連等)、Where(系統節點、物理設施等)、What(資源支撐、集成服務等)、How(技術規范、傳輸協議等)的指控信息互操作公共服務支撐結構框架。
結合兩種框架理念,以本文提出的構建原則為指導,從UAF的戰略目標、功能運行、技術支撐三個層面和多領域視角以及SOA面向服務的系統構建方式,綜合建立一個直連型的公共服務支撐結構框架,該結構框架分為6層,分別是系統層、資源層、技術層、服務層、功能層和組織層,兩系統和各層級之間的相互聯系如圖2所示。
系統層是支撐指揮信息系統和模擬訓練系統進行設備之間互連的共同系統規范,其包括系統節點、系統接口、系統數據等元素,是兩系統實現直連型的指控信息互操作的基礎條件,受物理規范和技術方法的約束。
技術層是該公共服務支撐結構框架在實現過程中需要用到的技術方法,包括可擴展標記語言XML、統一建模語言UML、Web本體語言OWL等語言層面的技術方法、技術標準和傳輸協議等系統制定層面的技術方法,通過這些技術方法實現直連型的指控信息互操作公共服務支撐結構框架的搭建。
資源層為兩系統進行指控信息互操作提供語言轉換和仿真運行依據的各類基本模型和規則,涵蓋語法規則、語義模型庫、數據模型、條令庫、本體模型、戰場環境等,是完成指控信息互操作所具備的核心內容要素。
服務層是為系統間進行服務交換并利用服務完成指揮控制和模擬訓練的松耦合化的層級架構,可以為功能層的實現提供各類資源和服務,該層級含有安全認證服務、仿真運行服務、通信服務、RTI服務、基于Web的指揮控制服務、資源管理服務等服務內容,是該公共服務支撐結構框架的核心層級。
功能層是指揮信息系統和模擬訓練系統在實現各自功能和進行指控信息互操作過程中需要用到的系統功能,如指揮控制,模型生成,語義映射,虛擬兵力仿真,方案預測和評估,合成戰術訓練等。
組織層囊括了各級指揮機構和各專業軍兵種的指控單元,為指控信息互操作的框架構建指出了面向的對象,為指揮信息系統和模擬訓練系統的功能實現提出了需求引導。具體各層級組成元素和交互關系如圖3所示。
5、結束語
異構型的指揮信息系統和模擬訓練系統在指控信息互操作方面有多種限制因素,不利于兩系統的建設發展。因此,建立直連型的公共服務支撐結構框架,以服務層級為主要交互對象,從物理和技術層面對兩系統進行規范,并利用BML相關理論和SOA、UAF的框架構建理念,對結構框架各層級和要素關系進行了梳理,旨在為后續的指控信息互操作研究提供框架支撐,為數據、本體、語義等模型的創建提供技術手段,對實現兩系統的規范化建設發展提供一定的參考價值。
