【专家视角】新型军事信息基础设施体系化发展
2022-02-23 13:33:06
来源：防务快讯
摘 要
军事信息基础设施是支撑网络信息体系能力生成的信息底座。着眼于推进军队数字化、网络化、服务化和智能化发展，提出了我军新型军事信息基础设施体系的发展构想，细化设计了其体系架构，论述了其主要作用机理，并对支撑其体系建设的典型关键技术进行了分析，最后阐述了其体系集成和应用问题，以期为新型军事信息基础设施的体系化发展提供参考和借鉴。
0引言
军事信息基础设施（MII）是军事信息系统演进的产物，由信息传输网、承载公共业务及网络建设需要的全军共用物理设施、维持网络运行与工作的基础软件、信息数据、公共应用服务和应用支撑服务程序、信息化军事装备接口、安全服务和其他服务等构成[1-2]，能够满足各种军事作战范围内各种协同需要及信息交互。
为了应对当前国际竞争的新局势和经济增长的新变化，我国提出新基建国家战略，打造以5G、人工智能、数据中心、云计算和物联网等为代表的新型信息基础设施，形成引领数字时代未来发展的新结构性力量[3]。大力发展新基建是我国发展和超越的重大机遇。在此大趋势下，军事信息基础设施建设也应与时俱进，我们需认清形势要求，勇于改革创新，以网络信息体系为抓手，加速构建数字化、网络化、服务化、智能化的新型军事信息基础设施体系，为未来一体化联合作战中全面提升体系作战效能提供强有力的支撑。
基于新一代信息技术的新型军事信息基础设施体系，是助力实现网络信息体系理念落地、创新体系能力生成模式的关键手段，具有重要战略意义。本文对新型军事信息基础设施的体系化发展进行了探索研究，论述了发展构想、体系架构、作用机理、关键技术和体系集成模式，以期为推进军队信息化建设水平跨越式发展提供参考。
1美军发展启示
为了应对中国不断增强的反介入/区域拒止能力，在军事竞争中占据绝对优势地位，美军瞄准构建强大联合作战体系，通过持续投资新兴技术，开发、更新新型武器装备、指挥信息系统和信息基础设施等国防资源，推动数字环境现代化进程，并根据美军在全球战场上实践得出的经验教训，持续改造完善相关装备和系统，提升美军体系作战能力。
作为作战体系的支撑，美军将全谱信息优势视为确保作战任务成功的关键[4]，在国防部信息网络（DoDIN）和联合信息环境（JIE）等实战能力不断迭代的基础上[5-6]，同步筹建更高水准的跨域共享军事云环境[7]，由国防部统一主导、军民联合运营，打造覆盖全球、空天地海一体的信息基础设施体系[8]，其建设发展呈现以下特征：
1) 深度数字化。围绕夺取创新性竞争优势，美军发布《数字现代化战略（2019—2023）》[9]，指导利用创新信息技术，打造敏捷、弹性、透明、无缝且安全的信息基础设施与服务环境，将数据转化为信息优势，确保面对持续赛博威胁下仍能可靠地执行任务。
2) 分布网络化。美军提出分布式作战、马赛克战和联合全域作战等新的作战概念[10-12]，布局一系列相关项目，聚焦开放式体系架构、动态抗扰通信网络和可组合作战平台等方向，支持兵力/平台快速按需聚合/解聚，增强战争迷雾，为对手造成决策困境。
3) 体系智能化。美国防部将人工智能列为“第三次抵消战略”优先发展的重点技术领域[13]，发布《国防部人工智能战略（2018）》等顶层文件[14-16]，从战略层面积极布局和扶持军事领域智能化建设。拟于2035年前初步建成智能化作战体系，对主要对手形成新的军事代差，2050年前实现作战平台、信息基础设施和指挥控制系统的全面智能化[17-18]。
综上，美军在创新作战概念的指导和牵引下，不断推进信息基础设施建设，已形成通过统一基础设施集成作战体系支撑作战能力成体系运用的基本模式，能够支撑作战体系敏捷重构和作战力量快速投送部署，实现更深层次的全域作战能力联合，这将对我作战体系安全构成严重威胁。因此，我军需加速推进新型军事信息基础设施体系发展，提升基于网络信息体系的感知—决策—控制—评估闭合链路效能，从而达成对强敌的有效制衡和关键能力超越。
2发展构想
2.1 发展目标新型军事信息基础设施体系是全军作战体系的共性基础能力支撑，将全军通信网络、信息/数据、计算存储、传感器和武器等资源统一组织管控，直接面向联合作战和各军兵种用户使用。依托新型军事信息基础设施体系，即时聚优各类作战资源/装备/系统的能力，发挥“黏合剂”和“倍增器”的作用，为各类用户系统/作战平台提供体系级服务，高效驱动作战信息链路运转，支撑全域战场透明感知，灵活构建多杀伤链，同时支撑用户系统敏捷适变以应对各类作战场景，通过任务驱动的体系动态重构，实现强对抗条件下体系韧性顽存，用体系整体信息优势为作战应用提供能力支撑，以最小代价、最高效益实现作战效能整体跃升。
2.2 演进路线新型军事信息基础设施体系是涉及通信网络、计算存储和信息服务等多个方面的复杂巨系统，其建设并非一朝一夕之功，需采用“平滑过渡、迭代发展”建设方式，兼顾急需与长远。1) 近期：运用新一代信息技术，按照统一标准对各军种现有信息基础设施进行改造升级，初步构建面向全域的通用云环境以及支撑特定需求的领域专用云，提升跨军种联合作战能力，支撑全域信息化作战。2) 远期：完成全军信息基础设施数字化转型，基于混合云形成体系级通用云环境；全面应用大数据分析和人工智能等技术，赋能情报分析、辅助决策和行动协同等应用，支撑全域智能化作战。
3体系架构
3.1 设计理念网络信息体系是“以网络为中心，以信息为主导，以体系为支撑”的复杂巨系统，其基本形态可简化为“节点+连接”。从物理和逻辑两个层面来说，节点指体系作战节点要素，不仅是节点本身，也代表其具备的特有节点要素能力；同样地，连接不仅指节点间的物理连接，也表明从节点要素能力到体系能力的能力差值。我军新型军事信息基础设施体系建设的最终目标是为形成基于网络信息体系的联合作战能力和全域作战能力提供基础支撑，换句话说，是提供从节点要素能力到体系能力的差量。体系能力生成理论模型示意图如图 1所示。
图1 体系能力生成理论模型示意图
新型军事信息基础设施体系为节点要素赋能，形成体系作战能力。具体而言，包括多要素协同运作和体系动态构造能力，以及为此提供的基础运行环境支撑能力。对此过程进行建模，可得体系作战能力生成的理论模型为：
体系作战能力= F({N} , {E} , {C} , {B}) (1)
其中，N为节点要素能力，包括侦察监视情报要素、指挥控制要素和信火打击要素等；E为协同运作能力，包括信息共享、探测协同和火力协同等，由信息资源服务和作战资源服务提供；C为体系构造控制能力，即体系动态构造能力，包括资源调度和资源监控等；B为基础运行支撑能力，由网络和计算基础设施组成。
因此，新型军事信息基础设施体系建设的关键在于：1) 广域分布的各种体系要素如何有机融合、协同运作；2) 面向复杂任务和不确定威胁，体系如何灵活调整和韧性适变。传统的基于特定任务和威胁的树状层次架构存在适应能力弱、信息共享和跨军兵种协同困难等不足，难以解决上述问题。
参考网-云-端架构设计思想和美军全球信息栅格（GIG）的理念，按照“网络通联为基础、计算存储为基石、资源共享为关键、能力生成为目标”的思路，构建分布式、可伸缩且可扩展的开放式松耦合体系架构。体系架构具备以下特征：
1) 多网系融合管控和泛在互联。网络通联是广域分布的各种体系要素有机融合的基础支撑。构建全域覆盖的一体化通信网络，实现资源入网即插即用，支撑传感器和武器直接铰链、任务网络按需构建等。
2) 栅格化分布式计算支撑。计算支撑指为全域联合作战体系提供分布协同、灵活调度和韧性抗毁的计算底座，提升体系处理效率，避免因某些关键节点毁伤而带来的体系失能后果。
3) 作战资源能力共享服务。资源共享指信息资源按需共享使用，打破“烟囱式”信息孤岛，实现信息跨域共享、全域融合和精准保障；也指作战资源能力按需共享使用，向全军提供“作战资源即服务”。
4) 体系能力（架构）动态生成。体系能力动态生成指基于体系能力的体系灵活构造和动态重组，由传统“预设方案+人工调整”方式向基于复杂任务和不确定威胁的体系动态构造转变，实现任务式优化组合。
3.2 总体架构
基于上述设计理念，从逻辑和物理两个层面描述新型军事信息基础设施体系架构。
3.2.1 逻辑架构
军事信息基础设施体系包含全域传感器、武器平台、通信、计算、安全、信息和软件等资源，根据元要素分类进行逻辑分层集成，构建网络泛在互联、分布式计算、全域信息共享和作战资源管控等功能逻辑栅格；同时，各逻辑功能栅格根据体系能力需求有机衔接形成军事物联网；在此基础上建立逻辑分层管理和按需动态集成的立体栅格逻辑架构，如图 2所示。
横向上，网络泛在互联环境对全军各类异构网络一体化集成，提供通信支撑，其他环境依托网络的状态进行信息传输；分布式计算支撑构建面向全军的分布式云计算支撑环境，向作战资源管控环境、全域信息共享环境等提供分布式处理计算资源，实现全域范围均衡处理和高效处理；作战资源管控环境对资源状态进行实时监控、能力解耦和服务化封装共享，向全域信息共享环境提供传感器和武器等资源优选推荐和管控服务；全域信息共享环境对陆、海、空、天、电、网全域信息跨域融合，形成统一态势，通过信息共享服务向其他环境提供全域态势，并进行内部态势交换，提供全域情报产品及原始情报信息服务。
纵向上，体系能力生成服务通过获取上述环境的资源能力及态势服务，面向作战任务，量化定义作战体系各项能力需求，按需灵活组织调用各环境要素，生成作战体系规划方案，确保体系能力韧性生成。
3.2.2 物理架构物理部署上，按照“建网、构云、连端”思路构建新型军事信息基础设施体系，由各类体系节点组成。地域分布、逻辑一体的物理架构示意图如图 3所示。体系节点，根据实际部署使用场景分为固定式、车载、舰载和机载等，各节点地域上广域分布、逻辑上一体运行，按需部署体系能力生成、全域信息共享和作战资源管控等功能服务模块；各类作战资源及用户系统接入体系、融入体系，可获取各类体系级服务。
4 作用机理
通过泛在网络互联环境，统一管理调度各类异构网络通信资源，采用软件定义网络和智能协议识别与转换技术，构建开放、兼容、可扩展的网络架构，屏蔽异构网络技术体制差异，按任务提供透明传输链路保障，使得接入体系的装备间达成端到端信息通信，从而实现应用系统间互通无需点对点打通通信链路。
通过分布式云支撑环境，统一管理调度分散部署的计算资源，采用业务分布协同处理技术，构建具备“物理分布并行、逻辑多维协同、动态均衡接替”特点的联合计算体系，直接向用户提供跨域的软件服务调用，因此应用系统不用关心后台应用究竟在哪个节点计算。
通过全域信息共享环境，汇聚全军各类战场信息，构建全军一体化联合信息服务体系。通过全域信息融合处理技术生成统一战场态势，面向用户按需提供精准信息服务，而应用系统不用关心各信息源，只需关心融合后目标及其属性参数，进而分析形成作战态势。
通过作战资源管控环境，统一将全域传感、武器和保障等作战资源纳入管理，采用软件定义和广域虚拟化技术，对全军各类作战资源进行数字化入网和能力解耦封装，构建虚拟作战资源池，面向用户提供服务，因此应用系统将打破隶属限制，能够在授权前提下按任务要求使用全军最合适的武器资源对目标实施打击。
在上述环境的支撑下，通过体系能力生成服务，为用户提供体系运营和保障服务，实时监控体系运行状态，能够基于威胁形势实现体系“万景适变”，针对战场空间变化和作战进程演进，以软件定义方式及时调整作战体系结构，以及通信、传感器、武器、计算和软件等要素能力和协同关系，确保对任何突发情况迅速做出反应、高效达成任务转进，从而实现前沿作战应势而变。
5关键技术
新型军事信息基础设施体系自身组成要素众多、涉及面广，是一项复杂、庞大的系统工程，其研究、建设存在诸多技术难点。限于篇幅，对其主要关键技术分析如下：
1) 跨域任务网络构建
为提升通信网络组织和作战业务保障能力，提供预先规划和临机构建两种跨域任务网建立方式，支撑面向作战任务的任务网快速构建需求。预先规划方式通过各级指挥所规划构建作战任务网；临机构建方式通过作战单元发起临机构建端到端任务网络，动态构建杀伤链。
通过最佳路径选择、多链路资源聚合等通信资源调度策略，实现任务网络到基础网络资源的最佳映射；在网络节点性能不变情况下，通过体系集成提升现有网络保障能力。通信资源调度策略采用最短路径（SPF）和多约束最短路径（CSPF）等算法，提供端到端最佳路径选择、多链路资源聚合和快速路径重构等战场流量工程（TE）策略，最大程度利用网络资源，满足业务带宽、时延和可靠性等差异化保障需求。
2) 分布式应用多节点调度管理
当前作战业务系统中大多数应用采用中心交付式服务、沿用商用分布处理模式，存在高强度对抗体系作战场景下适应性差、难以支撑复杂军事应用业务需求、战术边缘计算能力不足、计算资源按需动态调度能力欠缺等问题。
采用分布式多节点调度管理技术，支持应用或服务在多个节点上运行，并通过内存同步和信息流转等手段保持应用服务在不同节点上运行的状态一致性，为指挥信息系统业务提供统一服务。为分布式计算任务的描述和封装制定标准，管理任务以及算子的部署运行，实现在全域范围内的计算能力；遵循面向服务的架构（SOA）理念，分布式应用通过定义明确的服务描述协议和接口进行跨域交互，提高系统组件可重用性，从容应对复杂多变的业务系统集成；系统节点内采用分布式计算调度，研究服务总线及服务监控相关技术，在对全局服务的状态监控基础上，根据对不同服务调度策略的配置，实现为用户的请求找到最合适的服务资源；基于上述技术手段，解决在广域网范围内的应用任务处理。
3) 多元情报分布式体系架构
为解决广域范围战场态势统一生成问题，通过多元情报网络化组织调度、分布式处理和分布式服务等技术，确保侦察探测情报最大化共享和利用，提高目标发现跟踪识别能力和情报时效性；通过情报处理和情报服务动态组织，适应部队职能任务变化和人员力量分布特点，充分融合人机智能，提高情报保障效益。
在传感器部位部署情报入网单元，可按照任务规划和临机指挥调度要求自适应通信条件，完成原始情报信息分发。按照初始设置或规划的情报处理职责，进行多元情报人工和自动处理，包含雷达点迹处理、雷达航迹处理、多雷达点航迹融合、图像专业处理、无源交叉定位、视频专业处理、多源图像融合、多元情报关联、目标定位解算和目标跟踪等，分为无限定区域、按固定责任区、按移动责任区和按区域+环境类别组合等多种分布式处理方式。情报处理节点还可接收本地/远程临机指挥调度指令，改变情报分布式处理方式。
4) 面向任务的资源优选匹配与冲突消解
在动态、不确定的战场环境下，如何面向任务实现优选作战资源、确定资源间协同关系、保障关系，满足体系对侦察打击、通信互联和信息处理等多方面的能力需求，从而实现体系能力构造方案的自动生成，是目前仍未解决的难题。此外，在复杂战场环境下，如何依据作战体系内外部环境的变化，根据体系能力差距自动化求解并执行对体系能力的调整，是体系韧性保障的关键。
针对上述情形，本文提出面向任务的资源优选匹配与冲突消解技术，基于历史任务和历史体系能力构建或调整方案，对方案进行汇集分析，生成面向多样化任务的任务-能力规划方案知识库，采用基于语义的资源类型与实例的分离模型，基于本体的资源发现机制，借助本体的推理技术，实现对资源的自动分类及管理；利用规划引擎对体系进行作战资源及其协同关系规划；利用多维动态列表算法对体系构造方案进行快速发现与高效匹配；研究并实现资源的冲突消解算法，实现面向具体任务或环境变化时的体系能力规划和调整方案的自动化推荐。与现有技术相比，该技术可显著提升体系构造的智能化水平，减轻指挥员、信息系统保障人员对体系能力保障方案筹划的工作量，进而可以专注于对作战任务的指挥。
6体系集成
体系集成模式如图4所示。针对各类单个装备，在保持单装自治性前提下，发挥新型军事信息基础设施体系的“黏合剂”和“倍增器”作用，打造系统之系统，为系统用户提供“1+1>2”的体系复合作战能力，提高了装备对作战体系的贡献率。
图4 体系集成模式
新型军事信息基础设施体系为用户提供统一战场态势、传感器/武器协同控制等体系性共性基础服务能力。基于新型军事信息基础设施体系，应用系统面向作战任务聚焦于态势分析研判、作战组织运筹和战术战法研究等作战应用功能，从而实现体系作战能力的动态生成。
各类装备/系统通过各种网络手段接入新型军事信息基础设施体系，通过不同层次融入获得相应的体系能力支撑；系统间无需一一打通作战信息链路，通过资源调度能够按任务动态提供灵活、扁平的保障、控制和协同等链路。
7结束语
当前，数字化、智能化浪潮席卷全球，推动网络信息体系不断进化更新。新型军事信息基础设施体系建设作为网络信息体系形成体系作战能力的关键所在，也处于演进探索过程之中。本文围绕新型军事信息基础设施体系“建什么，如何建”的问题进行了探讨，提出了明确的建设路径，以期为我军建成网络信息体系，在未来体系战争中克敌制胜贡献力量。
张刚宁 赵 宇 裴晔晔
中国电子科技集团公司第二十八研究所
来源：《指挥信息系统与技术》2021年第6期
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