摘要：各军兵种部队实现指控信息互操作的方式有多种,建立规范化的指控信息互操作结构框架,可以为解决系统间指控信息互操作问题提供思路。分析对比了三种类型的设计方法,围绕作战管理语言(BML),结合面向服务的体系结构(SOA)和统一架构框架(UAF)的结构理念,最终选择了直连型的结构框架构建方式,并构建包含系统、技术、资源、服务、功能和组织6个层级,本体模型、语义映射、模型生成等多要素的公共服务支撑结构框架,为指控信息互操作规范化研究提供了结构框架理论支撑。
当前信息化条件下的部队训练任务多由各级指挥信息系统和模拟训练系统担负。指挥信息系统可以指导部队进行实战化演习训练,但实装训练对于人力物力的消耗过大,规模受限,而且没有相应的评估系统进行总结分析。模拟训练系统利用虚拟兵力仿真和单装模拟训练器材等方式实现复杂环境下的虚拟作战,可以仿真较大规模的战争形态,并对作战效果进行检验评估,但是终究抵不上实装训练的“权威性”。而指挥信息系统与模拟训练系统之间的指控信息互操作,就能结合两者的优点,摒弃不足,既能模拟实现战场上指挥席位和作战部队之间的指挥控制,增强指挥员的应变能力和实践各种战术的作战效果,又能对作战进程进行效能评估,检验部队训练效果。
然而,现有指挥信息系统和模拟训练系统的结构大相径庭,现存的指控信息互操作结构框架也不规范,两系统之间大多仍处于“人在环”的传输结构中,指控信息的传递依旧是靠参谋人员将文本或指令输入模拟训练系统,不仅信息的时效性大大降低,而且不利于实现指挥信息系统和模拟训练系统之间的互操作。因此,要实现两系统的指控信息互操作,就要建立一个规范化的指控信息互操作结构框架,使两系统的技术体制规范化。
本文对比分析了三种进行指控信息互操作的技术方法,确立了直连型的设计方法,并建立了指控信息互操作公共服务支撑结构框架,利用作战管理语言(BML),围绕本体模型,对两者互操作的结构框架进行设计和规范,确定了该框架的设计目标和原则,为实现指挥信息系统与模拟训练系统的互操作提供理论支撑。
1、指控信息互操作内涵
目前,国内外学者围绕指挥信息系统和模拟训练系统之间的指控信息互操作已经展开了大量研究,对BML进行了丰富和拓展,对互操作结构框架的设计和应用也进行了深入研究,现对一些概念和内涵进行介绍。
指挥控制是指挥员及其指挥机关对部队作战或其他行动进行掌握和制约的活动。指控信息是指围绕指挥军事行动进行命令下达或传输过程中产生的语言信息、计算机信息等。本文研究的是指挥信息系统和模拟训练系统在交互过程中产生的所有指控信息,包括指挥员下达的指令、参谋人员输入的作战文本、系统产生的数据信息、仿真运行后的反馈信息等。
美国国防部将互操作定义为“系统、单位或军事力量之间相互提供和接受服务,以使他们能够共同有效操作”。对于指挥信息系统和模拟训练系统而言,系统之间允许其单元以指定的方式主动进行数据交换,并且能够使用对方的信息完成各自系统内部的工作,则认为完成了最基本的互操作。
作战管理语言(BML)作为一种明确的语言,应用于指挥和控制进行军事行动的部队和装备,并提供态势感知和共享的、共同的作战画面。它能够无歧义地描述指挥员的指令,使模拟训练系统等人不在环的系统能够清晰准确地被理解,从而做出相应作战动作的语言。在指控信息互操作结构框架的构建过程中,BML作为理论基础,紧紧围绕结构框架各层级的设计。
指挥信息系统和模拟训练系统是本文研究指控信息互操作的载体对象。指挥信息系统是陆军作战指挥系统的重要组成部分,在横向上可以对各兵种(专业)进行指挥,纵向上可以对各武器平台和仿真系统进行指挥自动化功能上的延伸,其作为陆军指挥命令传达的重要载体,在作战和训练中有不可或缺的作用。模拟训练系统是利用计算机系统,模拟部队实施作战方案并执行军事行动的训练平台,该系统应用以计算机为核心的高新技术,研制开发计算机仿真系统来仿真战场环境和作战行动以支撑整个训练,受训人员在虚拟战场环境中进行作战训练,是当前训练的主要方式之一。指挥信息系统和模拟训练系统是当前部队综合运用最多的系统,也是指控信息互操作的基本载体。
在指挥信息系统方面,其结构框架通常采用国防信息架构通用作战环境(DII COE)、全球信息栅格(GIG)等,模拟训练系统则有分布式交互仿真(DIS)、建模仿真即服务(MSaaS)框架、高层体系架构(HLA)等多种结构框架。这些不同类型的系统结构采用不同的技术体制分立建设,没有统一的技术协议和标准接口,导致了两系统的异构性,使得指控信息不能在两系统间进行语义明确的传输,指控信息的互操作性大大降低。因此,要解决不同系统的异构性问题,实现指控信息的互操作,就要建立一个规范化的公共结构框架,使不同系统按照统一的结构方法进行升级改造。
2、指控信息互操作结构框架类型分析
为使两系统达成相同规范的技术体制进而进行指控信息互操作,在设计该结构框架时,应统一指挥信息系统和模拟训练系统的技术体制,制定共同的标准,从系统层、服务层、组织层多个层级角度出发,构建规范化的指控信息互操作结构框架。
经过近些年国内外学者的研究,可将指挥信息系统和模拟训练系统之间指控信息互操作的技术方法分为嵌入型、直连型和中间件型[9]三种类型。嵌入型是以指挥信息系统的技术体制和系统操作为基础,转变模拟训练系统的设计思路,不再把模拟训练系统单独作为一个系统进行设计,而是将其嵌入指挥信息系统内部,进行内部的指控信息互操作;中间件型的互操作技术方法是结合指挥信息系统和模拟训练系统的技术特点,创建一个中间件对指控信息进行融合处理和翻译,满足指控信息和反馈信息在两系统间流转的要求,完成系统间的互操作;直连型则是统一两系统的技术体制,规范两系统的接口和传输协议,以指挥信息系统为主体,增加指挥信息系统的相应模块,以模拟训练系统为主要建设对象,丰富其技术体制,建立公共组件和数据库,实现双向驱动,使两系统直接进行连接,完成指控信息的互操作。三种类型的技术方法对于指控信息的互操作各有利弊,其构造类型和优缺点如表1所示。
各层级各专业部队选择任一技术方法进行系统改进都能满足基本需求,但是从长远角度出发,规范一套全军统一的技术方法进行互操作,更有利于指挥信息系统的建设,并能够减少资源的损耗。
现在各级指挥信息系统依托“统一版”一体化指挥平台,有较为统一的设计构造,模拟训练系统版本太多,涉及具体专业操作更细,对于嵌入型技术方法的实现较为困难,负责生产设计的工业部门也不愿意耗费大量精力来设计研发这种嵌入了模拟训练的指挥信息系统。中间件型的设计方法较为容易,现在也有许多厂家采用HLA、DIS等仿真框架进行设计生产,但其只能针对某一类而不是对全部的模拟训练系统进行规范,没有长远研究意义。因此,采用直连型的设计方法,统一规划两系统的建设方向,以指挥信息系统技术规范为主,以模拟训练系统数据模型为蓝本,规范两系统的接口和传输协议,建立共同的物理规范和数据库模型,使以后的模拟训练系统能够直接和指挥信息系统进行互联互通。
3、指控信息互操作结构框架规范化构建原则
直连型的结构框架设计应该满足指控信息互操作的功能需求,在现有指挥信息系统和模拟训练系统建设成果的基础上进行扩展改造,建立一个公共服务支撑结构。依据指挥信息系统的技术方法,通过综合集成使模拟训练系统的技术体制向指挥信息系统靠拢,将原本异构的两系统规范统一,并建立相应的数据模型和语法规则,使两系统完成双向驱动,实现系统间互联互通。此结构框架构建应当满足以下原则。
1)运用统一的技术体制,制定相同的规则和协议。模拟训练系统与指挥信息系统要统一设计相同的物理接口和程序信息传输协议,根据现实需求,统筹规划两系统的建设发展。以公共参考模型为指引,规范两系统的数据类型和系统接口,支撑两系统的重新启动,时间管理,时间同步和数据库同步等操作。
2)运用以松耦合化互操作为核心的服务体制。打通层级壁垒和专业限制,实现各层级各专业互联互通,保证指挥控制和模拟训练的效果。搭载多模块的指控、通信和训练服务,模拟实现真实战场环境,将训练资源服务化,将数据信息标准化,使上级指挥信息系统可直接与下级模拟训练系统进行互操作,各专业之间也能实现信息的交互。
3)拥有共同的语义模型库和语法规则。将数据信息进行模块化设计,保证各模块的重用性和组成性,确保指挥链路中各节点蕴含信息的准确性。按照指挥信息传输和模拟训练需要,统筹满足不同战场情况和日常训练的信息资源,分类组装各运行模块并制定统一的标准,使其满足在互操作框架下数据信息的重用性和组成性。
4、直连型结构框架规范化构建过程
指挥信息系统和模拟训练系统虽是异构系统,所属领域和具备的功能并不相同,但两系统的指控信息都是对军事活动进行的描述,在本质上是有相同之处的。因此,要实现两系统的直连,既要利用指挥管理语言和BOM技术,建立本体模型,使两系统产生的数据和信息相互对应起来,完成指控信息向仿真模型的映射,也要理清系统各组成部分之间的相互关系,构建面向服务的结构框架,从技术和系统构造上对指控信息互操作结构框架构建进行规范设计。具体结构框架组成关系如图1所示。
面向服务的体系结构(SOA)是为解决系统之间异构性问题,实现系统间互操作而提出的一种结构设计方法,它基于Web技术设计符合系统技术要求和互操作理念的相关服务,使系统之间指控信息同步共享。统一架构框架(UAF)是对象管理组织整合各类系统结构在2017年发布的设计理论,从多视角和领域出发进行细化研究,可以弱化各体系结构框架的视角和概念不统一的问题,增强了结构框架的兼容性。两种类型的结构框架分别从服务和视角出发,对结构框架的构建方法进行了丰富和完善。
SOA以服务对象为基准为系统提供各类支撑服务,在结构框架搭载过程中,运用模块化的服务组件,对指控信息互操作过程中的活动进行调用,对各种军事资源进行封装和注册,为指挥信息系统和模拟训练系统的功能实现和系统间指控信息的互操作提供服务支撑。
为解决复杂体系问题,UAF在5W1H方面进行了多领域多视角的扩展,并对其元模型进行了细化。对于指控信息互操作框架,首先构建其基本元素以确定框架范围和交互机理。根据上述指控信息互操作框架构建原则,以实战过程中指挥作战流程和日常训练中模拟训练的组织关系为引导,从最基础的物理支撑开始考虑,构建起Who(指挥机构、指控单元等)、When(指挥活动、模拟训练活动等)、Why(功能实现、系统互连等)、Where(系统节点、物理设施等)、What(资源支撑、集成服务等)、How(技术规范、传输协议等)的指控信息互操作公共服务支撑结构框架。
结合两种框架理念,以本文提出的构建原则为指导,从UAF的战略目标、功能运行、技术支撑三个层面和多领域视角以及SOA面向服务的系统构建方式,综合建立一个直连型的公共服务支撑结构框架,该结构框架分为6层,分别是系统层、资源层、技术层、服务层、功能层和组织层,两系统和各层级之间的相互联系如图2所示。
系统层是支撑指挥信息系统和模拟训练系统进行设备之间互连的共同系统规范,其包括系统节点、系统接口、系统数据等元素,是两系统实现直连型的指控信息互操作的基础条件,受物理规范和技术方法的约束。
技术层是该公共服务支撑结构框架在实现过程中需要用到的技术方法,包括可扩展标记语言XML、统一建模语言UML、Web本体语言OWL等语言层面的技术方法、技术标准和传输协议等系统制定层面的技术方法,通过这些技术方法实现直连型的指控信息互操作公共服务支撑结构框架的搭建。
资源层为两系统进行指控信息互操作提供语言转换和仿真运行依据的各类基本模型和规则,涵盖语法规则、语义模型库、数据模型、条令库、本体模型、战场环境等,是完成指控信息互操作所具备的核心内容要素。
服务层是为系统间进行服务交换并利用服务完成指挥控制和模拟训练的松耦合化的层级架构,可以为功能层的实现提供各类资源和服务,该层级含有安全认证服务、仿真运行服务、通信服务、RTI服务、基于Web的指挥控制服务、资源管理服务等服务内容,是该公共服务支撑结构框架的核心层级。
功能层是指挥信息系统和模拟训练系统在实现各自功能和进行指控信息互操作过程中需要用到的系统功能,如指挥控制,模型生成,语义映射,虚拟兵力仿真,方案预测和评估,合成战术训练等。
组织层囊括了各级指挥机构和各专业军兵种的指控单元,为指控信息互操作的框架构建指出了面向的对象,为指挥信息系统和模拟训练系统的功能实现提出了需求引导。具体各层级组成元素和交互关系如图3所示。
5、结束语
异构型的指挥信息系统和模拟训练系统在指控信息互操作方面有多种限制因素,不利于两系统的建设发展。因此,建立直连型的公共服务支撑结构框架,以服务层级为主要交互对象,从物理和技术层面对两系统进行规范,并利用BML相关理论和SOA、UAF的框架构建理念,对结构框架各层级和要素关系进行了梳理,旨在为后续的指控信息互操作研究提供框架支撑,为数据、本体、语义等模型的创建提供技术手段,对实现两系统的规范化建设发展提供一定的参考价值。
