胡文軍，周德超，邱千鈞

艦炮武器系統(tǒng)功能重組框架設(shè)計(jì)

胡文軍，周德超，邱千鈞

（海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，武漢 430033）

為實(shí)現(xiàn)艦炮武器系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)重組，論文提出了動(dòng)態(tài)重組框架，整合艦炮武器系統(tǒng)的資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)艦炮武器系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)管理和配置，最后給出了艦炮武器系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)重組流程。功能動(dòng)態(tài)重組對(duì)艦炮武器系統(tǒng)具有一定的軍事意義。

艦炮武器系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)重組 構(gòu)件

0 引言

高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的海戰(zhàn)場(chǎng)具有環(huán)境復(fù)雜、任務(wù)多樣化等特點(diǎn)，要求艦炮武器系統(tǒng)[1]具備功能重組能力，能夠根據(jù)作戰(zhàn)需求和資源狀況，動(dòng)態(tài)調(diào)度武器系統(tǒng)功能構(gòu)件[2]，以最佳的配置方案完成任務(wù)。例如，隨著我海軍使命任務(wù)的擴(kuò)展，我水面艦艇將可能長(zhǎng)時(shí)間處于遠(yuǎn)海，在沒(méi)有保障基地的支持下執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)系統(tǒng)中某些設(shè)備或者功能模塊發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)功能動(dòng)態(tài)重組[3]，使故障設(shè)備或模塊的功能在其他部位得以實(shí)現(xiàn)。

1 框架設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)重組的需求，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)重組框架，如圖所示。該框架通過(guò)對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的軟件構(gòu)件進(jìn)行管理和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)配置[4]與管理。該框架共分為三層，最上層為應(yīng)用層，其功能是實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行中的應(yīng)用系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。中間層為動(dòng)態(tài)配置平臺(tái)，其功能是對(duì)配置方案進(jìn)行生成、分析和執(zhí)行；最低層是由構(gòu)件組成的面向數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）[5]的分布式應(yīng)用系統(tǒng)。

動(dòng)態(tài)配置平臺(tái)主要包括系統(tǒng)配置信息庫(kù)、配置方案生成模塊、動(dòng)態(tài)配置管理器、配置方案執(zhí)行模塊、異常處理模塊、系統(tǒng)信息收集模塊、系統(tǒng)信息庫(kù)、運(yùn)行監(jiān)控器。

1）系統(tǒng)配置信息庫(kù)：存儲(chǔ)系統(tǒng)所有可用構(gòu)件的信息和典型應(yīng)用背景下的配置方案，用于支持管理員和配置方案生成模塊進(jìn)行配置方案生成。

2）配置方案生成模塊：在分析管理員輸入系統(tǒng)配置命令的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)配置信息庫(kù)中獲取可用構(gòu)件信息和典型配置方案信息，生成多個(gè)系統(tǒng)候選配置方案，對(duì)各個(gè)候選配置方案進(jìn)行功能完整性檢查并剔除存在功能完整性缺陷的方案，調(diào)用方案評(píng)估算法對(duì)候選方案進(jìn)行評(píng)估，最后由管理員通過(guò)人機(jī)交互界面確定系統(tǒng)配置方案。

3）動(dòng)態(tài)配置管理器：是整個(gè)平臺(tái)的控制中心。動(dòng)態(tài)配置管理器從配置方案生成模塊獲取系統(tǒng)配置方案，分析系統(tǒng)配置方案，并將其分解為基本的構(gòu)件配置動(dòng)作，形成動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作表。它還對(duì)系統(tǒng)信息收集模塊進(jìn)行管理，在動(dòng)態(tài)配置前后通知系統(tǒng)信息收集模塊對(duì)系統(tǒng)信息進(jìn)行更新。

4）配置方案執(zhí)行模塊：包括構(gòu)件配置算法庫(kù)和構(gòu)件配置算法生成器。根據(jù)相應(yīng)的構(gòu)件配置動(dòng)作并結(jié)合系統(tǒng)信息庫(kù)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息產(chǎn)生相應(yīng)的配置算法，并將完成構(gòu)件配置操作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的更新。

5）異常處理模塊：負(fù)責(zé)構(gòu)件配置操作失敗的情況處理。通常情況，在構(gòu)件配置動(dòng)作合法的條件下，生成動(dòng)態(tài)配置算法，結(jié)合系統(tǒng)信息庫(kù)提供的系統(tǒng)及構(gòu)件信息，進(jìn)行相應(yīng)的構(gòu)件配置操作是安全可靠的。此模塊根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)原理[6]，在構(gòu)件配置前記錄系統(tǒng)狀態(tài)信息，如出現(xiàn)異常情況，強(qiáng)行恢復(fù)構(gòu)件配置前狀態(tài)，并發(fā)送構(gòu)件配置失敗的標(biāo)志給動(dòng)態(tài)配置管理器，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

6）系統(tǒng)信息收集模塊：負(fù)責(zé)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的信息收集，并存放在系統(tǒng)信息庫(kù)中。接受動(dòng)態(tài)配置管理器的調(diào)度，根據(jù)動(dòng)態(tài)配置管理器對(duì)產(chǎn)生的構(gòu)件配置動(dòng)作的分析來(lái)調(diào)度信息收集模塊的運(yùn)行。

7）系統(tǒng)信息庫(kù)：存放了應(yīng)用系統(tǒng)的全部信息，這些信息是動(dòng)態(tài)配置實(shí)施的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。8）運(yùn)行監(jiān)控器：負(fù)責(zé)將實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)信息提交給人機(jī)交互界面，以直觀、簡(jiǎn)單的形式顯示出來(lái)，同時(shí)在此過(guò)程中對(duì)動(dòng)態(tài)配置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在判定配置動(dòng)作不合法和系統(tǒng)功能狀態(tài)發(fā)生改變的情況下向管理員發(fā)出告警信息。

在上述系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，各個(gè)模塊的關(guān)系如下：系統(tǒng)信息收集模塊將收集到的應(yīng)用系統(tǒng)和構(gòu)件的相關(guān)信息存儲(chǔ)在系統(tǒng)信息庫(kù)中。運(yùn)行監(jiān)控器通過(guò)系統(tǒng)信息庫(kù)獲取系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息，獲得應(yīng)用系統(tǒng)的全局視圖，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在判定配置動(dòng)作不合法和系統(tǒng)功能狀態(tài)發(fā)生改變的情況下向管理員發(fā)出告警信息。在作戰(zhàn)任務(wù)和資源情況發(fā)生變化或者系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，管理員向系統(tǒng)發(fā)出功能重組指令。配置方案生成模塊根據(jù)管理員的指令和系統(tǒng)配置信息庫(kù)中的可用構(gòu)件信息，與管理員人機(jī)相輔的制定系統(tǒng)配置方案。動(dòng)態(tài)配置方案首先以XML[7]描述的方式傳遞給動(dòng)態(tài)配置管理器，動(dòng)態(tài)配置管理器根據(jù)動(dòng)態(tài)配置方案描述，生成動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作表，保證配置方案的合法性。動(dòng)態(tài)配置執(zhí)行模塊在適當(dāng)時(shí)機(jī)調(diào)控構(gòu)件行為，執(zhí)行動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作。

2 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)重組流程

前面對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)重組框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，下面對(duì)艦炮武器系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)重組整個(gè)流程進(jìn)行分析，主要包括六個(gè)部分：觸發(fā)動(dòng)態(tài)重組動(dòng)作；生成候選配置方案；候選配置方案優(yōu)選；生成動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作表；動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作表合法性檢查；執(zhí)行動(dòng)態(tài)配置。系統(tǒng)重組流程如圖2所示。

1）觸發(fā)系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)重組動(dòng)作

系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)重組由系統(tǒng)管理員發(fā)起，管理員發(fā)起的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)重組的主要原因如下：

系統(tǒng)的作戰(zhàn)任務(wù)發(fā)生變化。系統(tǒng)一般情況下處于缺省狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)的作戰(zhàn)任務(wù)發(fā)生變化時(shí)，如由對(duì)海兼顧對(duì)岸轉(zhuǎn)為對(duì)岸火力支援時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)重組。

系統(tǒng)的作戰(zhàn)資源發(fā)生變化。當(dāng)系統(tǒng)正在執(zhí)行某一作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)的作戰(zhàn)資源發(fā)生變化，主要包括：目標(biāo)指示信息源發(fā)生變化；傳感器資源發(fā)生變化；彈藥資源的變化；作戰(zhàn)系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前作戰(zhàn)任務(wù)需要對(duì)本系統(tǒng)的作戰(zhàn)資源進(jìn)行調(diào)整等。

系統(tǒng)自身的功能狀態(tài)發(fā)生變化。主要指系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)主要包括以下情況：系統(tǒng)中某個(gè)設(shè)備或模塊故障，需要將其功能遷移到其他設(shè)備或者模塊；系統(tǒng)構(gòu)件體系中某個(gè)構(gòu)件存在缺陷發(fā)生軟件故障，需要對(duì)其進(jìn)行替換等。

2）生成候選配置方案

當(dāng)管理員需要啟動(dòng)系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)重組動(dòng)作時(shí)，通過(guò)圖形顯示交互界面調(diào)用配置方案生成模塊，生成系統(tǒng)功能重組的候選配置方案，主要過(guò)程如下：

a）管理員通過(guò)圖形顯示交互界面輸入系統(tǒng)功能重組的命令信息，包括功能類(lèi)型、功能模塊構(gòu)成、輸入條件參數(shù)、系統(tǒng)需要達(dá)到的指標(biāo)要求等。

b）配置方案生成模塊根據(jù)輸入的系統(tǒng)功能重組的命令信息，查詢系統(tǒng)配置信息庫(kù)中的典型配置方案信息和系統(tǒng)構(gòu)件庫(kù)中可用構(gòu)件信息，生成系統(tǒng)的候選配置方案。

c）配置方案生成模塊按照任務(wù)的信息交互流程對(duì)候選配置方案進(jìn)行功能完整性檢查，剔除功能完整性存在缺陷的候選方案。

3）候選配置方案優(yōu)選

配置方案生成模塊調(diào)用方案評(píng)估算法以作戰(zhàn)任務(wù)需求和作戰(zhàn)資源條件作為輸入條件，以系統(tǒng)的精度、反應(yīng)時(shí)間為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用模糊綜合評(píng)判法[7]對(duì)各候選配置方案進(jìn)行評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果通過(guò)圖形顯示交互界面輸出。最后，管理員根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)要求和評(píng)估結(jié)果，選定系統(tǒng)重組配置方案。

4）生成動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作表

系統(tǒng)的重組配置方案需要分解為具體的配置動(dòng)作才能夠執(zhí)行。配置管理器通過(guò)對(duì)配置方案進(jìn)行分析，對(duì)比現(xiàn)有的系統(tǒng)配置方案，形成具體的構(gòu)件基本動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作表。基本動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作包括：構(gòu)件刪除、構(gòu)件添加、構(gòu)件更新和構(gòu)件遷移。

5）動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作表合法性檢查

根據(jù)信息收集模塊收集到的信息，運(yùn)行監(jiān)控器對(duì)動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作表做合法性檢查如下：

a） 添加構(gòu)件時(shí)，主要檢查判斷目標(biāo)構(gòu)件在系統(tǒng)中存在與否，如果存在，則不能進(jìn)行構(gòu)件添加操作；如果不存在，則構(gòu)件添加操作是合法的。

b）刪除構(gòu)件時(shí)，主要檢查判斷目標(biāo)構(gòu)件在系統(tǒng)中存在與否，若不存在，則不能進(jìn)行構(gòu)件刪除操作；若存在，則構(gòu)件刪除操作是合法的。刪除構(gòu)件的過(guò)程中必須采用等待方式，使受影響構(gòu)件集合里的構(gòu)件的所有請(qǐng)求處理完畢，才能進(jìn)行刪除操作。

c）替換構(gòu)件時(shí)，先檢查舊目標(biāo)構(gòu)件在應(yīng)用系統(tǒng)中是否存在，如果存在，還需要檢查新舊目標(biāo)構(gòu)件的名稱(chēng)和地址是否相同。只有這些判斷都正確，才能說(shuō)明替換構(gòu)件操作是合法的，否則，不能執(zhí)行構(gòu)件替換操作。

d）構(gòu)件遷移時(shí)，主要從以下兩個(gè)方面分析：舊目標(biāo)構(gòu)件存在與否；新目標(biāo)構(gòu)件遷移的目標(biāo)IP地址合法與否。如果以上兩個(gè)條件都具備，則可以進(jìn)行構(gòu)件遷移操作，否則，動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作是不合法的。

當(dāng)動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作存在不合法時(shí)，運(yùn)行監(jiān)控器發(fā)出警報(bào)，轉(zhuǎn)到第一步，重新觸發(fā)系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)配置動(dòng)作。

6）動(dòng)態(tài)配置執(zhí)行

在配置方案分解為構(gòu)件配置動(dòng)作表后，由構(gòu)件配置執(zhí)行模塊根據(jù)相應(yīng)的構(gòu)件配置動(dòng)作表產(chǎn)生相應(yīng)的算法。動(dòng)態(tài)配置平臺(tái)通過(guò)檢測(cè)構(gòu)件狀態(tài)、控制構(gòu)件行為，執(zhí)行動(dòng)態(tài)配置算法，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配置意圖。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了艦炮武器系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)重組架構(gòu)，給出了系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)重組流程。該架構(gòu)能夠有效地整合艦炮武器系統(tǒng)資源，具有動(dòng)態(tài)重組特性，能夠適應(yīng)未來(lái)艦炮武器系統(tǒng)作戰(zhàn)的需求，具有一定的軍事意義。但同時(shí)也應(yīng)看到艦炮武器系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，除了應(yīng)具有動(dòng)態(tài)重組能力的系統(tǒng)架構(gòu)，還需要在高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、火控解算等方面進(jìn)行深入的研究。

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Framework of Dynamic Reorganization for Naval Gun Weapon System

Hu Wenjun, Zhou Dechao, Qiu Junqian

(College of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China）

TJ302

A

1003-4862（2014）07-0038-04

2013-11-15