崔 燕 武建明

（中國電子科技集團第二十八研究所 南京 210007）

1 引言

近些年高科技局部戰(zhàn)爭的實踐表明，一體化聯(lián)合作戰(zhàn)正成為信息化戰(zhàn)爭的基本作戰(zhàn)形式。與傳統(tǒng)作戰(zhàn)相比，聯(lián)合作戰(zhàn)具有多維的作戰(zhàn)空間、多元的作戰(zhàn)力量、統(tǒng)一的作戰(zhàn)指揮和整體的作戰(zhàn)行動等鮮明特征。

戰(zhàn)場信息的高質(zhì)量對于作戰(zhàn)指揮員做出有效的行動和高精度的決策有著至關(guān)重要的影響，而戰(zhàn)場信息的實時性更能保證軍事人員在惡劣的軍事環(huán)境中靈活地應(yīng)對戰(zhàn)場動態(tài)環(huán)境［1］。

戰(zhàn)場態(tài)勢，是戰(zhàn)場上各種力量所存在的狀態(tài)和形成的形勢。態(tài)勢信息的實時性和質(zhì)量是獲取信息優(yōu)勢的基礎(chǔ)，對取得決策優(yōu)勢而獲得戰(zhàn)爭主動權(quán)具有重要作用［2］。因此，作戰(zhàn)指揮活動中，戰(zhàn)場態(tài)勢是指揮員認(rèn)知戰(zhàn)場、做出判斷、指揮作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。

2 態(tài)勢共享的必要性

在作戰(zhàn)過程中，任務(wù)決策都是基于戰(zhàn)場態(tài)勢，并通過認(rèn)知態(tài)勢之后再制定出最有效的任務(wù)決策和行動方案。態(tài)勢接入系統(tǒng)對于各種手段獲取到的戰(zhàn)場態(tài)勢信息進行融合匯總及去重處理，并通過戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、短波、長波、衛(wèi)星等通信手段及時地展示給各級指揮員，使得他們能夠清楚地看到“同一幅圖”，進而對戰(zhàn)場態(tài)勢產(chǎn)生一個相同的理解［3］。整個作戰(zhàn)過程中的各個單元能夠依據(jù)上級領(lǐng)導(dǎo)的指示，靈活地實施決策。

基于聯(lián)合作戰(zhàn)形式的特點及戰(zhàn)場態(tài)勢的基礎(chǔ)性地位，實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢共享是聯(lián)合作戰(zhàn)的基本要求，盡早實現(xiàn)指揮所內(nèi)部及陸、海、空、天和電的各空間全維聯(lián)合聯(lián)通、態(tài)勢共享是重中之重。

3 態(tài)勢共享的內(nèi)容

在聯(lián)合作戰(zhàn)過程中，信息系統(tǒng)涉及到聯(lián)合指揮中心和各下屬任務(wù)部隊或武器平臺，聯(lián)合指揮中心向任務(wù)部隊及平臺下發(fā)態(tài)勢。由于態(tài)勢一致的重要性，在聯(lián)指中心下發(fā)態(tài)勢的過程中，我們應(yīng)當(dāng)確保以下內(nèi)容的一致：

1）目標(biāo)編號一致。在態(tài)勢共享的傳輸過程中，應(yīng)對每一個目標(biāo)賦予唯一標(biāo)識，在該態(tài)勢目標(biāo)的整個生命周期過程中，此標(biāo)識號都能代表它。同時分發(fā)共享系統(tǒng)應(yīng)能夠確保不使用同一個編號報告不同的航跡，且不會用不同的編號報告同一航跡。聯(lián)合指揮中心應(yīng)可以建立自己的編號標(biāo)準(zhǔn)，用于航跡的產(chǎn)生、流動、關(guān)聯(lián)等處理。當(dāng)目標(biāo)消失后應(yīng)及時釋放該目標(biāo)的編號，以保證聯(lián)指中心管理的編號達到最大允許值后再次利用之前已經(jīng)釋放的編號［4］。

2）目標(biāo)屬性一致。在聯(lián)合指揮中心及各分域的系統(tǒng)中，對同一態(tài)勢目標(biāo)的屬性描述應(yīng)保持一致。如動態(tài)目標(biāo)的敵我屬性、任務(wù)、機型、型號、類型、動態(tài)、位置等，靜態(tài)目標(biāo)的名稱、位置、上報單位等。聯(lián)合指揮中心向任務(wù)部隊及武器平臺共享態(tài)勢時，應(yīng)使用約定的統(tǒng)一報文標(biāo)準(zhǔn)進行打包，并對各屬性進行編碼傳輸以保證安全性。各分域接收報文后，按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進行解碼即可獲得正確屬性。

3）目標(biāo)航跡一致。態(tài)勢是動態(tài)變化的，尤其是動目標(biāo)的航跡位置在實時更新，因此，聯(lián)合指揮中心下發(fā)態(tài)勢時要保證航跡點“不丟不落”，能實時共享態(tài)勢目標(biāo)的位置、航向、航速、高度、運動時間等瞬時屬性。對于目標(biāo)消失、合批、分批、改批和糾批等情報處理操作也要實時“告知”下屬系統(tǒng)。

4）目標(biāo)顯示一致。態(tài)勢目標(biāo)的展示包括頭軍標(biāo)、顏色、大小、方向及顯示樣式等，指揮所內(nèi)各席位及各分域系統(tǒng)應(yīng)按照統(tǒng)一的顯示標(biāo)準(zhǔn)對態(tài)勢進行展示，以便于作戰(zhàn)指揮員從整體上把握態(tài)勢布局。

4 態(tài)勢共享的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 訂閱發(fā)布模式

訂閱發(fā)布的模式相當(dāng)于一個買賣商品的交易。圖1描繪了這個買賣過程中“買方”（即消費者）和“賣方”（即生成者）之間的交易流程。圖1的左邊，生產(chǎn)者發(fā)布它可以提供的服務(wù)，這個服務(wù)可以是單純的原始情報源，也可以是數(shù)據(jù)庫表，或者是對原始情報加工、融合、去重、提取后的增值服務(wù)；圖1的右邊，消費者既訂閱它感興趣的服務(wù)，也可以反饋給生產(chǎn)者該服務(wù)的質(zhì)量［5］。消費者可以直接訪問各數(shù)據(jù)源，并實時訂閱它的“增、刪、改”的消息。每個指揮所中每一類的情報處理都有一個生產(chǎn)者和多個消費者，訂閱發(fā)布模型利用生成消費的基礎(chǔ)服務(wù)實現(xiàn)本指揮所內(nèi)態(tài)勢情報源向各席位共享態(tài)勢的過程。

圖1 訂閱發(fā)布模型

4.2 遠程過程調(diào)用（RPC）

RPC是Remote Procedure Call的縮寫，它是一種進程間的網(wǎng)絡(luò)通信方式。這種通信方式不需要程序員顯示編寫這個遠程調(diào)用的細(xì)節(jié)，允許程序調(diào)用網(wǎng)絡(luò)上另一臺機器上的過程或函數(shù)。也就是說，程序員最終調(diào)用的服務(wù)端無論在本地機器還是共享網(wǎng)絡(luò)上的機器，編寫調(diào)用代碼不需要做任何改變。一個應(yīng)用程序使用RPC來執(zhí)行位于不同地址空間的程序，但從效果上來看和執(zhí)行本地程序一樣［6］。異步RPC通信方式是指程序的發(fā)送者首先向接收者發(fā)送一個處理結(jié)果的請求，且不等待結(jié)果的返回。RPC不能作為一個單獨的中間件進行使用，它必須被嵌入到客戶/服務(wù)器模式的應(yīng)用程序中。當(dāng)編譯器對應(yīng)用程序進行編譯時，會對客戶端和服務(wù)端的應(yīng)用程序建立不同的碼根。當(dāng)態(tài)勢分發(fā)共享系統(tǒng)需要調(diào)用RPC功能進行分發(fā)計算時，這些計算模塊基于消息中間件的碼根就會被調(diào)用，計算模塊收到計算請求從而實現(xiàn)客戶和服務(wù)器之間的同步通信［7～8］。異步的設(shè)計方式使得計算模塊和分發(fā)模塊不需要等待對方的返回結(jié)果即可進行下次調(diào)用，從而提高系統(tǒng)的分發(fā)共享效率。

4.3 微服務(wù)

現(xiàn)在的大型信息系統(tǒng)都是由多個部件構(gòu)成，這每一個部件都可以稱為“微服務(wù)”，微服務(wù)本質(zhì)上就是一種架構(gòu)風(fēng)格。系統(tǒng)中的各個微服務(wù)不相互依賴，可以被分開部署，因此它們之間是松耦合的。每個微服務(wù)的功能獨立且完整，它僅關(guān)注于完成一件任務(wù)并高質(zhì)量、高效率地完成該任務(wù)，微服務(wù)架構(gòu)的目標(biāo)是將大型的、復(fù)雜的、長期運行的應(yīng)用程序構(gòu)建為一組相互配合的服務(wù)，每個服務(wù)都可以做局部修改。

微服務(wù)設(shè)計思想是一種使用若干小服務(wù)開發(fā)龐大應(yīng)用的方法，每個服務(wù)運行在自己的進程中，通過輕量級的通信機制進行信息交互?；跇I(yè)務(wù)的基本內(nèi)容，每個微服務(wù)的粒度大小可以按需定制，并且可以用不同的程序語言進行編寫，部署也可以使用網(wǎng)絡(luò)依賴關(guān)系進行自動化部署。

相對于傳統(tǒng)的一體化應(yīng)用模式，微服務(wù)的架構(gòu)以功能模塊為單位對應(yīng)用系統(tǒng)進行離散、解耦，因而具備了復(fù)雜度可控、獨立部署、技術(shù)選型靈活、容錯好、可擴展等諸多優(yōu)點［9］。本系統(tǒng)中對發(fā)送、計算和管理均進行微服務(wù)化設(shè)計，從而提高系統(tǒng)的分發(fā)效率。

4.4 分布式協(xié)調(diào)

由于態(tài)勢分發(fā)共享服務(wù)處理的是實時態(tài)勢，態(tài)勢數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、更新頻率快、吞吐快等特點，因此在共享數(shù)據(jù)過程中非常容易出現(xiàn)信息堵塞現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性甚至功能的正確性。因此多服務(wù)部署以及多服務(wù)之間的負(fù)載均衡顯得尤其重要。ZK（ZooKeeper）是一種開源協(xié)調(diào)服務(wù)，它專為分布式應(yīng)用所設(shè)計，具有高可用、高性能且高一致性的特點［10］。由于ZK上述的這些特點以及其開源的優(yōu)勢，很多大型的、分布式的系統(tǒng)都將其進行廣泛應(yīng)用。從可靠性方面來說，它不會因為一個節(jié)點的錯誤而崩潰。

在本系統(tǒng)中我們部署多個態(tài)勢分發(fā)服務(wù)分擔(dān)數(shù)據(jù)處理和發(fā)送的壓力，而多服務(wù)之間協(xié)同工作由ZK的競選機制實現(xiàn)。通過選舉產(chǎn)生一個leader（領(lǐng)導(dǎo)者）作為主分發(fā)服務(wù)，當(dāng)主分發(fā)服務(wù)的用戶負(fù)載壓力較大或出現(xiàn)異常時，ZK自動產(chǎn)生新的主服務(wù)，并將之前主服務(wù)上的客戶端分配到其他信息生成服務(wù)，從而保證了態(tài)勢數(shù)據(jù)交換的實時性和穩(wěn)定性，確保演習(xí)或作戰(zhàn)過程中系統(tǒng)的持續(xù)可用。

5 態(tài)勢共享的技術(shù)實現(xiàn)

本文提出的態(tài)勢共享技術(shù)是一種按需分發(fā)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于籌劃作業(yè)及戰(zhàn)場感知相結(jié)合的系統(tǒng)。指揮所內(nèi)部的態(tài)勢同步通過主題發(fā)布與訂閱進行選擇性共享；指揮所間的信息共享是自動提取籌劃方案，將一定范圍的戰(zhàn)場情況以指定的標(biāo)準(zhǔn)報文格式下發(fā)給各下級任務(wù)部隊或武器平臺的方式。

5.1 指揮所內(nèi)態(tài)勢共享

每個聯(lián)合指揮控制系統(tǒng)都有一個信息目錄服務(wù)，該服務(wù)作為信息資源注冊發(fā)布、編目組織、分發(fā)流轉(zhuǎn)、管理調(diào)控的連結(jié)樞紐，為該聯(lián)合指揮中心和業(yè)務(wù)處理中心提供數(shù)據(jù)訪問和信息服務(wù)支撐。

如圖2所示，信息目錄用于指揮所各態(tài)勢情報主題的注冊。當(dāng)前戰(zhàn)場的每一類態(tài)勢情報都需要在該信息目錄上進行注冊及保存。以指揮所內(nèi)A類情報的共享為例：

圖2 指揮所內(nèi)態(tài)勢共享流程

1）A類情報接入服務(wù)在信息目錄上注冊名為“實時情報A”的主題，該主題用于管理實時的A類情報態(tài)勢。

2）當(dāng)指揮所內(nèi)席位1需要訂閱實時情報A時，該指揮所內(nèi)的信息訂閱轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)將其訂閱請求轉(zhuǎn)發(fā)至信息目錄。

3）A類情報接入服務(wù)獲取到訂閱請求后，將A類情報態(tài)勢信息轉(zhuǎn)發(fā)至該指揮所內(nèi)的訂閱轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，席位1從本指揮所內(nèi)信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)處獲取相應(yīng)的情報信息。

4）此時若席位2也需要A類情報態(tài)勢，則可在本指揮所內(nèi)信息訂閱轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)處獲得與席位1一致的情報，從而保證指揮所內(nèi)部的情報共享的一致性。若本指揮所對其它情報沒有查看訂閱需求，則該指揮所不需要引接其它信息，從而有效節(jié)約傳輸帶寬并提高軟件的處理性能。

態(tài)勢信息訂閱兼容了傳統(tǒng)的態(tài)勢主動推送的功能，加入了訂閱機制的信息分發(fā)流程，對于滿足定制條件的態(tài)勢產(chǎn)品可直接發(fā)送給指揮或作戰(zhàn)單元［11］。該方式為系統(tǒng)節(jié)約了大量帶寬。

5.2 指揮所間態(tài)勢共享

作戰(zhàn)過程中最直接有效的態(tài)勢是與任務(wù)相關(guān)聯(lián)的［12］，各指揮控制中心進行籌劃作業(yè)時需要基于一致的態(tài)勢。同時，作戰(zhàn)任務(wù)分析及目標(biāo)任務(wù)分析都是基于態(tài)勢進行基礎(chǔ)分析，命令指令生成后也需要指定當(dāng)前態(tài)勢中的作戰(zhàn)單元進行執(zhí)行［13］，因此本文中指揮所間態(tài)勢共享主要是基于作戰(zhàn)任務(wù)的按需分發(fā)。這樣既保證關(guān)鍵態(tài)勢信息的有效共享又減少了冗余態(tài)勢傳輸對帶寬的占據(jù)。

指揮所間的態(tài)勢共享內(nèi)容及形式主要由制定的態(tài)勢分發(fā)策略決定。簡單地講，態(tài)勢分發(fā)策略規(guī)定了在什么時間段、以什么鏈路、向誰、發(fā)送什么范圍內(nèi)的什么類型的態(tài)勢信息。因此建立一個基于任務(wù)的態(tài)勢分發(fā)模型是指揮所間態(tài)勢共享的重點。如圖3，該模型包含任務(wù)基本元素的提取、提供攻擊/防御范圍的生成模型、分發(fā)策略生成和態(tài)勢情報格式報文打包并下發(fā)功能。其中，元素的提取主要是指定共享的態(tài)勢內(nèi)容，即“發(fā)什么”；范圍模型的生成是規(guī)定共享哪些區(qū)域內(nèi)的態(tài)勢，即“發(fā)哪里的”；分發(fā)策略生成即將各種信息組裝成軟件識別的策略內(nèi)容；打包下發(fā)則是最終共享的實現(xiàn)過程。

圖3 任務(wù)態(tài)勢分發(fā)流程

如圖4，在軟件設(shè)計時，將分發(fā)管理、分發(fā)計算、分發(fā)發(fā)送進行微服務(wù)的模塊化設(shè)計，部署時可以進行集群化多服務(wù)器的分布式部署。分發(fā)管理用于策略的提取及生成，分發(fā)計算用于計算哪些態(tài)勢符合策略需求，分發(fā)發(fā)送模塊則負(fù)責(zé)將符合策略的態(tài)勢元素進行打包共享。各模塊之間采用RPC接口進行消息交互，從而提高系統(tǒng)的時效性。分發(fā)發(fā)送和分發(fā)計算模塊集群化部署后可通過ZK來維護多個服務(wù)之間的主、次關(guān)系，并對計算請求和發(fā)送保文請求進行均衡分布，從而保證軟件系統(tǒng)的魯棒性。

圖4 指揮所間態(tài)勢共享模塊

6 結(jié)語

本文提出的應(yīng)用于聯(lián)合作戰(zhàn)的態(tài)勢按需分發(fā)共享技術(shù)，依托信息通信支撐網(wǎng)，構(gòu)建感知信息網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同處理機制，將廣域分散的陸、海、空、天、電、網(wǎng)各類態(tài)勢感知資源進行網(wǎng)絡(luò)化組織和虛擬化調(diào)度，實現(xiàn)“一點感知全網(wǎng)共享”，按任務(wù)縱向跨級、橫向跨域同步共享和按需精準(zhǔn)服務(wù)，為聯(lián)合指揮機構(gòu)、軍兵種部隊、武器平臺聯(lián)合作戰(zhàn)提供我情、敵情和戰(zhàn)場環(huán)境一體的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢“一幅圖”的局面［14］，同時有效節(jié)省了鏈路帶寬，在實際作戰(zhàn)中有著重大意義。

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