楊 光

（91404部隊(duì)91分隊(duì) 秦皇島 066001）

1 引言

現(xiàn)代化的海軍作戰(zhàn)要求在不同平臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)連通性，這些平臺(tái)之間的鏈路支持指揮控制、作戰(zhàn)管理、通用作戰(zhàn)圖和戰(zhàn)術(shù)圖象的分發(fā)、傳感器數(shù)據(jù)分發(fā)、對(duì)時(shí)敏目標(biāo)和其它目標(biāo)的跟蹤和打擊、以及其它眾多的C4ISR功能。

但是，通信帶寬容量在戰(zhàn)略、戰(zhàn)役和戰(zhàn)術(shù)級(jí)別都受到嚴(yán)重制約和挑戰(zhàn)，特別是戰(zhàn)術(shù)級(jí)帶寬需要擴(kuò)展才能滿(mǎn)足未來(lái)作戰(zhàn)的信息需求。由于通信帶寬容量的限制，很大程度上降低了信息共享以及系統(tǒng)間互操作的能力，限制了關(guān)鍵信息向指揮系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的傳輸，阻礙了作戰(zhàn)空間中時(shí)敏作戰(zhàn)行動(dòng)，因此如何有效融合現(xiàn)有的各通信帶寬的信息節(jié)點(diǎn)以及如何有效地對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)進(jìn)行有效集成是我們?nèi)匀恍枰鉀Q的首要課題。本文從研究美海軍發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，探討在帶寬受限條件下如何進(jìn)行服務(wù)的集成和服務(wù)的調(diào)用技術(shù)。

2 美軍現(xiàn)狀

高效的通信是美國(guó)海軍的根本性需求，為了滿(mǎn)足這個(gè)需求，美國(guó)海軍通過(guò)建設(shè)部隊(duì)網(wǎng)“FORCEnet”來(lái)實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)海上力量構(gòu)想（包括海上打擊、海上盾牌以及海上基地）。同時(shí)高效的通信是可組合和可適應(yīng)C4ISR系統(tǒng)關(guān)鍵要素之一。未來(lái)海軍部隊(duì)網(wǎng)和全球信息柵格體系結(jié)構(gòu)為聯(lián)合部隊(duì)通信能力的轉(zhuǎn)型提供了前景。美國(guó)海軍也面臨從當(dāng)前跨傳統(tǒng)和商用鏈路的有限帶寬環(huán)境向未來(lái)轉(zhuǎn)型通信體系結(jié)構(gòu)設(shè)想的基于IP協(xié)議的無(wú)限帶寬環(huán)境過(guò)渡。

從歷史發(fā)展看，在1994年，美國(guó)海軍已經(jīng)裝備了國(guó)際海事衛(wèi)星天線(xiàn)，采用單一或多個(gè)64kHz信道進(jìn)行話(huà)音和數(shù)據(jù)傳輸。這仍然是當(dāng)今小型水面戰(zhàn)艦的主要通信方式。到1996年時(shí)其大型艦艇已經(jīng)具備1.5M/s通信能力，它們使用C波段和超高頻頻譜進(jìn)行通信。從1996年到2000年，美國(guó)海軍的“21世紀(jì)信息技術(shù)”（IT－21）計(jì)劃不僅給所有服役艦艇帶來(lái)了帶寬、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，使得海軍艦隊(duì)擁有英特網(wǎng)協(xié)議（IP）通信能力。后來(lái)全球廣播系統(tǒng)問(wèn)世，它工作在極高頻（EHF），具有廣域覆蓋和點(diǎn)波束覆蓋特點(diǎn)；如果裝備合適的天線(xiàn)和終端，即使最小的艦艇也能以高達(dá)20Mbit/s的速率接收信息。美國(guó)海軍針對(duì)不同的通信鏈路，應(yīng)用了衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈、陸地視距數(shù)據(jù)鏈和超視距數(shù)據(jù)鏈。到2005年時(shí)，其X波段衛(wèi)星通信達(dá)到62Mb，Ka波段達(dá)到96Mb/s，極高頻波段到達(dá)50Mb/s?，F(xiàn)在正在發(fā)展最高到1300Mb/s的衛(wèi)星通信技術(shù)［1］。

在這種軍事通信能力的條件下，為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化中心作戰(zhàn)，美國(guó)國(guó)防部提出了基于高帶寬可靠網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)（NCES）以及基于有限帶寬的Ad Hoc網(wǎng)的系統(tǒng)通用操作環(huán)境之系統(tǒng)（SOSCOE）兩大項(xiàng)目［2］。其中，NCES強(qiáng)調(diào)：1）提供的能力是基于服務(wù)的；2）對(duì)以計(jì)算為中心起杠桿作用；3）強(qiáng)調(diào)無(wú)縫訪問(wèn)共享空間；4）戰(zhàn)略決策。

而SOSCOE是基于戰(zhàn)術(shù)域的，它強(qiáng)調(diào)：1）無(wú)中心化的實(shí)時(shí)和近實(shí)時(shí)安全應(yīng)用；2）基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量管理；3）在GIG環(huán)境下為維持無(wú)縫通信提供廣泛的代理應(yīng)用。

SOSCOE提供了一套基于商業(yè)和開(kāi)源軟件的標(biāo)準(zhǔn)的接口，為美國(guó)未來(lái)作戰(zhàn)系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)域提供基礎(chǔ)設(shè)施，從而為以網(wǎng)絡(luò)為中心的作戰(zhàn)指揮提供支撐（FCS是一個(gè)跨兵種服務(wù)的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的系統(tǒng)，提供了支持網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)域架構(gòu)。）而NCES提供了基于GIG的全球信息柵格的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施。

圖1 SOSCOE和NCES的關(guān)系［2］

美軍的SOSCOE是一種基于服務(wù)的架構(gòu)，把高性能和Web Services服務(wù)融進(jìn)了一個(gè)框架，從詳細(xì)的操作中隔離了用戶(hù)和其他服務(wù)。在架構(gòu)的底層采用了統(tǒng)一的接口封裝了分布式對(duì)象服務(wù)和Web Services服務(wù)。利用分布式對(duì)象服務(wù)來(lái)保證實(shí)時(shí)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通訊和信息的實(shí)時(shí)性。其服務(wù)架構(gòu)層次如圖2所示。

圖2 SOSCOE的底層架構(gòu)

3 未來(lái)海戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點(diǎn)

海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)組成是一種高度近似于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad hoc Networks，簡(jiǎn)稱(chēng)MANET或自組網(wǎng)）的網(wǎng)絡(luò)［3］。它是由一組帶有無(wú)線(xiàn)通信收發(fā)裝置的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的多跳臨時(shí)性無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)，可以在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建起一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以自由移動(dòng)、地位相同。

未來(lái)海戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn)是：

1）戰(zhàn)場(chǎng)分作戰(zhàn)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)可以獨(dú)立通信，區(qū)域間也可互聯(lián)。

我終于明白了，為什么莫言先生念念不忘山東高密東北鄉(xiāng)那一片片高粱，為什么?？思{寫(xiě)的故事都發(fā)生在約克納帕塔法這個(gè)地方，為什么賈樟柯電影里的人物都說(shuō)著山西話(huà)。我也隱約明白了，西楚霸王項(xiàng)羽，臨終前為何說(shuō)無(wú)顏見(jiàn)江東父老。

2）信息時(shí)敏度高，通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿(mǎn)足時(shí)延要求。

3）編隊(duì)通信應(yīng)能隨作戰(zhàn)任務(wù)變化快速重組。

4）通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該支持網(wǎng)絡(luò)資源管理和信息傳輸管理。

5）通信帶寬受數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)發(fā)展的限制，以及對(duì)帶寬的需求愈來(lái)愈高。

我國(guó)目前數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展比起西方軍事強(qiáng)國(guó)還存在巨大的差距，通信能力在很大程度上受到了限制，帶寬受限成為了服務(wù)化指揮控制發(fā)展的瓶頸，在很大程度上制約了指揮控制系統(tǒng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)資源的有效訪問(wèn)和管理。

4 帶寬受限條件下指揮控制服務(wù)化的策略

4.1 構(gòu)建海戰(zhàn)場(chǎng)企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)

企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)（Enterprise Service Bus，ESB）［4］是面向服務(wù)體系架構(gòu)（Service—oriented Architecture，SOA）［5］中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施［6］，憑借其動(dòng)態(tài)、可靠的消息傳輸、消息轉(zhuǎn)換能力來(lái)有效解決企業(yè)業(yè)務(wù)集成（Enterprise Application Integration，EAI）中大量存在的系統(tǒng)環(huán)境異構(gòu)、通信協(xié)議差異、編程語(yǔ)言差異等異構(gòu)問(wèn)題。ESB作為SOA架構(gòu)的信息傳輸平臺(tái)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的適配器連接異構(gòu)環(huán)境中的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)集成系統(tǒng)之間的互操作功能。

企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)的核心功能歸納為消息機(jī)制、消息轉(zhuǎn)換、基于內(nèi)容的路由和服務(wù)容器四個(gè)部分［7］；在服務(wù)請(qǐng)求者和提供者之間傳遞數(shù)據(jù)及對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的能力；支持發(fā)現(xiàn)、路由、匹配和選擇的能力；支持服務(wù)間的動(dòng)態(tài)交互，解耦服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)提供者等。

海戰(zhàn)場(chǎng)C4ISR電子信息系統(tǒng)企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)，能夠把海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源和信息能夠有效的組織和管理起來(lái)，是海戰(zhàn)作戰(zhàn)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化后高度抽象的結(jié)果。超級(jí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器是海戰(zhàn)場(chǎng)C4ISR的ESB的控制中心，它將物理分散的指揮節(jié)點(diǎn)和各種服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一集中注冊(cè)管理，支持全局服務(wù)統(tǒng)一監(jiān)控、部署和發(fā)布。它由節(jié)點(diǎn)管理、全局消息路由、全局服務(wù)目錄、全局服務(wù)管理和通信適配器等核心服務(wù)組件組成。節(jié)點(diǎn)服務(wù)器是具體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，自主地安裝部署、運(yùn)行、管理并監(jiān)控運(yùn)行于其中的各種適配器、服務(wù)等組件，并對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的信息交互方式進(jìn)行管理和監(jiān)控，節(jié)點(diǎn)服務(wù)器部署的是節(jié)點(diǎn)內(nèi)的服務(wù)，是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的自治的ESB環(huán)境。節(jié)點(diǎn)服務(wù)器和超級(jí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，只是相關(guān)核心服務(wù)是否激活為區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)配置，它們之間可以互相轉(zhuǎn)化。

節(jié)點(diǎn)服務(wù)器和超級(jí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器可以部署如圖3所示。

圖3 海戰(zhàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的部署示意

4.2 建立適合海戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)需要的通信總線(xiàn)

通信總線(xiàn)是規(guī)范數(shù)據(jù)模型、公共指令集和消息設(shè)施的一個(gè)綜合體，其可使不同的系統(tǒng)通過(guò)一組公共的接口進(jìn)行通信，它能夠隔離信息傳輸和業(yè)務(wù)應(yīng)用，將指揮控制系統(tǒng)的功能從紛繁負(fù)載的通信管理負(fù)擔(dān)中分離出來(lái)。使海戰(zhàn)場(chǎng)海軍戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)的通信能夠動(dòng)態(tài)配置組合，適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)隨任務(wù)的變化。通信總線(xiàn)通過(guò)各種適配服務(wù)和消息翻譯服務(wù)將海戰(zhàn)場(chǎng)各種異構(gòu)的通信協(xié)議進(jìn)行適配，解釋翻譯成總線(xiàn)內(nèi)部的共用基礎(chǔ)協(xié)議，使協(xié)議在通信總線(xiàn)內(nèi)部無(wú)縫傳輸。

圖4 海戰(zhàn)場(chǎng)通信總線(xiàn)架構(gòu)

海戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)是隨任務(wù)變化而動(dòng)態(tài)改變的。例如普通的戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)是在任務(wù)執(zhí)行前而組合，艦艇的數(shù)量隨任務(wù)的不同而變化，艦艇間通信方式和通信轉(zhuǎn)接方式也是隨作戰(zhàn)方案而不同。這時(shí)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)就應(yīng)該能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整服務(wù)信息傳輸?shù)穆酚伞Ｎ覀儾捎昧送ㄐ胚B接矩陣模型來(lái)構(gòu)造戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)的通信路由，并可以隨戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)候選通信方式而動(dòng)態(tài)改變路由策略。當(dāng)編隊(duì)從事新的任務(wù)，根據(jù)任務(wù)的通信方案，指控系統(tǒng)管理人員可以根據(jù)當(dāng)前的通信方案編輯通信連接圖，企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)根據(jù)連接圖可以重新生成通信路由，指控系統(tǒng)不需要做任何改變，即能實(shí)現(xiàn)新的通信拓?fù)涓淖兒腿蝿?wù)組合。

4.3 建立適合海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的服務(wù)調(diào)用模型和策略

海戰(zhàn)場(chǎng)的眾多服務(wù)根據(jù)服務(wù)的使用方式來(lái)分，可以分成請(qǐng)求回復(fù)型和發(fā)布訂閱型。其中，請(qǐng)求回復(fù)型服務(wù)是最主要的服務(wù)使用方式，發(fā)布訂閱型主要集中在數(shù)據(jù)服務(wù)，如：態(tài)勢(shì)信息數(shù)據(jù)的訂閱分發(fā)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訂閱分發(fā)。請(qǐng)求回復(fù)是消費(fèi)者主動(dòng)發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)提供者根據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行計(jì)算返回服務(wù)內(nèi)容；而訂閱分發(fā)型的服務(wù)則是消費(fèi)者直接向服務(wù)提供者訂閱所需的數(shù)據(jù)，服務(wù)提供者一旦有數(shù)據(jù)就即時(shí)向消費(fèi)者發(fā)布，減少了消費(fèi)者每次主動(dòng)請(qǐng)求數(shù)據(jù)的調(diào)用過(guò)程，極大提高了消費(fèi)者數(shù)據(jù)獲取的效率。

對(duì)于請(qǐng)求回復(fù)型的請(qǐng)求，為了解決服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)訪問(wèn)的實(shí)時(shí)性和并發(fā)性問(wèn)題，我們改進(jìn)了階段事件驅(qū)動(dòng)模型（Staged Event—Driven Architecture，SEDA）服務(wù)調(diào)用控制方法。SEDA是加州大學(xué)伯克利分校研究的一套優(yōu)秀的高性能互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器架構(gòu)模型［8］。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是：支持大規(guī)模并發(fā)處理、簡(jiǎn)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、支持處理監(jiān)測(cè)、支持系統(tǒng)資源管理。其核心思想是把一個(gè)請(qǐng)求處理過(guò)程分成幾個(gè)階段（Stage），對(duì)于消耗不同資源的每個(gè)階段，其使用不同的數(shù)量的線(xiàn)程來(lái)處理，每個(gè)階段可以獨(dú)立進(jìn)行開(kāi)發(fā)，階段之間使用事件驅(qū)動(dòng)的異步通信模式［8］。如圖7所示。

圖5 階段事件驅(qū)動(dòng)模型（SEDA）

改進(jìn)后，在服務(wù)調(diào)用的前端，有統(tǒng)一的服務(wù)調(diào)用接口，根據(jù)調(diào)用請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)分配到不同優(yōu)先級(jí)的服務(wù)請(qǐng)求隊(duì)列。由控制器根據(jù)消息隊(duì)列優(yōu)先級(jí)情況對(duì)處理線(xiàn)程池的線(xiàn)程統(tǒng)一調(diào)度。服務(wù)請(qǐng)求中賦予服務(wù)時(shí)間約束，超時(shí)的未完成服務(wù)返回錯(cuò)誤，并從請(qǐng)求隊(duì)列中刪除，而保證其他服務(wù)的正常進(jìn)行。如圖8所示。

圖6 改進(jìn)的SEDA模型

海戰(zhàn)場(chǎng)信息包含了大量實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，面臨帶寬有限的非TCP/IP協(xié)議無(wú)線(xiàn)通信和高帶寬的有線(xiàn)通信平臺(tái)并存的環(huán)境，采用的策略是：

1）將高并發(fā)服務(wù)調(diào)用盡力部署在同一個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樵谕还?jié)點(diǎn)內(nèi)，可直接采用SOAP Over JMS協(xié)議調(diào)用服務(wù)，以減少跨節(jié)點(diǎn)服務(wù)調(diào)用，提高調(diào)用效率。對(duì)于節(jié)點(diǎn)外服務(wù)調(diào)用，采用2）的方式；

2）采用改進(jìn)的 SEDA（Staged event-driven architecture）架構(gòu)，利用優(yōu)先級(jí)策略，將業(yè)務(wù)請(qǐng)求放置到不同優(yōu)先級(jí)緩沖隊(duì)列，優(yōu)先級(jí)高的請(qǐng)求先處理，對(duì)相同優(yōu)先級(jí)隊(duì)列里的請(qǐng)求采用先到先服務(wù)及盡力工作的服務(wù)策略［9］；

3）對(duì)服務(wù)請(qǐng)求增加時(shí)間約束，盡可能保證業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)間滿(mǎn)足時(shí)間約束，對(duì)超出時(shí)間約束的服務(wù)請(qǐng)求直接返回錯(cuò)誤，保證服務(wù)調(diào)用的效率；

4）采用基于擁塞控制的路由機(jī)制，能夠根據(jù)總線(xiàn)當(dāng)前流量調(diào)整業(yè)務(wù)流帶寬［10～12］；

5）利用服務(wù)代號(hào)方法和信息壓縮方法精簡(jiǎn)服務(wù)調(diào)用信息，使無(wú)線(xiàn)環(huán)境服務(wù)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)量達(dá)到相對(duì)較小，減少無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈通信帶寬使用量。

在請(qǐng)求回復(fù)型服務(wù)中，對(duì)于基于TCP/IP協(xié)議的寬帶服務(wù)可以直接使用web服務(wù)的調(diào)用方式，而對(duì)于帶寬受限的無(wú)線(xiàn)環(huán)境采用異步消息方式實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)服務(wù)調(diào)用。在每個(gè)ESB節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上通過(guò)采用“雙代理”的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)本地服務(wù)和外部服務(wù)的調(diào)用。雙代理指的是在同一節(jié)點(diǎn)上的“服務(wù)請(qǐng)求代理”和“服務(wù)調(diào)用代理”。服務(wù)請(qǐng)求代理主要處理本地節(jié)點(diǎn)上層應(yīng)用發(fā)送的服務(wù)請(qǐng)求，它將服務(wù)請(qǐng)求根據(jù)服務(wù)目錄進(jìn)行分析，根據(jù)服務(wù)的地址和帶寬細(xì)分成本地請(qǐng)求和遠(yuǎn)程請(qǐng)求，本地請(qǐng)求基于web服務(wù)的方式直接調(diào)用，遠(yuǎn)程請(qǐng)求代理則將本地調(diào)用請(qǐng)求消息化，并由ESB路由到所需服務(wù)所在節(jié)點(diǎn)，由該節(jié)點(diǎn)服務(wù)調(diào)用代理接收并負(fù)責(zé)將服務(wù)請(qǐng)求消息轉(zhuǎn)換，使其與所請(qǐng)求的服務(wù)調(diào)用綁定，經(jīng)過(guò)服務(wù)計(jì)算將結(jié)果返回，服務(wù)調(diào)用代理主要職能就是響應(yīng)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)發(fā)送的異步消息服務(wù)請(qǐng)求，采用改進(jìn)SEDA模型策略來(lái)處理請(qǐng)求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從美海軍通信發(fā)展現(xiàn)狀、未來(lái)海戰(zhàn)場(chǎng)通信特點(diǎn)幾個(gè)方面分析了海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)指揮服務(wù)化需求和通信發(fā)展的矛盾，提出了一種在帶寬受限條件下海戰(zhàn)場(chǎng)指揮控制服務(wù)化的一個(gè)初步策略和思路，由于篇幅所限，不能過(guò)細(xì)地從技術(shù)層面上做進(jìn)一步的深入分析。海戰(zhàn)場(chǎng)指揮控制服務(wù)化是一個(gè)復(fù)雜的課題，本文僅從帶寬受限的角度探討服務(wù)化的方法和技術(shù)，在服務(wù)安全、服務(wù)質(zhì)量保證等方面還需要做進(jìn)一步的研究。