田原 仇林遙 吳彥峰 潘一凡 陸洲

摘要：針對天基信息支援作戰(zhàn)應用由戰(zhàn)役級向戰(zhàn)術(shù)級的發(fā)展方向，對美國現(xiàn)有天基信息支援戰(zhàn)術(shù)應用能力現(xiàn)狀進行簡要介紹與分析，面向天基信息支援戰(zhàn)術(shù)終端應用服務的功能彈性化和定制化的發(fā)展趨勢，提出了一種基于微服務的終端彈性可重構(gòu)應用服務架構(gòu)與輕量化增量資源封裝與加載應用流程，實現(xiàn)面向不同任務、不同平臺的終端應用功能重構(gòu)及個性化精準定制。

關(guān)鍵詞：天基信息支援；戰(zhàn)術(shù)應用；美軍發(fā)展趨勢；彈性定制；微服務

中圖分類號：TP79文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2021）16-64-5

0引言

在未來局部戰(zhàn)爭中，依托信息化裝備的小規(guī)模戰(zhàn)術(shù)行動作用越來越凸顯，戰(zhàn)術(shù)行動的數(shù)據(jù)保障與服務保障至關(guān)重要[1-2]。這類戰(zhàn)術(shù)行動作戰(zhàn)單元相對前置，對戰(zhàn)場環(huán)境透明化感知、目標精準識別、目標持續(xù)跟蹤、目標行為趨勢、目標指示等需求高，天基信息具有大范圍、高精度等特點，是保障戰(zhàn)術(shù)行動的重要內(nèi)容[3]。同時，由于攜帶裝備能力限制，戰(zhàn)場環(huán)境復雜多變、通信條件不穩(wěn)定，為保證不依托網(wǎng)絡支援獨立使用的最低要求，需要簡單實用、直接有效的天基信息應用終端。在各類戰(zhàn)術(shù)信息應用終端，根據(jù)作戰(zhàn)任務、保障條件和戰(zhàn)術(shù)需要，靈活裝載基礎數(shù)據(jù)和應用軟件，實現(xiàn)天基資源應用能力的躍升。當通信條件不允許時，可以依托終端進行端內(nèi)處理，實現(xiàn)對戰(zhàn)場目標的初步識別和分析。在通信條件較差的條件下，還可以通過接收輕量化的戰(zhàn)場動態(tài)增量數(shù)據(jù)，使戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)單元及時準確掌握戰(zhàn)場態(tài)勢。

傳統(tǒng)的單體服務架構(gòu)難以滿足戰(zhàn)術(shù)信息應用中隨不同任務、需求變化的功能靈活可變的需求，提出了一種基于微服務的終端彈性可重構(gòu)應用服務架構(gòu)與輕量化增量資源封裝與加載應用流程，實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)終端應用功能的靈活定制與可擴展性。

1美軍天基信息支援戰(zhàn)術(shù)應用能力現(xiàn)狀

美軍已建成體系完備、領域全面、要素齊全的天基信息支援保障體系，具備情報自動獲取、多源信息融合處理、近實時共享分發(fā)服務能力，應用服務已下沉至戰(zhàn)術(shù)級[4-5]。

1.1旅級部隊天基情報服務共享保障能力

美陸軍已構(gòu)建起綜合情報支援保障體系，主要通過分布式通用地面系統(tǒng)（DCGS）的全球化情報信息網(wǎng)絡，提供旅級部隊多源情報融合處理與近實時共享分發(fā)能力，下沉靠前配置保障一線部隊。通過旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)，將士兵、武器/平臺、指揮所和其他作戰(zhàn)設施的地理位置展示在一張態(tài)勢圖中，并在作戰(zhàn)中應用，使態(tài)勢感知時間從60 s縮短到7.5 s，信息接通率從29%提高到81%，使部隊可以“看到敵人、看清地形、看到自己”[6]。自阿富汗戰(zhàn)爭開始，構(gòu)建起近實時共享分發(fā)服務體系，配備機動式多源測繪信息接收處理系統(tǒng)、陸軍“士兵戰(zhàn)術(shù)信息網(wǎng)絡”系統(tǒng)、旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)等典型應用裝備及系統(tǒng)，將天基信息與指控系統(tǒng)、武器平臺和戰(zhàn)術(shù)末端緊密鉸鏈，實現(xiàn)情報和態(tài)勢無縫隙全源共享和戰(zhàn)場協(xié)同，例如，在伊拉克戰(zhàn)爭中，共裝備8 000套旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)向旅及旅以下戰(zhàn)術(shù)指揮層、單兵傳輸實時或近實時態(tài)勢感知、指揮控制和友軍位置信息[7]。

1.2美軍天基信息支援戰(zhàn)術(shù)終端應用系統(tǒng)

美軍在使用移動終端方面走在世界前列。早在20世紀90年代，DARPA就開始了旨在開發(fā)裝備于士兵的可穿戴計算機的“數(shù)字士兵計劃”。早年的“陸地勇士”系統(tǒng)于2007年升級為“奈特勇士”系統(tǒng)，集成無線電臺、全球定位系統(tǒng)以及儲存戰(zhàn)場簡單態(tài)勢、導航視圖、目標對象圖片等情報信息，通過穿戴式終端和智能手機網(wǎng)絡、戰(zhàn)術(shù)電臺，為作戰(zhàn)單兵共享戰(zhàn)場態(tài)勢情報[8]。SeeMe系統(tǒng)使作戰(zhàn)單兵可以通過地面移動終端直接指揮天基載荷并接收圖像，獲取即時響應的天基戰(zhàn)術(shù)情報支持，從上傳目標成像任務請求到接收下傳圖像情報，實現(xiàn)時效性優(yōu)于90 min的即指即拍[9]。藍軍跟蹤系統(tǒng)應用于從旅級到士兵/平臺級的所有戰(zhàn)場功能領域，采用GPS定位，為遂行乘車/下車戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗、戰(zhàn)斗支援、戰(zhàn)斗勤務支援的指揮官、班組長和士兵提供綜合的、運動中的、實時和近實時的作戰(zhàn)指揮信息和態(tài)勢感知能力[10]?！笆勘邸毕到y(tǒng)可通過政府用移動通信鏈路，使前出作戰(zhàn)士兵從通用作戰(zhàn)圖中獲取實時信息，并可向C4ISR系統(tǒng)上報關(guān)鍵地理坐標等情報；采用開放式體系結(jié)構(gòu)，可通過多方研發(fā)機構(gòu)快速、有效地擴充研發(fā)作戰(zhàn)任務需求功能，實現(xiàn)作戰(zhàn)性能的快速與持續(xù)升級[11]。美軍軍事情報部隊基于安卓智能手機終端，開發(fā)“風切變”專業(yè)軍事軟件，可通過安全移動云網(wǎng)絡為特種前出作戰(zhàn)人員提供生物識別信息、GPS和其他情報數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，并實現(xiàn)戰(zhàn)場即時信息的實時更新。美國陸軍開發(fā)軍用版的手機應用軟件商店“陸軍軟件”———Apps4Army，采用類似于安卓系統(tǒng)的開放式模式，士兵可通過智能手機終端，依據(jù)作戰(zhàn)任務需求下載配置應用功能，從而具備多樣化的終端戰(zhàn)術(shù)應用能力。

2彈性化、定制化的天基信息支援戰(zhàn)術(shù)終端應用服務發(fā)展趨勢

綜合分析美軍天基信息終端戰(zhàn)術(shù)應用能力及裝備系統(tǒng)發(fā)展趨勢可知，隨著邊緣計算、人工智能技術(shù)正在逐步得到突破，在其基礎上，發(fā)展功能彈性化可重構(gòu)、資源輕量化精準定制的戰(zhàn)術(shù)信息支援應用服務迫在眉睫，進而打造適用于戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)任務、戰(zhàn)場情況靈活重構(gòu)應用的天基信息應用終端，充分依托已有情報處理體系能力，實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)前端應用能力的增量提升，大幅提高戰(zhàn)術(shù)行動的戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力。

不同的作戰(zhàn)場景具有不同的終端軟硬件能力和網(wǎng)絡傳輸條件。傳統(tǒng)的天基資源保障未能區(qū)分不同場景下天基資源的預裝加載需求，通過收集分析作戰(zhàn)終端、網(wǎng)絡傳輸、應用場景的實際狀態(tài)，建立柔性的分配機制，進行有針對性的輕量化數(shù)據(jù)和功能封裝，在保障用戶應用需求的前提下，減少實時增量數(shù)據(jù)的傳輸總量，同時能夠依據(jù)服務的負載狀況啟停服務實例，提高資源的利用率，從而全面提升天基資源的服務效率和用戶終端的天基資源應用體驗。

綜上所述，天基信息戰(zhàn)術(shù)終端應用重點強調(diào)可擴展性、服務定制能力和高可靠性，具體包含：平臺需要具有高度的可擴展性，能夠在運行時動態(tài)添加新的處理算法、新的在線服務，接入新的數(shù)據(jù)；平臺需要彈性伸縮的能力，能夠在運行時對特定的服務動態(tài)增加資源來應對繁忙的分發(fā)任務，也能夠在運行時對計算量小的服務回收資源，來提高資源利用率；平臺需要能夠提供足夠的定制能力，依據(jù)終端平臺差異和網(wǎng)絡條件，能夠應對多樣的個性化、輕量化的封裝加載需求。

3基于微服務的終端彈性可重構(gòu)應用服務架構(gòu)

3.1基于微服務架構(gòu)的終端功能彈性定制

傳統(tǒng)的單體架構(gòu)難以滿足多樣化戰(zhàn)術(shù)終端應用軟件的靈活性、可定制化、隨任務可變的需求，基于微服務架構(gòu)[12]技術(shù)，將應用程序分解為一系列小而自主獨立的個體，各服務按業(yè)務功能垂直劃分、專注于單一功能并在各自的進程中獨立運行，服務間通過輕量級通信協(xié)議進行通信，實現(xiàn)終端應用部署的高度可擴展、可伸縮、可定制和高可靠保障，如圖1所示。

①功能可擴展：衛(wèi)星應用中的功能模塊通過合理分解，開發(fā)成一組獨立運行、測試和維護的微服務。微服務可以動態(tài)部署發(fā)布到容器中，從而在不停機的情況下，動態(tài)擴展系統(tǒng)功能。

②性能可伸縮：提供支持動態(tài)負載均衡的服務網(wǎng)關(guān)，相同的服務部署在多個容器中時，會自動被發(fā)現(xiàn)并形成一個集群。當服務請求過多時，可以增加服務的容器實例數(shù)目，實現(xiàn)動態(tài)負載均衡；服務請求較少時，可以停止或移除服務實例。

③業(yè)務可定制：提供天基資源微服務的流程編排功能，可以通過對各種天基信息處理的微服務進行組合編排、定制參數(shù)，實現(xiàn)針對用戶特定需求的個性化天基資源定制封裝。

3.2天基資源微服務集成平臺

天基資源微服務集成平臺，包括建立天基數(shù)據(jù)、服務、應用資源封裝匯聚的云中心，進而面向不同作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)平臺進行終端功能的定制、分發(fā)和裝載，平臺總體架構(gòu)如圖2所示。

基礎層主要包括計算、消息中間件和存儲等，提供通用基礎服務。數(shù)據(jù)層主要包括應用服務庫和情報數(shù)據(jù)庫，分別保存服務元數(shù)據(jù)、應用流程數(shù)據(jù)等應用功能資源及情報信息數(shù)據(jù)、任務數(shù)據(jù)等支援信息資源。應用層主要包括封裝規(guī)范框架、服務運行、流程運行、任務定制封裝與執(zhí)行等，提供微服務封裝與發(fā)布、服務調(diào)用、流程編排、部署執(zhí)行等功能支持。展示層提供面向任務定制人員及服務開發(fā)人員的交互界面。

3.3輕量化增量資源封裝與加載應用流程

基于天基資源微服務集成平臺，面向終端的輕量化增量資源封裝與加載應用流程如圖3所示。

（1）任務解析與資源封裝規(guī)范

在天基資源云中心，由作戰(zhàn)任務目標與天基資源需求解析，得到針對特定任務的終端資源需求清單，包括完成任務所需要的數(shù)據(jù)、服務和終端App三種資源類型，作戰(zhàn)規(guī)劃人員可通過資源動態(tài)可視化定制模塊調(diào)整資源，形成最終的終端功能定制計劃。根據(jù)形成的終端定制計劃，基于異構(gòu)數(shù)據(jù)/算法資源封裝規(guī)范，從天基數(shù)據(jù)庫、天基服務庫與終端App庫中獲取資源，生成封裝資源包。

其中，對于天基應用服務，將天基應用的各種算法模型使用微服務技術(shù)，封裝為可以動態(tài)部署裝載和注冊發(fā)現(xiàn)的天基信息微服務；對于天基數(shù)據(jù)，則是將數(shù)據(jù)體及其元數(shù)據(jù)封裝為支持自動接入和整合的數(shù)據(jù)包；對于天基終端App，則是將終端App打包，添加自動安裝腳本，成為可以自動安裝的終端應用包。

（2）封裝資源包可視化定制

在封裝資源動態(tài)可視化定制階段，使用虛擬資源盒來規(guī)劃展示各個任務單元的服務器、終端的已有資源和需要裝載的增量資源，規(guī)劃人員可以動態(tài)調(diào)整資源，形成最終的封裝計劃。

虛擬資源盒模擬參與單位的服務器和終端的配置信息，包括CPU、內(nèi)存、操作系統(tǒng)及存儲空間等。這些信息可以用來定制裝載的應用類型和數(shù)據(jù)類型。同時虛擬資源盒中描述了目前已有的服務器/終端中的已有服務、App和數(shù)據(jù)資源，用來支持增量的封裝計劃。

在封裝定制平臺中，將提供可視化的定制功能，將各個單位的服務器和終端以資源盒形式展示，根據(jù)任務資源計劃，展示需要裝載的數(shù)據(jù)、服務或App。利用虛擬資源盒，可以模擬最終的裝載效果，分析可能存在的問題，并可以人工調(diào)整封裝資源，來處理特殊的任務要求。

通過可視化的虛擬資源盒定制，可以生成針對不同任務單位的服務器和終端的封裝計劃。計劃中定義了需要裝載的服務、App和數(shù)據(jù)資源，作為封裝包的生成基礎。

（3）封裝資源包生成與分發(fā)

如圖4所示，封裝資源包罐裝需要經(jīng)過封裝應用和罐裝數(shù)據(jù)2個步驟。封裝應用階段選擇自主應用對應的容器鏡像，創(chuàng)建一組容器。罐裝數(shù)據(jù)階段在容器中罐裝數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)以及發(fā)布數(shù)據(jù)服務。

在完成了封裝包定制之后，各種異構(gòu)的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)都存儲在容器的數(shù)據(jù)卷中，也就是存放到對應的文件夾下面。將各個自主應用的鏡像文件，連同數(shù)據(jù)卷對應的文件夾進行整體打包，生成一個可以進行部署允許的封裝包。

封裝包可以通過在線分發(fā)或者離線分發(fā)。在線分發(fā)是封裝包將被推送到天基資源中心的各個單位的工作空間中。各個單位可以在工作空間直接進行動態(tài)裝載，實現(xiàn)動態(tài)的封裝包下載與集成。離線分發(fā)模式可以將封裝包導出到存儲設備上，然后在被封裝服務器或終端上離線導入進行裝載和集成。

通過云+端協(xié)同，可為用戶提供請求模式、訂閱模式、推送模式和瀏覽模式4種服務模式的多樣化、智能化、精準化、主動化的資源分發(fā)服務。

（4）封裝資源終端動態(tài)部署與更新

在前出機動指揮平臺中，可以在線下載或者離線導入服務器封裝資源包，并對封裝資源包中的服務進行動態(tài)部署到機動平臺的服務器上，并將封裝資源包中的數(shù)據(jù)動態(tài)融合到服務器的天基數(shù)據(jù)庫中。

在手持終端平臺，提供App形式的封裝資源包的統(tǒng)一管理與更新，可在線下載或者離線導入封裝資源包，并對資源包中的服務進行動態(tài)部署、數(shù)據(jù)動態(tài)匯集入庫。

4典型應用

參照美陸軍單兵作戰(zhàn)導航與態(tài)勢共享應用功能，設計單兵終端前出作戰(zhàn)天基信息支援服務流程示例，圖5為該流程的編排設計內(nèi)容。

任務服務流程包含目標識別、位置實時獲取、目標情報獲取、行軍路徑顯示與更新、緩沖區(qū)分析與告警等一系列基礎功能服務，各服務均與前序服務輸出數(shù)據(jù)進行綁定，同時目標情報服務、行軍路徑服務分別與任務目標信息數(shù)據(jù)、任務規(guī)劃路徑數(shù)據(jù)進行封裝綁定，在天基資源微服務集成平臺進行服務封裝、流程編排及手持終端發(fā)布部署，演示了終端的行軍路徑導航及目標實時事件響應的信息告警和路徑更新應用功能，從而實現(xiàn)基于微服務的終端應用功能按需定制試驗。

5結(jié)束語

提出一種基于微服務的天基信息應用終端彈性可重構(gòu)應用服務架構(gòu)，建立面向任務、平臺的差異化適配、精準定制的應用功能輕量化封裝與裝載技術(shù)流程，基于云端協(xié)同服務理念，統(tǒng)籌戰(zhàn)術(shù)終端平臺的存儲與運算能力，為天基信息支援應用向戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)的能力前移、作戰(zhàn)態(tài)勢情報向作戰(zhàn)單元的下沉保障、處理功能服務向終端平臺的前出遷移提供支持，提升戰(zhàn)術(shù)應用終端的天基信息應用效能與自主智能服務水平。

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