張兆晨，毛少杰，閆晶晶，毛曉彬

（中國電科第二十八研究所 信息系統(tǒng)工程重點實驗室，江蘇 南京 210046）

0 引言

未來智能化作戰(zhàn)［1-2］要求C4ISR（command，control，communication，computer，intelligence，surveillanie，reconnaissance）系統(tǒng)具備即時構(gòu)建、敏捷適變能力［3-4］。美軍提出“馬賽克”戰(zhàn)略，目標(biāo)是通過作戰(zhàn)要素分布式組合運用，實現(xiàn)系統(tǒng)能力快速聚合［5-8］，構(gòu)建形成自適應(yīng)殺傷網(wǎng)［9］。軟件定義技術(shù)［10-11］是實現(xiàn)“馬賽克化”系統(tǒng)構(gòu)建模式［12］的一種有效途徑。美國戰(zhàn)略與國際問題研究中心CSIS（center for strategic and international studies）在2022 年《軟件定義戰(zhàn)爭：國防部構(gòu)建向數(shù)字時代轉(zhuǎn)型的架構(gòu)》［13］報告中指出，在裝備數(shù)字化基礎(chǔ)上，通過軟件集成傳感器/武器，按需定義系統(tǒng)功能/流程，能夠使得大型復(fù)雜系統(tǒng)部署成本更低、作戰(zhàn)決策更高效、目標(biāo)打擊更精準(zhǔn)。實現(xiàn)軟件定義的C4ISR 系統(tǒng)構(gòu)建，其首要問題是建立一套全新資源表征方法和模型，規(guī)范系統(tǒng)“元要素”構(gòu)建，支持資源可識別、可定義、可組合。

1 資源建?；驹?/h2>

軟件定義的C4ISR 系統(tǒng)構(gòu)建的技術(shù)原理是通過引入控制層將任務(wù)層和資源層解耦，以編程方式靈活調(diào)度資源能力滿足作戰(zhàn)任務(wù)需求，其基本過程是：

（1） 資源組合規(guī)劃。任務(wù)層向控制層下發(fā)能力需求，控制層獲取資源層的資源狀態(tài)及可共享的能力參數(shù)，并將資源可共享的能力與系統(tǒng)能力需求匹配，形成資源組合方案。

（2）資源組合運行。C4ISR 系統(tǒng)資源的組合運行主要表現(xiàn)為信息流交互。控制層依據(jù)資源組合方案，向資源層下發(fā)信息流控制指令，實現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建運行。

（3）資源運行監(jiān)控。控制層采集資源狀態(tài)信息，分析系統(tǒng)能力需求與當(dāng)前能力水平的差距，控制層生成系統(tǒng)調(diào)整策略和信息流控制指令，下發(fā)資源層執(zhí)行，持續(xù)保障任務(wù)完成。

因此，可定義的資源模型對下對接資源實體，抽象資源可被感知、可受控的參數(shù)；對上為控制層提供資源規(guī)劃、信息流控制等模型參數(shù)，建模的基本原理如圖1 所示。

圖1 可定義的資源建模原理Fig. 1 Definable resource modeling principle

基于以上原理，提出可定義的系統(tǒng)資源表征建模過程，如圖2 所示。首先構(gòu)建資源概念模型，定義資源基本概念，從多視角建立分類框架；然后分析模型要素，分析支持軟件定義的資源參數(shù)框架，形成模型框架；接著構(gòu)建參考模型，結(jié)合各類資源特點，對接控制層對其感知、管控要求，建立可定義的資源模型參數(shù)；最后實例化建模，結(jié)合典型任務(wù)場景，設(shè)計資源組合關(guān)系，基于參考模型對各類資源具體參數(shù)進行實例化模型構(gòu)建，驗證模型可行性。

圖2 可定義的資源建模過程Fig. 2 Definable resource modeling process

2 構(gòu)建資源概念模型

2.1 定義資源基本概念

資源是構(gòu)建C4ISR 系統(tǒng)和形成指控能力的基礎(chǔ)組件。未來馬賽克化系統(tǒng)構(gòu)建模式要求能夠?qū)缬颉⒍鄬蛹?、多粒度資源組合運用。因此，可定義的資源形態(tài)應(yīng)當(dāng)包括軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)、平臺、功能部件以及軟件系統(tǒng)、功能模塊等。

2.2 構(gòu)建資源分類框架

美國戰(zhàn)略與國際問題研究中心2021 年的《作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)與未來力量》［14］報告將未來作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)分為傳感、通信、處理、決策和行動5 類要素，本文資源分類比其考慮更精細(xì)。分別從作戰(zhàn)、系統(tǒng)、技術(shù)3 個視角［15］建立分類框架。

（1） 作戰(zhàn)?；贠ODA 的作戰(zhàn)指揮流程分析，系統(tǒng)資源需要涵蓋傳感探測、情報處理、決策控制、火力打擊資源。

（2） 系統(tǒng)。C4ISR 系統(tǒng)在功能組成上包含應(yīng)用層、服務(wù)層和基礎(chǔ)支撐層。應(yīng)用層包括指揮系統(tǒng)以及傳感器、武器應(yīng)用端系統(tǒng)；服務(wù)層包括情報處理、指揮控制等業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)；基礎(chǔ)支撐層包括通信網(wǎng)絡(luò)、計算存儲設(shè)施。因此可抽象提出傳感探測、情報處理、決策控制、火力打擊資源，以及通信、計算環(huán)境資源。

（3） 技術(shù)。面向跨軍種、跨代系統(tǒng)之間互聯(lián)互通互操作需求，需要一類交互適配資源。

綜上，C4ISR 系統(tǒng)資源包括以下類型：

（1） 傳感探測（observer，O）資源：偵察探測戰(zhàn)場空間各類目標(biāo)特征的功能載體，其形態(tài)主要為軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)、平臺、功能部件。

（2） 情報處理（processor，P）資源：能夠?qū)Χ鄠€信源的目標(biāo)信息進行關(guān)聯(lián)、融合的功能載體，其形態(tài)主要為軟件系統(tǒng)、軟件模塊。

（3） 決策控制（decision maker，D）資源：生成作戰(zhàn)方案并對作戰(zhàn)力量實施指揮控制的功能載體，其形態(tài)主要為軟件系統(tǒng)、軟件模塊。

（4） 火力打擊（actor，A）資源：根據(jù)控制指令，執(zhí)行目標(biāo)打擊行動的功能載體，其形態(tài)主要為軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)、平臺、功能部件。

（5） 通信（communication，C）資源：能夠?qū)π畔鬏?、轉(zhuǎn)發(fā)的功能載體，分為有線通信資源、無線通信資源，其形態(tài)主要為軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)、平臺、功能部件。

（6） 交互適配（link，L）資源：實現(xiàn)兩個資源之間信息協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能載體，其形態(tài)可以是軟硬件結(jié)合的設(shè)備，也可以是功能軟件。

（7） 計算環(huán)境（running，R）資源：為系統(tǒng)運行、計算存儲提供基礎(chǔ)軟硬件的功能載體，包括操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)軟件以及計算存儲硬件，其形態(tài)主要為軟硬件結(jié)合的平臺。

3 分析資源模型要素

為保證資源模型的全面性，同時滿足可定義的技術(shù)要求，模型要素一方面沿用傳統(tǒng)資源模型基礎(chǔ)參數(shù)，包括標(biāo)識、組織、任務(wù)、狀態(tài)等；另一方面，圍繞軟件定義資源之間的信息流實現(xiàn)能力組合運用，從信息流受控、能力開放共享的方面提出可定義的資源特有參數(shù)，包括信息流控制、能力要素控制、交互能力控制參數(shù)。模型框架如圖3所示。

圖3 資源模型框架Fig. 3 Resource model framework

下面主要針對可定義的資源參數(shù)進行描述：

（1） 信息流控制參數(shù)。描述業(yè)務(wù)信息的產(chǎn)生資源向業(yè)務(wù)信息的使用資源發(fā)送相關(guān)業(yè)務(wù)信息的控制參數(shù)，控制參數(shù)用［起始資源ID，目的資源ID，起始資源端口號，目的資源端口號，應(yīng)用協(xié)議，信息流類型］表示，支持轉(zhuǎn)換為計算機代碼，實現(xiàn)可編程控制。需要說明的是，只有產(chǎn)生、使用業(yè)務(wù)信息的資源才具備該類參數(shù)。

（2） 能力要素控制參數(shù)。描述可被控制層感知、能夠與其他資源共享與協(xié)作的能力參數(shù)，用功能/性能指標(biāo)描述。針對不同類型資源，具體共享的能力參數(shù)不同，將在資源參考模型中進行描述。

（3） 交互能力控制參數(shù)。描述可被控制層配置的資源之間信息交互接口參數(shù)，包括通信接口、應(yīng)用接口等。

4 構(gòu)建資源參考模型

在模型要素框架的指導(dǎo)下，結(jié)合資源分類框架中的各類資源特點，構(gòu)建資源參考模型。其中，基礎(chǔ)參數(shù)與模型框架一致，本章節(jié)主要結(jié)合各類資源信息流控制需求、能力共享方式等，針對支持可定義的參數(shù)進行詳細(xì)描述。

4.1 O 資源

O 資源參考模型如圖4 所示。

圖4 O 資源模型Fig. 4 Observer （O） resource model

可通過控制層對O 資源產(chǎn)生的目標(biāo)探測信息流進行控制，實現(xiàn)與其他資源的協(xié)作，因此，信息流控制參數(shù)是可定義的參數(shù)之一，具體參數(shù)見第3 節(jié)。

O 資源可與其他資源共享協(xié)作的能力主要是目標(biāo)探測能力。目標(biāo)探測能力的控制參數(shù)包括探測范圍（如探測距離、方位角度范圍等）、探測精度（如方位角精度、速度精度等）、探測效率（如天線轉(zhuǎn)速、最大跟蹤目標(biāo)數(shù)等）、工作方式（如掃描、跟蹤等）、工作頻段等。

交互能力控制參數(shù)用［接口類型，接口速率，傳輸協(xié)議，應(yīng)用協(xié)議］表示。由于O 資源形態(tài)主要是軟硬結(jié)合的部件，因此，接口類型包括以太網(wǎng)接口、串口、并口等。若采用IP 方式通信，則還應(yīng)當(dāng)包含IP地址參數(shù)。

4.2 P 資源

P 資源參考模型如圖5 所示。

圖5 P 資源模型Fig. 5 Processer （P） resource model

可通過控制層對P 資源產(chǎn)生的情報處理信息流進行控制，實現(xiàn)與其他資源的協(xié)作，因此，信息流控制參數(shù)是可定義的參數(shù)之一，具體參數(shù)見第3 節(jié)。

P 資源可與其他資源共享協(xié)作的能力主要是情報處理能力。情報處理能力的控制參數(shù)包括處理速率、處理精度、處理規(guī)模。

交互能力控制參數(shù)用［接口類型，接口速率，傳輸協(xié)議，應(yīng)用協(xié)議］表示。由于P 資源形態(tài)主要是軟件，因此，接口類型包括文件共享、數(shù)據(jù)庫共享、消息隊列等。

4.3 D 資源

D 資源參考模型如圖6 所示。

圖6 D 資源模型Fig. 6 Decision maker （D） resource model

可通過控制層對D 資源產(chǎn)生的方案計劃、指揮控制等信息流進行控制，實現(xiàn)與其他資源的協(xié)作，因此，信息流控制參數(shù)是可定義的參數(shù)之一，具體參數(shù)見第3 節(jié)。

D 資源可與其他資源共享協(xié)作的能力主要是態(tài)勢處理、決策和行動控制能力。態(tài)勢處理能力的控制參數(shù)包括態(tài)勢生成速率、態(tài)勢更新周期、態(tài)勢目標(biāo)容量、態(tài)勢分析準(zhǔn)確率等。決策能力的控制參數(shù)包括方案/計劃生成時間、任務(wù)規(guī)劃目標(biāo)容量等。行動控制能力的控制參數(shù)包括控制距離、控制容量、指令生成時間等。

交互能力控制參數(shù)與P 資源類似。

4.4 A 資源

A 資源參考模型如圖7 所示。

圖7 A 資源模型Fig. 7 Actor （A） resource model

可通過控制層對A 資源產(chǎn)生的武器狀態(tài)等信息流進行控制，實現(xiàn)與其他資源的協(xié)同，因此，信息流控制參數(shù)是可定義的參數(shù)之一，具體參數(shù)見第3 節(jié)。

A 資源可與其他資源共享協(xié)作的能力主要是目標(biāo)瞄準(zhǔn)能力、殺傷能力。目標(biāo)瞄準(zhǔn)能力的控制參數(shù)包括火控雷達(dá)探測范圍、探測精度（如距離精度、方位角精度等）、探測效率（如最大跟蹤目標(biāo)數(shù)、掃描周期等）、工作方式（如搜索、跟蹤等）、工作頻段等。殺傷能力的控制參數(shù)包括殺傷范圍、殺傷效率、殺傷類型等。

交互能力控制參數(shù)與O 資源類似。

4.5 C 資源

C 資源參考模型如圖8 所示。

圖8 C 資源模型Fig. 8 Communication（C）resource model

由于C 資源主要是對信息轉(zhuǎn)發(fā)、傳輸?shù)龋簧婕皹I(yè)務(wù)信息的產(chǎn)生、使用，以及業(yè)務(wù)能力的共享，因此，支持可定義的參數(shù)主要是交互能力控制參數(shù)，包括有線通信能力、無線通信能力、組網(wǎng)能力。有線通信能力的控制參數(shù)用［接口類型，接口速率，傳輸協(xié)議］表示。由于C 資源形態(tài)主要是軟硬結(jié)合的部件，因此，接口類型包括串口、并口等。若采用IP方式通信，則還應(yīng)當(dāng)包含IP 地址參數(shù)。無線通信能力的控制參數(shù)包括通信距離、工作頻段、帶寬、傳輸速率、傳輸協(xié)議等。組網(wǎng)能力的控制參數(shù)包括路由協(xié)議、IP 地址等。

4.6 L 資源

L 資源參考模型如圖9 所示。

圖9 L 資源模型Fig. 9 Link （L） resource model

由于L 資源主要是對信息協(xié)議轉(zhuǎn)換，不涉及業(yè)務(wù)信息的產(chǎn)生、使用，以及業(yè)務(wù)能力的共享，因此，支持可定義的參數(shù)主要是交互能力控制參數(shù)，包括協(xié)議轉(zhuǎn)換能力、信息接口能力。協(xié)議轉(zhuǎn)換能力的控制參數(shù)包括轉(zhuǎn)換協(xié)議類型、協(xié)議轉(zhuǎn)換平均速率。信息接口能力的控制參數(shù)用接口類型、接口速率、傳輸協(xié)議表示。由于L 資源的形態(tài)是軟硬件結(jié)合的設(shè)備或功能軟件，因此，接口類型包括串口、并口、文件共享、消息隊列等。若采用IP 方式通信，則還應(yīng)當(dāng)包含IP 地址參數(shù)。

4.7 R 資源

R 資源參考模型如圖10 所示。

圖10 R 資源模型Fig. 10 Running （R） resource model

由于R 資源主要是支撐軟件系統(tǒng)運行，不涉及業(yè)務(wù)信息的產(chǎn)生、使用，因此，支持可定義的參數(shù)主要是能力要素控制和交互能力控制參數(shù)，不存在信息流控制參數(shù)。

能力要素控制參數(shù)包括硬件支撐能力、軟件支撐能力。硬件支撐能力的控制參數(shù)包括服務(wù)器類型（如固定、車載等）、CPU 屬性（如主頻、核數(shù)等）、內(nèi)存屬性（如內(nèi)存容量、頻率等）、磁盤屬性（如存儲量等）。軟件支撐能力的控制參數(shù)包括BIOS（basic input output system）類型、操作系統(tǒng)類型、數(shù)據(jù)庫類型、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型等。

交互能力控制參數(shù)與O 資源類似。

5 資源實例化建模

5.1 典型場景

結(jié)合典型防空作戰(zhàn)場景，運用Model Designer 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計工具，對各類資源參考模型進行實例化建模。紅方作戰(zhàn)節(jié)點包括指揮所、情報中心、地面雷達(dá)站、戰(zhàn)斗機，通信節(jié)點包括地面路由節(jié)點、地面電臺站。紅方地面雷達(dá)對藍(lán)方來襲目標(biāo)進行預(yù)警探測，將探測信息送到情報中心，情報中心進行情報處理，發(fā)送給指揮所，指揮所生成控制指令，控制戰(zhàn)斗機對目標(biāo)實施攔截。業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系如圖11 所示。

圖11 作戰(zhàn)節(jié)點的業(yè)務(wù)邏輯圖Fig. 11 Operational node business logic

5.2 資源組合關(guān)系設(shè)計

依據(jù)作戰(zhàn)節(jié)點業(yè)務(wù)邏輯，基于資源參考模型，分析各節(jié)點上部署的資源類型以及資源的物理、邏輯組合關(guān)系。節(jié)點資源部署如表1 所示。

表1 節(jié)點資源部署Table 1 Resource deployment list on node

資源邏輯組合關(guān)系包括指揮控制關(guān)系、情報保障關(guān)系，如圖12所示。存在邏輯組合關(guān)系的資源主要業(yè)務(wù)是信息產(chǎn)生、處理相關(guān)資源，包括O，P，D，A類資源。

圖12 資源邏輯組合關(guān)系圖Fig. 12 Resource logical combination

在資源物理組合關(guān)系包括有線IP 組網(wǎng)連接關(guān)系、無線電臺連接關(guān)系、軟件部署關(guān)系，如圖13 所示。以戰(zhàn)斗機為例說明物理組合關(guān)系，機載指控系統(tǒng)軟件部署在機載計算環(huán)境上，機載計算環(huán)境、導(dǎo)彈系統(tǒng)、協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、交換機、機載電臺通信系統(tǒng)之間通過有線IP 組網(wǎng)連接，機載電臺通信系統(tǒng)與地面電臺站的電臺通信系統(tǒng)通過無線電臺網(wǎng)連接。

圖13 資源物理組合關(guān)系圖Fig. 13 Resource physical combination

5.3 資源實例化模型構(gòu)建

本案例選取指揮所的指控系統(tǒng)、地面雷達(dá)站的雷達(dá)系統(tǒng)、地面路由節(jié)點的路由器、戰(zhàn)斗機的協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)資源為示例，對支持可定義參數(shù)進行實例化說明。

指揮所的指控系統(tǒng)是D 類資源，其模型如表2所示。信息流控制參數(shù)配置指揮所指控系統(tǒng)向機載指控系統(tǒng)發(fā)送控制指令。能力要素控制參數(shù)支持對態(tài)勢更新周期、航路規(guī)劃時間、指揮引導(dǎo)容量等指揮控制能力的配置。交互能力控制參數(shù)配置指控系統(tǒng)軟件與機載指控系統(tǒng)外部資源的信息交互接口。上述參數(shù)的配置，能夠?qū)崿F(xiàn)基于軟件定義方式的指控資源之間能力組合運用。

表2 指控系統(tǒng)模型Table 2 Command and control system（D）model

地面雷達(dá)站的雷達(dá)系統(tǒng)是O 類資源，其模型如表3 所示。信息流控制參數(shù)配置雷達(dá)系統(tǒng)向情報處理系統(tǒng)報送雷情。能力要素控制參數(shù)支持對探測距離、跟蹤目標(biāo)數(shù)、工作方式等目標(biāo)探測能力的配置。交互能力控制參數(shù)配置雷達(dá)系統(tǒng)與情報處理系統(tǒng)外部資源的信息交互接口。上述參數(shù)的配置，能夠?qū)崿F(xiàn)基于軟件定義方式的探測資源與處理資源能力組合運用。

表3 雷達(dá)系統(tǒng)模型Table 3 Radar （O） model

地面路由節(jié)點的路由器是C 類資源，其模型如表4 所示。交互能力控制參數(shù)支持地面路由節(jié)點的有線通信能力和組網(wǎng)能力的配置，包括有線接口類型、接口速率、傳輸協(xié)議、地面網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的路由協(xié)議、IP 地址。上述參數(shù)的配置，能夠?qū)崿F(xiàn)基于軟件定義的通信資源交互能力在線控制。

表4 路由器模型Table 4 Router （C） model

戰(zhàn)斗機的協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是L 類資源，其模型如表5 所示。交互能力控制參數(shù)包括協(xié)議轉(zhuǎn)換能力、信息接口能力。協(xié)議轉(zhuǎn)換能力控制參數(shù)支持指揮所指控系統(tǒng)與戰(zhàn)斗機的機載指控系統(tǒng)、導(dǎo)彈系統(tǒng)之間的應(yīng)用協(xié)議轉(zhuǎn)換配置。信息接口能力控制參數(shù)支持協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與外部資源信息交互接口的配置。

表5 協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)模型Table 5 Protocol conversion system （L） model

6 結(jié)束語

本文以C4ISR 系統(tǒng)資源靈活組合運用為目標(biāo)，基于軟件定義技術(shù)理念，以資源能力共享和受控使用為核心，創(chuàng)新提出一套可定義的資源表征方法及參考模型，能夠為未來馬賽克化的系統(tǒng)資源構(gòu)建提供有效指導(dǎo)。