海上一体化信息基础设施总体技术框架研究*

张路青

(武汉市74223信箱 武汉 430074)

1 引言

海军在加强海上单平台信息化建设的同时,为提高协同作战和联合作战的能力,相继研制了联合机动编队、驱护舰编队等海上电子信息系统,增强了海军联合作战的信息共享、武器共用能力。但由于平台之间能力的差异、资源统一调度和利用的不足,在综合集成和使用中暴露出作战平台之间的态势等各类信息资源的分布处理和共享、多平台武器的协同攻击问题,各节点的互连、互通、互操作问题,现役装备和新研系统装备的有机集成问题,海上作战资源的统一管理和兼容管理问题等[1]。这些问题制约了海上平台将信息转换为知识、进而转换为决策以获得决策优势的能力,影响了联合作战要求的快速、协同和同步的实现。军事信息栅格及其相关技术的兴起,为解决上述问题提供了一种新型途径。通过建立标准化、开放式的海上信息栅格,利用海上信息栅格提供统一的信息传输服务,支持各电子设备之间的互连和信息共享;利用信息栅格提供统一的信息处理服务,支持战场信息的可靠处理和综合管理;在统一的软件平台支撑下,使海战场综合电子信息系统能够采用“即插即用”的方式集成。因此,开展海上信息栅格的关键技术研究,对于解决海上综合电子信息系统的研制和集成提供有益的探索。

2 信息栅格服务应用到一体化信息基础设施的映射

海上一体化信息基础设施由陆、海、空、天基的通信基础设施、计算机基础设施(含共用程序)、公共数据资源、领域应用程序、基础设施运行管理和相关政策标准等构成,能在整个军事行动范围内根据作战人员、政策指定人员和保障人员的要求收集、处理、存储、分发和管理信息[2]。海上信息栅格系统中服务应用到栅格化的一体化基础设施映射关系简单示意如图1所示。

图1 海上信息栅格服务应用到信息基础设施示意图

在图1中,从下至上:第1层是基础设施层,包含舰艇、舰/艇载雷达、战斗机、岸基雷达/观通站等多种物理资源;第 2层是由面向服务架构 SOA(Service Oriented Architectures)的栅格公共服务和核心栅格中间件支撑的中间层,由管理员(栅格系统的构建者与管理栅格的技术人员)操作并实现服务映射、消息传输、统一调度等功能;第3层在一组基于SOA的栅格公共服务和核心栅格中间件的支撑下,为栅格的用户(使用者,可以是操作物理资源的各类用户)提供栅格服务与应用,实现资源共享、协同作战等功能。由此,海上信息栅格服务与应用在中间层的支撑下,均被映射到虚拟化服务环境中,解决了从海上信息栅格服务与应用层到栅格基础设施层的映射问题[3]。

其中,中间层可采用符合OGSA规范的中间件GT(Globus Toolkit),新版的GT4具有一组支持创建SOA的核心功能(包括支持配置计算和数据资源的执行和数据管理功能,大量数据的移动和管理,以及支持资源发现和监视的服务等),并实现了最新的 Web服务标准(包括 WS-Security和WSRF)[4]。它对一体化信息基础设施的构造提供了很好的技术支持。

海上一体化信息基础设施将海战场中的信息探测系统、指挥控制系统和战斗单元融为一个整体,大大加快了信息的交换,充分实现水面舰艇、潜艇、机群和地面部队配合一致,实现整个战场资源共享,联合作战,必将对军事领域产生深远的影响。

3 海上一体化信息基础设施总体框架

3.1 海上一体化信息基础设施的概念模型

海上一体化信息基础设施的五层沙漏概念模型如图2所示。

图2 海上一体化信息基础设施层次结构图

沙漏的腰部表明构建海上一体化信息基础设施的技术瓶颈所在,即栅格化通信传输技术、栅格化协同计算技术、栅格服务封装聚合技术等。

3.2 海上一体化信息基础设施的层次结构模型

如图3所示,海上一体化信息基础设施包括基础资源层、通信传输层、协同计算层和服务聚合层。

图3 海上一体化信息基础设施层次模型图

该模型建立了一个标准统一、功能完善的海军综合电子信息系统服务框架,运用架构统一、符合开发技术规范的应用运行和服务封装、注册和映射手段,将作战应用软件抽象成一个统一的服务聚合体,基于一体化信息基础设施服务平台提供各种信息服务。

3.3 海上一体化信息基础设施的功能服务模型

海上一体化信息基础设施的功能服务模型如图4所示。

图4 海上一体化信息基础设施功能服务模型示意图

该图描述了海上一体化信息基础设施必须提供的各项功能服务,在上述的构建框架下,对海上信息栅格以后发展的新的物理、逻辑资源提供了很好很灵活的扩展支持,使得新节点接入栅格不会过多依赖具体物理资源环境;而对于海上信息栅格以后新的作战等任务或服务的需求,也提供了很好的扩展支持—新的服务和应用只需要按照通用栅格用户接口描述,提交自己的身份授权和服务描述,就可以得到海上信息栅格的服务和资源、或共享自己的服务和资源。

3.4 海上一体化信息基础设施服务运行机制和典型作战应用服务流程

满足未来一体化联合作战的信息共享和交互要求典型服务运行管理机制,如图5所示。

图5 典型作战应用服务运行机制

海上信息栅格包括两种类型的节点:管理节点和接入节点,管理节点提供用户认证、栅格管理、服务注册、服务集成和服务发布等功能。各作战平台向栅格管理节点提交加入申请,认证通过后成为接入节点,可以向栅格管理节点注册信息处理、信息存储等服务信息,也可以订阅栅格管理节点发布的各种服务,栅格节点之间通过信息传输服务和信息分发服务实现信息交互和共享。栅格用户可以通过通用栅格用户接口(HGI)来安装、配置、部署、维护海上信息栅格。而任何更高级的、具体的海上作战任务,例如情报收集、情报处理、决策打击等,都看作是一种更高级的栅格服务[5]。这些高级的服务,构建于以上所述的抽象和基础服务之上。

4 结语

基于海上一体化信息基础设施所提供的服务机制,各种形式的交战武器、各级指挥控制部门以及实施预警、监视、探测的传感器单元都将成为海上信息栅格系统中的节点:打破了对资源空间位置的束缚,超越原有资源协作方式的限制,舰艇可以直接调用卫星的侦察数据,作战飞机可以指示舰载导弹协同作战,不同编队甚至是友军的装备,都可以成为侦察节点或者是战斗节点;因此实现了各种资源的全面共享和协同。

[1]JAMES T.CONWAY,GA RY ROUGHEAD,T HAD W Al,LEN.A Cooperative Strategy for 21st Century Seapower[R].2007

[2]FORCEnet Architecture&Standards,Volume I,Operational&Systems View,Version 1.4[R].2004

[3]FORCEnet Architecture&Standards,Volume II,Technical View,Version 1.4[R].2004

[4]Open Architecture(OA)Computing Environment Technologies and Standards,Version 1.0[R].2004

[5]Berman F,Fox G,Hey T.The grid:past,present,future[C]//In Fran Berman,Geoffrey C.Fox,and Anthony J.G.Hey(Eds.).Grid Computing:Making the Global Infrastructure a Reality.Wiley,2003:9～50