基于SOA的网络中心战指挥控制体系结构设计＊

韦晓萍 许锦洲 宋祥斌

（海军指挥学院 南京 211800）

1 引言

随着联合作战需求的快速变化，美国国防部在DoDAF v1.5［1］中，提出“网络中心战 NCW”和“面向服务的体系结构SOA”的概念，使用面向服务的体系结构（SOA）［2］开发方法，将DoDAF的开发从以产品为中心转化为以数据为中心。体系结构框架（DoDAF）为DoD系统体系结构的描述、表示，及作战行动和业务运作过程的集成定义了一种通用的途径。它是用来描述、提供和组成部件的结构，它们之间的关系，以及指导它们设计和演进的原则和指南［3］。

在网络中心战中，它能完成网络中心行动，即战争中能有效通过网络给用户（目前和不可预见的）制定必须的和有用的信息（他们所需要的何时，何地以及什么信息），来帮助他们有效完成任务。将这样的系统体系结构视为特定的机制用来为这种转变设计出解决的方法，选择SOA作为体系结构的设计方法，提出基于SOA的系统体系结构设计过程。构建一个事件驱动SOA，通过引进网络中心环境服务（NCE）已有的性能或构建一个新的NCE引进可预测的和不可预测的NCE用户，参与网络中心环境。体系结构规定企业服务和企业程序由基于SOA内部结构的企业数据总线（ESB）主管。这些企业服务和企业程序将完成体系结构的作战概念视图；它们将作为关联群集（COI）为其它NCE用户重新使用来完成他们的任务。该方法的最后产品是通过构建的体系结构产品来建立一个可执行模型，用来评估体系结构企业程序和服务的逻辑、行为和性能特征。

2 面向服务的体系架构

SOA是一个组件模型，本质上是服务的集合。它将应用程序的不同服务（功能单元）通过定义良好的接口联系起来，服务间彼此通信，这种通信可能是简单的数据传送，也可能是两个或更多的服务协调进行某些活动［4］。根据业务的需求，通过网络对松散耦合的应用组件进行分布式部署、组合和使用，对服务进行动态管理和动态调用。

SOA是一种面向服务的软件架构，它的环境结构包括三个方面，分别是作战层、服务层和物理层。在作战层中，它包含事务进程，这些事务进程可以单独成为事务服务，也可以组合成事务服务。在服务层中，它包括服务和单独的企业数据总线（ESBs），在SOA联邦运行过程中，每一个ESBs能够确保消息流通道服务信息的交互，本层包括多种服务类型，分别是用来监控服务和事务进程的服务，用来事务进程执行的服务，用来服务定义的注册服务、服务层次协定和事务进程的定义。控制监视服务的服务集成者负责服务终点的管理，定期给SOA监视器发送消息。SOA联邦规则和机制在服务层次上通过连接单独ESBs之间的网关强制执行。在作战层次中所需定义的事务进程作战、实例化、管理和监控是通过ESBs在服务层次中定义的。在物理层次上，包含一些物理节点（工作站、服务器、网络工作节点等等）和支撑SOA环境的通信网络。

在联邦中，SOAs之间的互操作性通过企业数据总线（ESBs）之间的连接实现，这个连接是虚连接，并不代表ESBs之间的紧耦合。它的目的是说明SOAs也是联邦的一部分。为了确保SOA联邦的运行，联邦注册更高级的层次需要规定联邦规则、方针和广联邦服务。

在网络中心战中，NCE是一个网络工作环境，它包括内部结构、系统、程序和人员来完成态势感知，能够快速支持网络中心行动（NCO）中较短的决策周期和获取更好的事务信息。网络中心环境（NCE）的数据和性能对用户和非用户者必须是可视的，可获取的和有用的。系统间的数据能够自由交换以便于支持它们之间的互操作性，避免点对点的接口交互。在网络中心环境中，用户必须能够通过网络中心环境获取他们所需的信息（何时，何地和何种形式），来完成他们的作战任务和事务目标。

其中，网络中心环境NCE的概念包括以下几个方面：1）NCE用户：NCE的数据和性能对用户而言必须是可视的，可获取的和有用的。新的网络中心体系结构必须提供NCE数据、信息和性能，由NCE用户使用。2）利用NCE：NCE的用户必须能够搜索数据、信息和性能，并利用它们完成任务。3）考虑不可预测的用户：NCE用户允许在NCE中查询数据、信息和性能，而不是限制它们的使用。4）促成利益共同体：网络中心数据策略中定义，COI是一群用户的合作小组，这些用户需要根据他们共同的目的、利益、使命任务或者事务进程进行交换数据，那么这些交换的数据应该共享数据格式。交换的数据共享词汇表、分类法、数据标准、交换协议和与利益共同体相关的体系结构说明。COI确保所开发的数据、信息和功能能够在不同的机构组织之间进行互操作。5）支持共享的基础结构：能够支持企业级数据、信息和功能，确保这些企业级数据、信息和功能可用。支持NCE概念有两种策略：网络中心数据策略和网络中心服务策略，网络中心数据策略的主要目的是使数据可视化，可获取，易理解和可信任；网络中心服务策略的主要目的是从NCE中提供服务，管理这些服务和他们的内部结构，然后监视和操控他们。

3 基于SOA的指挥控制系统体系结构开发过程

图1 基于SOA的系统体系结构开发过程

根据SOA基本思想和方法，结合网络中心战中指挥控制系统的特点，基于SOA的C2系统体系结构开发过程如图1所示。整个开发过程包括三个方面［5］：开发体系结构模型的体系结构设计阶段、体系结构模型转化为可执行模型［6］阶段、可执行模型分析和评估阶段。该方法构建一个事件驱动SOA，通过假设网络中心环境服务（NCE）或适应不可预测的NCE用户，参与DoD网络中心环境，最终的产品是通过构建的系统体系结构产品来建立一个可执行模型，用来评估体系结构商业处理和服务的逻辑、行为和性能特征。

体系结构设计阶段开发出的SOA体系结构产品，在分析和评估阶段被使用来建立可执行模型。在体系结构设计阶段，需要额外的信息和信息资源来为这些方法构建一个网络中心体系结构。在NCE中，新的体系结构不仅考虑其它已开发的系统所具有的功能，而且还作为一种新功能的来源。从系统体系结构视图看，它需要设计一个新的体系结构来完成预期目标，通过补充存在系统已有的性能特征，以及通过NCE中的新功能贡献给NCO以及被其它系统使用。

另外，需要3个额外的信息资源：1）它们揭露的服务器和已有COI的相关信息：系统架构需知道已有的COI，为了能够引进性能并开发新的。完全了解COIs的原则和规则，他们的数据形式和服务描述来正确联合他们的成员。新的体系结构将遵循COIs成员间达成的已有的COI原则，规则，数据和服务描述，便于使用者能够通过COI成功使用体系结构的功能。2）新的体系结构所需补充的实现系统体系结构功能的相关信息：设计者需要完全了解其它系统已有的性能，为了能够决策他们是否满足新的体系结构功能和非功能的要求。DoD体系结构数据库（DARS）提供了一个环境来寄存、记录、查找和恢复体系结构的相关信息。另外，系统设计者需要通过DARS开发新的体系结构供其他NCE用户使用。3）通过NCE允许使用网络中心企业服务（NCES）可用信息：NCES允许使用有价值的企业数据，信息和共享功能。

图2 基于SOA构建网络中心体系结构的设计过程

图2给出的是基于面向服务（SOA）设计方法构建网络中心体系结构的设计过程，共分为6个阶段。

阶段0：了解体系结构的目的和范围，确定体系结构的背景条件。

阶段1：明确体系结构的作战概念视图，给出高级作战概念图［7］。体系结构将参与的COIs进行最初的描述。

阶段2：进行功能分解，包含3个主要的活动。1）定义组织和他们之间的关系。活动定义组织和体系结构的潜在组织包括联合体系结构的网络中心组织提供网络中心目标。在这个阶段，设计人员需要确定现有的COIs，为体系结构的内在组织提供功能和他们的关系。DARS需要进一步验证参与这些COIs潜在的现有组织的体系结构的产品。2）定义作战节点，除了体系结构的内部作战节点外，体系结构将参与的可选择的COIs将引进由COIs成员提供的额外的作战节点。DARS将被进行用来产品验证这些节点。3）选择系统／服务并定义系统节点。设计人员确定详细的服务，这些服务被体系结构参与的部分COIs引进或开发，设计人员需要遵循COIs公布的数据行式和服务界面。

阶段3：全面分析作战视图，开发从作战视图到系统、服务和服务功能视图。

在这个阶段，结构图和行为图［8］被开发用来理解和描述执行的作战活动。

阶段4：通过推导和描述作战信息交换特征完成作战视图分析和全面分析系统和服务视图，注重分析服务、系统的结构，它们的功能以及系统数据的转换。

阶段5：用阶段4分析和产生的系统接口描述、内部通信描述、系统性能参数描述以及系统和技术验证描述数据和概念完成系统视图的开发。

体系结构设计阶段的产品将被用在分析和验证阶段来构建一个可执行模型［9］。因为这些静态的产品在有限的方式上描述体系结构的行为，所以对体系结构的验证需要可执行模型的构建，能够详细地检验产品的行为和性能。体系结构的可执行模型为设计人员来分析它的动态行为，确定逻辑和行为错误（这些错误在静态描述中不能发现），以及提供给使用者和用户的体系结构所具有的性能。

最后，在体系结构开发阶段开发出体系结构产品阶段中，需要一个新的过程，应用软件或服务来再次触发设计过程。当SOA用例［11］被开发，在新的业务逻辑开发前，通过建模与仿真，研究出额外的新的业务流程（包含自身和其它系统的重用性能）是必须的。

4 结语

本文基于面向服务的思想，设计了基于SOA的网络中心战指挥控制系统体系结构。分析了体系架构的基本过程，结合面向服务的基本思想，给出了在体系结构设计过程中用面向服务进行开发的详细步骤流程。在下一步的研究工作中，将加强可执行模型的开发进行体系结构的评估工作，获取体系结构的系统和服务视图及建立业务流程的协议。传统的可执行模型不能有效地获取一个SOA的复杂性，它们仅能提供系统性能的上界，如果作战视图可执行模型满足体系结构的功能和非功能需求，我们可以构建系统和服务可执行模型进行验证评估工作。

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