天基信息服务模式研究

管清波， 冯书兴， 马彦华

（1.装备学院 航天指挥系，北京101416； 2.装备学院 训练部，北京101416； 3.装备学院 研究生院，北京101416）

信息时代的作战，尤其是网络中心概念下的作战，要求通过信息的共享与同步，以促进指挥控制和作战行动的自主协同和同步。面向服务架构因其具有松耦合、以网络为中心、灵活适应变化、资源可重用等优点，已被认为是解决信息共享与同步问题的有效手段，并广泛地用于解决军事领域的相关问题［1－2］。天基信息系统中的各类卫星因不受国界和地理条件限制、覆盖范围广，在情报获取和信息传输、提供时空基准等方面都发挥了极佳的作战效能。目前大多数天基信息的应用服务都是一种典型的自上而下的、以情报产品为中心的服务模式，多种类型的卫星系统相互独立、自成体系。随着卫星功能的日臻强大和用户需求的不断增加，迫切需要基于面向服务的体系结构，探索满足不同层次、不同应用对象作战需求的天基服务模式，解决目前天基信息应用模式单一、缺少灵活性、效率低等问题。通过服务模式组合和协同各类服务资源，可满足多样化作战任务下对天基信息的需求，解决天基信息的共享、同步与协同问题。

美军提出了天基对地观测情报信息的“信息推送”（information push）和“灵活索取”（smart pull）2种模式，并强调“灵活索取”模式要求以Web服务和面向服务的体系结构为基础，建立完善的情报服务体系结构和强大的通信网络［3］。国内研究多集中在信息的分发模式上：文献［4］将遥感信息服务模式分为直接模式、组合模式和协同模式。这些研究从不同角度对信息的分发服务模式进行了探索，但面向服务思想中的服务是一个广义的概念，认为一切资源都是服务，信息分发服务只是信息服务的重要组成部分。本文首先研究天基信息服务的基本概念，在此基础上，提出3类9种天基信息服务模式，最后通过对各种模式的对比分析，说明其应用特点和范围。

1 天基信息服务与天基服务模式

面向服务的基本思想可总结为一切都是服务，在此体系结构下的一切资源都可以采用服务的方式来表达。把这个思想应用于天基信息服务中就可理解为与天基信息相关的一切数据资源、处理软件和成果都可封装为服务的形式，在统一的体系结构下进行组合和再生产，满足不同用户的需求。《中国人民解放军军语》中将信息服务定义为“为用户提供信息接收、处理、查询、传递、存储、检索、分发等活动的统称”，而将情报分发定义为“将情报送达情报使用对象的过程”，可见，信息服务的含义要比情报分发服务宽泛得多——不仅仅提供信息分发服务，而是将信息处理、存储等都包含其中，这正好吻合了面向服务的理念，将用户需求牵引下的一切活动都视为服务。

定义1 天基信息服务是天基信息系统为用户提供信息获取、接收、处理、查询、传递、存储、检索、分发等活动的统称。

所谓模式，简单来讲，就是针对工程实践中反复出现的特定领域中的特定问题得出的最佳解决方案的总结和提炼，并对以后实践中出现的相同问题提供解决方案和指导方法。一个模式是针对在某个特定场景下出现的特定问题的最可行的解决方案的范例的抽象［5］。信息服务模式是对信息服务活动的组成要素及这些要素之间相互关系的描述［6］，本质就是信息服务在其活动过程中为满足用户需求，调整各构成要素之间相互关系组合而形成的一种信息服务工作模式［7］。信息服务模式中包括服务使用者、服务提供者、服务内容和服务策略与 约 束 等4个 要 素［8－10］，并 需 要 研 究 这些要素在信息服务过程中的作用及其相互关系。

定义2 天基信息服务模式就是基于面向服务的思想，针对不同的作战需求，对天基信息资源、天基信息用户和天基信息内容等要素在支持作战应用过程中的作用和相互关系进行归纳总结，抽象和描述天基信息的作战服务规律。

2 天基信息服务模式种类及描述

通过对用户的作战需求和天基信息支持作战过程的分析，可以将天基信息服务模式分为3类9种服务模式。

2.1 推送服务模式

推送服务模式是系统主动获取、处理天基信息，并把形成的天基信息产品传递给合适的用户，目的是减少需求传递环节，缩短信息流程，提高天基信息的时效性。推送服务模式可分为以下3种服务模式。

1）主动推送服务模式。就是对用户的作战任务、作战行动和行为习惯进行研究、分析，提取和预测用户对天基信息需求的兴趣点，向用户主动推送其可能需要的、有针对性的天基信息。此模式的关键在于建立用户信息库，跟踪和记录用户的行为信息；建立信息需求案例库，构建用户需求管理和预测模型对用户需求进行预测；根据需求预测结果，对信息资源进行筛选和综合集成，进而向用户推送信息服务，使主动推送服务具有针对性和精确性。

主动推送服务模式如图1所示。

图1 主动推送服务模式

2）定制推送服务模式。用户根据自己的需要和天基信息系统的能力，选择自己所需要信息和功能进行订阅，系统按照用户订阅的主题进行信息的选取、组织和综合集成，生成情报信息产品，推送给用户。用户在进行信息订阅时可自主选择。定制推送服务模式是由用户指定的信息服务需求驱动的，关键是要求用户对天基信息系统的能力和状态比较了解，可制订出合理的需求。定制推送服务模式分为2种：①定期推送方式，其主要是针对用户相对稳定的服务需求，如环境、气象、卫星过顶等公共信息服务；②及时推送方式，它主要是针对突发事件的预警信息服务。

定制推送服务模式如图2所示。

图2 定制推送服务模式

3）应急推送服务模式。主要是对所获取的突发事件的信息进行快速处理和分发，将信息主动推送给相关用户的过程。它弥补了主动推送服务模式因战争偶然性和不确定性而难以对未来需求进行准确预测，定制服务模式没有考虑因战场态势变化而产生的用户需求的动态性问题。此模式的关键在于对突发事件信息的判断和选择最短路径将突发事件信息推送给合适的用户。

应急推送服务模式如图3所示。

图3 应急推送服务模式

2.2 在线共享服务模式

在线共享服务模式是用户主动通过门户节点，浏览、查询和下载权限内的天基信息，调用天基信息处理等功能服务。目的是通过分级开放数据／信息服务和功能服务，使用户可以根据需要和权限与系统交互，获得所需服务，提高信息服务的针对性。在线共享服务模式可分为以下2种服务模式。

1）在线数据共享服务模式。用户通过登录门户网站，获得相应的天基信息访问权限，进行天基信息的查询和下载。这种模式是用户参与的一种被动服务模式，由于天基信息的海量和复杂性，信息的查找可能难以一次达到目的，需要不断地逼近目标。

在线数据共享服务模式如图4所示。

图4 在线数据共享服务模式

2）在线功能共享服务模式。这是比较简单的直接服务模式，用户通过门户节点的软件服务接口，直接调用权限内的功能软件，软件功能的更新和升级由系统自动在后台进行，用户只需按规定的接口调用即可，这种模式也称为软件即服务（software as a service，SaaS）模式，是目前最为常见且使用最多的一种云计算服务模式。其本质就是云计算服务提供商根据用户某种特定需求提供其消费的计算能力，针对的是最终用户，使用户可方便地共享软件服务功能，而不必在负担基础结构、应用程序管理、监控、维护和灾难恢复等成本。

2.3 协同服务模式

协同服务模式是根据作战需求，统一调配天基信息资源，使它们相互配合，共同完成信息的获取、处理和传输等任务。目的是打破服务资源（或系统）之间的各种壁垒和边界，使它们为共同的目标进行协调和协同运作，通过对各种天基信息服务资源最大的开发利用和增值以充分达成一致的作战目的。 协同服务模式如图5所示。

图5 实时目标指示任务的服务协同模式

根据不同作战任务对天基信息服务需求，天基信息协同服务模式可分为4种服务模式。

1）时域协同服务模式。调度天基信息资源，使其能在给定的时间范围对地面目标或区域进行不间断的观测，并按时间顺序进行航迹融合等，获得一定时间范围内目标的变化（如运动轨迹）。除同步卫星外，对于低、中轨道卫星的轨道特性，卫星对地面目标的重访周期一般较长，要获得对目标的不间断侦察，就需要多颗卫星按一定的时间顺序对给定目标进行观测，每一颗卫星都要在前一个卫星侦察的基础上，接收目标指示信息，进行目标接替。此模式的关键在于卫星的动态任务规划和调度，常用于对运动目标的侦察监视。由于目标的动态性，其地理位置和环境随时间而变，因此必须及时处理和传输卫星所获信息，并利用获得目标信息指引下一卫星协同侦察。不同阶段所获取的信息在进行下一步处理或传递给用户的同时，进行编目并写入相应的卫星信息数据库，以便共享。

2）频域协同服务模式。调度天基信息资源，对给定的目标或区域进行频谱覆盖，获得目标或区域的全频／谱域信息。由于卫星的载荷特性的不同，卫星的信息获取能力有所区别。以成像侦察卫星为例，按获取图像信息的传感器不同，可分为光学型和雷达型，光学成像侦察卫星又根据载荷的不同分为可见光、红外、多光谱和超光谱成像侦察卫星等。不同类型成像侦察卫星在频域的协同，可以有效识别伪装，克服天候限制，有利于目标的发现与识别；电子侦察和成像侦察的配合，可获得目标的光学和电子特征信息，有利于对目标的精准识别。此模式的关键在于根据战场环境、卫星轨道和载荷特性，对卫星系统的任务规划和调度，通过统一的指挥控制完成协同侦察任务。

3）空域协同服务模式。调度天基信息资源，使其能在一定时间期限内对战区／热点地区进行区域覆盖，获得该战区／热点地区的目标观测信息、战场环境信息、预警信息等。由于卫星对地观测区一般为带状区域，单颗卫星难以形成对战区的全面覆盖，因此需要多颗卫星协同完成对战区的侦察监视任务。此模式的关键在于根据战场环境、卫星轨道和载荷特性，对卫星系统的任务规划和调度，通过统一的指挥控制完成协同侦察任务。

4）混合协同服务模式。考虑用户对天基信息的时频空综合需求，统一调度天基信息资源，使其能获得完整、精确的战场信息，并及时传递给用户。这种协同模式需要综合考虑信息获取、处理、传输等多种服务，复杂度较高，而且在不同的协同服务需求下，参与协同的资源、协同时间和协同方式有较大区别，需要在一定的协同规则支持下统一进行任务规划和分配。总之，混合协同服务模式是以上时域协同、空域协同和频域协同模式的综合，服务资源之间的关系既有并联关系，各服务之间按规划结果各自执行自己的任务，最后结果进行统一的集成；也有串联关系，各服务之间需要通过标准的服务接口进行数据传递，或作为后一服务的驱动。

3 天基信息服务模式的比较分析

天基信息的9种服务模式并不是完全割裂的，可根据需求单独使用，或结合使用。如美军的“信息推送”和“灵活索取”就各有所长，过多的“信息推送”往往会造成下级信息链路过载的情况，但如果安排合理则可以避免；“灵活索取”方式可避免接收部门的通信链路饱和，可以实现按需索取，不但提高了对用户个性化情报需求的响应能力，也节省了通信带宽。

表1对以上各类进行比较分析，为合理地应用这些模式提供参考。

表1 天基信息服务模式的比较

4 结 束 语

合理、高效、灵活的信息服务是信息化战争夺取信息优势的关键。通过建立具有共性并兼顾个性化需求的天基信息服务模式，理顺天基信息服务过程中所涉及的多种资源、多种角色的关系，使它们彼此相互作用、相互协调，从而实现天基信息的共享、同步与协同。

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