作战试验指挥信息系统综合集成方法研究

肖斌 来嘉哲

1.装备学院航天指挥系,北京101416

信息化战争是体系与体系、系统与系统的对抗,指挥信息系统作为各种力量的“黏合剂”和战斗力的“倍增器”,是体系作战能力成为战斗力的关键所在,已成为军队信息化建设的核心和基础[1−2].实践证明,指挥信息系统综合集成是提高军队体系作战能力的一种科学方法和有效途径,是提升我军信息化战斗力的必然途径[3−4].随着新军事变革的深入发展,指挥信息系统综合集成也成为信息化建设的重要研究内容.

美军在2000年就指出,实现《2010联合作战构想》、《2020联合作战构想》的关键是系统集成;2002年,美陆军明确提出必须用系统集成的理念和方法解决陆军转型中所存在的问题.美军提出的以《C4ISR体系框架理论》为核心的综合集成理论体系,在指导美国防部信息系统建设方法取得了良好效果.由此可见,美军把综合集成作为其军队信息化建设的关键和推行军事变革的根本途径[5].

为了加速军队信息化建设,打赢信息化战争,我军非常重视对综合集成的跟踪和研究工作,并取得了一系列的理论研究和工程实践成果,有效地促进了我军信息化建设进程.

近年来,作战试验可在近似于实战的、逼真的试验环境中检验武器装备的作战效能和作战适用性,已成为武器装备试验工作发展的最新方向和宏观趋势,作战试验研究和实践备受关注[6−7].作战试验指挥信息系统是作战试验的基础和核心,必然要求加强其综合集成研究,以有效支持作战试验综合能力的提升.本文针对武器装备作战试验中自主可控作战试验指挥信息系统建设实践,分析研究其中的综合集成问题和方法.

1 集成需求分析

作战试验指挥信息系统实现指挥员、部队、武器装备、应用系统的有效连接,为指挥员决策提供辅助支持.目前,有关作战试验的研究和实践还存在许多有待进一步深入研究和完善的问题.作战试验指挥信息系统建设必须立足现状,着眼长远,边建设边完善.

1)必须满足自主可控的要求.当前,我国金融、电信、国防等关键领域的信息系统,绝大部分业务运行在国外平台系统之上,信息安全不可控的问题非常突出,信息安全面临严重威胁.2013年6月,美国“棱镜”等互联网监视项目曝光,给我国信息安全问题敲响了警钟.我军指挥信息系统建设必须高度重视因不可控而存在的安全可信问题,以壮士断腕的决心和勇气,推进核心技术和产品的独立自主进程,为解决指挥信息系统的安全可信问题奠定坚实的基础支撑[8].

2)必须满足作战试验体制要求.武器装备作战试验体制,由武器装备作战试验组织管理体系和武器装备作战试验法规体系两部分构成[9].作战试验指挥信息系统建设的根本目的是为作战试验体系建设服务,因此,作战试验指挥信息系统的设计与建设必须满足作战试验体制的要求,即以作战试验目的为根本指导,适应武器装备作战试验决策、组织、计划、协调、控制、指导和保障等工作的机构体系的要求,适应武器装备作战试验活动相关的条令、条例、规定、标准、规范和程序等国防科技与装备试验法规体系的要求.

3)必须满足可重组、可扩展性的要求.从武器装备全寿命周期的阶段划分角度,武器装备作战试验可分为型号论证阶段、方案设计阶段、工程研制阶段、设计定型阶段、生产定型阶段和使用保障阶段作战试验,各阶段作战试验在试验目标、试验手段、试验规模等方面均有所不同[10],因而各阶段作战试验对其指挥信息系统在结构、功能、信息关系等方面有不尽相同的要求,这要求指挥信息系统能根据不同的试验任务,对系统功能进行重组.

从武器装备发展角度,随着作战试验的推进,参与到作战试验中的武器装备体系要素等也在不断发展变化中,这要求作战试验指挥信息系统能适应这种武器装备动态变化的要求,具备可扩展性,支持型号武器装备的接入.

2 集成方法

作战试验指挥信息系统按照“自主可控、立足现在、瞄准未来、边建边用”的原则进行建设,这要求系统建设与集成具有延续性,并保证集成的效率,因此,作战试验指挥信息系统的综合集成按照系统集成、分层实施的方法进行.系统集成按照作战试验及其指挥信息系统的发展,做好系统建设的顶层设计,为集成提供指导;并按平台、数据、业务和表示层进行自底向上的集成.集成思路如图1所示.

2.1 基于体系结构技术的系统集成

体系结构技术是指挥信息系统综合集成的主要方法之一[11−13].基于体系结构的开发已成为工程实践的一部分,有利于系统建设战略目标的实现.体系结构是指挥信息系统的顶层设计,是系统设计与实现的蓝图,它从系统整体高度出发,指导综合集成顶层设计,提供自始至终支持体系结构设计、使用、开发的原则和指南,从而可有力地保证信息系统的模块化、可扩展和可再用性.通常,体系结构包括组成部分的结构、组成单元之间的关系和制约它们设计和演进的原则与指南等3个核心要素.下面简要介绍作战试验指挥信息系统体系结构所包括的建设规划、标准规范、平台框架和软件框架结构等内容.

图1 作战试验指挥信息系统集成总体思路

1)建设规划.根据领域武器装备发展规划,明确了作战试验指挥信息系统建设的近期、中期和长期建设目标与路线;提出了系统建设应当遵循的原则,如自主可控,立足现在、持续发展,边建边用、逐步完善,瞄准实战等;界定了作战试验相关机构及职能.建设规划为作战试验指挥信息系统建设提供了纲领性指导,是系统综合集成应遵循基本规划.

2)标准规范.主要包括军队指挥体制相关标准规范,以及本领域武器装备作战试验相关的网络、硬件相关标准,信息交换标准,武器装备操作规程等,是作战试验指挥信息系统接口控制、使用维护等工作的基本参考.

3)平台框架.按照自主可控总要求和我国自主可控发展现状,作战试验指挥信息系统建设选用国产平台,图2给出了构建作战试验指挥信息系统的国产软件平台框架.

图2 作战试验指挥信息系统软件平台

作战试验指挥信息系统运行在国产中标麒麟操作系统上,选用国产金仓数据库管理系统作为试验数据存储与管理的底层支撑平台;基于国产中间件,实现异地部署的各数据中心之间的数据共享;选用国产WPS字处理系统,实现指挥信息系统中相关任务文档的自动生成;基于国产Supper GIS系统,构建要图标绘及指挥信息综合显示模块;基于开源图形引擎OSG(Open Scene graphics),自主研发三维态势显示模块,实现战场态势和作战细节过程的形象直观和逼真展示;应用国产容灾备份系统实现系统内关键节点的备份,提高了系统运行可靠性;应用国产主机管控、内网监控、防病毒等软件平台,提高了系统及其信息的安全管控能力.

4)软件框架结构.软件系统是指挥信息系统的重要构件,定义良好的软件框架结构可为系统延续性提供有效支持.作战试验指挥信息系统软件框架划分为平台、数据和业务3层,其结构如图3所示.

平台层为指挥信息系统中其他软件的提供基础运行和安全防护环境,主要包括操作系统、数据库管理系统、字处理系统等国产软件平台;数据层基于金仓数据库管理系统构建,实现系统运行期间部队、装备、武器、后勤保障,以及计划、命令、业务等各类数据的存储和访问,为指挥操作、辅助决策、态势显示等业务功能提供数据支持;业务层实现指挥信息系统中信息收集、信息传递、信息处理、辅助决策、指挥控制等业务功能,是系统核心部分.

2.2 自底向上,分层集成

为保证作战试验指挥信息系统综合集成效率,将系统各组结合成为一个整体,系统采用自底向上,按平台、数据、业务和表示分层集成.

1)平台集成.国产自主可控平台,如操作系统、数据库管理系统、字处理系统等,已日趋成熟,并得到了较广泛的应用,但在功能、用户界面友好性、运行稳定性,特别是平台间兼容性等方面还有进一步改进和完善的空间.为了将各国产平台结合成一个和谐的整体,有效支持信息系统业务功能,首先,应对国产平台进行测试与选型,以选择匹配性、兼容性好的平台,降低平台间的冲突,测试的国产软件如图4所示.

其次,对于集成时的平台间冲突问题(如字符集兼容、病毒误查杀、共享配置冲突等),按照中心、基础软件尽量不调整的原则,确定需要调优或改进的平台,尽可能降低冲突解决对其他软件平台的影响.

2)数据集成.数据集成主要实现异地数据共享,并保证数据的完整性、准确性和一致性.数据集成的方法有很多,如数据仓库、联邦数据库、中间件等[14−15],考虑到数据交换的时效性和资源占用控制需求,作战试验指挥信息系统选用中间件技术实现异地数据集成,其基本工作原理如图5所示.共享中间件分别在各需共享的中心数据库上部署,称为共享节点.数据共享时,用户首先在共享节点上配置共享策略,声明数据的共享源、共享目的地和共享条件(如数据插入、更新、删除、数据值超过阈值等);然后,当中心数据库数据变化满足共享条件后,相应的共享节点从中心数据库提取数据,规划传递路线,并将数据传递到目的共享节点;最后,由目的地共享节点将数据写入对应的中心数据库.

该共享中间件具有如下特点:①数据交换策略可定制.允许用户按需对数据交换的方向、内容、优先级、访问权限等进行配置;②可设置信息交换所占用的网络带宽,以保证信息交换时能最大限度利用可用资源,同时,也避免过多占用资源而对其他信息交换造成影响;③能有效适应网络拓扑动态变化,能适应指挥所频繁加入、退出的动态网络环境,自动规划共享路线;④支持数据的断点续传,支持历史数据共享;⑤各共享节点互为备份,提高了数据共享可靠性和系统运行稳定性.

图3 作战试验指挥信息系统软件框架结构

图4 集成测试的国产软件平台

图5 信息共享中间件工作原理图

共享中间件综合考虑了数据交换需求、运行环境需求、稳定性要求等多方面的因素,有效实现了试验指挥信息系统运行时的数据集成,保证了部队、指挥所之间信息的及时、准确交换.

3)业务集成.业务集成主要目的是将指挥信息系统各业务功能模块按照业务流程结合起来,实现业务模块间的互操作,从而实现辅助决策、指挥控制等功能.系统基于组件化技术实现业务集成,以提高组件开发效率、支持系统建设可扩展性.

首先,按照模型框架理论,自顶向下构建系统的模型结构和模型组件,梳理并定义模型组件间的接口关系,作战试验指挥信息模型层次结构示意如图6所示.

然后,按照业务流程和组件接口关系,组合模型组件,形成业务应用项.在本地计算机集成的,以接口调用方式直接组合;在网络上集成的,按TCP/IP协议,用Socket通信间接组合.

表示集成将若干业务应用整合到一个界面内,使系统具有统一的界面显示和操作风格.作战试验指挥信息系统包含30余个业务应用,系统运行时,它们将动态地部署到指定的席位终端,同时,部署在一个席位终端上的多个业务应用需以整体方式提供给用户使用,为此,作战试验指挥信息系统研发了“模块配置”和“集成框架”工具,分别实现业务应用的按需分发与部署,以及为席位终端的业务应用提供统一界面,从而实现功能模块整合,提高用户交互友好性.

3 系统应用

按照边建边用的原则,作战试验指挥信息系统多次在实际任务中得到了应用和检验,并不断地根据应用效果进行改进、完善,应用效果验证了综合集成方法的有效性.

1)基于体系结构的系统集成,为作战试验指挥信息系统建设提供了统一的体系结构,保证了作战试验指挥信息系统建设与改进的延续性,支持了系统改进和完善的整体性及实现效率.

2)基于模型框架的模型组件构建研究,一方面,有利于系统设计和开发人员从整体上把握系统模型结构和关系,提高了模型组件的可重用性和系统的可扩展性;另一方面,也利于开发人员专注于模型功能设计与实现,提高模型组件的建设质量和效率.

图6 作战试验指挥信息系统模型框架

3)基于中间件的数据集成实现了灵活、可靠、高时效的数据共享,从系统运行统计数据看,数据共享平均时延≤100ms,丢包率≤10−5,满足系统运行要求.

4 结论

综合集成是提升指挥信息系统建设质量和效率的有效途径,国内外都很重视对综合集成理论和应用的研究,形成了如体系结构技术、数据仓库、SOA、界面集成等多种集成方法.对于军事指挥信息系统这样的复杂系统,必须根据建设目标和系统特点,综合运用多种集成方法,才能将系统中各分散部分结合成一个有机整体,更好地发挥整体效能.本文针对自主可控作战试验指挥信息系统综合集成问题,综合运用体系结构、模型组件、中间件等多种方法,按照系统顶层设计指导、自底向上分层集成的方法实现了系统的综合集成.实践结果表明,综合集成方法有效支持了作战试验指挥信息系统建设任务,集成效果良好.