作战云体系结构研究

赵国宏

1.第二炮兵装备研究院北京100094

1 作战云发展需求

1.1 作战云概念内涵

当前,云计算和大数据在民用领域和外军中可谓风起“云”涌,但是,在我军的应用尚处于研究探索阶段,尚存在一些误区:一是所谓的“云”山雾罩.即究竟什么是云计算和大数据？云计算与分布式计算,大数据与海量数据有何区别.二是所谓的人“云”亦“云”.包括中与外的关系:即云计算起源于国外,是否符合我国国情;军与民的关系:即云计算在民用领域风生水起,是否适合军事运用;近与远的关系,即当前军事信息系统正处在信息化建设的初级阶段,是否具备向云计算转型的条件;简与繁的关系,即实现云计算需要对现行体制机制以及信息系统进行大规模改造,是否会把简单问题复杂化,造成应用的“断片”等等.因此,迫切需要拨“云”见日.实际上,云计算不仅是一项新的技术,更是一种新的理念和新的模式,是信息化条件下作战体系建设的必然要求.

美国国家标准与技术学会对云计算的官方定义为[1]:是一种围绕分布式共享计算资源(如网络、服务器、存储器、应用程序和服务等)的创新运用模式.资源提供者可以方便而快速地提供计算资源,而无处不在的资源需求者可以便利地使用共享的远程计算资源.云计算通俗讲就是基于互联网的存储和计算.作战云就是基于网络化的信息基础设施,采用面向服务的模式,为指挥决策、部队行动、武器打击提供按需、便捷、快速的专业、权威的数据和应用服务.同民用“云”相比较,作战云的特点主要表现在以下3个方面,一是更严酷的环境,特别是通信传输环境难以保证,对可靠性要求更高.同时,在体系对抗条件下,对其安全性要求也更高;二是更严格的要求,包括信息服务的正确性、精确性、实时性等,直接关系决策正确、行动准确、打击精确,对专业化的要求更高;三是更严密的组织,民用云是市场化运作和驱动,军事信息系统则具有很强的计划性,即必须依托于严密的组织机构,在严密的作战规则下运行.

1.2 作战云发展需求

基于网络和服务理念,发展作战云的必要性源于3个“动”.一是打击目标的动态性不断提高.现代战争无导不成战,就以导弹为例,其作战能力已从打击固定目标,打击时敏目标,向打击移动目标拓展.二是武器平台的动态性不断提高.仍以导弹为例,已从固定阵地发射向无依托机动发射转变,从固定弹道到机动弹道转变.三是作战环境的动态性不断提高.信息化作战条件下,敌情、我情、战场环境瞬息万变.上述变化,将引发作战样式、指挥模式、保障模式的一系列变革,从而对信息化作战体系提出了新的更高的要求.一是栅格化组网能力,主要包括即插即用的随遇接入能力、高速宽带的通信传输能力、多路由动态的组网能力、灵活组网柔性重组的智能网控能力等.二是一体化指挥能力,主要包括精确化的态势融合能力、智能化的任务规划能力、全维化的指挥控制能力等.三是服务化保障能力,主要包括统一的作战数据保障能力、专业的信息融合能力、快速的系统部署能力、可靠的信息安全保障能力等.上述需求,无不对建设和运用作战云提出新的更高的要求.

2 作战云体系结构

2.1 系统体系结构

实践表明,单纯系统集成、网络集成式的体系架构只是信息化作战体系发展的初级阶段,因为每个系统、每个网实质仍是小而全的系统,背后是条块分割的组织机构,很难真正围绕作战融合成为有机的体系,从而无法实现无缝的协同和联合.必须升华为网络信息体系,因为网络主要解决“联”的问题,信息解决“用”的问题,体系才能解决“强”的问题.

因此,遵循面向服务的理念,参照民用云计算体系结构,作战云系统体系结构应当包括:一个网络,即信息基础网络;二类服务,即运维服务和应用服务;三种应用,即指挥决策、部队行动、武器打击,体现分类指导、分层应用.如图1所示.

图1 作战云系统体系结构

2.2 技术体系结构

关于云计算的技术架构,学术界公认的是三层架构[1](服务方式),即软件即服务(Software as a service,Saas)、平台即服务(Platform as a service,Paas)、设施即服务(Infrastructure as a service,Iaas),随着大数据技术的广泛应用,出现了四层架构模式,即增加数据即服务(Data as a service,Daas),核心是基于大数据技术,为用户提供数据应用服务.

针对云计算军事应用的特点,这里提出作战云的五层架构模式,即增加组织即服务(Organization as a service,Oaas),以便针对定制需求提供完整的信息服务解决方案.如图2所示.军队信息化建设实践表明,条跨分割、各自为政的机械化的编制体制是无法适应信息化作战要求,没有服务化的组织保证,作战云以及所谓的联合作战仍将是无本之木,无源之水.

图2 作战云技术体系结构

1)组织即服务(Oaas).关键词是集约化.即以组织的形式提供完整的信息服务.一是信息服务体制.建立合理分类、分层整合的信息保障机构和信息服务中心,打破体制壁垒.第一是政令分离的指挥体制,实施军政、军令分离,打破利益圈子;第二是集约化的信息服务体制.以美国为例,美军的组织结构调整往往是通过战争实践“自觉”完成的[2].1972年以前,从二战到越南战争,美军无论炮弹还是炸弹等武器装备主要依靠测绘体系实施服务保障,其主要保障机构是国防测绘局.从海湾战争起,精确制导武器在战争中成为主角,可见光和红外制导极大依赖影像数据支撑,国家图像判读中心作用日益重要,但是战争实践表明,影像信息不与定位数据结合同样不能发挥作用,于是,战后的1996年,美国整合地理信息与影像处理部门,成立了国家图像与测绘局.科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争中,外科手术式打击、斩首行动、引导打击等新样式的纷纷出现,除地理与影像保障外,综合情报信息的作用同样必不可少,于是,2003年,美军又整合部分情报及保障要素成立了国家地理空间情报局,以便为精确制导武器作战提供统一完整的信息服务保障.另据报道,2014年开始,国家地理空间情报局已开始尝试将云计算引入地理空间情报领域[3].二是信息服务机制.应建立科学的数据采集、处理、分发、共享机制及信息服务规则,以打破机制羁绊.由此可见,组织既是能力所系,更是责任的体现.目前我军的当务之急是要按照信息化作战要求进行组织再造和流程再造.

2)软件即服务(Saas).关键词是个性化.作战能力实际上区分为决策筹划能力、行动组织能力、武器打击能力,因此,指挥信息系统必须面向筹划、面向行动、面向武器,所以,作战云的服务必须区分为面向战略战役层的指挥决策服务、面向战术层的作战行动服务以及面向武器平台打击的制导服务等层次实施分类指导,提供个性化服务.

3)数据即服务(Daas).关键词是融合化.核心是基于大数据技术的数据采集、数据管理、数据分析、数据挖掘、数据聚类和数据展现技术.其中数据采集重点解决数据交互与保鲜机制;数据管理重点解决结构化、非结构、半结构数据的综合管理;数据分析主要是数据清洗,核心是低价值密度数据的去伪存真、去粗取精;数据挖掘核心是数据的演化预测;数据聚类主要是与关注对象(区域、时间)为索引的全源信息融合;数据展现主要是数据的多媒体关联展示.

4)平台即服务(Paas).关键词是智能化.美国国防高级研究计划局正在开发一种弹性云计算服务设施[4],以支持各种军事任务.这种基于军事任务的弹性云计算项目旨在最终建立一个坚固的设施,即使遭受赛博攻击,也可以继续运作,支持军事任务.要尽快开发具有我军特色的云计算平台,平时为作战数据、任务规划周密准备提供支撑,战时为作战保障成果快速生成提供支撑,解决目前人工多、自动少,串行多、并行少,独立多、联合少的服务保障问题.基于云计算平台实现各节点任务分配和成果融合的自动化,能够充分利用多机多核资源,使得运行效率得到大幅度提升.云计算平台支撑面向远程应用的软件开发与部署、面向越级指挥和联合作战的服务保障、面向不同作战样式的柔性扩展.

5)设施即服务(Iaas).关键词是自主化.要基于网络化的信息基础设施,实现存储与计算资源的虚拟化与泛在化,发挥有限资源的最大效益.要大力发展国产化自主可控基础设施,为面向赛博对抗的高安全可信保证.

2.3 体系结构演进

为实现从网络化军事信息系统向服务化的作战云转变,在组织层按照信息化、服务化的要求改革,实行政令分离体制,按照信息流程和指挥流程要求整合相关机构及职责;明确服务化运作机制和相关作战规则.在基础层整合现有计算设备和存储设备,采用虚拟化技术实现可共享的计算服务、存储服务和网络服务.在平台层按照服务化构架统一软件开发、部署、运行模式,提供可伸缩、可重组、可扩展,安全可信的支撑环境.在数据层针对指挥决策、部队行动、武器打击需求,采用大数据技术开发数据分析、挖掘、汇聚模型,建立机制.应用层一是面向任务开发元计算模型,二是按照Web模式对应用软件进行改造,从而形成“云+端”的服务模式.实现作战云的“柔性重组、按需服务、无缝交联、协同运用”.

3 作战云运行模式

“云”无常形,云计算一般包括4种配置模式[1]:一是私有配置模式.计算资源或服务专门为某个特定的组织提供,不对组织以外的人开放.二是公共配置模式.计算资源或服务对任何人开放.三是社区配置模式.计算资源或服务仅对某些具有相同兴趣爱好或专业领域的一群人(形象地称为“社区”)开放.四是混合配置模式.混合模式是指同时存在以上3种情况.美国国防部将要实施的云计算构架采取的就是“混合配置”模式,是构成未来联合信息环境的主要模式.

美军将作战云进一步区分为战略云和战术云[5].战略云是指为美军在美国大陆与海外各基地、港口、场站、兵营等永久军事设施提供各类保密或非保密语音、视频、数据服务的通信网络.这些网络通常采用固定的光纤骨干网(带宽达100mb/s),连接到中央管理的服务器／路由器集群设备,这些集群设备又接入全球信息栅格,由统一的网络集成中心和网络战与安全中心进行管控.战术云与战略云有很大区别,这从根本上决定了战术云在参与构建联合信息环境过程中的特殊性.本质上讲,战术云是一种临时网络,不能依托永久的网络设施,而总是在严苛的战场环境下临时构设.在具体实施过程中,信号连在旅信号参谋军官的战术控制下行动,而旅信号参谋军官负责作战指挥服务器的操作与维护.

针对军事应用特点,作战云可能包括4种应用模式:

一是面向战略战役层的分布式.该类作战云适用于战略战役级固定指挥所,其组成结构包括固定的骨干通信网络,作战数据、任务规划、作战保障等信息服务中心以及各级各类指挥所.其运行模式是作战指挥网络连接呈分布式部署的各类信息服务中心与各级指挥所,指挥所采取“推送”和“定制”相结合的方式依据作战规则获取信息服务中心提供的信息实施指挥决策和作战控制.

二是面向战术层的伴随式.该类作战云适用于战术单位的机动指挥所,其组成结构包括区域无线通信网、各类信息服务与伴随保障车以及指挥控制车等.其运用模式是各类信息服务与保障要素按照作战单元编组伴随机动指挥系统部署,行动前预先下载基础数据和成果数据,指挥所采取集中方式实施行动规划和作战控制.

三是面向分队、单兵的集成式.该类作战云适用于机动分散作业的保障分队及单兵,其组成结构包括区域无线通信网和综合信息服务终端.其运用模式是综合信息终端动态接入区域通信网络,行动前预先下载应用系统和基础数据,通过存储转发方式向指挥所报告情况、传送保障信息,获取行动指令.根据《网络世界》(Network World)报道[6],美军将在阿富汗部署军用版云计算设备,“基本的硬件和软件技术正被装入一个移动盒子中,将在空中和地面作战的士兵网络中发挥关键作用”.

四是面向武器平台的独立式.美军“网火”导弹武器系统提出了全新的作战理念,将火力打击、侦察监视、效能评估、打击过程中的任务分配与转换等功能通过网络凝聚于一身,开创了基于网络支持的、无缝隙的、自主与受控攻击相结合的“多功能火力系统”运用模式.其基本运用概念是:首先发射巡飞攻击导弹,在INS/GPS导引下飞至指定目标区上空盘旋滞留,并用激光雷达搜索目标,一旦发现敌方踪迹,即发射成本较低的精确攻击导弹将目标摧毁.如果目标的优先级高、时效性紧迫或巡逻攻击导弹因燃料耗尽即将坠落也可以用巡逻攻击导弹直接攻击.俄罗斯的“花岗岩”(SS-N-19)反舰导弹开创了一种独特的导弹协同攻击作战模式:一次发射的多枚导弹通过弹间数据链在空中构成一个攻击网络群,其中有1枚作为“领弹(指挥弹)”,它在2.5万米高空飞行,可以进打击目标分配,并把目标数据传输给在低空飞行的其他导弹(从弹),一旦“领弹”被击落,马上有一枚导弹升高负责继续“指挥”.上述作战模式就是独立式作战云的典型代表,其适用情况是飞行中的无人作战平台协同作战,其组成结构包括中继卫星、机(弹)载数据链组成的信息网络,地面信息服务中心、控制中心以及机(弹)载信息单元与控制系统等,其运用模式是依托中继卫星、机(弹)载数据链构建支撑机(弹)间、机弹间、机(弹)地间协同的武器平台战斗云,飞行中的无人作战平台既可依托地面进行信息处理,接收指令,也可在机(弹)上进行信息处理,既可“人在回路”处理,也可作战平台上自主处理,按照预先制定的作战规则对各武器平台实施作战指挥与控制.

4 结论

综上所述,作战云可以概括为:一个网络,即多网融合的一体化信息网络;二类服务,即运维服务和应用服务;三类应用,即指挥决策、部队行动、武器打击;四种结构,即分布式、伴随式、集成式、独立式;五种模式,即组织即服务(Oaas)、软件即服务(Saas)、数据即服务(Daas)、平台即服务(Paas)、基础设施即服务(Iaas).