美军信息系统互操作性研究

李硕，方芳，拜丽萍

（中国电子科学研究院，北京100041）

美军信息系统互操作性研究

李硕，方芳，拜丽萍

（中国电子科学研究院，北京100041）

解释了军事信息系统互操作性的内涵，对美军信息系统互操作性研究现状如信息系统互操作性等级模型、美国国防部体系结构框架及国防信息基础设施总体规划等进行了详细阐述。进一步分析了美军发展军事信息系统互操作性的内容，为实现我军各信息系统的互操作性提供参考。

互操作性，互操作性等级，体系结构，DoDAF，DII

0　引言

当前联合作战是高技术战争的基本样式，要实现各军兵种的联合作战，就必须重视信息系统的互操作性问题，并优先考虑提高系统的互操作性。世界主要军事强国为了正确理解和加速实现军事信息系统的互操作性，均投入了大量精力，制订了相关的战略规划，并拟定了通用技术标准。到目前为止，美军对互操作性研究是全方位的，不仅有互操作性等级度量模型产品，还从顶层设计出发，制订了一系列技术规范用于统一技术标准，以求保证C4ISR系统的互操作性。这些相关的互操作性成果有美军C4ISR体系结构框架、国防部体系结构框架（DODAF）、国防信息基础设施（DII）总体规划、联合技术体系结构（JTA）等。

1　互操作性定义

由于互操作性的内涵在不同场景下有着很大不同，因此，很难为互操作定制给出一个统一的、准确的定义。在本文中，参考美参联会的定义，尝试着军事信息系统互操作性技术层面的定义：“各个通信电子系统或通信电子设备产品之间，以及在这些系统、设备同其他用户之间能够直接满意地交换信息。”技术互操作性从技术层面来解释互操作性，是实现联合作战互操作性的基础，规定的是系统（而不是组织）之间的关系，其内容包括：

（1）传感器采集信息比特流；

（2）通过通信通道传输信息比特流；

（3）计算机处理信息比特流；

（4）将处理的比特消息传给武器系统执行。

可以认为，互联互通就是要实现军事信息系统的联通，为信息系统达到互操作提供信息和数据的互通。因而，互联互通是实现互操作的基础和前提条件。

2　美军信息系统互操作性发展现状

2.1信息系统互操作性等级模型

1998年，为了便于开展信息系统互操作性的评估工作，美军军事信息系统体系结构工作组提出了信息系统互操作性模型LISI（Levels of Information Systems Interoperability），该模型后来得到了广为认可。LISI模型最初的目的是为美国防部评估现存系统的互操作性等级及确定互操作性需求，提供一个比较完善成熟的应用流程，并且可以作为一个成熟的技术模型指导当前系统提升互操作性等级。LISI应用范围囊括生命周期的各个阶段，包括需求分析，系统开发、采办、部署和改进升级，并可以帮助体系结构分析人员及时发现系统在互操作性上存在的问题，以及提供有建设性的技术方案。

按照系统的交互作用和交换、共享信息和服务的能力，LISI分为隔离级、连接级、功能级、领域级和企业级等5个逐渐完善的级别，级别越高代表系统互操作性的能力就越高。其中：隔离级的系统之间未实现联通，只能通过硬盘、磁盘等人工途径交换信息；连接级实现了系统的电子连接，但数据和应用仍是分离的，只能进行FM话音、文本文件、消息等同构产品的交换；功能级能够实现最低程度的公共功能，完成基本的合作并交换异构产品；领域级的应用仍是分离的，但已完成了数据库的合作，并实现复杂的合作；最高一级为企业级，在该级别各系统已能够交互处理共享的数据和应用，实现分布式的全球的高级合作，例如事件触发的全球数据库更新等。

LISI作为一个通用参考框架和分析互操作性的一般性方法，与美军其他的互操作性成果有一定的特定关系。LISI采纳了美国防部技术指导计划执行的JTA、DIICOE、DODAF及其他标准，把它们映射到LISI互操作性能力模型及度量表中，进而识别体系结构的缺陷不足并提供解决方案。LISI在识别那些存在于信息技术体系结构中的问题、缺陷和不足方面作用是非常关键的，为信息系统互操作性度量提供了一套切实可行的工具，对实现系统间的互操作性有重要意义。

2.2美国国防部体系结构框架

自20世纪90年代美军开始规范体系结构设计方法以来，以DoDAF为框架的体系结构技术逐渐成为了世界各国进行武器装备体系需求分析和顶层设计的重要手段，其作用从解决C4ISR系统互操作性、提高C4ISR系统建设效率扩展到需求管理、制定规划、计划预算、采办实施和系统运行维护等各个方面。目前，美国已经陆续推出了多个版本的体系结构框架，如图1所示。

1996年，为了完成国防部副部长提出的建立一个通用的方法和流程的要求，成立了C4ISR集成任务委员会（ITF）。集成任务委员会下属的集成体系结构工作组（IAP）提供了C4ISR体系结构框架第1版的基础，定义了作战、系统和技术3种相关的体系结构类型。

图1　美国体系结构框架发展历程

1997年颁布的C4ISRAF 2.0是第一部较完整的体系结构框架，建立了一个较完善的体系结构开发指南，形成了统一的通用体系结构开发方法。明确了每个体系结构视图的定义、作用及其关系；提出了体系结构描述过程；较详细阐述了每个体系结构产品，包括产品分类及产品间的相互关系；提出了通用参考资源。

DoDAF 1.0是对C4ISRAF 2.0的演进，且最终取代了C4ISRAF 2.0。DoDAF 1.0与C4ISRAF 2.0存在几点不同，第1，DoDAF 1.0的使用范围扩大了，不仅仅用于C4ISR相关领域；第2，DoDAF 1.0的核心思想是“数据为中心”，其关注点不仅是体系结构产品本身，而更关注于其中的数据元素。

DoDAF 1.5在DoDAF 1.0的基础上增加了网络中心战的概念，吸收了很多先进的技术，包括将系统视图升级为系统与服务视图，以及在服务体系结构中增加的服务种类等。此外，DoDAF 1.5格外强调网络中心战。增加了相应的描述服务的产品，如“产品的网络中心指南”、“产品新用途”和“网络中心产品描述”等内容；增加了网络中心概念，如组装网络中心环境、利用网络中心环境、支持不可预知的用户。总的来说，DoDAF 1.5在继续向“数据为中心”前进，但仍然只是一个过渡版本。

美国国防部于2009年5月28日正式颁布了DoDAF2.0。DoDAF 2.0完全、准确地阐释了以数据为中心的内涵，真正实现了这个概念。如下页图2所示，DoDAF 2.0的核心思想变化从其封面的变化情况就可以看出来：以权威数据为基础，以元模型为中心，以灵活的方法为手段，以多种展现形式为途径，以获得符合目的的体系结构为目标。本版本与以前几个版本最大的不同点在于，其更加关注于数据的采集、存储和维护，体系结构分析人员可以按照客户提出的各种需求来自由地创建企业体系结构。

图2　DoDAF2.0封面的演变

2.3国防信息基础设施总体规划

美国防部国防信息基础设施（DII）总体规划于1994年11月发布第1版，1999年5月24日发布第8版：“实施全球信息栅格”。

DII总体规划给出了DII的定义和它的范围、组成要素及相互关系、有关DII的关键政策、战略和计划以及DII发展的技术方向，规定了DII各组成要素的作用及其各要素相关机构的职责、DII的要求和目标环境，提出了DII开发战略以及与NII（国家信息基础设施）的关系和DII的性能度量，确定了DII的主管办公室（负责C3I的助理国防部长办公室）和DII总体规划的主管办公室（国防信息系统局/D52），提出了DII存在的问题包括缺乏DII兼容性、互操作、集成性和安全性的政策及其解决的办法等。

DII总体规划塑造的DII是美国国防部各信息管理项目综合集成而得到的一种能力，其目的是：①使国防信息交换产生根本变革；②增强有效的应用计算机、通信和信息管理能力以及完成国防部任务的能力；③大大减少信息技术对作战人员和职能参谋的负担；④使作战人员和职能参谋在对通信和计算机技术知之甚少的情况下，能够进行全球性的信息存取、共享和交换。

2.4联合技术体系结构

自1996年8月22日发布《联合技术体系结构1.0版》以来，美国防部经多次修改补充，于2001年4月2日发布了JTA的4.0版。JTA 4.0规定了强制性的信息处理标准、信息传送标准、信息建模、元数据和信息交换标准、人机接口标准以及信息系统安全性标准。同时JTA 4.0也给出了今后可能补充（上升）到强制性标准的新生标准。

JTA是一套最基本的规则，用于规范系统组成要素的配置和交互，它作为技术系统的实施指南，为产品开发提供了通用的积木块，并可以依据JTA制定相关的工程规范。JIA构建了系统间实现互操作性的技术实现准则，其目的是推动集成，促进跨系统的互操作以及体系结构间的兼容。

美军《联合构想2010（JV2010）》和《联合构想2020（JV2020）》要求在整个军事领域具有对敌方的压倒性优势和全面主宰的能力，这种能力的形成有赖于信息优势，包括信息收集、处理、分发和传输的能力，而互操作性是获得信息优势的关键所在。JIA能够在分布式信息处理环境中集成各种应用，是美国国防部各信息系统实现无缝互联互通的基础，是实现《联合构想2010（JV2010）》和《联合构想2020（JV2020）》的关键因素。

3　美军信息系统互操作性发展的启示

3.1为实现互操作性建立体系结构开发标准

开发标准对于体系结构互操作的建立是必不可缺的。这里的标准包括商业、政府和军用的标准和规范以及其他各种文件和出版物。

标准的统一能够为设计复杂信息系统的设计师提供良好的帮助。第一，如果所有厂商都遵循相同的标准来研制生产产品，将会极大程度地提高产品系统及其部件之间的互操作性。第二，统一的标准有利于充分挖掘先进研发技术的潜能，同时可以满足系统的互操作性。例如，当整个系统采用标准的接口设计生产，不管其各子系统内部使用何种先进的技术，都可以实现各子系统之间无缝的互操作衔接，实现“即插即用”。第三，统一标准有助于各子系统研发人员达成共识。通常，在制定信息系统的标准时，应采用已被业界广泛认可的标准，至少要与之兼容。在通用标准下研发信息系统，是使信息系统具有较长生命周期的关键因素。

3.2“按需定制”的体系结构设计框架

围绕以数据为中心的体系结构设计方法，开展“按需定制”的体系结构设计框架研究。

美军的DoDAF 2.0充分体现了以数据为中心的发展理念，实现了从以产品为中心向以数据为中心的转变。以产品为中心的体系结构设计从开发一个个具体的体系结构产品入手，过分重视产品的表现形式，容易忽略产品的内涵和产品间的相关联系。以数据为中心梳理出体系结构中核心要素之间的数据关系，并建立体系结构核心数据集，是开发以数据为中心的体系结构的必要条件；然后基于体系结构数据建模与管理方法，并按照不同的视角对相关的体系结构要素数据进行封装，从而构建出一个个外观不同、内涵统一、各有侧重、联系紧密的体系结构产品模型，最终形成具有一致性和高可用性的体系结构描述。

要真正实现以数据为中心，需要相应的体系结构设计方法作为支撑。以数据为中心的设计方法应当更加重视数据和数据关系，而数据的表现方式应该可以由用户自由选择，例如图形、表格或者其他方式。在拥有一批权威体系结构数据后，可根据用户需要定制体系结构框架。如：可对用户进行分类，并针对每类用户提出相应的应用领域，二者结合，确定每类用户在不同应用领域时应分析的体系结构数据，以及习惯使用的表现形式，从而形成不同的体系结构框架，用户只需在框架中填写设计数据项，就可快速完成满足用户所需的体系结构设计。

3.3更加合理、适用的体系结构框架

目前的体系结构框架虽然五花八门，基本上都是在Zachman体系结构框架上发展而来，当然DoDAF也是非常主要的发展标识，基本上引领了军事类体系结构框架的发展。

目前体系结构的应用领域已经大大扩展。如：美国政府联邦企业框架（FEAF）是由美国联邦政府CIO委员会于1999年发布的，其目的主要是为了响应Clinger-Cohen法案，促进联邦政府对信息技术的统一采购；以FEAF为基础，美国财政部又于2000年提出了财政部企业架构框架（TEAF），以对其下属的各财政机关业务流程改进、信息系统开发和维护提供指导。

可见，体系结构框架应该灵活地应用于不同的领域。长远来看，应该研究更加合理、通用的体系结构框架。根据目前重大项目的使用情况不断总结经验教训，逐渐贯彻以数据为中心的思想，将体系结构数据放在首要位置。

3.4完备的体系结构参考资源体系

要实现体系结构设计数据的无二义性、无模糊性，除了其他体系结构技术支撑以外，离不开体系结构设计参考资源的支撑。美国已经拥有种类众多的参考资源，形成了比较完备的参考资源理论体系。我军亟待构建完备综合电子信息系统顶层设计参考资源体系，在原有参考资源的基础上继续完善，以更好地支撑体系结构设计。

体系结构技术是保障研发体系结构合理性的前提条件，其概念包含规范、指导和约束体系结构开发的各种工具、理论以及方法，是当前信息系统复杂体系结构的研究热点。在今后实际工程开发体系结构过程中，建议在兼顾产品外部表现的同时，充分利用现有的参考资源及开发工具，坚持以数据为中心的原则，重点关注数据的采集、重用、维护及集成，以做到体系结构技术的创新研究。

4　结论

在联合作战环境中，互操作性是提高电子信息系统整体作战能力的基础，也是夺取信息优势的关键所在。我军现有的信息系统分散在各军兵种的各个单位和部门，没有形成有效的链接和体系，互操作性问题如不能很好地解决，将严重制约一体化信息系统的建设，不利于一体化训练的顺利开展和一体化作战的顺利实施。为了提升我军未来信息条件下的联合作战能力，在借鉴美军成功经验的同时，必须从我军实际出发，有重点分步骤，积极稳妥地推进我军的互联互通互操作能力建设。

［1］Defense Information Infrastructure（DII）Common Operating Environment（COE）Integration and Runtime Specification（I&RTS）［EB/OL］.Version［2000-10-03］.http：//dodead. mont.disa.mil/cm/general.htm l.

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Research on M ilitary Information System Interoperability

LIShuo，FANG Fang，BAILi-ping
（China Academy of Electronics and Information Technology，Beijing 100041，China）

This paper proposes the definition of military information system interoperability，and then provides a comprehensive description of the research status of U.S.military information system interoperability，such as LISI，DoDAF and DII.Based on these discussion，the papermakes an analysis of the elicitation brought by the development of U.S.military information system interoperability，for the reference of achieving interoperability of Chinamilitary information system.

interoperability，interoperability level，architecture，DoDAF，DII

TP393

A

1002-0640（2016）09-0006-04

2015-06-10

2015-08-30

李硕（1988-），女，陕西汉中人，硕士。研究方向：科技情报。