一种应用于联合作战的态势分发共享技术∗

2018-05-29武建明

舰船电子工程 2018年5期

关键词：指挥所态势战场

崔燕武建明

（中国电子科技集团第二十八研究所南京 210007）

1 引言

近些年高科技局部战争的实践表明，一体化联合作战正成为信息化战争的基本作战形式。与传统作战相比，联合作战具有多维的作战空间、多元的作战力量、统一的作战指挥和整体的作战行动等鲜明特征。

战场信息的高质量对于作战指挥员做出有效的行动和高精度的决策有着至关重要的影响，而战场信息的实时性更能保证军事人员在恶劣的军事环境中灵活地应对战场动态环境［1］。

战场态势，是战场上各种力量所存在的状态和形成的形势。态势信息的实时性和质量是获取信息优势的基础，对取得决策优势而获得战争主动权具有重要作用［2］。因此，作战指挥活动中，战场态势是指挥员认知战场、做出判断、指挥作战的基础。

2 态势共享的必要性

在作战过程中，任务决策都是基于战场态势，并通过认知态势之后再制定出最有效的任务决策和行动方案。态势接入系统对于各种手段获取到的战场态势信息进行融合汇总及去重处理，并通过战术互联网、短波、长波、卫星等通信手段及时地展示给各级指挥员，使得他们能够清楚地看到“同一幅图”，进而对战场态势产生一个相同的理解［3］。整个作战过程中的各个单元能够依据上级领导的指示，灵活地实施决策。

基于联合作战形式的特点及战场态势的基础性地位，实现战场态势共享是联合作战的基本要求，尽早实现指挥所内部及陆、海、空、天和电的各空间全维联合联通、态势共享是重中之重。

3 态势共享的内容

在联合作战过程中，信息系统涉及到联合指挥中心和各下属任务部队或武器平台，联合指挥中心向任务部队及平台下发态势。由于态势一致的重要性，在联指中心下发态势的过程中，我们应当确保以下内容的一致：

1）目标编号一致。在态势共享的传输过程中，应对每一个目标赋予唯一标识，在该态势目标的整个生命周期过程中，此标识号都能代表它。同时分发共享系统应能够确保不使用同一个编号报告不同的航迹，且不会用不同的编号报告同一航迹。联合指挥中心应可以建立自己的编号标准，用于航迹的产生、流动、关联等处理。当目标消失后应及时释放该目标的编号，以保证联指中心管理的编号达到最大允许值后再次利用之前已经释放的编号［4］。

2）目标属性一致。在联合指挥中心及各分域的系统中，对同一态势目标的属性描述应保持一致。如动态目标的敌我属性、任务、机型、型号、类型、动态、位置等，静态目标的名称、位置、上报单位等。联合指挥中心向任务部队及武器平台共享态势时，应使用约定的统一报文标准进行打包，并对各属性进行编码传输以保证安全性。各分域接收报文后，按照相应标准进行解码即可获得正确属性。

3）目标航迹一致。态势是动态变化的，尤其是动目标的航迹位置在实时更新，因此，联合指挥中心下发态势时要保证航迹点“不丢不落”，能实时共享态势目标的位置、航向、航速、高度、运动时间等瞬时属性。对于目标消失、合批、分批、改批和纠批等情报处理操作也要实时“告知”下属系统。

4）目标显示一致。态势目标的展示包括头军标、颜色、大小、方向及显示样式等，指挥所内各席位及各分域系统应按照统一的显示标准对态势进行展示，以便于作战指挥员从整体上把握态势布局。

4 态势共享的关键技术

4.1 订阅发布模式

订阅发布的模式相当于一个买卖商品的交易。图1描绘了这个买卖过程中“买方”（即消费者）和“卖方”（即生成者）之间的交易流程。图1的左边，生产者发布它可以提供的服务，这个服务可以是单纯的原始情报源，也可以是数据库表，或者是对原始情报加工、融合、去重、提取后的增值服务；图1的右边，消费者既订阅它感兴趣的服务，也可以反馈给生产者该服务的质量［5］。消费者可以直接访问各数据源，并实时订阅它的“增、删、改”的消息。每个指挥所中每一类的情报处理都有一个生产者和多个消费者，订阅发布模型利用生成消费的基础服务实现本指挥所内态势情报源向各席位共享态势的过程。

图1 订阅发布模型

4.2 远程过程调用（RPC）

RPC是Remote Procedure Call的缩写，它是一种进程间的网络通信方式。这种通信方式不需要程序员显示编写这个远程调用的细节，允许程序调用网络上另一台机器上的过程或函数。也就是说，程序员最终调用的服务端无论在本地机器还是共享网络上的机器，编写调用代码不需要做任何改变。一个应用程序使用RPC来执行位于不同地址空间的程序，但从效果上来看和执行本地程序一样［6］。异步RPC通信方式是指程序的发送者首先向接收者发送一个处理结果的请求，且不等待结果的返回。RPC不能作为一个单独的中间件进行使用，它必须被嵌入到客户/服务器模式的应用程序中。当编译器对应用程序进行编译时，会对客户端和服务端的应用程序建立不同的码根。当态势分发共享系统需要调用RPC功能进行分发计算时，这些计算模块基于消息中间件的码根就会被调用，计算模块收到计算请求从而实现客户和服务器之间的同步通信［7～8］。异步的设计方式使得计算模块和分发模块不需要等待对方的返回结果即可进行下次调用，从而提高系统的分发共享效率。

4.3 微服务

现在的大型信息系统都是由多个部件构成，这每一个部件都可以称为“微服务”，微服务本质上就是一种架构风格。系统中的各个微服务不相互依赖，可以被分开部署，因此它们之间是松耦合的。每个微服务的功能独立且完整，它仅关注于完成一件任务并高质量、高效率地完成该任务，微服务架构的目标是将大型的、复杂的、长期运行的应用程序构建为一组相互配合的服务，每个服务都可以做局部修改。

微服务设计思想是一种使用若干小服务开发庞大应用的方法，每个服务运行在自己的进程中，通过轻量级的通信机制进行信息交互。基于业务的基本内容，每个微服务的粒度大小可以按需定制，并且可以用不同的程序语言进行编写，部署也可以使用网络依赖关系进行自动化部署。

相对于传统的一体化应用模式，微服务的架构以功能模块为单位对应用系统进行离散、解耦，因而具备了复杂度可控、独立部署、技术选型灵活、容错好、可扩展等诸多优点［9］。本系统中对发送、计算和管理均进行微服务化设计，从而提高系统的分发效率。

4.4 分布式协调

由于态势分发共享服务处理的是实时态势，态势数据具有数据量大、更新频率快、吞吐快等特点，因此在共享数据过程中非常容易出现信息堵塞现象，从而影响系统的稳定性甚至功能的正确性。因此多服务部署以及多服务之间的负载均衡显得尤其重要。ZK（ZooKeeper）是一种开源协调服务，它专为分布式应用所设计，具有高可用、高性能且高一致性的特点［10］。由于ZK上述的这些特点以及其开源的优势，很多大型的、分布式的系统都将其进行广泛应用。从可靠性方面来说，它不会因为一个节点的错误而崩溃。

在本系统中我们部署多个态势分发服务分担数据处理和发送的压力，而多服务之间协同工作由ZK的竞选机制实现。通过选举产生一个leader（领导者）作为主分发服务，当主分发服务的用户负载压力较大或出现异常时，ZK自动产生新的主服务，并将之前主服务上的客户端分配到其他信息生成服务，从而保证了态势数据交换的实时性和稳定性，确保演习或作战过程中系统的持续可用。

5 态势共享的技术实现

本文提出的态势共享技术是一种按需分发技术，可广泛应用于筹划作业及战场感知相结合的系统。指挥所内部的态势同步通过主题发布与订阅进行选择性共享；指挥所间的信息共享是自动提取筹划方案，将一定范围的战场情况以指定的标准报文格式下发给各下级任务部队或武器平台的方式。

5.1 指挥所内态势共享

每个联合指挥控制系统都有一个信息目录服务，该服务作为信息资源注册发布、编目组织、分发流转、管理调控的连结枢纽，为该联合指挥中心和业务处理中心提供数据访问和信息服务支撑。

如图2所示，信息目录用于指挥所各态势情报主题的注册。当前战场的每一类态势情报都需要在该信息目录上进行注册及保存。以指挥所内A类情报的共享为例：

图2 指挥所内态势共享流程

1）A类情报接入服务在信息目录上注册名为“实时情报A”的主题，该主题用于管理实时的A类情报态势。

2）当指挥所内席位1需要订阅实时情报A时，该指挥所内的信息订阅转发服务将其订阅请求转发至信息目录。

3）A类情报接入服务获取到订阅请求后，将A类情报态势信息转发至该指挥所内的订阅转发服务，席位1从本指挥所内信息转发服务处获取相应的情报信息。

4）此时若席位2也需要A类情报态势，则可在本指挥所内信息订阅转发服务处获得与席位1一致的情报，从而保证指挥所内部的情报共享的一致性。若本指挥所对其它情报没有查看订阅需求，则该指挥所不需要引接其它信息，从而有效节约传输带宽并提高软件的处理性能。

态势信息订阅兼容了传统的态势主动推送的功能，加入了订阅机制的信息分发流程，对于满足定制条件的态势产品可直接发送给指挥或作战单元［11］。该方式为系统节约了大量带宽。

5.2 指挥所间态势共享

作战过程中最直接有效的态势是与任务相关联的［12］，各指挥控制中心进行筹划作业时需要基于一致的态势。同时，作战任务分析及目标任务分析都是基于态势进行基础分析，命令指令生成后也需要指定当前态势中的作战单元进行执行［13］，因此本文中指挥所间态势共享主要是基于作战任务的按需分发。这样既保证关键态势信息的有效共享又减少了冗余态势传输对带宽的占据。

指挥所间的态势共享内容及形式主要由制定的态势分发策略决定。简单地讲，态势分发策略规定了在什么时间段、以什么链路、向谁、发送什么范围内的什么类型的态势信息。因此建立一个基于任务的态势分发模型是指挥所间态势共享的重点。如图3，该模型包含任务基本元素的提取、提供攻击/防御范围的生成模型、分发策略生成和态势情报格式报文打包并下发功能。其中，元素的提取主要是指定共享的态势内容，即“发什么”；范围模型的生成是规定共享哪些区域内的态势，即“发哪里的”；分发策略生成即将各种信息组装成软件识别的策略内容；打包下发则是最终共享的实现过程。

图3 任务态势分发流程

如图4，在软件设计时，将分发管理、分发计算、分发发送进行微服务的模块化设计，部署时可以进行集群化多服务器的分布式部署。分发管理用于策略的提取及生成，分发计算用于计算哪些态势符合策略需求，分发发送模块则负责将符合策略的态势元素进行打包共享。各模块之间采用RPC接口进行消息交互，从而提高系统的时效性。分发发送和分发计算模块集群化部署后可通过ZK来维护多个服务之间的主、次关系，并对计算请求和发送保文请求进行均衡分布，从而保证软件系统的鲁棒性。

图4 指挥所间态势共享模块

6 结语

本文提出的应用于联合作战的态势按需分发共享技术，依托信息通信支撑网，构建感知信息网络化协同处理机制，将广域分散的陆、海、空、天、电、网各类态势感知资源进行网络化组织和虚拟化调度，实现“一点感知全网共享”，按任务纵向跨级、横向跨域同步共享和按需精准服务，为联合指挥机构、军兵种部队、武器平台联合作战提供我情、敌情和战场环境一体的战场综合态势“一幅图”的局面［14］，同时有效节省了链路带宽，在实际作战中有着重大意义。

参考文献

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［3］邹自力，王厚生，曾昭兴.数字化战场态势共享研究［J］.军事运筹与系统工程，2000（04）：59-62.

［4］梁健，陈晧晖.基于全分布式处理的统一态势生成技术研究［J］.无线电工程，2016，46（1）：12-15，24.

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［8］A Llamosi，A Strohmeier.An Overview of Middleware［J］.Ada Europe LNCS3063，2004：35-51.

［9］张晶，黄小锋.一种基于微服务的应用框架［J］.计算机系统应用，2016（9）：265-269.

［10］Sunddenly.ZooKeeper简单介绍［EB/OL］.（2014-10-21）.［2017-11-13］.http：//blog.csdn.net.

［11］王世威，成海东，刘冠邦.面向任务的统一作战态势信息分发［J］.指挥信息系统与技术，2016（01）：32-36.