一种流程驱动的天基信息服务可扩展定制技术
2023-03-07常晓宇吕守业韦二龙
常晓宇，吕守业，龙 恩，王 港*，韦二龙
(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所, 河北 石家庄 050081;2.北京市遥感信息研究所，北京 100192；3.中国电子科技集团公司航天信息应用技术重点实验室, 河北 石家庄 050081)
0 引言
目前，航天技术发展迅猛，天基信息系统逐渐成为国家信息化建设的重要基础性设施。作为获取信息资源的重要手段，天基信息系统服务于国民经济各个领域[1-2]，正朝着一体化、动态化、实时化、智能化方向发展，是体现国家科技实力的核心要素之一[3]。天基信息早已成为世界各国获取信息的重要手段。
美国在天基信息服务方面保持全面领先，形成了面向任务、按需调配、全球服务的天基信息应用服务体系[4-5]。相比而言，我国多源天基信息综合定制化服务研究处于起步阶段，但发展快速，目前已形成导航、遥感和通信组成的卫星体系，为天基信息服务系统的建设提供了强大技术支撑[6-8]。许多学者在天基信息系统领域也开展大量研究工作。李德仁等[9-10]提出了PNTRC一体的天基信息服务系统建设构想，对系统关键技术进行了分析论证。汪荣峰等[11]研究了面向对抗的天基信息特征可视化关键技术，实现了多维天基信息特征的可视化表达。还有一些研究[12-15]基于天基信息设计了分发系统、开放性应用服务体系和网络架构，突破低天基信息网络组网方式优化等关键技术难题,满足了更加多样化的用户需求。为提高信息的服务效率，基于用户画像的精准推荐方法被用来构建遥感信息推荐模型，可以实现90%以上的用户数据推荐准确率[16]。还有学者为提升天地一体化信息网络服务能力，设计分布式、网络化天基信息在轨处理系统，实现天基信息系统的灵活扩展、互为备份和协同服务等能力[17]。
虽然我国各类天基资源建设已积累一定成果[18-19]，且已初具规模，但天基信息服务还存在以下问题：① 面向用户和具体应用的天基服务需要跨多个职能部门完成，且不同体系之间未能有效融合互通，增加了服务的复杂度和运行成本；② 各专用服务体系中数据格式不统一，数据交换困难，存在信息孤岛，难以满足信息快速流动、充分共享和形成高质量数据的需求；③ 面向多类用户的需求，难以依据当前服务模式生成新的服务流程，存在服务灵活性差、扩展能力不足等问题。
因此，需要以用户为中心，将各类天基信息服务资源灵活重组，满足快速、准确、多样化的业务应用需求。本文基于各类天基信息，提出了一种流程驱动的天基信息服务可扩展定制技术，从业务流程建模、基于业务流程的服务定制技术、基于拓扑模型的服务扩展技术和业务流程动态调整4方面阐述该技术，为多源天基信息资源效能的充分发挥提供参考。
1 流程驱动总体设计
流程驱动的天基信息服务可扩展定制技术的流程如图1所示。
图1 流程驱动的天基信息服务可扩展定制流程Fig.1 Scalable and customized processes of process-driven space-based information services
由于各类天基数据隶属不同部门，在实际观测任务中，获取多源天基数据，从需求提交、数据获取、信息处理到最后共享发布等一系列处理，需要通过人工操作的形式跨部门完成，存在着灵活性、扩展性和数据共享差的问题。因此，本文提出了一种流程驱动的天基信息服务可扩展定制技术，首先根据具体任务构建业务流程模型，然后采用服务定制技术、服务扩展技术和工作流技术等完成业务流程的分析和执行，通过基于拓扑模型的服务扩展技术保障复杂多变的观测业务流程，实现任务快速响应。
2 业务流程模型构建
通过对不同任务和天基信息基础服务进行建模，建立对应的业务流程，通过把若干相互关联和相互作用的业务活动按照一定的时序逻辑关系组合形成定制服务序列，实现服务按需定制的有效组织，用于满足多样化保障需求。
面向用户的天基信息保障观测任务过程的研究包括4个部分：观测任务、观测行动(Observation Action，OA)、天基信息业务流程(Business Process，BP)及天基信息业务活动(Business Activity，BA)。一个OA对应一个BP；一个BP包含一组BA序列{BA1，BA2，BA3，…，BAn}。其现实意义可描述为：一个OA需求引出一个天基信息BP，一个天基信息BP的完成依赖于一组天基信息BA序列的执行。本技术从观测用户、业务和服务3个视角，分解观测任务，映射天基信息业务，将天基信息BP嵌入观测过程，构建天基信息保障观测业务流程模型，如图2所示。
图2 天基信息业务流程模型Fig.2 Process model of space-based information service
3 服务定制扩展技术
3.1 基于业务流程的服务定制技术
基于业务流程驱动的服务定制框架分为基础服务层和服务定制层，主要基于用户需求以及业务流程情况，生成定制服务，具体流程如图3所示。基础服务层由封装后的天基信息基础服务组成，向天基信息服务管理模块进行注册，为服务定制层自动查找、组织和调用服务资源提供基础支撑。本技术将天基信息基础服务构建为2类服务：天基基础数据服务和天基信息通用服务。天基基础数据服务通过接口向外提供天基基础数据接收、存储和整合等服务；天基信息通用服务通过接口向外提供天基设施资源的调度管理、区域数据服务和定位导航服务等。服务定制层主要完成面向用户的业务流程建模和基础服务的组合调用，根据用户提交的需求判断属于专属服务还是通用服务，分别根据不同流程产生定制服务。
图3 基于业务流程驱动的服务定制框架Fig.3 Service customization framework driven by business process
天基信息服务定制的流程如下：
① 依据用户需求，首先根据天基信息业务流程进行建模，通过业务流程模型判断需要的服务属于专属服务还是通用服务。
② 若该服务属于专属服务，则把业务流程模型映射成为服务序列。查询获取所需服务，在服务定制层依据服务序列定制为服务组合，进一步形成基础服务调用流程，然后通过企业服务总线、工作流引擎等技术将天基基础服务进行灵活组合，依次向服务管理模块发起调用请求。
③ 若该服务属于通用服务，则直接对该服务信息与天基信息通用服务进行匹配，向服务管理模块发起调用需求。
④ 服务管理模块依次返回服务及服务序列到服务调用模块。
⑤ 待服务实例执行完毕后，接收执行结果，最后业务应用前端向用户提交该业务流程的执行结果。
因此，服务定制技术主要是针对用户需求，将业务流程进行建模，根据业务流程模型判断属于专属服务还是通用服务，依据服务类型的不同，选择不同的服务定制流程，完成服务调用和服务执行。
3.2 基于拓扑模型的服务扩展技术
当传统的天基信息服务系统面向多用户时，任务的需求形式会呈现多样化，导致需求的服务形式也会多样化，而且不同服务之间会存在互相依赖和交互关系。因此，如何依据现有的服务集合和服务序列，快速扩展出符合用户任务需求的服务，解决当前服务模式存在的灵活性差、可扩展性低的问题，是本文研究的重点之一。本文采用基于拓扑模型的服务扩展技术实现天基信息服务的可扩展性，主要通过构建服务之间的依赖和交互关系，计算各个服务的关联性和拓扑关系，当新任务需求产生时，便可以快速通过服务拓扑模型关联相似的服务及服务序列，并以相似服务或服务序列为参考框架，进一步扩展服务，完成用户新任务需求。服务拓扑模型的各个元素关系如图4所示。
图4 服务拓扑模型元素关系Fig.4 Relationship among service topology model elements
服务拓扑是服务之间依赖关系的描述。将服务S用S={A,c}描述，A是服务的属性向量，A={a1,a2,…,an}，ai表示服务的第i种属性，c是服务的类型，根据服务功能的不同而分类。依赖关系R={
基于上述的拓扑模型，本文提出的服务扩展技术流程如图5所示。
图5 基于拓扑模型的服务扩展技术流程Fig.5 Flowchart of service expansion technology based on topology model
天基信息服务的扩展流程如下：
① 用户通过配置应用程序，产生新的任务需求，通过业务流程建模构建新的业务流程，最终形成服务需求。
② 拓扑模型接收到服务需求后，会将新服务与当前所有服务进行拓扑分析，并产生关联服务，发送到服务注册与管理模块。
③ 服务注册与管理模块匹配关联服务并返回其服务框架。
④ 通过分析新业务与具有拓扑关系服务的相关性，根据其业务流程的差异和相关部分快速拓展构建新的服务。
⑤ 将新生成的服务在服务注册与管理模块进行更新，并执行服务，给用户返回服务调用结果。
4 服务动态调整
天基信息服务动态调整架构如图6所示。
图6 天基信息服务动态调整架构Fig.6 Dynamic adjustment framework of space-based information service
通过天基信息服务定制技术能够将天基信息业务流程映射为基础服务序列，由天基服务注册与管理模块进行管理，可达到业务流程静态按需调用服务完成业务的能力。由于目前天基平台业务流程复杂多变，为了能够使业务流程动态调整，本技术采用工作流引擎为系统提供业务流程动态调整的能力，可灵活实现天基信息基础服务重组，生成新的业务流程，保障观测需求。
用户在应用程序前端查询当前已有业务流程模板，然后根据新的观测任务在界面上配置新的业务流程模板，并保存系统配置；工作流引擎自动获取新的业务流程模板，按照配置去服务注册与管理模块查询所需天基信息服务，然后将基础服务按照新的业务流程模板进行组合配置，形成新的业务流程，同时更新业务流程模板库，为执行天基信息服务添加新活力。
5 结束语
天基信息定制化扩展服务随着各类天基信息的快速发展及多样化用户对各类天基信息的需求应运而生，是天基信息服务的大趋势，涉及到航天、导航、大数据、通信、信息挖掘、可视化和计算机等多个领域。本文提出一种流程驱动的天基信息服务可扩展定制技术，并围绕该技术方案介绍了总体设计思路，并详细阐述了业务流程模型构建、服务定制可扩展技术和服务动态调整方法。首先针对当前国内外天基信息服务现状进行初步分析，并指出目前多源天基信息综合应用中存在的主要问题；在此基础上基于多源天基信息手段，设计了天基信息服务可扩展定制技术，重点阐释了基于业务流程的服务定制技术和基于拓扑模型的服务扩展技术，为解决天基信息定制化服务提供了一种新方案。本方案解决了不同层级用户执行观测任务时面临的资源使用效率较低、数据共享困难以及多样化服务需求响应反应迟缓等问题，为多源天基信息资源效能的充分发挥提供参考。
