軍事信息系統(tǒng)互操作性等級模型研究

摘 要：互操作性是在聯合作戰(zhàn)環(huán)境中實現電子信息系統(tǒng)整體作戰(zhàn)能力的基石，也是戰(zhàn)場上奪取信息優(yōu)勢的關鍵所在。為了能夠更為全面地評估軍事信息系統(tǒng)的互操作性等級，對比了現有的幾個系統(tǒng)互操作性等級評估方面的參考模型，分析了各模型的特點，指出了實現互操作性所涉及的各個領域及面臨的各種挑戰(zhàn)，提出了用于判斷規(guī)劃領域互操作性等級的PIM模型。該模型對軍事信息系統(tǒng)建設具有指導作用。

關鍵詞：軍事信息系統(tǒng)；互操作性；等級模型；規(guī)劃域

中圖分類號：TP301 文獻標識碼：A

文章編號：1004373X(2008)0302403

Research on Interoperability Models of Military Information System

CHEN Bo，LIU Xinsheng，GAO Fuxiang

(Institute of Command Automation，PLA University of Science and Technology，Nanjing，210007，China)

Abstract：Interoperability is the foundation of effective joint and interagency operations.Interoperability to achieve information superiority is the keystone on which future combat systems will be constructed.To evaluate the level of information systems comprehensively，evaluating several models which define the levels of information system interoperability，points the domains which interoperability occurs and the challenges to achieve it.Finally，a PIM model is proposed here to determine the program management interoperability.This is valuable to guiding the military information system design.

Keywords：military information system;interoperability;level model;programming domain

1 引 言

迄今為止，國內外的許多研究組織都提出了不少軍事信息系統(tǒng)互操作性等級模型。然而由于互操作性在不同場景下的含義有著很大的差異，因此仍然很難給互操作性下一個精確的定義。例如，兩個指揮部之間在下達作戰(zhàn)計劃時的互操作性可能僅需一個電子郵件即可完成，而在預警系統(tǒng)中互操作性的實現就需要各雷達設備之間快速、自動的互相交換信息。美國國防部在綜合各方意見后于2001年給出的互操作性定義是：“互操作性是指系統(tǒng)、單位或軍事力量之間相互提供和接受服務，以使他們能夠有效共同運作的能力[1]。”需要認識到，互操作性仍然是一個不斷演化的概念，新技術新理論的出現會不斷為其賦予新的內涵。

工程實踐的經驗表明，問題領域的抽象模型對系統(tǒng)的創(chuàng)建和維護具有重要的參考價值。例如Internet協議模型，其良好的擴展性和魯棒性至今還為無數用戶提供著優(yōu)良的服務。還有一些抽象模型可以被用于輔助開發(fā)者進行需求分析，預知耗費等。因此人們也在尋求針對軍事信息系統(tǒng)的互操作性建立模型，以達到：

(1) 建立一個共享的詞匯集，便于進行討論和分析。

(2) 為解決系統(tǒng)結構設計方面的問題提供指引。

(3) 為新理論、新方法的評估提供準繩。

2 幾種不同的信息系統(tǒng)互操作性等級模型

2.1 信息系統(tǒng)互操作性等級模型（LISI）

一個廣為認可的互操作性模型是美軍軍事信息系統(tǒng)體系結構工作組于1998年提出的信息系統(tǒng)互操作性等級模型LISI[2]。該模型的目的是為美國國防部提供一個成熟的模型和流程，以便于確定互操作性需求、評估現有系統(tǒng)的互操作性等級，以及為系統(tǒng)向更高級別的互操作性等級遷移提供技術指導。如表1所示，LISI模型按照從低到高將系統(tǒng)互操作性分為5級。 LISI在技術領域為定義、評估和度量信息系統(tǒng)互操作性提供了一個可供參考的公共框架。其應用包含從需求分析到系統(tǒng)開發(fā)、采購和后續(xù)升級的生命周期的各個階段，可以幫助體系結構分析員及時發(fā)現互操作性方面存在的問題并確定可供選擇的技術方案，從而強化了對信息系統(tǒng)的有效管理。

2.2 概念互操作性等級模型（LCIM）

基于LISI的成功經驗，對互操作性等級模型的研究廣泛展開。然而隨著實踐活動的不斷深入，人們發(fā)現僅依靠LISI模型來評估系統(tǒng)的互操作性日益捉襟見肘。一些根據LISI模型評估出來的系統(tǒng)并不能像預期那樣工作。2003年，Tolk在其論文中指出：“在技術領域，各種各樣的互操作性模型已經存在并被成功的運用于劃分系統(tǒng)的互操作性等級，然而這些模型并未涉及概念領域的建模[3]。”因此，他提出了概念互操作性等級模型LCIM，并于其后對模型進行了改進，形成了概念域的6層互操作性等級模型[4]：

(1) 0級：系統(tǒng)之間不具備互操作性，數據在每個系統(tǒng)內部被私有化的使用。

(2) 1級：在技術層上，物理連接的建立使得系統(tǒng)間可以進行比特流的交換。

(3) 2級：在語法層上，數據可以以標準化的格式進行交換，支持相同的協議和格式。

(4) 3級：在語義層上，不僅數據本身，也包括其上下文關系都可以進行交互，數據的含義由一個共同的參考模型進行定義。

(5) 4級：在規(guī)劃層上，系統(tǒng)之間可以進行知識的交互，信息的適用性被明確的定義。

(6) 5級：在概念層上，建立了對環(huán)境的公共視圖，此級別的信息交互不僅包括知識，也包括這些元素之間的相互關系。

4—跨域級能夠實現跨領域的信息和應用程序共享系統(tǒng)可以跨領域的使用全球信息空間，多個用戶可以同時存取復雜的數據。數據和應用程序完全達到分布式共享，使得更高形式的協作成為可能。

3—領域級能夠實現數據庫共享并進行復雜的協作（如協同標繪等）系統(tǒng)處于集成的廣域網環(huán)境中，不同應用之間能夠實現信息共享。在指揮自動化系統(tǒng)的各領域范圍內有統(tǒng)一的數據模型。利用這些數據模型，系統(tǒng)間可以進行數據庫到數據庫的信息交換。

2—功能級能夠交換異構信息（如多媒體文件、電子地圖等）系統(tǒng)處于分布式的局域網環(huán)境中，能夠進行比較復雜的異構信息的交換（如多媒體文件、電子地圖等），系統(tǒng)或應用均已建立了數據模型。但是，在這一級項目之間只有邏輯數據模型是共同的，其物理數據模型卻不盡相同。

1—連接級能夠交換同構信息（如話音、文本文件、電子郵件等）系統(tǒng)間建立了電子連接并且能夠進行簡單的信息交換，但通常交換的是同構的數據類型（例如話音、沒有附件的電子郵件、GIF格式等圖形文件）。

0—隔離級通過人工方式（利用紙質文件、磁盤、磁帶等）交換信息系統(tǒng)間沒有建立任何形式的電子連接，通過人工方式利用軟盤、硬盤、光盤或紙質文件等進行信息交換。

LCIM模型在軍事信息系統(tǒng)的概念設計和技術設計之間架起了一座橋梁，彌補了LISI在為系統(tǒng)間的所有語義關系建模方面的不足。如LCIM所述，為了達到高級別的互操作性，系統(tǒng)間如何理解信息和處理信息必須明確的予以規(guī)定。數據格式、結構、甚至語義和接口的一致性并不能完全保證互操作性的順利實現，同時需要的還有一個共享的模型，該模型可以提供對周圍環(huán)境的公共視圖以及系統(tǒng)間共享的數據和信息的相互關系。然而，至今仍然沒有一個良好的模型滿足這一要求，對這一領域的研究也將繼續(xù)深入下去。

2.3 組織結構互操作性等級模型（OIM）

Clark 和 Jones指出，組織結構領域的互操作性也是實現軍事信息系統(tǒng)互操作的一個關鍵因素。基于以上認識，他們提出了組織結構互操作性等級模型OIM[5]。OIM模型對LISI模型進行擴展，其定義了組織結構互操作性的5個等級：

圖2 OIM模型和LISI模型的聯盟關系

(1) 0級：獨立級。該級別描述那些相互獨立的組織，這些組織之間通常沒有共同的目的和任務，只依靠電話、傳真和單個人員等進行一些偶爾的聯系。

(2) 1級：自組織級。這一級別的組織具有有限的指導方針來描述互操作性如何進行，但在本質上這些規(guī)劃仍然是無計劃的。這些組織之間存在共同的目的，但卻被放在組織自身目標之下。

(3) 2級：協作級。這一級別的組織享有共同的目標并被分配不同的角色，并且會進行一定程度的溝通以達到知識共享，但是這些組織的內部框架影響仍然非常巨大。

(4) 3級：集成級。這一級別的組織之間有共同的目的并為相互協作做好充分準備，有詳細的條令來指導組織間的溝通，但是這些的組織內部框架仍有殘余的影響。

(5) 4級：統(tǒng)一級。一個統(tǒng)一的組織具有共享的目標、指揮結構和知識基礎等，組織之間實現無障礙的完全互操作。

需要指出的是，OIM模型并非關注于創(chuàng)建系統(tǒng)的組織，其焦點是軍事行動中的人員活動和用戶方面，主要用于在聯合作戰(zhàn)中進行問題識別和評估。事實上，OIM為互操作性在另外一個領域建立了和LISI類似的結構，但其不同之處在于OIM模型更強調人的因素，而LISI模型則更關注于技術因素。

3 規(guī)劃管理互操作性等級模型（PIM）

認識到軍事信息系統(tǒng)互操作性涉及領域的廣泛性，卡耐基梅隆大學軟件工程實驗室提出了SOSI模型以描述創(chuàng)建和維護可互操作的系統(tǒng)所需要的各種活動。模型指出，為了使一個系統(tǒng)能夠有效運行，必須進行圖3所示的3種類型的活動[6]，因而軍事信息系統(tǒng)的互操作性也要相應的從這3個方面衡量。

圖3 SOSI模型系統(tǒng)活動圖

雖然SOSI模型在涵蓋技術互操作性和組織結構互操作性的同時進一步提出了互操作性的規(guī)劃管理方面[7]，但是SOSI模型并沒有明確為提供一個衡量規(guī)劃管理互操作性等級的標準。因此，文中提出了一個5層的模型以評估軍事信息系統(tǒng)規(guī)劃管理互操作性等級。規(guī)劃管理互操作性等級模型各等級的特性與效應對照表如表2所示。

4 模型分析

LISI是一個用以對系統(tǒng)進行分類的技術模型;LCIM的目的是彌補互操作性概念設計和技術設計之間的鴻溝;OIM模型將LISI模型擴展到更為抽象的組織結構層;PIM模型根據系統(tǒng)活動提出了規(guī)劃管理互操作性的等級劃分。對比上述模型，可以發(fā)現：

(1) 這些互操作性模型之間并不是相互替代的，更不是相互排斥的，而是反映了軍事信息系統(tǒng)互操作性的各個不同領域。這表明互操作性是一個多維的概念，其構成不僅包含技術因素，同時還有組織管理因素。為了更為深刻的理解互操作性的本質，必須把所有這些因素列入建模的考慮范圍。

(2) 對互操作性的等級應該有更為全面的度量方法，僅僅采用其中的任何一個模型都不足以完整地反映互操作性地所有特性。

(3) 互操作性各維之間的關系是非線性的，即互操作性在某一維上的提高并不一定必然帶來其他維上的提高。舉例來講，兩支裝備有高互操作性級別指揮控制系統(tǒng)的部隊在進行作戰(zhàn)時，并不一定能夠做到很好的相互協同；相反，兩只指揮控制系統(tǒng)落后的部隊之間也有可能完成良好的協同作戰(zhàn)。

(4) 這些模型之間的不同不僅表現在其關注的問題域上，也體現在他們各自不同的用途上。技術模型主要用于根據互操作性的特性對系統(tǒng)進行分類，而其他一些更為抽象的模型主要用于討論在實現互操作性的活動中面臨的各種挑戰(zhàn)。

5 結語

軍事信息系統(tǒng)的互操作性是一個多維的概念，現有的任何模型孤立的使用都難以對互操作性進行準確的度量。隨著現代戰(zhàn)爭對軍事信息系統(tǒng)互操作性要求的不斷提高，未來的研究將更加關注于如何對互操作性的相關特性進行細化和分類，如何解決遺留系統(tǒng)的互操作性問題，以及如何進行有效的聯合風險控制等方面。

參考文獻

[1]Department of Defense.DoD Dictionary of Military and Associated Terms[EB/OL].http://www.dtic.mil/doctrine/jel/new[CD#*2]pubs/jp1[CD#*2]02.pdf，2001.

[2]C4ISR Architectures Working Group.Levels of Information Systems Interoperability[EB/OL].http://www.c3i.osd.mil/org/cio/i3/，1998.

[3]Tolk，James A.The Levels of Conceptual Interoperability Model[A].2003 Fall Simulation Interoperability Workshop，Orlando Florida，2003.

[4]Tolk，Andreas.Composable Mission Spaces and MS Repositories—Applicability of Open Standards[A].2004 Spring Simulation Interoperability Workshop，Orlando Florida，2004.

[5]Clark，Jones.Organizational Interoperability Maturity Model for C2[EB/OL].http://www.dodccrp.org/events/1999/1999CCRTS/pdf[CD#*2]files/track[CD#*2]5/049clark.pdf，1999.

[6]Morris，Levine.Systems of Systems Interoperability[M].Pittsburgh:Software Engineering Institute，2004.

[7]Lind Levine，Ed Morris.Proceedings of the System of Systems Interoperability Workshop[A].System of Systems Interoperability Internal Research and Development，2003.

作者簡介陳博男，1981年出生，河南南陽人，碩士研究生。主要從事軍事信息系統(tǒng)體系結構方向的研究。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。