一種基于服務的態勢信息訂制分發方法

（國防科學技術大學 信息系統與管理學院 C4ISR技術重點實驗室， 長沙 410073）

摘 要： 針對戰場態勢信息分發信息量大、實時性要求高、不同用戶間需求差異明顯的特點，提出一種基于服務的態勢信息訂制分發方法。該方法將傳統模式下態勢信息需求者尋找直接的態勢信息轉變為尋找各種服務，并利用相關服務來獲得合適的態勢信息。給出了應用該方法的基本步驟，通過原型案例驗證了可行性與有效性。

關鍵詞：訂制分發;基于服務;態勢信息;核心服務;角色控制模型

中圖分類號：TP391文獻標志碼：A

文章編號：1001-3695(2009)04-1428-04

Service-based method to subscribe and disseminate situation information

CHEN Hong-hui，WAN Hai-ning，CHEN Tao

(Key Laboratory of C4ISR Technology， College of Information System Management， National University of Defense Technology， Changsha 410073， China)

Abstract:This paper presented a service-based method to subscribe and disseminate situation information，with respect to the characters such as the large data quantity，the little time lag，the distinct different requirement between different users. In this method，the users lookup for services other than the directly materials， eventually，the users obtain thesuituation information through these services.Also，gave the detail content of the particular method， after that，it validated the feasibility and validity.

Key words:subscribe and dissemination; service-based; situation information; core services; role-based control model

0 引言

態勢信息共享是網絡中心戰的重要特征。網絡中心條件下的聯合作戰對態勢信息具有高度依賴性。態勢感知能力也成為衡量一支部隊網絡中心條件下聯合作戰的重要標準。要將合適的態勢信息在合適的時間發送給合適的作戰節點，就要考慮態勢信息的分發問題。戰場全譜態勢信息以一種可見、可獲取、可理解[1]的形式，對信息優勢的獲取和態勢信息分發具有重要意義。網絡條件下態勢信息的服務對象具體到每一個作戰單元，而每一個作戰單元既是數據提供者，也是數據使用者。因此，態勢信息必然是分布式存儲的，甚至是異構的。

現實戰場具有的對抗性以及通信帶寬的有限性加劇了態勢信息分發的難度。運用主題訂制分發采用態勢信息主題分類、用戶訂制的方法，部分地解決了態勢信息可見、可獲取的問題。然而，戰場態勢信息的信息量巨大，且隨時間遞增。態勢信息訂制分發要滿足實時性或準實時性的要求，還要體現不同用戶間功能性和非功能性要求上的差異。單純的主題訂制分發已難以適應這一發展要求。因此，考慮用服務的思想來改進態勢信息訂制分發，把尋找信息轉換為尋找服務，這是一種很好的選擇。

1 態勢信息訂制分發

態勢信息訂制分發指按照用戶的要求和訂閱條件來進行態勢信息的分發。每個用戶都有個性化的信息需求特征，訂制就是讓信息生產者或擁有者獲得這種個性化信息需求特征。訂制指態勢信息用戶對所需要或感興趣的信息作一個輪廓性的規約。信息訂制或訂閱服務傳送的是用戶的信息需求特征（use’s profile），而后共享信息空間中的代理（broker）才可根據此將適當的信息傳送給用戶。

對于不同的態勢信息，如果在不經過處理就都進行推送，安全性就無法控制，這對于戰場有限通信帶寬資源來說也是不能容忍的。在P2P網絡環境下，被推送的是統一資源定位符（URL）形式的態勢信息訪問地址而非直接的態勢信息。同樣，拉取的結果是讓共享空間里的代理獲得用戶的信息需求特征，或產生某種態勢信息的興趣，進而進行更深入的訪問。

態勢信息訂制分發一般采取發布訂閱（pub/sub）方法。態勢信息訂制分發的結果不僅僅形成一個用戶自定義的作戰視圖（UDOP），在多維戰場環境中，被訂制的態勢信息應以更多樣形式和更科學化的方式進行分發，以增強態勢信息訂制者對于戰場態勢的感知，提高OODA環的決策能力和效率，實現信息優勢向決策優勢的轉換。

圖1(a)(b)分別為無、有訂制條件下的態勢信息分發的示意圖。這里態勢信息分發以所涉及的三個對象類作為關注點：態勢信息inf(oi，ui，ii)、態勢信息生產者或提供者owner(o0，u0，i0)、態勢信息用戶或需求者user(ou，uu，iu)。每個主體對象類都有一個三元組(o，u，i)，三元組的上標分別指代三元組屬性的主體對象類。在態勢信息擁有者與態勢信息用戶之間存在很多分布式的代理，由代理通過態勢信息的這個上標屬性來負責態勢信息的匹配，并決定什么樣的態勢信息發送給特定的態勢信息用戶或需求者。

文獻[2]對pub/sub信息分發的匹配方法在中進行了詳細的論述，在此，對于態勢信息的具體匹配方法和匹配策略不作重點討論。信息訂制分發的匹配依賴于態勢信息的描述。文獻[3]提出用戰場管理語言（battlespace management language，BML）來描述各種戰場態勢信息。其最大的優點是指控流和作戰資源的精確化描述，為解決互操作的問題提供了一種途徑。為解決網絡化中心條件下聯合作戰戰場信息分發的無縫化管理，文獻[4]提出了應用可擴展戰場管理語言（extensive BML，XBML），并把XBML上升為方法論的高度，這對于戰場信息管理和戰場信息分發都是很有借鑒意義的。另外，建立相應的態勢信息本體和軍事上層本體[5，6]也是解決現有信息分發管理中的一項具有前瞻性的工作，其困難在于需要采用自上而下的方式來建立軍事領域的本體，而要在不同的組織、裝備設施上推行這些本體，其工程量相當浩大。

在美軍的DOD data strategy[1]中，對數據信息從可見性、可獲取性、可理解性、可信性、互操作性、響應性等多方面進行了規約，如表 1所示。這是建立態勢信息分發可借鑒的標準，也是態勢信息分發建立服務功能模塊的重要依據。在美軍JBI（joint battlespace infosphere）構想中，態勢信息分發是一個重要的內容。在JBI version 1.2版本[7]的體系結構中，就對各種服務式構件組成的戰場服務體系結構進行了詳細的描述。文獻[8]提出基于Java 虛擬機和插件式服務構件的核心服務體系結構。美軍的建設實踐說明態勢信息訂制分發應是可行的。美軍DOD數據分布示意圖如圖2所示。

表1 美軍DOD數據戰略

目標項實現該目標項所依托的方法、措施和規范

可見性數據標記的方法與技術、目錄維護、標記和揭示性的屬性信息、注冊或發布性的元數據

可獲取性訪問的惟一性、應用選擇、數據訪問服務、服務注冊

可理解性選擇或創建術語表或詞匯表、信息的建模與注冊、數據進行合理封裝

可信性訪問控制、權限管理、發布數據資源可信資產譜家族

互操作性元數據注冊、定義元數據實體間的關系、區別關鍵系統接口、統一網絡中心接口規格

響應性創建健壯的反饋機制并加以監控、緊湊的鏈接開發和管制

2 基于服務的態勢信息訂制分發

態勢信息包含靜態的地理地形信息、動態的作戰意圖、兵力部署等；態勢信息根據其具體表現形式分為數據、音頻、視頻、文檔、圖像等。種類繁雜，若不加以區別對待必然會涉及到其態勢信息分發的效果。而傳統的態勢信息主題分發并不能解決由態勢信息多元化所帶來的分發效率不高、分發QoS難以控制、帶寬瓶頸等問題。基于服務的態勢信息訂制分發可以較好地解決這些問題。

基于服務的態勢信息訂制分發的基本結構如圖3所示。圖中服務的部署是分布式的，即服務有可能在本地也可能在其他節點上；信息檢索服務、信息分發服務、信息訂制服務都是粗粒度的，在具體實現上，可由細粒度的服務來實現。細粒度的服務還可以進行組合、聚合，以形成完成態勢信息訂制分發用戶的服務。例如，信息分發服務中就包含以下細粒度的服務：短信息分發服務、音/視頻信息分發服務等。用戶的信息需求特征（use’s profile）基于XML，利用XML語言的自描述性與開放性的特點，便于進行數據的處理。

在態勢信息核心服務結構圖中，包括三類不同的角色：

a）態勢信息提供者。指能提供態勢信息的各種實體，如雷達站、衛星地面工作站等。這些實體根據自身具有的傳感設備探測到的數據或人工獲取的情報數據，進行初步的處理之后轉換為有意義的原始信息，并利用態勢信息核心服務將其發布。各個態勢信息提供者所提供的原始信息基于各自領域的相關標準，相互之間具有異構性。

b）態勢信息使用者。指具有一定的權限，需要使用態勢信息完成其他任務的實體。它能通過信息訂制接口向態勢信息核心服務描述自己的信息需求，并接收態勢信息在本地數字地圖上以圖形化的方式顯示態勢信息。態勢信息使用者也可根據需要和權限進行信息的檢索。態勢信息提供者和使用者只是邏輯上的區分，在物理上可能是同一個實體，即存在一個物理實體既是提供者也是使用者的情況。

c）態勢信息核心服務。包括一系列的服務和數據庫，用來形成一個公共的戰場空間，從而支持態勢信息的發布和使用。態勢信息核心服務采用觸發器的事件機制，并采用 SOAP協議傳送消息。態勢信息核心服務市場模型如圖4所示。

態勢信息核心服務包括以下內容：

（a）態勢信息本體庫。用來保存態勢信息的本體描述，作為對數據進行規范化處理的參考。

（b）分布式態勢信息數據庫。用來存儲經過規范化處理的態勢信息。態勢數據庫存儲態勢數據的過程和應用特點決定了態勢數據庫是分布式的。

（c）分發策略庫。用來存儲用戶的訂制信息和權限信息，支持信息分發服務進行有選擇的分發。

（d）數據標準化服務。根據態勢信息的統一描述規范和本體庫來對原始的態勢信息進行規范化處理，消除異構性帶來的理解障礙。

（e）信息發布服務。將清理過的數據存入態勢信息數據庫中，并觸發對應的事件，使信息分發服務對所觸發的事件進行操作。態勢信息的產生是離散的、隨機的。態勢信息服務不斷接收這些離散的、隨機的態勢信息。當然，在將這些態勢信息寫入分布式態勢數據庫之前要對態勢信息進行數據清理和規范化操作。在態勢信息不斷產生的過程中，態勢信息服務還要支持態勢信息分發服務相應的事件觸發機制。

（f）信息訂制服務。用來支持用戶訂制自己的需求偏好，并結合權限信息存入分發策略庫。態勢信息訂制服務接收態勢信息用戶對于態勢信息的訂制請求。

態勢信息的訂制可以是針對某個主題內容，也可以是針對某一片地域，或是針對某一種類型的對象。態勢信息按主題分類，用戶可以通過態勢信息訂制事件來訂制用戶感興趣的特定主題。信息訂制服務支持態勢信息主題多粒度、分層次、多屬性的訂制，如態勢信息層次化的訂制、態勢信息多屬性訂制。

態勢信息主題層次化的訂制：態勢信息主題是分層的。層次化主題如圖 5所示。態勢信息服務支持不同層次的訂制，在訂制父主題的同時，可有選擇性地訂制子主題信息。態勢信息多屬性訂制：態勢信息擁有多個屬性，如信息ID號、名稱、接收時間等。態勢信息訂制服務支持態勢信息多屬性的訂制。通過對多個屬性的組合約束來實現態勢信息的過濾并進行訂制。態勢信息多個屬性的組合約束包括各種邏輯性操作，如交、并、補等。

（g）信息分發服務。根據觸發的事件以及分發策略庫中的相關內容，選擇需要與事件相關態勢信息的用戶，向其發送數據包。態勢信息分發服務支持以數據包的形式向用戶發送滿足其訂制請求或檢索請求的結果。態勢信息分發服務完成訂制分發結果的發送，并通過一定的事件機制，隨態勢信息發布服務和態勢信息訂制服務、態勢信息檢索服務的更新而不斷更新其發送的內容。

態勢信息分發服務采取網絡傳輸中的組播、廣播通信方式[9]。根據態勢信息的權限及其他一些約束采用不同的態勢信息的數據傳播通信方式。

態勢信息組播是一個源節點將同一態勢信息傳送到多個目的節點的通信方式，使用的協議是承載在IP協議上的組播路由協議。組播源可以是一個或多個態勢發送者，只需通過一次發送，就把含有態勢信息的數據包同時發送到特定的有多個用戶的組播組，而只有屬于該組播組的地址才能接收到態勢信息的數據包，態勢信息的數據包只在組播傳輸樹分權的地方由路由器復制。運用組播的通信方式可以有效地節省網絡帶寬，而不論有多少個目標地址，在整個網絡的任何一條鏈路上只傳送單一的數據包。根據態勢信息接收點的多寡可將態勢信息組播分為多播與單播。

態勢信息廣播是指在作戰節點網絡的IP子網內廣播態勢信息數據包，所有在子網內部的作戰節點都將收到這些態勢數據包。通過泛洪（flooding）可以在更廣的范圍內廣播態勢信息，其缺點是生成分組多且帶寬消耗大。顯然，在態勢信息分發中運用組播優于廣播優勢：組播不僅能有效減少網絡流量，而且能控制節點冗余數據的接收；對單播而言，能同時減少數據發送開銷及減少網絡流量；利于改善網絡擁塞和數據的延遲特性。

（h） 信息檢索服務。用來支持用戶按條件對態勢信息數據庫中的信息進行檢索操作。檢索服務接收由SQL所編寫的查詢語句，通過與分布式態勢數據庫的交互，產生用戶的檢索結果，提交態勢信息分發服務，并反饋給檢索用戶。與態勢信息訂制服務類似，態勢信息檢索服務也支持多粒度分層次多屬性的態勢信息檢索。

3 案例實現與驗證

3.1 訪問控制模型

軍事綜合電子信息系統對安全性都有特殊的要求，而傳統意義上的煙囪式系統不會出現網絡條件下的各種安全方面的問題。在傳統的煙囪式系統中，ISR數據的分發與指揮控制流緊密耦合，使得訪問控制問題反而不會出現網絡中心條件下的那樣復雜。信息分發離不開信息訂制以及訪問控制管理；態勢信息的訂制由態勢信息用戶發起，再由提供態勢信息訂制的服務完成用戶的請求。因此基于服務態勢信息訂制分發中，不僅態勢信息有級別和權限，服務也是區分級別和權限的。考慮服務和態勢信息在完成特定任務的特殊關聯性，在權限邏輯設計中，態勢信息的級別和權限是可以通過服務的級別和權限設計來體現的。

在基于服務的態勢信息分發系統中，態勢信息訪問控制管理可由系統本身提供，也可開發單獨的訪問控制系統加以管理。但只有經過認證的訪問者才可以訪問系統的準則不能變。至于訪問控制安全模型，系統采用基于角色控制模型（圖6）。基于角色控制模型可很好地提高可擴展性，并大大減小維護的費用成本。

3.2 原型案例分析

根據前面所述方法，這里進行原型系統案例的研究驗證。

首先建立起態勢信息核心服務，再將其注冊發布；然后虛擬客戶端向核心服務發送請求事件，各種服務接收并共同處理請求事件；最后反饋給客戶端以一定形式的數據或信息。

對態勢信息訂制分發系統的進行需求用例分析，用 Rational Rose對其用例建模，如圖7所示。在圖中，服務和用例既有區別又有聯系，服務是特殊的用例，用例是服務的泛化。為了簡單起見，這里專注于態勢信息的訂制與分發，對于態勢信息的數據清理服務、數據發布服務不作為用例圖的內容。同時為了體現態勢信息訂制分發的完整性，加入了態勢圖形化顯示部分和用戶注冊部分。態勢信息生產者在充當態勢信息源的同時也是一個態勢信息用戶，所以態勢信息生產者與態勢信息用戶之間是父子關系。

原型系統中采用的數據模型如圖8所示。SituationInformation表示態勢信息類，這個類包含著每個態勢信息的基本屬性特征；RecaordID是其主鍵和態勢信息的惟一標志碼；ObjType是態勢信息對象類型類，對應于不同的戰場作戰單元；Tags是態勢信息標簽類，說明態勢信息描述特征；ClassficationLevel是態勢信息密級類；Users是用戶類；LoginUsers是登錄用戶類；Policy是態勢信息訂閱策略類。

原型案例表明，基于服務的態勢信息訂制分發要比單純態勢信息主題訂制分發更加直觀，用戶可以得到更加符合其需求的態勢信息，其可擴展性更好，并在一定程度上提高態勢信息分發效率。

4 結束語

對于基于服務的態勢信息訂制分發方法來說，如何運用服務的思想來改進態勢信息訂制分發是最為核心的。本文所體現的工作是基礎性的，在網絡中心條件下的態勢信息主題訂制分發中，還有諸如主題編纂、分發策略、數據清理、負載均衡、抗毀性與可靠性、動態管理等問題需要進一步深入研究；另外，在服務網絡中，進行網絡服務挖掘和主動服務也是未來軍事電子信息系統的重要研究方向。

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