基于元數據的指揮信息管理及共享技術研究

步紅

中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇 210007

0 前言

隨著數據鏈通信技術和分布式交互技術的發展，作戰指揮控制系統中數據的獲取、傳輸和處理的數量正以前所未有的速度增長，并且在作戰指揮控制系統中，可以同時使用多種不同類型的數據鏈進行數據傳輸，導致數據來源越來越復雜，作戰過程中涉及到的實體種類和數量也越來越多，由此產生了大量的異構的實時指揮信息，如何實現這些信息的有效管理和共享，成為迫切需要解決的問題。

在原有的數據結構設計和管理方法中，數據的針對性強，數據結構與數據應用之間的關聯過于密切，本文依托現有的作戰指揮控制系統，將分散的異構的作戰指揮數據進行有效的整合，提出了一種實時分布式的指揮信息管理和共享的思路，即采用元數據管理模式，建立統一的指揮信息管理平臺，實現不同作戰平臺的指揮信息共享。

1 指揮信息數據分析和管理模式

1.1 指揮信息數據分析

在作戰指揮控制系統中，由數據鏈產生的指揮信息數據規模大、涵蓋范圍廣、數據類型多、數據量大，在這種情況下，關于數據的內容、質量、狀況等元數據信息變得更加重要，因此，可以采用元數據技術對系統進行數據建模，建立元數據庫和元數據管理服務對元數據進行管理，從而實現對實時指揮數據進行有效地管理和共享。

有關元數據的研究活動和解決方案正在受到越來越多的關注，元數據的作用日益突出，特別是基于公共倉庫元模型(Common Warehouse Metamodel，CWM)的架構及其良好的互操作性，被公認為是目前最好的實現方式。但是，大多數有關元數據管理的研究僅能實現批量元數據集成，并未涉及實時數據，本文依托現有指揮信息系統，提出了基于實時分布的元數據管理模式及其應用實現。

1.2 元數據管理模式

元數據技術是支持分布式數據管理和共享系統的關鍵技術，按照傳統的定義，元數據是關于數據的數據，它是對數據的內容、主題、轉換及各種操作信息的描述。分布式體系結構是元數據管理的主流架構，基于元數據的管理模式見圖1所示，這種模式以元數據的集中存儲、集中管理取代了傳統的數據集的集中存儲和集中管理，成為信息資源有效管理和應用的重要手段。

圖1 基于元數據的管理模式

作為共享和重復利用的基礎，元數據通常存放于元數據存儲庫中，元數據源都產生和消費元數據，其中保存元數據的容器稱為本地存儲庫，全系統集中存放元數據的容器成為中央存儲庫，元數據管理應保證用戶得到一致、最新的元數據，也就是應在中央存儲庫的基礎上提供有效的機制，實時連接各元數據源，使元數據源之間保持同步。

2 分布式指揮信息共享服務體系設計

2.1 總體框架結構

指揮信息共享服務體系采用多層分布式(C/A/S)的軟件結構設計模式，從邏輯上可以分為數據層、服務層和業務層3個層次，如圖2所示。

圖2 指揮信息共享服務系統基本框架

數據層即元數據管理系統，部署在數據庫服務器上，負責管理對數據庫數據的讀寫，包括用來存儲和訪問往來于數據庫的數據所需的所有命令和邏輯，為共享服務提供后臺數據支撐。

服務層即應用邏輯層，部署在應用服務器上，支持實際業務應用和規則所需的所有邏輯和處理，包括網絡傳輸服務、信息共享服務和元數據管理服務，建立服務運行環境及各數據中心之間的數據交換機制。

業務層即部署在指揮所內各個作戰應用臺位上的指揮控制軟件，包括對海指揮、對空指揮、對潛指揮等軟件，為用戶提供數據共享服務操作界面，并在應用系統支持下提供共享服務。

2.2 功能組成

指揮信息共享服務體系的功能組成如圖3所示。

圖3 指揮信息共享服務體系功能組成

網絡傳輸服務主要負責完成引導信息、戰術命令的對外發送，作戰平臺報告信息的接入，系統內部和系統外部消息格式的轉換。

信息共享服務主要借助系統網絡，整合并發布各種異構數據，最大限度的為網內各用戶提供實時并且一致的信息資源，包括數據訂閱/分發、數據發現、數據發布。數據訂閱/分發是通過各種方式將用戶訂閱的數據傳送到用戶的過程，通過訂閱/分發，能夠使數據形成從采集、存儲、加工、傳播向使用流動，實現數據的共享價值。數據發布將產生的數據傳送到數據分發體系中，為用戶發現、訂閱數據做準備工作。

元數據管理服務利用信息共享服務提供的資源共享環境，完成元數據的注冊、采集、存儲和更新。

3 指揮信息管理及共享服務的實現

分布式數據管理和共享系統的任務包括：制定標準元數據模板；制定正式的數據分類并給出分類定義，對數據源和其它數據產品進行識別，描述和分類；向用戶和開發者提供友好的元數據獲取服務接口。

3.1 元數據模板設計

制定標準的元數據模板是進行分布式數據管理共享工作的第一步，按一定格式組織元數據可以方便快捷地實現數據的存儲、轉換、分析管理和分布數據共享。

在分布式指揮信息管理和共享系統中，對一個數據源的描述元數據包括如下內容：信息惟一標識、信息名稱、消息格式、消息代碼、消息類型、數據來源、消息長度、回執時間、回執內容、數據使用或發布限制、對數據的簡要描述等。

3.2 數據分類

數據分類是劃分數據源的基礎，而建立元數據標準首先要對數據源進行分類并給出分類定義。在此，對指揮信息管理處理的數據進行初步劃分，共分為以下幾類：平臺狀態類、對空指揮控制類、對海指揮控制類、對潛指揮控制類、態勢管理類等。平臺狀態類是指空中/水面/水下等平臺的狀態，包括油量、飛行員代號、彈藥量、武器狀態和傳感器狀態等。對空/對海/對潛指揮控制類包括引導、任務分配等命令類數據。態勢管理類數據包括當前戰場環境中重要的位置、區域數據。

3.3 數據管理及共享服務

在指揮信息共享服務體系中，服務層擔負著系統主要處理邏輯。信息共享服務提供元數據訂閱接口，并對數據源和數據產品的描述、分類進行發布，元數據管理服務提供元數據注冊、獲取、添加、修改、刪除等接口，即時地提供具有所要求格式的數據實例。

這些服務將不同功能單元通過事先定義好的接口聯系起來，使得系統內部可以以一種統一和通用的方式進行交互，便于提供盡可能多的數據共享元素，從而使用戶能夠得到更豐富的數據服務。

3.4 系統主要特點

首先，指揮信息管理系統采用多層分布式(C/A/S)的軟件結構設計模式，它將數據層和數據處理層放在數據服務器上，應用邏輯層放置在各自的服務器上，表現邏輯層和表現層放置在客戶端上，多層分布式結構系統可有效控制系統數據的安全性和穩定性，并具有易維護、快速響應和擴展靈活等特點。

其次，采用元數據技術實現指揮信息的管理和共享，可以將各種實時的、不同類型的數據有效地組合在一起，進行統一管理，這種元數據管理模式即能在分布的本地存儲庫實現實時存取，又能將本地元數據復制、集成到中央存儲庫之中，同時還支持保存附加元數據，而且每個異構軟件成員僅需對應一個接口驅動程序即可實現分布式元數據的動態讀取和集成，使得信息容易被獲取、檢索和理解，不會受時間和技術改變的影響。

4 結束語

為了滿足日益復雜的戰場環境下指揮信息的有效管理和共享的需求，本文提出了基于多層分布式的指揮信息管理和共享系統的體系結構，采用元數據管理等關鍵技術設計了數據管理和數據共享服務，達到了對系統中實時的異構的指揮信息進行統一管理與傳輸的目的，實現了不同作戰平臺的指揮信息共享。但是，大范圍數據的管理和共享仍然是一個復雜的系統工程，需要制定一整套相應的標準與規范，因此，為達到與其它系統之間方便的互聯、互通和互操作還需要做進一步的研究工作。

[1] 潘定,沈均毅.實時元數據管理的軟件體系結構研究[J].西安交通大學學報.2005.

[2] 董冬梅,趙倩,李紅緒.基于元數據的空軍作戰仿真系統數據管理[C].作戰輔助決策與軍事系統工程.2007.

[3] 張耀程,李革,黃柯隸.軍用仿真領域分布式數據管理與共享技術研究[J].計算機仿真.2003.