基于本體的多數據鏈集成技術研究

張中亮

（中國船舶重工集團公司第722研究所，湖北 武漢 430079）

1. 引言

數據鏈是按照統一規定的消息格式和通信協議，鏈接數字化戰場上的作戰平臺，處理和傳輸戰術信息的數據通信系統[1]。

在不同歷史時期，各國軍隊根據不同作戰需求開發了一系列的戰術數據鏈，新數據鏈的出現并不意味著舊的數據鏈將被立即取代，而會在較長的時間內并存[2]；同時，由于各軍兵種之間作戰需求不一樣，戰場的通信環境不一樣等各種因素，迄今為止，任何一種數據鏈都不能夠同時滿足多種作戰任務下傳輸與交換不同信息的要求，各種數據鏈具有各自顯著的技術特征和相互不可替代的獨特功能特性[3]。通過同時使用多種數據鏈，可以取長補短、互為備份、提高抗毀性；通過這些數據鏈的互操作，可以實現多平臺武器系統的協同作戰。當一個系統同時接入多種數據鏈時就需要解決多種數據鏈的集成問題[4]。

在多種數據鏈共存的情況下，由于每種數據鏈都有其特定的消息格式，為了實現多數據鏈的綜合應用，要處理多種消息格式，工作量非常巨大，消息之間的相互轉換也很困難[5]。在同時使用n種數據鏈系統時，通過在任意兩數據鏈系統間建立專用的消息格式轉換適配器可實現鏈間信息互通，但是兩兩之間做雙向適配，會額外需要n（n-1）/2個適配器，大大增加了軟件的開發、維護工作量[6]。

針對數據鏈消息格式不同導致的多數據鏈系統間信息共享困難，本文提出了一種基于本體的多數據鏈集成方法。

2. 本體描述語言的發展過程

2.1 可擴展標記語言XML

XML是由W3C于1998年2月發布的一種標準，是由SGML和HTML二者派生出的語言。XML具有強大的表達能力。XML為信息表示和信息交換提供了很好的中介手段和標準，對于不同數據鏈系統的格式化消息，XML都能對其進行描述。另外，XML還支持語法互操作性，對于不同數據鏈的消息形成的XML文檔，XML解析器都可以對其進行分析。但是，XML及其模式規范（DTD/XML Schema）只提供固定的語法描述，并未考慮信息的語義特點，因此缺乏對語義互操作的支持。

2.2 資源描述框架RDF

RDF是描述結構信息的一種形式化語言。RDF的目標是讓應用程序能夠在Web上交互數據，并且保留它們原有的含義。

XML文檔本質上生成了一個基于嵌套標簽的樹結構，很適合描述結構化文檔。與XML不一樣，RDF是基于有向圖的數據模式，一個RDF文檔描述了一個有向圖。

在數據鏈格式化消息的集成過程中，采用圖比采用樹更合適。因為RDF圖可以簡單地合并在一起，其結果只不過是得到了一個大一些的圖。而XML文檔合并起來相對困難。因為兩個樹結構的簡單合并不再是一個樹，所以在合并多個輸入時，僅僅為了得到一個格式良好的XML文檔，就必須采取額外的措施。所以多數據鏈消息集成更適合采用RDF圖。

作為一種本體表示語言，RDF和RDFS可用來表達某些本體知識。然而，RDFS缺少許多其它的特征（如屬性的范圍、屬性的特殊特征、類的布爾組合等）。

2.3 網絡本體語言OWL

OWL是在DAML+OIL網絡本體語言的基礎上改進的。OWL彌補了RDF+RDFS的許多不足，成為公認的Web本體語言標準。OWL添加了更多的用于描述屬性和類的詞匯，例如類之間的不相交性、基數、等價性、屬性特征、以及枚舉類，通過提供更多具有形式語義的詞匯，明確表示了詞匯表中術語的含義以及術語間的關系，使其描述的內容在機器可理解性方面要強于XML、RDF和RDF Schema等。

3. 多鏈消息集成方案

3.1 格式化消息的基本概念

格式化消息是一種面向比特的、格式事先規定好的報文，它由多組有序排列的字段組成，在每個字段內，被傳遞的具體信息按指定的格式轉化成規定的二進制值[7]。消息有固定消息格式和可變消息格式兩種。本文只考慮固定消息格式情況，并以典型的J系列消息為例，具體介紹消息的本體表示方法。

J系列消息一般由1～8個消息字組成，每個消息字包括5bit奇偶校驗位和70bit數據位。消息字分為3種，即初始字、延長字、繼續字。J系列消息的編號方式為Jm.n。Jm.nI用于表示Jm.n消息的初始字編號。Jm.nEx用于表示Jm.n消息第x個延長字的編號，其中x是從0到6的整數。Jm.nCx用于表示Jm.n消息繼續字x的編號，其中x是從0到31的整數。一條消息必須包含一個初始字，可能包含0或多個延長字，可能包含0或多個繼續字，總消息字數一般不會超過8個。每個消息字包含多個元素。

3.2 消息集成方案

多數據鏈消息集成方案如圖1所示。

圖1 消息集成示意圖

該方法可分為三步：

第一步，依據消息標準中對消息格式的定義，將各類數據鏈消息描述成XML文檔，并由該XML文檔生成相應的XML Schema。XML很適合用于描述格式化消息，文獻[6]和[8]都對采用XML來描述數據鏈消息的方法進行介紹。得到消息的XML描述文檔后，采用Schema挖掘算法生成相應的XML Schema。

第二步，將上一步得到的XML Schema映射為OWL模型，然后使用該OWL模型指導從XML實例文檔到OWL文檔的轉換。以XML Schema為輸入，將XML Schema中的組件映射到一個OWL模型，從而獲取XML Schema中關于XML文檔的結構、對元素的約束等方面的語義信息。使用該OWL模型指導從XML文檔到OWL文檔的轉換，即可得到該實例消息的OWL文檔。

第三步，依據本體庫和映射規則，將該OWL文檔轉換成全局OWL文檔。得到全局OWL文檔后，按照與應用平臺的接口協議，將其轉換成相應的接口報文即可。需要事先構建出所有可能參與集成的數據鏈的消息局部本體，然后對各數據鏈消息的局部本體集進行提取歸納，形成全局本體，并建立局部本體與全局本體之間的映射表。

3.3 集成報文的優勢

在戰場通信環境受限的條件下，為了保證數據鏈系統能實時、可靠、高效地傳輸作戰信息，這就要求消息格式必須要有很高的效率。消息標準制定時，為保證數據的傳輸效率，就難免顧此失彼。這導致消息標準往往不便于指控和武器平臺進行處理，與作戰關聯性差。

按此方法，對于收到的來自任意數據鏈的任一消息，都可以通過該數據鏈消息集成方法將其轉換成全局OWL本體，之后再將其轉換成與作戰結合緊密的接口報文，此報文不必再受通信傳輸的限制，因而可以完全依據作戰需求來設計。因此該方法不僅可以解決多數據鏈系統信息交互困難的問題，還可以解決目前數據鏈消息與作戰關聯性不緊密的問題。

4. 結束語

針對數據鏈消息格式不同導致的不同數據鏈系統間信息共享困難，本文提出了一種基于本體的多數據鏈集成方法。先將數據鏈消息轉換成XML文檔，再映射為OWL局部本體，最后通過本體分析器將該局部OWL本體匹配為全局OWL本體，從而實現多數據鏈消息的集成。

[1]呂娜，杜思深，張岳彤，等.數據鏈理論與系統[M].北京：電子工業出版社，2011.

[2]田萬勇.美軍數據鏈集成應用研究[J].電子科技，2013，26(5)：133～138.

[3]鄧程華，馬賢明，蘇建才.多數據鏈集成應用[J].現代導航，2013，(2)：143～147.

[4]王立強.信息化條件下外軍數據鏈應用研究[M].北京：國防工業出版社，2008.

[5]何赟.戰術數據鏈消息通用表示方法研究[J].艦船電子工程，2011，31(1)：7～9.

[6]王陣，彭來獻，趙文棟.基于XML的數據鏈信息描述方案[J].軍事通信技術，2014，35(1)：59～63.

[7]牛英滔，尹浩，陳強.美軍戰術數據鏈格式化消息標準的發展[J].電訊技術，2006，(5)：6～11.

[8]郭亞琴.數據鏈消息處理技術[J].電訊技術，2009，49(3)：87～91.