信息柵格環境下美軍數據策略研究綜述＊

裴曉黎

（北京西三環中路19號 北京 100841）

1 引言

軍事決策對信息的基本要求是及時、相關、一致和精確。但是，要滿足這些基本要求面臨著諸多挑戰，其中包括使用多種信息格式、缺乏檢索信息的共用編目方案等。現有的一些信息系統不支持聯合作戰所需的精確信息，不支持相關信息的安全傳輸與及時傳遞，使信息在聯合作戰部隊內部或是在聯合部隊之間的傳遞、存儲與處理變得較為困難。

自2001年美國國防部提出聯合作戰的高級形式——網絡中心戰后，美軍高度重視對其數據的管理問題，信息優勢是以對信息的載體——數據的有效發現、獲取和利用為前提的。

正是基于數據在美軍聯合作戰中的重要性，美軍很早就對數據管理和利用做出了宏觀、統一的規劃，并將信息化戰爭中數據的重要性地位提升到了戰略高度。美軍于2003年頒布了《網絡中心的數據策略》［1］，以確保美軍在全球戰爭及軍事行動中能夠“隨時隨地保證數據的可視化、可獲取和可利用”，其實質是使美軍能夠最大限度地進行信息共享、加深決策意圖的理解、提高指揮效率，從而更快贏得戰爭勝利。

2 美軍網絡中心數據策略概述

傳統的數據管理方式是對數據的定義和結構進行標準化，在一個組織內和不同組織之間達成一致。這種傳統數據管理模式試圖通過對數據格式的標準化來提高互操作性。然而，事實證明，在整個國防領域內使數據元素標準化太繁瑣，而且難以真正實現。此外，傳統的數據策略是數據與系統結合在一起的，只能被預先預料的用戶或軟件所利用，按照傳統的數據分發的范例，即提供者發布數據給用戶，未經確認的用戶不可能接觸到他們的數據。而事實上，數據發行人不可能完全的知道誰將利用使用他們的數據。為此，需要制定新的數據管理策略來代替這種傳統的數據管理方式，即美軍提出的網絡中心的數據管理策略。

美國國防部于2003年頒布了《網絡中心的數據策略》，為美軍基于全球信息柵格［8～10］（Global Information Grid，GIG）的信息系統的數據管理提供了頂層指南。《網絡中心的數據策略》的核心思想是，把分散在網絡中或遺留系統／應用中的私自擁有的數據移到一個企業的信息環境中，在這個環境中，授權的已知用戶和授權的不可預測的用戶能夠訪問任何信息并且能夠為企業范圍的訪問發布其數據，實現從信息提供者為中心到信息使用者為中心的轉變，確保無論何時何地，所有數據的可視、可獲取和可利用，從而縮短決策周期。

《網絡中心的數據策略》中明確定義了“網絡中心的數據共享”的五大目標［4］，如圖1所示，即數據可見、數據可訪問、數據可信、數據可理解、數據可管理。

圖1 網絡中心數據共享的5大目標

網絡中心的數據策略具有以下四點屬性［6］：

1）無論何時何地都要確保數據的可視、可獲取和可用，加速軍事決策；

2）利用元數據“標記”所有數據，包括情報／非情報數據、原始／非原始數據，使用戶可以發現數據；

3）所有數據都要發布到共享空間中，所有授權用戶都能訪問發布到共享空間中的數據；

4）改進這個國防領域的互操作性，從點對點接口的互操作性提高到網絡中心數據環境中的多對多的數據交換。

美軍提出的《網絡中心的數據策略》與傳統的數據策略的最大不同之處在于：不僅僅強調數據的標準化工作，還需要綜合考慮數據的可視、可獲取和可利用，為基于GIG的信息系統提供有效支撐。與傳統數據管理策略的“分派、處理、開發、散布”（TPED）的概念相比，美軍提出的《網絡中心的數據策略》的概念將是“分派、傳送、處理、使用”（TPPU）。

3 網絡中心的數據策略要素分析

美軍提出的《網絡中心的數據策略》的基礎是關聯群體（Communities of Interest，CoI）、元數據（Metadata）和GIG企業服務（GIG Enterprise Service，GES）三大要素。

CoI負責數據的組織和維護；Metadata提供描述數據資產、注冊表、目錄及共享空間的方法，形成存儲數據和有關數據信息的機制；GES提供數據標識、訪問、共享、檢索等數據服務。上述三個關鍵要素與美軍正在開發的GIG帶寬擴展計劃（GIGBE）及橫向融合能力相結合，共同組成實現信息柵格環境下數據策略的重要部分。

3.1 關聯群體（CoI）及其服務

CoI稱為關聯群體，是指為了共同目標或利益相互進行信息交換的一組協作用戶［3］。CoI負責數據的組織和維護，提供數據、操作過程、使命能力的結構，并劃定有關CoI的信息邊界和功能邊界。

一般來說，CoI可以分為常設CoI和擴展CoI兩類。常設CoI又分為單功能CoI和跨功能CoI，兩者都是始終存在的實體。常設CoI負責支持經常實施的行動，同時也能夠支持突發事件和危機行動。擴展CoI是短暫的、臨時性的、特殊的團體組織，專用于處理突發事件和危機行動。例如，GIG的CoI服務域由業務域和作戰域組成［5］，如圖2所示，業務域中包括基地和環境、采辦、后勤、人力資源管理、戰略規劃、預算、審計和財政等常設的CoI；作戰域包括指揮控制、集中后勤、部隊應用、防護、戰場空間感知等常設CoI。根據臨時任務需求，可以組成擴展的CoI及跨域的CoI，例如，態勢感知、建模與仿真等跨域CoI。

圖2 GIG環境下的關聯群體組成

CoI通過數據發布、建立共享空間、創建元數據目錄等措施，將支撐整個國防領域的用戶。一個CoI中的數據可在該CoI內交換，但是，用戶和應用可以建立不同的CoI的相關數據資產的元數據目錄，在他們搜索、獲取所需數據時，就可以發現、訪問這些元數據目錄，從而能夠在整個領域內交換這些CoI的數據。

每個CoI服務都將提供一系列使命功能，并且定義了獲取其功能和數據入口點的方法。為了實現某個CoI服務不可能提供的功能時，可以通過合成一系列服務的方法來提供，將這一系列服務組成一個工具包，提供新功能和新工具。

3.2 元數據（Metadata）

元數據提供了描述數據資產、注冊表、目錄及共享空間的方法，形成存儲數據和有關數據信息的機制，是美軍實現其數據策略的關鍵和核心環節。

也正是由于元數據的重要地位，美軍在數據策略中規定，所有數據，涉密／非涉密情報數據、原始／非原始數據都必須采用元數據進行“標記”，以保證數據的及時發現和利用。

美軍2008年頒布了《數據資源發現元數據》標準2.0［2］（簡稱DDMS 2.0），元數據結構整體上分為核心層和擴展層。其中，核心層由四類元數據構成，分別為資源類元數據，內容摘要類元數據，安全類元數據和格式類元數據。DDMS的邏輯模型如圖3所示。

圖3 元數據結構圖

從圖3可以看出，美軍將元數據整體上分為核心層和擴展層，既可以達到通用性，又可以滿足特定領域的專業性需求；既通過核心層來保證共性，又可以增加擴展層來滿足靈活性和擴展性。

· 核心層。在該層中安全類元數據主要是用來描述密級及相關的安全信息，這些元數據可以用來限制對數據的查詢；資源類元數據只要是用來描述數據資源的管理以及相關關系等方面的信息；內容摘要類元數據主要描述數字資源的主題內容以及相關背景信息，如主題、描述、覆蓋范圍等，這類元數據主要是有助于精確檢索；格式類元數據主要是描述數據資源的物理屬性的，包括文件大小、字節數等元數據。

· 擴展層。該層主要是為了滿足特定領域的資源發現元數據需求，用來擴展核心層元數據的。并且特定領域、特定團體的擴展元數據必須在美軍元數據登記系統中登記注冊。登記過的擴展層元數據就可以被集成在美軍搜索引擎的功能里。

美軍資源發現元數據的主要功能就是為了使美軍的所有數據資源都具備可被發現、可被定位、可被檢索的能力［7］。具體來說，包括：

· 對各類復雜的數據資源進行多方面的統一描述功能。對于美軍來說，數據資源是一個廣義的概念，既包括信息化戰爭環境下的不同來源的數據，如數據庫數據、應用系統的數據以及應用軟件輸出的各種文件，網頁等數據，同時也涵蓋多種類型的數據，如圖像數據、音頻數據、視頻數據以及多媒體數據等。針對各種不同來源、不同類型的數據資源，這些經過資源發現元數據描述的數據資源進入數據庫后，美軍各級用戶就能夠通過美軍的搜索引擎發現這些數據資源，從而大大提升了數據資源的利用率和共享性。

· 對各類復雜的數據資源進行多層次的深入發現功能。由于數據資源本身的層次性，因此美軍發現元數據的“發現”是一個分層次的概念，其既可以是對數據資源的宏觀發現，如“發現”某個數據庫的存在、并對其進行定位，也可以是對數據資源的微觀發現，如“發現”數據庫中的某一條記錄或者某一項具體的數據值。

3.3 GIG企業服務（GES）

在GIG背景下，企業服務包括網絡傳輸服務、信息資源處理服務和管理服務等幾大部分。信息資源處理服務包括信息資源的存儲、恢復、處理和顯示等服務；管理服務包括故障監控、配置、性能、安全、服務請求管理和用戶全壽命周期管理等。

GIG企業服務由核心企業服務（Core Enterprise Service，CES）和CoI服務構成。CES是通用的信息服務，適用于任何用戶，包括應用服務、用戶輔助服務、存儲服務、信息交換服務、信息保證服務、發現服務、協作服務、中介服務以及企業服務管理等九種服務［3］。

1）應用服務（Application）。應用服務的目的是建立一個為支持GIG核心企業服務的應用和各種服務（在它們的整個生命周期內）提供“支撐環境”的能力。該服務將提供安全的，由共同的硬件平臺，操作軟件和核心應用軟件組成的操作系統環境。

2）用戶輔助服務（User Assistant）。用戶幫助服務的目的是針對不同的服務消費者和提供者，提供了自動化的或手動的能力來記錄和分析用戶選擇的參數和模式，從而幫助用戶在任務中有效地利用GIG的資源，同時提供決策和輔助工具，幫助每個用戶最大化提高他們工作效率。

3）存儲服務（Storage）。存儲服務主要是為了在核心企業服務和應用軟件之間、在內部連接的計算機系統之間和在計算機系統與終端用戶之間的數據與信息存儲、保護和訪問功能的實現上提供設備和網絡的功能。

4）信息服務（Messaging）。信息服務是GES的一個核心企業服務，它給其它服務提供了在不管任何時候、任何地點都能對信息進行訪問的功能。該服務提供同步與異步的信息交換，可以保證在企業體系結構上（如 Email、DMS、VMF、USMTF、TAIL、OTD、消息導向中間件、無線服務）的用戶或應用軟件能夠交換信息。

5）信息保證服務（Information Assurance Service，IAS）。信息保證服務的目的是提供一個安全和有效的安全基礎安全。該服務提供深度的防衛層，確保信息環境與它所存儲、處理、維持、使用、分享、散播、處理、傳輸的信息得到保護，抵御入侵，確保信息完整性和連續性。該服務確保了每一個核心服務在安全環境下運行。

6）發現服務（Discovery）。發現服務通過準確的發現和檢索來定位由元數據描述的存儲或產生在各種數據庫（如目錄、注冊、目錄、容器和其他的共享的儲藏）中的數據資料（如文件、數據庫、服務、地址目錄、網頁等）。它允許信息生產者發布服務的定義、描述和訪問方法，信息生產者可能包括Web服務（如使用服務的目標跟蹤應用）、數據倉庫（聯合共享數據庫）、設備（傳感器平臺）等。它允許消費者發現、檢索和管理信息生產者發布的服務信息，可通過面向用戶的服務查詢，實時動態的服務查詢或持久維持的服務查詢。使服務消費者根據需要的注冊服務器提供的查詢服務界面實時地發現服務，并保證服務位置的透明，允許服務消費者即使在服務的位置變更的情況下也能連接到服務提供者。

7）協作服務（Collaboration）。協作服務允許使用者在網絡上一起工作和共同使用已選擇了的功能，其提供的服務包括即時通信、網絡在線會議、工作組軟件等，它補充了其它服務的功能，提供了一個全面的對信息的訪問功能。不管在什么地點，什么時候，使用什么媒體，或來自什么設備或應用，協作核心企業服務將向提供用戶一系列能共同操作的協作能力。這將保證在聯合的作戰單元，情報部門以及各個政府部門（國防部、聯邦、州和地方）之間可進行實時的情報更新。協作服務通過網絡會議、電話會議、電子郵件和新聞組方式實現。

8）中介服務（Mediation）。中介服務實現轉換處理（如轉化、集合、整合數據），態勢感知支持，流通（中介、貿易、拍賣服務）和發布等功能，是信息生產者和消費者之間的一個中間處理層。

9）企業服務管理（ESM）。在以網絡為中心的環境里，逐漸增加的對分布式臨界服務和對網絡的能力依賴使對網絡中的各種作戰單元的操作管理成為必要的任務。該服務能夠使用智能化、自動地將信息基礎設施資源（如系統、網絡、中間件和應用等）進行分配、改變和配置。ESM／NetOps將會是被所有的CES和CoI所利用的操作管理方法。它用來監控、控制和管理所有CES和GIG共享空間內的CoI。

4 GIG企業服務的數據處理方式——信息共享空間

美軍信息系統技術轉型的一個核心理念就是發展網絡中心的數據共享，美軍信息共享的實現是比新的平臺建造更為重要的近期改革內容。

信息共享空間融合了各系統中的軟／硬資源、數據信息資源，為用戶提供一個可以進行信息查詢、檢索、發布、共享、協同的信息環境，如圖4所示。

圖4 信息共享空間

由圖4可見，系統之間有兩種連接方式。一種是傳統的事先設定的用戶之間的連接方式，另一種是通過共享空間的連接方式。共享空間為GIG用戶提供了一種數據存儲與訪問的機制，使得GIG安全域內所有的授權用戶都能夠訪問的一個數據倉庫，是所有發布數據的用戶、系統和應用都可以使用的空間。在圖4的頂部，給出了第一種連接方式，在系統A和系統B之間安裝了事先設計的進行數據交換的傳統通信鏈路。采用這種通信鏈路可以交換時間敏感型的信息，能夠節省時間，但只能實現一對一的數據交互。圖還給出了第二種連接方式，系統A和其他系統采用相同的接口方式與共享空間連接。系統A將其獲得的數據內容、元數據目錄、數據結構元數據等分別發布到共享空間中的數據內容存儲器、待查詢元數據目錄存儲器和數據結構元數據存儲器中，任何一個用戶都可以將查詢請求發送到待查元數據目錄中，查找所需數據的目錄，并根據數據類型、來源、安全性和內容等屬性查找所需數據。一旦發現了所需數據，用戶就可以提取該數據。同時，又從數據結構元數據存儲器獲得了該數據的結構，這樣就可以根據該數據的結構來應用該數據。

為使數據發布到共享空間再傳遞到其他系統的時間與直接傳遞到相鄰系統的時間數量級相當，必須改變當前數據發布的模式和策略。為補償數據查找、數據轉換消耗的時間，須將現有常用的“由頂向下”的“任務、處理、利用、分發”（TPED）模式變為“橫向快速”的“任務、張貼、處理、應用”（TPPU）模式。TPPU模式是將所有的數據，包括情報／非情報、原始／非原始的數據都發布到MIG的共享空間中，無論何時何地，只要用戶和應用需要該數據，都可以靈活地提取。

5 結語

美軍信息系統技術轉型的一個核心理念就是發展網絡中心的數據策略。從本質上看，網絡中心化是一種網絡化的環境，它把基礎設施、系統、方法、人員全部連接起來，也即把作戰空間的所有實體連成一個網絡，能夠根據作戰人員、決策者和作戰支持人員的要求相互提供信息、交換信息，給作戰運籌和業務運作提供一種全新的模式。

為了適應未來聯合作戰的需求，我們需要從戰略地位上突破傳統的數據管理視角，努力實現數據的可視、可獲取和可用，將其迅速轉化為決策優勢和行動優勢，搶占戰場信息優勢。

［1］Department of Defense Chief Information Officer.Department of Defense Net－Centric Data strategy［Z］.May 9，2003.

［2］Department of Defense Chief Information Officer.Department of Defense Discovery Metadata Specification（DDMS）［Z］.August 10，2007.

［3］Department of Defense Chief Information Officer.Department of Defense Net－Centric Services Strategy［Z］.May 4，2007.

［4］Department of Defense Chief Information Officer.Department of Defense Information Enterprise Architecture Version 1.0［Z］.April 11，2008.

［5］Department of Defense Chief Information Officer.Department of Defense Information Sharing Strategy［Z］.May 4，2007.

［6］童志鵬，劉興.綜合電子信息系統（第2版）——信息化戰爭的中流砥柱［M］.北京：國防工業出版社，2008：327－330.

［7］程妍妍.美軍信息化聯合作戰戰略新拓展——數據戰略與元數據實施研究［J］.國防科技，2009（5）：75－78.

［8］劉曉明.美軍面向服務的全球信息柵格體系結構淺析［J］.指揮自動化，2006（2）：70－72.

［9］DoD Information Officer Guidance and Policy Memorandum No.4D8460：Department of Defense Global Information Grid Networks［C］／／Washingtom：DoD，2000：5－9.

［10］李英.美軍國防部體系結構框架的發展及其與GIG體系結構關系研究［J］.指揮自動化，2006（3）：72－73.