面向作戰(zhàn)任務(wù)系統(tǒng)集成方法

徐 勇，劉 鵬

(海裝電子部，北京100071)

0 引 言

信息化條件下敵對(duì)雙方對(duì)抗，已不再是兵種與兵種相對(duì)抗的離散形式，而是基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力之間的對(duì)抗，作戰(zhàn)力量的聯(lián)合性和整體化特征越來越明顯。海戰(zhàn)場信息系統(tǒng)涉及指揮控制、情報(bào)偵察、預(yù)警探測、通信導(dǎo)航、電子對(duì)抗、綜合保障等多個(gè)信息功能領(lǐng)域，運(yùn)行于海戰(zhàn)場廣袤的作戰(zhàn)空間，面向多樣化的軍事需求，其系統(tǒng)集成是復(fù)雜動(dòng)態(tài)集成。系統(tǒng)集成技術(shù)綜合運(yùn)用信息技術(shù)、決策技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)，按信息化戰(zhàn)爭的要求，將分散裝備要素、功能模塊有機(jī)融合，構(gòu)建具備互連互通互操作能力的一體化大系統(tǒng)，通過結(jié)構(gòu)性融合產(chǎn)生整體大于部分之和的系統(tǒng)增值效應(yīng)，形成整體作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。

1 國外海軍信息系統(tǒng)集成發(fā)展

軍事信息系統(tǒng)是信息化戰(zhàn)爭全面獲取信息優(yōu)勢(shì)、有效實(shí)施作戰(zhàn)指揮和作戰(zhàn)行動(dòng)、奪取作戰(zhàn)勝利的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和根本保障。從其軍事信息系統(tǒng)的發(fā)展脈絡(luò)看，美軍軍事信息系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了以“消除沖突”、“協(xié)作”、“集成”等為特征的發(fā)展階段(如圖1所示)，目前正處于以網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)(Net-Centric Enterprise Services，NCES)為基礎(chǔ)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)賦能指揮能力系統(tǒng)(Net-Enabled Command Capability，NECC)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)部隊(duì)、盟軍、機(jī)構(gòu)、企業(yè)等聯(lián)合行動(dòng)為目標(biāo)的綜合一體化發(fā)展時(shí)期。

隨著信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，軍事信息系統(tǒng)由早期的C2 系統(tǒng)，經(jīng)過C3I、C4I、C4ISR 到比較完善的C4KISR［1－2］。1996年2月，美軍參謀長聯(lián)席會(huì)議前副主席比爾·歐文斯上將在《美國的信息優(yōu)勢(shì)》中首次提出“系統(tǒng)集成”的概念，這種將各類信息系統(tǒng)整合為一體化的有機(jī)整體，從而實(shí)現(xiàn)大于單系統(tǒng)效能簡單相加的整體效能的綜合集成方法，越來越受到各國軍事科研機(jī)構(gòu)的重視，成為軍事信息系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。從某種意義上講，信息化的本身就是集成化。

圖1 美軍軍事信息系統(tǒng)發(fā)展歷程Fig.1 American military information systems development process

2012年6月以“Operationalizing Agility”為主題的第17 屆國際指揮與控制研究與技術(shù)年會(huì)(ICCRTS)在美國弗吉尼亞州的費(fèi)爾法克斯召開，其中，來自The MITRE Corporation 的Harvey Reed 等人提出了敏捷與自適應(yīng)IT 生態(tài)系統(tǒng)(AAE)概念，美海軍空間與海戰(zhàn)系統(tǒng)太平洋中心(Space and Naval Warfare Systems Center Pacific)提出適用于體系作戰(zhàn)的海軍敏捷行動(dòng)體系的思想(見圖2)。

圖2 美海軍敏捷行動(dòng)體系Fig.2 Navy agile action system

2 海戰(zhàn)場信息系統(tǒng)集成模式要求

傳統(tǒng)的軍事信息系統(tǒng)集成模式針對(duì)某種作戰(zhàn)樣式或特定的作戰(zhàn)對(duì)象，這種基于目標(biāo)的系統(tǒng)集成局限性很大，系統(tǒng)準(zhǔn)備和建設(shè)周期長。信息化作戰(zhàn)、體系對(duì)抗和基于能力的作戰(zhàn)概念，對(duì)海戰(zhàn)場綜合電子信息系統(tǒng)集成模式提出了新的要求，這就是系統(tǒng)集成機(jī)制和方法必須能夠根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)快速構(gòu)建信息系統(tǒng)，具備動(dòng)態(tài)柔性重構(gòu)能力，海戰(zhàn)場綜合電子信息系統(tǒng)具備敏捷性。海戰(zhàn)場綜合電子信息系統(tǒng)的敏捷性是應(yīng)急性、適應(yīng)性、魯棒性、創(chuàng)新性和多樣性等不同能力特性在指揮控制過程中所表現(xiàn)出的聚合屬性:

1)具備應(yīng)急性，滿足實(shí)時(shí)性要求的能力特性。

2)具備適應(yīng)性，可適應(yīng)作戰(zhàn)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。

3)具備魯棒性，支持復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下抗干擾和抗毀。

4)具備發(fā)展性，能夠適應(yīng)新技術(shù)和作戰(zhàn)理論的發(fā)展。

5)具備多樣性，面向多樣化軍事任務(wù)需求。

3 面向任務(wù)系統(tǒng)集成

構(gòu)建具備敏捷性綜合電子信息系統(tǒng)的有效方法是基于共性基礎(chǔ)設(shè)施面向任務(wù)系統(tǒng)集成，其內(nèi)涵是指根據(jù)作戰(zhàn)需求，在短時(shí)間內(nèi)利用已有的可重構(gòu)軟件構(gòu)件和硬件組件，綜合集成，形成所需的新軍事應(yīng)用系統(tǒng)［3］。

開放式體系結(jié)構(gòu)和柔性重構(gòu)設(shè)計(jì)思路是敏捷系統(tǒng)集成的有效方法，基于共性基礎(chǔ)設(shè)施面向作戰(zhàn)任務(wù)的系統(tǒng)集成的概念示意如圖3所示。由通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)施、安全保密設(shè)施、時(shí)空統(tǒng)一、信息服務(wù)設(shè)施等構(gòu)成共性基礎(chǔ)設(shè)施，并實(shí)現(xiàn)一體化集成，為上層應(yīng)用和集成提供共性支撐。各類傳感器、信息對(duì)抗資源、作戰(zhàn)平臺(tái)等戰(zhàn)場物理資源，情報(bào)信息、氣象信息、環(huán)境信息、武器裝備性能和特征信息等各類戰(zhàn)場信息資源接入到由一體化共性基礎(chǔ)設(shè)施提供的柵格服務(wù)網(wǎng)絡(luò)上。應(yīng)用領(lǐng)域的各種集成要素實(shí)現(xiàn)即插即用，基于一體化共性基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通互操作，并可按需安權(quán)限獲取信息資源使用戰(zhàn)場物理資源。應(yīng)用集成要素基于任務(wù)流組織信息流、控制流和功能協(xié)同匹配，支持多樣化軍事任務(wù)。

圖3 基于共性基礎(chǔ)設(shè)施面向作戰(zhàn)任務(wù)的系統(tǒng)集成示意圖Fig.3 Integrated schematic common infrastructure based system for combat missions

基于共性基礎(chǔ)設(shè)施，統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)用的集成工具，使各種指揮信息系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、武器系統(tǒng)可以根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)的要求進(jìn)行靈活的重組，在最短的時(shí)間內(nèi)形成最佳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，滿足多樣化軍事任務(wù)的綜合信息保障要求。海戰(zhàn)場面向任務(wù)集成分層模型如圖4所示。

1)物理資源層

由分布于岸海空潛天的偵察探測設(shè)備、電子對(duì)抗設(shè)備、作戰(zhàn)平臺(tái)、火力打擊武器等信息化裝備實(shí)體構(gòu)成。

2)共性基礎(chǔ)設(shè)施

共用設(shè)施包括通信、計(jì)算、安全、時(shí)統(tǒng)等設(shè)施。數(shù)據(jù)組織與存儲(chǔ)層是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境，支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的存儲(chǔ)、共享和管理。基礎(chǔ)服務(wù)是海戰(zhàn)場共性基礎(chǔ)設(shè)施的軟件，由核心服務(wù)和應(yīng)用支撐服務(wù)構(gòu)成。

3)服務(wù)資源聚合層

服務(wù)資源聚合層屬于連接作戰(zhàn)應(yīng)用層和基礎(chǔ)服務(wù)層的中間層，起到承上啟下的作用，服務(wù)資源聚合層獲取作戰(zhàn)應(yīng)用層中的作戰(zhàn)任務(wù)信息，提取作戰(zhàn)任務(wù)的邏輯關(guān)系、時(shí)間約束和能力需求，提供任務(wù)分解及流程建模、服務(wù)鏈生成等動(dòng)態(tài)過程、應(yīng)用集成功能，根據(jù)任務(wù)需要，基于一定的目標(biāo)因素，對(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，統(tǒng)一調(diào)度并使用物理分布的各類信息資源，形成以作戰(zhàn)任務(wù)為中心的作戰(zhàn)系統(tǒng)。

4)作戰(zhàn)應(yīng)用層

實(shí)現(xiàn)面向用戶的作戰(zhàn)信息系統(tǒng)綜合功能到核心服務(wù)層各類提供功能的邏輯映射，在基礎(chǔ)服務(wù)層的服務(wù)體系支持下，基于海軍作戰(zhàn)平臺(tái)及其兵力構(gòu)成，靈活聚合基礎(chǔ)服務(wù)層提供的服務(wù)和完成具體作戰(zhàn)任務(wù)的專用服務(wù)，構(gòu)建協(xié)同完成海軍作戰(zhàn)應(yīng)用任務(wù)的作戰(zhàn)信息系統(tǒng)。

圖4 海戰(zhàn)場面向任務(wù)集成分層模型Fig.4 Sea battle task-oriented integrated hierarchical model

3.1 面向任務(wù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)集成框架

按照未來作戰(zhàn)需求，軍事信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)需充分考慮動(dòng)態(tài)、柔性地重組的要求，提高系統(tǒng)敏捷性，支持面向任務(wù)的現(xiàn)場重定義。

構(gòu)建基于集柵格化通信網(wǎng)絡(luò)、分布式計(jì)算環(huán)境、數(shù)據(jù)按需共享、安全保密等基礎(chǔ)功能于一體的海戰(zhàn)場基礎(chǔ)設(shè)施，根據(jù)多樣化作戰(zhàn)任務(wù)、動(dòng)態(tài)的部隊(duì)編成和指揮關(guān)系，面向任務(wù)動(dòng)態(tài)組織信息關(guān)系和節(jié)點(diǎn)互聯(lián)關(guān)系，將各種指揮信息系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)的信息化武器和傳感器平臺(tái)，進(jìn)行快速重組和部署，承擔(dān)各種樣式的聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)。面向任務(wù)系統(tǒng)集成框架結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3.2 物理集成

建立柵格化通信網(wǎng)，支持任務(wù)節(jié)點(diǎn)間網(wǎng)狀互聯(lián)，面向任務(wù)按需建立互聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下可靠信息傳輸。

建立豐富的波形庫，支持根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)境無線環(huán)境特點(diǎn)，及綜合權(quán)衡考慮傳輸帶寬、時(shí)延、抗干擾性等傳輸要求，選擇與作戰(zhàn)任務(wù)匹配的互聯(lián)波形。基于波形適配器等，支持異構(gòu)波形間的適配轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)鏈路層集成;建立適應(yīng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不斷變化的組網(wǎng)機(jī)制，可自適應(yīng)建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒙酚傻龋⒒谧泳W(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)等適配網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)異構(gòu)子網(wǎng)集成;建立信息傳輸服務(wù)，將底層支撐的各類信息傳輸服務(wù)綜合、發(fā)布，支持用戶和應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并按作戰(zhàn)流程需要使用信息傳輸服務(wù)。

圖5 面向任務(wù)集成框架Fig.5 Task-oriented integration framework

3.3 信息集成

建立按需信息共享池，支持面向任務(wù)組織信息共享。將分布在海戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行集成，為用戶提供統(tǒng)一的訪問接口，建立信息資源的透明訪問機(jī)制，及解決數(shù)據(jù)的物理異構(gòu);基于統(tǒng)一的模型提高數(shù)據(jù)描述理解的一致，及語義一致的水平;建立科學(xué)合理的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)信息使用者能夠按需、及時(shí)的發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)，并按照權(quán)限和數(shù)據(jù)共享需求共享和使用數(shù)據(jù)。

3.4 功能集成

根據(jù)作戰(zhàn)使用需求和使命任務(wù)，從信息獲取、情報(bào)綜合處理、作戰(zhàn)指揮、武器打擊、作戰(zhàn)綜合保障的關(guān)聯(lián)關(guān)系和要素匹配關(guān)系出發(fā)，基于作戰(zhàn)任務(wù)/信息流程的集成框架，建立靈活的業(yè)務(wù)工作流控制機(jī)制，制定海軍各級(jí)各類信息系統(tǒng)服務(wù)軟件編配規(guī)則，面向業(yè)務(wù)流程集成各個(gè)功能組件構(gòu)成系統(tǒng)，適應(yīng)不同作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)對(duì)象需求，支持系統(tǒng)的快速部署。

4 結(jié) 語

在信息化作戰(zhàn)背景下，信息系統(tǒng)集成為提高體系對(duì)抗能力發(fā)揮重要作用。本文基于海戰(zhàn)場共性基礎(chǔ)設(shè)施，提出基于共性基礎(chǔ)設(shè)施面向任務(wù)系統(tǒng)集成方法。海戰(zhàn)場面向任務(wù)的系統(tǒng)集成方法，根據(jù)具體的作戰(zhàn)任務(wù)，能夠快速組織已有的可重構(gòu)軟件和硬件資源，綜合集成面向特定作戰(zhàn)任務(wù)的系統(tǒng)。

［1］C4ISR Architecture Working Group(AWG)［Z］．C4ISR Architecture Framework Version 2.0．Washington:DoD，1997．

［2］DoD Architecture Framework Working Group．DoD Architecture Framework［M］．Version 1.5．Washington D．C．:DoD Architecture Framework Working Group，April 23，2007．

［3］李建軍，等．面向作戰(zhàn)任務(wù)的作戰(zhàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)集成需求分析［C］．長沙:C3I 系統(tǒng)年會(huì)，2005．

［4］JEFFREY O G．System Integration［M］．London，New York:CRC Press，1994．

［5］童志鵬．綜合電子信息系統(tǒng)——信息化戰(zhàn)爭的中流砥柱［M］．第2 版．北京:國防工業(yè)出版社，2008．