海上一體化信息基礎設施技術*

方 興

(武漢市江夏區藏龍北路1號 武漢 430205)

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海上一體化信息基礎設施技術*

方 興

(武漢市江夏區藏龍北路1號 武漢 430205)

海上一體化信息基礎設施是建立在海軍乃至全軍各種信息設備基礎上,為海軍各級指揮自動化系統和武器系統提供來自海陸空天潛的數據、信息和知識的集成、管理、共享、檢索以及分發的系統。論文通過對美軍網絡中心戰以及全球信息柵格技術的分析,提出了我國海軍基于信息柵格的海上一體化信息基礎設施總體框架以及基于服務的海上一體化信息基礎設施模型,同時對系統的信息體系、信息的傳輸體系、信息的處理和管理體系、信息服務等關鍵問題進行了分析和闡述。

一體化; 信息基礎設施; 信息體系; 信息服務

Class Number E967.3

1 引言

隨著現代信息技術的發展,信息戰、網絡中心戰已成為21世紀軍事變革的發展目標,信息優勢以及由信息優勢而獲得的決策優勢已成為現代高科技戰爭制勝的必要條件。要取得海上作戰的信息優勢,就必須具備陸海空天全方位的作戰信息支持與共享[1～4]。

海上一體化信息基礎設施是在海軍乃至全軍通信網絡基礎上,為海軍各級指揮自動化系統和武器系統的軍事用戶提供來自海陸空天的數據、信息和知識的集成、管理、共享、檢索以及分發的一體化的信息系統;確保來自任何系統的信息能在任何時候發送給在任何地點任何有需求而且有相應權限的軍事用戶。海上一體化信息基礎設施是在未來高科技戰爭條件下奪取信息優勢的重要手段,是全軍軍事綜合電子信息系統的重要組成部分,它對于提高軍事信息綜合應用能力,提高武器裝備信息化水平和促進綜合電子信息系統的跨越式發展具有重要意義。

2 國外研究現狀

為獲取戰場信息優勢,歐美等發達國家海軍作戰模式正由以平臺為中心向以網絡為中心轉變,即將所有的探測系統、通信系統、武器系統組成以計算機為核心的網絡,為分散在各地的部隊和戰斗平臺提供實時的信息服務,使其精確掌握戰場態勢,提高指揮速度和決策速度,最終提高聯合作戰能力,同時相應推出了一系列計劃或設想,開展了相關的技術研究和試驗[5～6]。

美海軍推行的“IT-21世紀信息技術”計劃為美國海軍提供一套包括艦載、編隊和岸基的內部互聯網(Intranet),為海軍部隊提供安全和快速的通信服務。在開展艦載、編隊和岸基網絡與通信平臺建設的同時,美海軍還在進行海軍“信息柵格”FORCEnet的建設,海軍信息柵格提供建立支撐性信息環境所需的基礎設施和服務[7～10]。

有關資料顯示,美國海軍新型航母CVN-78把最先進的信息基礎設施(Information Infrastructure,I2)系統集成于整個作戰體系之中,該信息基礎設施由洛克希得·馬丁公司海軍電子和監視系統分公司研制,作為CVN-78航母綜合作戰系統的一部分,信息基礎設施包括網絡系統、分布式計算環境、安全服務系統等。在該信息基礎設施支持下,導航、操控、電子對抗、防御、智能決策等系統將作為一個開放結構被重組和整合,成為航母綜合作戰系統一部分,從而實現不同的武器和傳感器系統的有效鏈接,支持不同系統(設備)的即插即用和有效互聯[11]。

美軍在“宙斯盾”艦的作戰指揮系統基線6的基礎上引入了基于服務技術的網絡中心戰的柵格機制,為異構、異種平臺的集成提供了操作平臺,驗證了平臺間的互操作性能[12～13]。

與此同時,美國國防部一直重視數據集成與互操作,制定了多種數據規范,包括SHADE、CADM、DDMS、NCDS、DDDS等。DDMS提供一組公共的構造屬性,保證使用搜索工具能夠發現元數據(描述服務或數據的數據)。DDMS的核心層描述了數據的屬性,無論數據是那種類型,也不管它被哪個團體所有,它都以同樣的標準格式來描述。值得注意的是,并非核心層里所有的元素都是強制性元素。這組強制性元素不多,但足以用來產生高附加值的元數據,支持企業發現。擴展層為各利益共同體(COI)對DDMS核心層進行擴充提供了一種機制,保障特定使命對元數據的特殊要求[14]。

3 海上一體化信息基礎設施總體框架

海上一體化信息基礎設施層次結構如圖1所示,海上一體化信息基礎設施涵蓋基礎資源層、通信傳輸層、協同計算層和服務聚合層,在其支撐下可以開發各種軍事應用系統,如一體化的指揮控制系統、數字化戰場信息系統、聯合裝勤保障系統等。

圖1 海上一體化信息基礎設施層次模型圖

1) 基礎資源層

包括構成一體化信息基礎設施的所有節點,節點通過一體化信息基礎設施設計規范、接入標準和構建協議等保障系統快速部署和集成的開放式系統標準規范體系,融入柵格系統實現現有系統向信息柵格的過渡。由于海軍已經陸續建設了包括傳感器、武器、計算設備、存儲設備、數字化平臺設備在內的信息基礎資源,目前重點是海上信息柵格設計規范、接入標準、構建協議和現有系統向柵格過渡的方法與技術等,以建立允許海上信息柵格快速部署和集成的開放式系統標準規范體系。

2) 信息傳輸層

柵格化的一體化信息基礎設施信息傳輸的基本功能是提供海上作戰平臺內的寬帶信息交換服務,支持多媒體信息的實時傳輸;提供艦艇之間無線通信互連,包括衛星通信、數據鏈、水聲通信等方式,支持海上移動平臺之間的可靠信息傳輸層服務,形成一體化信息交換的網絡環境;提供多種接入手段,支持艦載各類電子裝備、智能終端、信息系統和自動控制設備等信息節點的轉換和接入,包括數據、IP化的語音、圖形與圖像、數字化視頻接入;提供可視化網絡管理和監控服務,能夠支持網絡的在線監控、動態管理以及故障的自動診斷和處理,保證持續可靠的網絡服務;具有業務識別、優先級保證等多項功能,對重要信息提供最低帶寬保護,保障各種實時/非實時業務通信的信息傳輸服務質量;支持多手段、多路由通信,具有抗毀和故障恢復能力。通過對海軍現有有線、無線網絡,衛星通信系統的網絡規劃、組織管理等,以建立海上信息柵格化傳輸設施,實現海上移動平臺根據作戰任務需要隨時隨地靈活接入、動態組網和信息可靠傳輸的目的。

3) 協同計算層

海戰場信息處理和管理交互功能在海軍各型作戰指揮控制系統、平臺管理保障系統等電子信息系統中實現。利用元目錄服務、工作流管理、用戶管理、資源代理、可信計算和數據工程等各種商用成熟工具,采用柵格化信息處理技術、柵格化信息分發技術、柵格化資源管理技術,以建立海上信息柵格化協同計算設施,實現海戰場各種計算資源和信息資源的有機整合和集成。

海上一體化信息基礎設施對信息的支持涵蓋整個海戰場的戰略信息、戰役信息和戰術信息。信息的種類繁多,信息量巨大。同時各種信息資源又具有不同的特點:包括表現形式、功能用途、時效性、有效性、重要性等。而將海上一體化信息基礎設施劃分成多個分布式資源塊可以實現各種信息的高效處理和管理,同時資源塊與資源塊之間又可高效的互訪。

4) 服務聚合層

柵格化的海上一體化信息基礎設施對海上應用系統開發和集成的支持通過各種公共應用服務來實現,一個服務是服務提供者為實現服務請求者需要而執行的一個工作單元(應用程序),一個服務實現了一個應用功能,其粒度與應用直接相關,服務還可以由其他服務組合而成。每個服務都有定義良好的接口,通過該接口就可以發現、發布和調用服務,服務的使用者僅僅需要關心服務接口的描述。

建立一個標準統一、功能完善的海軍電子信息系統服務框架,通過一種架構統一、符合開發技術規范的應用運行和服務封裝、注冊和映射手段,將各種作戰應用軟件抽象成一個完整的服務聚合體,實現一體化軟件平臺和信息服務。

4 海上一體化信息基礎設施參考模型

海上一體化信息基礎設施既是海軍綜合電子信息系統的基礎設施,又是開發和運行海軍電子信息系統的環境。只有海上一體化信息基礎設施的基礎設施加上在其上開發和運行的海軍電子信息系統才能具有可支持網絡中心戰的海上一體化信息基礎設施能力。海上一體化信息基礎設施由海上一體化信息基礎設施公共信息服務和由通信設施(含數據鏈),計算機/存儲設施等組成的信息基礎設施結構兩大部分組成。從服務的角度講,海上一體化信息基礎設施為應用系統提供信息交換、處理、管理等方面的服務。圖2從服務的層面描述了海上一體化信息基礎設施框架模型。

圖2 基于服務的海上一體化信息基礎設施模型

根據上文提出的結構模型,可歸納出海上一體化信息基礎設施提供以下服務:

1) 信息傳輸服務。提供高帶寬信息交換服務,支持多媒體信息的實時傳輸,支持海軍各平臺電子信息系統設備之間信息傳輸,形成一體化信息交換的網絡環境;提供多種接入手段,支持艦載各種電子裝備、智能終端、信息系統和自動控制設備等信息節點的轉換和接入,包括數據、IP化的語音、圖形與圖像、數字化視頻接入;支持與艦艇外的通信接入,包括衛星通信、數據鏈、無線通信等接入方式;提供可視化網絡管理和監控服務,能夠支持網絡的在線監控、動態管理以及故障的自動診斷和處理,保證持續可靠的網絡服務;支持如電視電話會議、視頻點播/廣播等應用;提供多種網絡服務,包括目錄、DNS、電子郵件等基本網絡服務和分布式事務、數字證書等增強網絡服務;具有業務識別、優先級保證等多項功能,對重要信息提供最低帶寬保護,保障各種實時/非實時業務通信的服務質量指標;支持多手段、多路由通信,具有抗毀和故障恢復能力;

2) 信息處理服務。提供大容量信息實時可靠處理服務,滿足作戰指揮控制、交戰使用、戰術計算以及平臺控制管理需求;

3) 信息管理服務。提供信息分布式存儲和訪問服務,滿足信息查詢、分析和決策需求;

4) 信息分發服務。提供信息按需智能分發服務,適應不同系統需求;提供電子信息系統資源組織管理服務,實時進行資源調度管理,滿足平時/戰時的不同需求;提供通信系統組織管理與控制支持,提供信息分發控制服務;

5) 信息安全服務。支持網絡訪問限制、安全代理、安全認證,基于角色的權限控制;支持防病毒、入侵檢測,避免攻擊,安全審計、日志記錄;提供數據自動復制、備份和安全恢復服務;提供信息加密、防竊聽、防破譯等服務。

5 發展海上一體化信息基礎設施的思路

1) 頂層研究

海軍一體化信息基礎設施頂層研究主要針對信息系統的概念及其結構模型,各種信息包括來源和處理的組成原則、作用,研究信息分類,形成各種標準和表示規范。信息來源要包含海陸空天各個層面的信息的各種搜集手段,從而獲得全維的作戰情報信息;海上一體化信息基礎設施強調所搜集信息種類的全面性,盡可能獲取各級各類的作戰信息,滿足各種信息用戶對作戰信息的需要;強調各種信息的處理和分發按照統一的標準和規范進行分類、處理和表示;同時也強調對分布于海陸空天的各平臺的作戰資源的綜合管理和控制,從而能夠提供全方位的信息支持服務,使合法的信息用戶能夠獲取并使用所需的作戰信息。

2) 體系結構表示規范研究

海上一體化信息基礎設施體系結構表示規范參照各種元數據和內容與語義描述標準體系,研究并制定海陸空天信息空間中使用的軍事信息描述集,全面規范地表示信息中包含的豐富的軍事目標、裝備、人員、地域等語義信息線索。它作為基礎,廣泛支持各種作戰信息的存取和管理方面的應用,包括信息的獲取、標識、存儲、安全、傳送、智能檢索和過濾等方面的應用。主要的工作包括:制定并建立海陸空天空間信息表示規范;制定元數據規范(信息源信息、媒體格式和編碼信息、權限和安全信息);制定信息描述規范(概念和語義、物理特征、分類)。

信息表示和描述為信息語義的管理,包括搜索、檢索、過濾、交換等提供支持基礎。要從作戰和指揮人員的信息使用的角度考慮問題,采用自頂向下的分析方法,分析海陸空天信息空間信息用戶及其應用需求,獲得可互操作的信息管理和傳輸需求,從而形成信息的規范表示并用于交換。

3) 一體化信息無線傳送技術研究

海上一體化信息無線傳送的基本功能是提供海上作戰平臺之間的無線通信互連,包括衛星通信、數據鏈、水聲通信等方式,支持海上移動平臺之間的可靠通信傳輸服務,形成一體化信息交換的網絡環境;提供多種接入手段,支持艦載各類電子裝備、智能終端、信息系統和自動控制設備等信息節點的轉換和接入,包括數據、IP化的語音、圖形與圖像、數字化視頻接入;提供可視化網絡管理和監控服務,能夠支持網絡的在線監控、動態管理以及故障的自動診斷和處理,保證持續可靠的網絡服務;提供多種網絡服務,包括目錄、DNS、電子郵件等基本網絡服務和分布式事務、數字證書等增強網絡服務;具有業務識別、優先級保證等多項功能,對重要信息提供最低帶寬保護,保障各種實時/非實時業務通信的信息傳輸服務質量;支持多手段、多路由通信,具有抗毀和故障恢復能力。

4) 信息處理和管理體系研究

作為海上各級指揮控制系統是所轄地域、授權范圍內的信息匯集中心和信息分發中心,它除具有傳統的指揮與控制功能外,還應具有支持大系統的一體化能力。系統應保證海上一體化信息基礎設施的各系統的信息實現多路由選擇的信息互通,對不同構的應用層協議設立轉換單元,以提高信息互通能力。系統應支持多種作戰指揮業務(包括武器指揮)的互操作。應解決無線信道下,岸基、編隊、單艦分布數據庫非落他查詢的技術。應分級實施對大系統各分系統的系統管理(包括網絡),必須構造統一的系統(包括網絡)管理模式、協議以及所屬裝備可使用評估模型,能使各級指揮員清晰了解所屬系統及裝備用于支持作戰的能力。分布在大系統網絡上的固定和機動的網絡化指揮控制系統,應實施戰場信息管理,系統對接收并作了處理后的信息進行分析,通過系統的篩選機構自動地進行上報和分發(適當地輔以人工方式)以實施對信息的控制。

5) 信息系統信息網絡實時構建技術研究

軍用信息網絡是軍用信息系統互連、互通的基礎。它是計算機技術與通信技術相結合的產物,它把分布在各地的具有獨立處理功能的多個計算機信息系統,通過網絡線路和相應設備聯接起來,實現硬件、軟件和信息等各類資源的交流和共享。網絡實時構建的基礎是各種異構系統便于互聯和具有高度互操作性,歸根結底是標準化問題,開放的體系結構、開放的接口標準等是柵格化的網絡構建的基礎。研究軍用信息網絡自動化規劃技術,在一定的約束條件下,如何高效、合理、自動化地規劃、分配和調度網絡資源(如鏈路、帶寬、信息等),為網絡實時構建提供組網依據和設計參考。研究軍用信息網絡快速異構集成技術,戰場環境下,多種軍用信息網絡的快速異構集成技術,實現各種網絡服務、多種媒體應用的快速、高效集成。研究網絡冗余資源的合理配置與啟用技術,以及網絡可伸縮技術,確保網絡在受到打擊和意外故障時,能快速重構,迅速恢復網絡通信。研究軍用信息網絡智能化技術,在網絡的傳輸和處理上能向用戶提供更為方便、快捷的網絡通信接口,在虛擬網絡劃分、路由選擇、擁塞控制和網絡管理等方面顯示出更強的主動性,以利于快速提供網絡通信服務。研究基于策略的網絡配置管理、性能管理與故障管理,實現網絡動態調整和指標優化,快速提供滿足和適應不同信息系統應用需求的網絡通信服務與信息服務。

6) 柵格化的信息服務技術研究

海上一體化信息基礎設施對應用系統開發和集成的支持通過各種公共應用服務來實現,一個服務是服務提供者為實現服務請求者需要而執行的一個工作單元(應用程序),一個服務實現了一個應用功能,其粒度與應用直接相關,服務還可以由其他服務組合而成。每個服務都有定義良好的接口,通過該接口就可以發現、發布和調用服務,服務的使用者僅僅需要關心服務接口的描述。研究重點是建立一個標準統一、功能完善的海軍一體化電子信息系統服務框架,通過一種架構統一、符合開發技術規范的應用運行和服務封裝、注冊和映射手段,將各種作戰應用軟件抽象成一個完整的服務聚合體。

海戰場信息柵格信息服務將綜合運用柵格化信息傳輸技術、信息獲取與分發技術、信息處理技術等,通過服務抽取、封裝、注冊、發現、綁定等技術,為海軍用戶提供一體化信息支持服務能力,為面向SOA的海上應用系統開發和綜合集成提供支持。通過研究柵格化信息服務技術,使海上信息柵格在信息共享的基礎上,實現真正的信息服務共享,從而方便海上信息柵格用戶共享與使用信息。

6 結語

海上一體化信息基礎設施建設要以發揮海軍的多軍兵種、跨平臺系統整體作戰效能、提高協同作戰能力為目標,按照“全局規劃、提升能力、滾動發展”的思路進行建設和發展。

全局規劃,一是統籌考慮和研究海上一體化信息基礎設施的技術體制的繼承性和可持續發展,確保系統技術體制逐代兼容和成果繼承性,從頂層開展研究設計,全力攻關,目標一致,構建統一、完整的海上一體化信息基礎設施及各平臺節點設備。

提升能力,根據海軍的使命任務要求,通過海上一體化信息基礎設施建設,實現海軍多軍兵種、跨平臺的互通、互聯、互操作,形成整體協同作戰能力。

滾動發展,考慮到裝備需求的迫切性與技術可實現性,海上一體化信息基礎設施的研制與建設將在總體目標下,分功能、分階段實施,實現分步升級,梯次更新,整體發展。

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Maritime Integrated Information Infrastructure Technology

FANG Xing

(No. Canglong North Road, Jiangxia Zone, Wuhan 430205)

Maritime integrated information infrastructure technology is a system that is built on the various information equipments within navy or even in the whole armed forces, and provides integration, management, sharing, retrieval and distribution on land, sea, air and space data, information and knowledge to all levels of naval command automatic system and weapon systems. This paper proposes the overall framework of the information grid-based maritime integrated information infrastructure, as well as its model, by analyzing the American military network centric warfare and the global information grid. Moreover, it also analyzes and introduces key issues of information system, information transfer system, information processing and management system, the information service.

integrated, information infrastructure, information system, information service

2014年12月9日,

2015年1月23日

方興,男,碩士,工程師,研究方向:指控系統技術。

E967.3

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.003