面向服務的集成式海軍作戰指揮訓練系統構建

陳 釗，趙斯強，宋 彬，趙旭赟

(海軍指揮學院，江蘇 南京 210016)

隨著信息技術的快速發展和武器裝備信息化程度的不斷提高，基于信息系統的體系作戰將成為信息化條件下海上作戰的基本形態［1］。信息化條件下的海上作戰，戰場信息驟增，態勢瞬息萬變，進程急劇加快，統兵者除了要有克敵制勝的智謀與膽略之外，更需具備運用信息化指揮手段謀求對戰場的“信息優勢”、“決策優勢”和“指揮控制優勢”的能力，即基于信息系統的作戰指揮能力，它既是信息化條件下作戰指揮能力的新形態，也是構成體系作戰能力的核心要素，對作戰的勝負有著決定性的影響。

從“能打仗，打勝仗”的根本要求出發，加快生成和提高基于信息系統的作戰指揮能力，需要加速推進作戰指揮訓練的變革［2］。由此，本文提出一種全新的作戰指揮訓練模式——集成式指揮訓練(Integrated Command Training，ICT)。集成式指揮訓練，是指通過實現指揮模擬訓練系統與指揮信息系統的松耦合和訓練資源的分布配置，能夠在平時或戰時間隙為部隊提供全方位、全時段和不間斷的指揮訓練，代表了作戰指揮訓練技術和訓練模式的最新發展趨勢。集成式指揮訓練更加貼近“訓戰一致”的目標，對有效提高海軍實戰化指揮能力具有重要作用和現實意義，必將成為海軍作戰指揮訓練的新常態。因此，本文致力于構建集成式海軍作戰指揮訓練系統，為海軍開展集成式指揮訓練提供必備的基礎和條件。

1 集成式海軍作戰指揮訓練系統概述

1.1 集成式作戰指揮訓練系統

集成式作戰指揮訓練系統，是運用綜合集成思想和技術方法，實現集海軍各級各類指揮所指揮信息系統、各兵種作戰平臺指控系統、作戰指揮訓練信息系統于一體，面向海軍實戰化指揮訓練的新型作戰指揮訓練信息系統［3］。

集成式作戰指揮訓練系統將從根本上改變過去那種“指揮訓練無實裝，戰訓分離兩張皮”的局面，可使受訓者獲得與實戰指揮一致的生理體驗和心理適應性，從而大幅提升指揮訓練的效果與質量。

1.2 集成式指揮訓練原理

在集成式作戰指揮訓練模式下，作戰指揮模擬訓練系統與海軍各級各類指揮信息系統被集成為功能互補的集成訓練環境，協調一致地完成作戰指揮訓練。作戰指揮模擬訓練系統把信息源仿真系統產生的虛擬兵力(Computer Generated Forces，CGF)與來自指揮信息系統的海、空情報信息(Real Forces，RF)融合后，以符合指揮信息系統規約的信息格式發送至指揮信息系統的各指揮終端，為指揮員提供統一的綜合訓練態勢。指揮員則根據戰場態勢及其變化，使用與實際作戰指揮完全一致的指揮信息系統謀劃決策，指揮控制所屬兵力與行動;作戰指揮模擬訓練系統接收由指揮員通過指揮終端下達的指揮控制命令，再由仿真系統模擬相關兵力的作戰行動及其效果，不斷推進戰場態勢的演化;導調人員則利用作戰指揮模擬訓練系統中的導調控制系統有效掌控指揮訓練的進程和節奏，并視情對受訓人員進行適時、適度導調，從而完成一個人在回路的閉環訓練過程。集成式海軍作戰指揮訓練原理如圖1所示。

圖1 集成式海軍作戰指揮訓練原理圖

1.3 集成式指揮訓練系統現狀分析

在集成式指揮訓練系統建設方面美軍有著豐富的實踐和先進的技術。美軍雖無集成式指揮訓練系統的提法，但其模擬訓練系統卻是走集成式發展道路，與本文研究的集成式指揮訓練系統是一致的。當前，最能代表美軍模擬訓練系統集成水平的當數聯合仿真系統(Joint Simulation System JSIMS)。該系統集C4I系統與作戰模擬系統于一體，支持戰役戰術多層次、多兵種聯合作戰訓練［4］。而美軍模擬訓練系統技術現狀體現在可擴展建模與仿真框架(Extensible Modeling and Simulation Framework，XMSF)和基于SOA的建模仿真體系框架之中。

XMSF并未打算用一個統一的仿真架構來集成不同層次的仿真模型和各類系統，主張采用成熟的商業化標準和框架，如 Web Service、XML、X3D、UML 等，實現仿真應用及仿真系統之間的松散耦合，支持作戰模擬訓練系統和C4ISR系統之間的互操作，保證仿真的可組合性及可伸縮性，滿足軍事訓練等需求［5］。

基于SOA分布式仿真的思想由美國CACI公司最先提出，美軍隨后著手進行了研究，截至目前，提出了3類基于SOA的建模仿真體系框架，分別是基于SOA的RTI(SORTI)、基于SOA的基本對象聚集框架(SOA Basic Object Model Aggregation Framework，SOABAF)和動態分布式面向服務仿真框架(Dynamic Distributed ServiceOriented Simulation Framework， DDSOSF)。SORTI使用Web Service改造HLA接口規范，形成了基于WSDL的HLA RTI接口規范;SOABAF構建一個基于SOA和HLA技術的仿真與建模組合框架，支持仿真運行前及運行中的模型聚合與解聚;DDSOSF構建一個支持SOA的建模與仿真環境。

由此可見，XMSF與基于SOA的建模仿真體系框架各自選擇了兩種不同模式來發展集成式訓練系統。前者強調充分利用現有仿真資源和技術成果，適用于已有仿真系統和C4ISR系統集成;后者注重構建一個通用的技術框架，適用于未來新開發系統。本文構建集成式海軍作戰指揮訓練系統在目的、技術和應用范圍等方面與XMSF具有一定的相似性，但區別在于立足于既有條件，解決自身問題。

2 集成式海軍作戰指揮訓練系統構建需求

首先，構建集成式指揮訓練訓練系統，開展實戰化指揮訓練，是加快海軍戰斗力生成模式轉變，形成基于信息系統的體系作戰能力的客觀需要。

其次，構建并基于集成式指揮訓練系統開展基于信息系統的集成式指揮訓練，能夠有效推動海軍軍事訓練重心向全體系、全要素和實戰化訓練的模式轉變，全面深化海軍指揮訓練改革，推進海軍軍事訓練由機械化向信息化的轉型。

再次，構建集成式指揮訓練系統，以使命任務為牽引，在統一的想定背景、戰場態勢和導調環境中，驅動海軍各級各類指揮人員在指揮信息系統實裝上，按照海軍實際的作戰指揮編成、兵力編組、指揮流程和兵力兵器指揮控制過程，進行面向海軍遂行多樣化軍事任務的指揮訓練，最大限度地挖掘和發揮指揮信息系統的指揮控制效能，更好地實現指揮人員與指揮裝備的磨合與融合，做到指技合一、人機合一，全面提高基于指揮信息系統的作戰指揮能力。

3 集成式海軍作戰指揮訓練系統構建方式

現有的系統集成技術中，可供集成式訓練系統選擇的構建方式主要有3種，分別是代理方式、中間件方式和面向服務方式。

3種代理方式較為普遍，也是當前仿真系統集成的基本方式，但是代理方式與具體的應用相關，無法適應需求的快速變化，敏捷性、通用性和擴展性不好。運用代理方式集成的系統，一旦面臨新的應用系統加入，將不得不增加或者修改代理成員。相比之下，中間件方式就要簡單得多，只需作出少量改動甚至無需修改即能滿足新系統加入要求。但無論是運用代理方式還是運用中間件方式，系統集成的耦合程度都較高，而面向服務的集成方式則可以實現系統松散耦合，保持系統的獨立性和完整性，且理論和技術方法已成熟，是未來系統集成的發展方向。

著眼于系統的長遠發展，本文注重集不同方法之所長，采用“面向服務+代理+中間件”的綜合方式構建集成式訓練系統，以中間件方式為系統互聯提供基礎條件，以面向服務方式將各種模型、系統資源作為組件進行管理和控制，以代理方式實現與作戰模擬訓練系統與指揮信息系統的數據通信，從而構建起集成式訓練系統。

4 面向服務的系統集成架構

4.1 指揮信息系統分析

指揮活動的核心是一個在自然空間中以作戰任務為中心的觀察(Observe)—判斷(Orient)—決策(Decide)—行動(Act)的OODA環。OODA環將作戰指揮活動描述為這樣一個過程，即指揮人員首先對戰場情況進行觀察，然后根據當前情況作出分析判斷，擬制初步的行動方案;指揮員對初步方案進行優選，作出最終決策;部隊依據指揮員決策實施作戰行動。觀察、評估、決策和行動4個環節構成一個閉合環路，上一周期的結束則是下一個周期的開始，如此循環往復，直至指揮活動終止。

因此，指揮信息系統必須能為指揮人員實施有效的決策與指揮控制活動提供多方面的功能支持，它們是由若干個功能分系統構成的復合體。其中，處于最底層的是通信功能，通信功能是系統所有功能的基礎。在此之上，是偵察情報、預警探測、安全保密和信息對抗等功能。而處于頂層的是輔助決策與指揮控制功能，也是指揮信息系統的核心功能。

從集成式指揮訓練的角度看，它是基于指揮信息系統的訓練，指揮環境和指揮裝備是實在的，受訓者的認同感和指揮體驗也是真實的，這是其優勢。但由于指揮信息系統缺乏構設虛擬作戰環境和導調手段的能力，通常只能進行實兵和實時的指揮訓練，因而不具備模擬訓練和綜合導調能力。

4.2 指揮模擬訓練系統分析

指揮模擬訓練系統是以計算機網絡為基礎的分布交互式指揮訓練平臺。它是通過對作戰環境、武器裝備、兵力及作戰行動、指揮控制、作戰保障等系列要件的仿真，提供一個供指揮訓練的虛擬作戰環境。

指揮模擬訓練系統主要由網絡通信系統、指揮作業系統、作戰模擬系統和導調控制系統等4個功能分系統所組成。其中，指揮作業系統具有與指揮信息系統終端類似的人機交互界面。受訓者通過人機交互與仿真系統(部署于后臺)發生聯系，仿真系統接收并響應來自于指揮作業系統的指揮命令，仿真作戰行動并實時生成、更新和發布新的戰場態勢，形成一個完整的訓練信息回路。

指揮作業系統是通過對指揮業務邏輯的分解實現對指揮信息系統的虛擬仿真，它只是一種功能上的近似而非物理上的實在，難以達到“形神兼備”的境地。因此，基于指揮模擬訓練系統開展的指揮訓練與實戰化指揮訓練的要求之間確有較大差距。

4.3 基于SOA的系統架構

系統集成的基本問題是要在充分繼承遺留系統功能的基礎上，通過適當的技術途徑，實現不同系統之間的網絡互聯、信息互通和功能互操作。從指揮、訓練信息的產生和使用角度看，集成式海軍作戰指揮訓練系統的集成內容主要包括:作戰與訓練數據信息的集成、指揮訓練應用功能的集成、指揮訓練運行環境的集成，以及系統、人和組織機構業務流程的集成。

利用面向服務架構實現指揮信息系統和模擬訓練系統集成，就要將各種信息系統的數據信息，應用業務等資源通過Web服務的方式，變為可被復用的服務資產，然后將這些Web服務按照不同層面部署和運行于統一的SOA架構之上。在此架構中，底層的服務作為更高層服務實現和運行的基礎，而復合業務應用可以通過組合多個單一應用服務而形成集成應用層新的綜合業務，在更高的應用層次上實現指揮信息系統和模擬訓練系統的服務重構和系統集成?；赟OA的指揮訓練系統集成架構如圖2所示。

服務資源層主要包括:現有信息系統中作戰、訓練等不同類型的靜態基礎數據源，以及系統運行實時產生的動態數據流;用于系統仿真與訓練的模型資源和想定資源;數據信息交互的網絡通信資源等，它們是系統運行的基礎資源。

基礎服務層主要包括:數據轉換、數據交換、數據統一訪問、模型調用和通信服務等。數據服務是所有上層服務實現和運行的基礎。通過統一的數據交互協議和訪問標準，將非同構數據訪問轉化為Web服務，形成基于SOA架構的數據標準和應用規范，實現不同范圍的數據共享服務和數據交換業務，為系統應用提供數據支持。

圖2 基于SOA的海軍作戰指揮訓練系統集成架構

應用服務層主要包括:時統(統一系統基準作戰時間)、基于仿真系統的CGF(計算機生成兵力，虛擬兵力)和基于指揮信息系統的RF(實兵)態勢融合、綜合態勢分發、要圖標繪、文電處理、戰役戰術計算、方案擬制、方案評估優選等。它們構成系統中最基本的業務功能服務。

服務總線層是對應用服務層的Web應用服務按類進行集中管理和服務編排，將多個單一的應用服務組裝為統一的復合業務，以便在更高的應用層面滿足服務需求。主要包括:作戰指揮類、作戰保障類、作戰行動類、作戰仿真類、導調控制類等。

集成應用層面向最終用戶，將SOA架構底層提供的復合業務服務、單一應用服務和整合數據服務按照不同的需求進行綜合集成，按需服務。

5 基于Web Services技術的系統集成

5.1 Web Services服務集成技術

在SOA架構下，可以使用Web Services的WSDL(Web Service Description Language)描述服務，使用UDDI(Universal Description，Discovery，Integration)來發布、查找和綁定服務，使用 SOAP(Simple Object Access Protocol)執行調用服務，在服務請求者和服務提供者之間提供了抽象的通用服務接口，服務提供者完成一組工作，向服務請求者交付所需服務的最終結果，而服務的具體實現過程對服務請求者而言則是完全透明的。

在具體技術實現中，各種服務組件之間是通過基于網絡的仿真服務總線(Simulation Server Bus，SSB)和仿真服務代理服務器連接的。仿真服務總線由通信協議、路由策略和通用接口等組成，為進行連接服務提供一種標準化的通信基礎結構。仿真服務代理相當于服務請求者和服務提供者之間的服務中介，通過緩沖遠程參數和數據，可以提高服務響應的效率和系統性能。

5.2 集成式海軍作戰指揮訓練系統動態組構

面向服務的集成式海軍作戰指揮訓練系統，是運用Web Services服務集成技術，實現對現有海軍各級各類指揮信息系統和作戰指揮模擬訓練系統的綜合集成，并根據現行作戰指揮關系以及指揮訓練的規模、層次和方式，實現系統的動態組構和靈活部署［6］。在集成式指揮訓練系統中，指揮控制系統處于前臺，模擬訓練系統處于后臺，如圖3所示。

集成式訓練系統具有以下幾個突出特點:

1)在對原有各系統不造成任何結構和功能損害的前提下，實現指揮信息系統與指揮模擬訓練兩種異構系統的松散耦合，各分系統既是相對獨立又是相互聯系的邦聯成員，從而構成符合“戰訓一致”要求的新型作戰指揮訓練環境［7］。

2)系統的訓練組織和部署具有強彈性，支持基于指揮專網的遠程異地多節點、多層次分布交互式指揮訓練，其規模大小、層次多少完全由訓練的實際需求決定，實現動態定制，任何指揮訓練節點的加入或退出不影響整個系統的運行。

3)系統的功能組成相對獨立、可分可合。既能夠支持虛擬指揮訓練，也能夠支持實裝指揮訓練，以及虛、實融合的指揮訓練等多種模式的指揮訓練。既可以支持單方指揮訓練，也可以支持雙方指揮對抗訓練。

圖3 集成式海軍作戰指揮訓練系統動態組構

4)系統是跨平臺的，具有良好的可擴展性，能夠適應未來海軍指揮信息系統和仿真系統的不斷發展，無論是新系統的加入還是老系統的升級換代，都能實現系統服務功能的自然遷移［8］，使得集成指揮訓練系統不斷豐富和完善。

5.3 系統集成關鍵技術

5.3.1 構建面向服務的集成代理系統

面向服務的集成代理系統，是為應用程序提供共性基礎服務的“總線”型軟件，具有ESB(企業服務總線)的功能，支持RTI(運行支撐環境)，為多個應用軟件系統或組件間的信息共享與互操作提供所需的通用服務［9］，從而降低多個應用、服務或系統之間的耦合程度。

1)面向服務的集成代理系統框架結構

面向服務的集成代理系統框架，是集成式訓練系統框架的重要部分，是構建集成式訓練系統的基礎和關鍵，解決數據轉換、服務查詢與調用等重要問題。面向服務的集成代理系統框架，可采用分層結構來構建。分層結構具有鄰近層相互作用的特點，把各功能部分的耦合程度降至最低。該框架分為基礎服務層、核心服務層和應用共性支撐層，如圖4［10］所示。

圖4 面向服務的集成代理系統框架結構

其中，基礎服務層對底層資源進行整合，為核心服務層提供支撐，是核心服務正常運作的基本條件，提供負載均衡、協議轉換和傳輸服務等功能。核心服務層通過調用基礎服務層服務，實現仿真資源接入、平臺接入、訓練任務共同體管理等，為應用共性支撐層提供服務。應用共性支撐層直接面向訓練管理與實施，提供諸如仿真開發、模型庫管理、信息交互和訓練配置等服務。

2)面向服務的集成代理系統核心模塊

面向服務的集成代理系統主要有3大核心功能模塊，分別是服務代理模塊、服務管理模塊和流程服務模塊。模塊功能的實現，并不限于某一層次，有的可能需要跨層調用其它組件提供的服務。

服務代理模塊支持仿真應用采用聯邦成員的方式加入仿真聯邦，訂閱其它成員信息，同時公布需要轉發的信息，主要實現時統信息代理、情報信息代理、綜合保障信息代理和指揮信息代理。一方面，服務代理模塊從指揮模擬訓練系統獲取時統信息、情報信息和綜合保障信息，按海軍指揮信息系統的數據要求將其轉換成相應格式，并向其發送;另一方面，服務代理模塊從海軍指揮信息系統接收各類指揮信息，在對其解析的基礎上依據仿真聯邦成員的對象屬性和交互參數格式進行封裝，然后發送給指揮模擬訓練系統。

服務管理模塊主要解決指揮節點、實兵節點、仿真節點和集成總線節點的加入、退出集成式訓練和仿真服務注冊問題。仿真節點加入集成式訓練時，需要向仿真服務代理注冊服務，包括接口類型、URL和相關服務描述。集成式訓練系統運行時，仿真服務代理根據訓練需求，從組件庫中抽取相關組件，加載至指揮模擬訓練系統。

流程服務模塊支持仿真作戰活動的半自動執行，實現流程編排、流程控制和流程支撐等功能，并提供流程接口。流程編排功能支持受訓者按計劃組織兵力行動。受訓者通過圖形界面輸入兵力行動計劃，仿真服務代理根據計劃生成BPEL(Business Process Execution Language，業務流程執行語言)文件，在仿真運行時由仿真服務代理調用;通過流程控制功能，各仿真組件可以順序執行、并行執行、選擇執行、循環執行或者退出當前流程;流程支撐功能用于解決一些基礎性服務問題，如流程數據管理、流程交互及流程記錄與重放;流程接口主要接收用戶中斷請求，退出流程執行，把仿真應用的控制權轉交給受訓者手動操作。

5.3.2 構建組件化的指揮模擬訓練系統

構建組件化的指揮模擬訓練系統，就是充分利用現有仿真模型，合理劃分其功能粒度，對其進行不同層次的封裝，對外形成可供調用的訓練模型服務。仿真服務粒度控制實質是提取程序中公共功能部分，按標準的協議和接口進行封裝，使之形成組件，供其它組件模塊進行多次調用。工程實踐中，只要原有系統中功能模塊的封裝成本不高于構建新的組件，則盡可能采用封裝的方法，以充分發揮現有資源的作用。結合現有作戰仿真資源現狀來看，可以按作戰實體模型、作戰行動模型、導控行為模型和考評行為模型進行粒度控制，即作戰實體模型一般作為組件，作戰行動模型、導控行為模型和考評行為模型視為組件模塊。通過分析現有系統的仿真模塊及其子模塊，可以得出仿真組件的層次結構，如圖5所示。

圖5 仿真組件的層次結構示意圖

其中，作戰實體仿真組件，由各種武器、平臺及環境仿真模型組成，為戰斗行動仿真組件、導調控制組件和考核評估組件提供實體功能調用。作戰行動仿真組件，由不同的作戰行動仿真模型組成，針對具體的作戰行動，通過不同作戰實體仿真組件的組合形成新的功能，對外提供新的服務。導調控制組件通過調用作戰實體仿真組件和作戰行動仿真組件，為受訓者設置演習條件，為演習導調提供手段。考核評估組件通過調用作戰實體仿真組件和作戰行動仿真組件，為施訓者評估演練效果和考核受訓人員提供手段。

6 結束語

集成式海軍指揮訓練系統構建，采用面向服務的體系架構，實現仿真系統資源和指揮信息系統資源重用和系統集成，不僅走出了集約化系統開發的新路子，更重要的是為海軍實戰化指揮訓練提供了全新的集成訓練環境，對提升海軍基于信息系統的作戰指揮能力具有重要意義。本文從集成式訓練的概念和需求入手，對系統集成的有關問題進行了初步研究。

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