海戰場傳感器資源運維管理框架研究*

韋廣立　宋文賓　陳　穎

(中國艦船研究院　北京　100101)

WEI Guangli　SONG Wenbin　CHEN Ying

(China Ship Research and Development Academy, Beijing　100101)

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海戰場傳感器資源運維管理框架研究*

韋廣立宋文賓陳穎

(中國艦船研究院北京100101)

論文針對現有傳感器管理技術難以適應海戰場大量分布的傳感器多樣化運維管理的問題，借鑒基于策略的管理方法在其它領域的成功應用，進行了基于策略的海戰場傳感器資源運維管理框架設計研究。論文首先結合當前傳感器運維管理方法，分析了面向任務的傳感器資源運維管理基本流程，然后針對海戰場傳感器資源分布、使用等特點，提出了系統的部署結構，最后結合流程和部署結構，給出了運維管理系統框架設計。實際應用表明，該框架能較好地支持海戰場大量分布傳感器的運維管理，并可通過調整策略動態適應多樣化的管理需求。

傳感器資源； 運維管理框架； 基于策略

WEI GuangliSONG WenbinCHEN Ying

(China Ship Research and Development Academy, Beijing100101)

Class NumberTP319

1　引言

傳感器是作戰部隊遂行作戰任務的眼睛，傳感器運維管理的高效性、合理性直接關系到其整體的探測和偵查能力[1]。根據被探測目標種類、探測手段方法、傳感器部署平臺類型和設備演進發展等方面特性的不同，傳感器資源具有多樣性、功能互補性等特點[2]。因此實現對不同種類、不同型號傳感器的綜合調度、協同使用[3]、高效運維和個性管理等傳感器運維管理便成為一個復雜的系統問題。

隨著傳感器資源種類的豐富、數量的增加、作戰過程中傳感器運用研究的深入，對探測能力(包括目標種類、屬性、范圍、時效性、準確率等)要求的不斷提高，采用傳統規劃的方法對傳感器資源進行運維管理已難以滿足要求，尤其是在應對傳感器資源管理需求動態變化的問題上，傳統方式存在適應能力弱的問題。

本文首先介紹基于策略管理的基本概念和應用情況，然后從管理流程和部署方式兩個方面對海戰場傳感器資源運維管理進行分析，在此基礎上提出一種基于策略的海戰場傳感器資源運維管理系統框架，最后進行總結和展望。

2　基于策略的管理

策略是為實現某一個目標，根據形勢發展而制定的行動方針和斗爭方法。在自主領域，基于策略管理的基本思想是利用策略指導系統行為來實現對系統的自動化管理[4]。系統管理者將管理經驗(指導系統行為的目標、規范或約束等)以策略語言的形式表示成為策略，在系統內部或者外部事件發生時，系統自動根據感知的實時狀態信息，按設定的策略進行推理、決策，指導系統自動執行相應行動。

因基于策略的管理方法具備強可配置性、自動化智能動態管理能力、高可擴展能力等特點，能夠為相應決策系統提供動態、靈活和自動化的解決方案，目前已被美軍采用為GIG中信息資源管理等領域的關鍵技術。

2.1美軍GIG基于策略的管理

基于策略技術是美軍GIG實現的“十三大”支撐技術之一，用于支撐其GIG動態、靈活、自動化地安全管理。基于策略技術為GIG提供多方面功能支撐，主要包括以下幾方面：

1) 利用訪問控制策略為GIG中全部的信息、通信、服務等提供標準化的訪問控制行為，如基于信息標簽值和生命周期約束以及用戶優先權和特權提供細粒度的訪問控制[5]；

2) 利用共享控制策略提供多個社區(Communities)獨立共享GIG的能力并在提高可用性的同時還能夠按需進行動態連接；

3) 通過GIG的全局授權支撐單點登錄(Single Sign-on)，允許靈活調整GIG中的策略使之能夠適應不同區域、利益共同體(COI)和指控節點(C2 Node)等的需求；

4) 支持數據所有者制定信息生命周期策略來實現對象的創建、分發、使用和銷毀周期的追蹤和控制。

2.2網絡管理領域和安全領域基于策略的管理

在一些標準化組織如IETF(Internet Engineering Task Force)、DMTF(Distributed Management Task Force)和大量網絡組件等廠商的共同推進下[6]，網絡管理和安全領域已成為目前基于策略的技術應用較為成熟的一個領域，主要功能包括：

1) 網絡服務質量QoS保證。基于策略技術在網絡管理中主要是為網絡業務提供服務質量保證，其通過將對網絡服務質量QoS的保障行為表示為一系列“條件-行為”的對應規則[7]，在提供網絡服務時通過控制網絡設備的轉發行為，從而達到保障服務質量的目的。目前網絡管理可提供的服務質量保障包括轉發優先級、帶寬、時延、抖動[8]等。

2) 訪問控制。基于策略技術在安全領域主要是解決有關強制訪問控制和自由訪問控制的問題，業界通過采用角色訪問控制策略指導訪問控制的行為已經取得了較好的效果，其中用于描述訪問控制策略的策略描述語言也已成為事實上的訪問控制策略的描述標準[9]。

2.3基于策略的海戰場傳感器運維管理系統設計思路

構建基于策略管理系統的核心包括系統模型的建立、策略描述與解釋執行，在海戰場傳感器運維管理系統中具體體現為：

1) 系統模型的建立。主要是系統框架的設計，需根據海戰場的實際特點和基于策略系統的基本模型進行合理設計，將在第3節著重闡述。

2) 策略描述與解釋執行。對傳感器運維管理系統來說，策略即為系統各具體特性的最優度量值，傳感器運維管理以這個最優準則對傳感器資源進行合理科學的分配。目前針對不同應用場合的探測需求[10]，研究人員從不同角度提出了多種傳感器運維管理的策略與方法，典型的策略包括：傳感器資源數量受限的情況下以提高目標追蹤精度為目的的多三坐標雷達目標分配策略、目標監視追蹤情況下以控制電磁輻射量的主被動傳感器分配策略、交戰情況下以提高己方抗反輻射導彈攻擊能力的多平臺分時探測控制策略以及預警探測情形下以保證防區內目標探測概率的雷達網運維管理策略等；典型的求解方法包括基于濾波技術和協方差控制的方法、基于數學規劃和智能優化技術的方法和基于信息論的方法等。然而現有研究由于采用的策略和求解方法以傳感器運維管理方案生成算法的形式緊密耦合在一起，導致當應用場景或者需求發生變化需采用新的策略時，傳感器管理算法也需要整體重新進行設計和編譯，系統靈活適應能力不佳。為提高系統動態靈活適應不同場景和應用需求的能力，可通過如下方式實現策略與求解算法的分離：通過采用目標函數的形式對傳感器運維管理策略進行描述，再利用遺傳算法、貪心算法等通用的求解算法求解使目標函數值最大的運維管理方案作為系統輸出，當系統需求發生變化時，只需在進行方案生成前選擇符合要求的目標函數即可適應新的需求，由于本文側重點在于將基于策略的管理方法引入傳感器運維管理中，對于策略描述規范和方案求解算法的更具體細節不再深入說明。

3　海戰場傳感器資源運維管理

海戰場傳感器具有種類多、數量大、分布廣等特點，利用傳統預案調度式資源管理方法，無法支持海戰場多作戰樣式、復雜戰場環境、平臺高機動性等動態條件下的作戰要求。基于策略的傳感器資源運維管理依據傳感器資源當前狀態信息，采用面向作戰任務的資源調度方式，滿足對多探測任務動態資源調度和管理的需求。

3.1基本流程

為滿足資源動態變化情況下多任務的傳感器運維管理，根據需要采用時間周期或事件觸發的調度方式，設計基于策略的海戰場傳感器資源運維管理基本流程，如圖1所示。

圖1　基于策略的海戰場傳感器運維管理基本流程

在運維管理的一次執行中，探測任務經過運維管理模塊的任務分解，形成對傳感器資源的具體需求，結合當前傳感器資源的狀態，形成運維管理方案。對于當前輸入的任務，由于資源限制、任務沖突等原因，當資源調度優化無法滿足資源使用要求時，運維管理模塊根據當前任務的優先級、傳感器狀態等要素形成最優化的運維管理方案。按照運維管理方案，各傳感器資源的管理調度單位分別進行傳感器資源調度，向傳感器資源控制單位下發調度命令等控制信息。同時，傳感器狀態監控模塊不斷采集各傳感器的狀態，形成資源綜合狀態和報警信息等，作為系統進行運維管理的輸入。運維管理模塊實現任務到資源調度方案的“轉換”，將傳感器資源以完成任務的形式向外透明提供，盡最大努力屏蔽傳感器資源狀態的變化對任務的影響，是面向任務保障傳感器運維管理的關鍵。

3.2部署結構

針對海戰場范圍廣、作戰平臺多樣等特點，常用的集中式管理與自協同方式都無法滿足海戰場傳感器資源的運維管理要求[11]。根據探測任務對傳感器資源的使用要求，結合海戰場資源綜合管理與區域自治等方法，對海戰場傳感器資源采用分層方式，從全局、區域和本地三個層級進行運維管理，每個本地節點可再按此結構進一步細分。

圖2　海戰場傳感器運維管理部署結構

本地節點負責按照局域管理中心下發的傳感器資源運維管理方案和策略，進行資源調度，并將本地傳感器資源狀態和當前任務狀態等信息綜合后上報區域管理中心；區域管理中心負責按照全局管理中心下發的運維管理方案和策略，進行資源調度方案的細化分解，下發到本地節點，并將本地節點上報的傳感器資源狀態信息綜合形成區域狀態信息上報全局管理中心；全局管理中心負責進行任務需求分解和對各區域管理中心上報狀態信息進行綜合，并根據當前配置的策略進行運維管理方案的生成和分發。

運維管理過程中主要涉及傳感器資源態勢感知、接入管理、資源管理、運維管理方案生成、策略管理和任務管理等功能，各個功能相互協同、配合，既可實現對本層次內傳感器資源的綜合化運行管理，也可通過通信網絡實現各級運維管理中心的互連和協同工作。

3.3基于策略的海戰場傳感器資源運維管理系統框架

針對海戰場傳感器資源的運維管理基本流程和部署結構，進行基于策略的海戰場作戰資源運維管理系統框架設計，采用應用層、資源管理層和資源層三層結構，如圖3所示。

最底層為資源層，從使用和管理角度對各種傳感器資源進行分類，以便于進行傳感器資源的信息注冊、管理、狀態采集等；中間層為資源管理層，為框架的核心層，主要包括資源動態接入、資源狀態監視、運維管理方案生成等功能；頂層為應用層，為使用者提供資源態勢的綜合顯示，運維策略的查詢、編輯等，以及作戰任務的添加、刪除、修改等功能。

圖3　基于策略的海戰場傳感器運維管理框架

資源管理層主要包括以下三個功能：

1) 資源動態接入。通過資源信息數據庫，實現對海戰場傳感器資源動態接入，包括對海戰場傳感器資源的信息注冊、信息獲取等功能。

2) 資源監視報警。通過對傳感器資源的狀態進行周期性采集或實時監視，獲取廣域范圍內的大量傳感器的信息，根據設置的報警條件，當多個傳感器的狀態信息達到一定情況時，觸發報警，并通過應用層進行報警信息的顯示和收集，以此作為是否重新進行傳感器調度的依據。

3) 運維管理方案生成。通過將應用層的任務進行分解，實現任務對傳感器資源需求的對應關系，根據當前運維管理的策略和傳感器使用的規則，進行資源調度預案的生成，該過程會生成多個資源調度方案。依據已有方案和歷史經驗，對調度方案進行綜合評價，找出在當前情況適合當前任務的運維管理方案，并將方案變為代碼指令下發到各傳感器執行。

4　結語

本文針對海戰場探測任務需求和傳統傳感器資源管理進行動態多任務保障能力不足的問題，提出了一種基于策略的海戰場傳感器資源運維管理方法。該方法結合海戰場實際作戰需求，進行基本流程、部署結構和系統框架的設計，著眼于提高海戰場傳感器資源的全局管控和協同配合能力，以及適配多要素、多任務的海戰場作戰要求，為資源的組織與管理提供了一種新的解決思路，本文給出的系統框架也可作為運維管理系統設計的模型。實際應用表明，本文提出的運維管理框架能較好地支持對海戰場大規模分布的傳感器管理的管理，并支持基于不同策略調整系統行為以滿足多樣化的運維管理需求，提高了海戰場傳感器運維管理適應大規模分布的傳感器和多樣化運維管理需求的能力，達到了預期目標。

伴隨傳感器種類、數量的豐富和任務過程控制的精細化要求，具備大規模管理能力和靈活適應能力的海戰場傳感器資源運維管理將成為海戰場遂行多樣化作戰任務的重要保障。

[1] 李益龍,王萍.海上編隊傳感器管理[J].指揮信息系統與技術，2013,4(5):24-28.

[2] 羅玉臣，周興林，陳龍等.海上多平臺傳感器管理與控制的設計與實現[J].宇航計測技術，2007,27(6):56-60.

[3] 孫欣.海上編隊協同作戰若干問題的探析[J].艦船電子工程，2013,33(12):10-13.

[4] 廖備水，李石堅，姚遠等.自主計算概念模型與實現方法[J].軟件學報，2008,19(4):779-802.

[5] AR Choudhary. Policy Based Management in the Global Information Grid [J], International Journal of Internet Protocol Technology,2008,3(1):72-80.

[6] National Security Agency (NSA). (U) Global Information Grid-Information Assurance Capability & Technology Roadmap[S].2004.

[7] 錢鋒.基于策略的網絡管理體系結構研究及其在QoS上的應用[J].閩江學院報，2007,28(2):67-72.

[8] 趙偉，邵軍力.基于策略的網絡管理[J].解放軍理工大學學報(自然科學版)，2001,2(3):61-66.

[9] 葉威.訪問控制中的角色挖掘與邏輯編程模型研究[D].武漢：華中科技大學，2014.

[10] 羅開平，姜維，李一軍.傳感器管理述評[J].電子學報，2010,38(8):1900-19.

[11] 童志鵬.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，2008:237-281.

Sensors Resource Operation Management Framework in Sea-battle Field*

Aiming at the problem that current sensor management technology can’t fulfill the diverse management requirements of numerous distributed sensors in sea-battle field, the paper refers to the successful application of policy-based method in other domain, conducts a research on policy-based sea-battle field sensor operation management framework. Firstly, based on current sensor operation management method, the paper analyses flow of task oriented sensor operation management. Secondly, according to the characteristics of distribution and use of sensors in sea-battle field, the deployment architecture is proposed. Finally, a framework is given. Practical application shows that the given framework supports good management of large number distributed sensors in sea-battle field, and can fulfill different management requirements by just changing policies.

sensor, operation management frame, policy-based

2016年2月13日,

2016年3月30日

韋廣立，男，碩士研究生，研究方向：艦船電子工程技術。宋文賓，男，碩士，研究方向：艦船電子工程技術。陳穎，女，碩士，高級工程師，研究方向：系統設計。

TP319

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.08.003