面向任務的跨域協作系統設計與應用展望

高嵐嵐，劉怡靜，劉 然，樂 劍

(軍事科學院戰爭研究院，北京100091)

0 引言

現代戰爭日趨復雜，戰場環境跨越陸、海、空、天、網、電多個領域，戰場信息正以前所未有的速度增加，能否有效協同所有領域的作戰力量，獲得整體作戰效能增益，是未來聯合作戰致勝的關鍵。對此，美陸軍于2016 年提出了“多域戰”概念[1-3]，旨在打破軍種隔閡，同步跨域火力與全域機動，建立并保持對敵優勢。 “多域戰”發揮效能的前提是構建指揮控制系統的信息共享和交互能力，如果無法保障高效協作溝通，就無法實現協同作戰。

2017 年，美空軍提出多域指揮控制(MDC2)發展思路[2]，促使空、天、網絡空間作戰域一體化，推動軍種聯合向作戰能力融合轉變。 2019 年，“多域戰(MDB)”概念升級為“全域戰(JADO)”[4-5]，“多域指揮控制(MDC2)”升級為“聯合全域指揮控制(JADC2)”[6-7]，隨后JADO/JADC2 被納入空軍條令制定工作[8]。JADC2 系統由先進作戰管理系統(ABMS)提供動力，ABMS 是具有開放式體系架構的系統族，采用開源數據標準構建，包含7 種技術類別和28 種產品，針對跨域協作能力開發了專門的應用產品，將有效支持指揮人員的決策過程，縮短觀察、判斷、決策和行動(OODA)周期[9]。

本文設計了一種面向任務的跨域協作系統，可為業務系統提供面向任務的跨域協作群管理、富媒體通信、應用工具擴展等功能，探索通過豐富靈活的協作手段、標準可調整的組織架構、扁平化的協作方式對跨域協作應用模式和理念進行預先研究。

1 相關技術

跨域協作能力要求系統在具備良好的健壯性、穩定性、可維護性的前提下，兼具跨平臺特性、應用支撐特性、擴展性和靈活性。對此，系統采用面向服務的體系架構(Service-Oriented Architecture，SOA)設計思想及B/S 與C/S 混合結構模式，應用J2EE 技術棧及WebRTC+Janus 框架程序實現主要功能開發。

1.1 SOA 技術架構

SOA 是一種框架模型，它將應用程序的不同功能單元(稱為服務)通過定義良好的標準化接口聯系起來，接口采用中立方式進行定義，不受硬件平臺、操作系統和編程語言的限制[10-12]。 基于SOA 架構的系統具有靈活重構、高度自治、獨立演化、動態重組等特點，能夠更加從容地面對業務需求的急劇變化。

跨域協作系統采用SOA 思想設計開發，根據不同功能單元，對系統進行拆分，創建服務或工具軟件(統稱子系統)，子系統之間定義接口或協議，通過接口調用或依據協議的網絡數據通信聯系在一起，實現整個系統功能模塊的松散耦合。 子系統功能的實現和修改不會影響其他子系統，保證系統整體的穩定性和對用戶需求變化的適應性，具有良好的功能擴展性。

1.2 C/S 與B/S 混 合 結 構

C/S 即用戶/服務器結構，它的重要特征是：(1)應用與服務分離，系統具有穩定性和靈活性；(2)點對點結構模式提供更可靠的安全性，適用于高度機密的信息系統；(3)客戶端與服務器直接連接，網絡通信響應速度快，利于處理大量數據；(4)客戶機需要安裝相應的客戶端程序，難以實現快速部署與配置。 B/S 即瀏覽器/服務器結構，具有以下特點[13-14]：(1)分布性強，客戶端零維護；(2)業務擴展與維護簡單方便，可跨操作系統平臺部署安裝；(3)客戶端服務器采用請求-響應模式，響應速度慢；(4)軟件個性化程度低，難以滿足特殊功能要求。

跨域協作系統既有業務邏輯復雜，操作界面處理需求集中，側重穩定性與實時性的功能，又有業務操作相對簡單，側重一致性、共享性和分布性的功能，單獨使用C/S 或B/S 結構都不能很好地滿足本系統的功能需求，因此采用C/S 與B/S 混合架構進行系統設計。

1.3 J2EE 技術棧

J2EE 是基于Java 平臺的關于Web 開發的一系列規范，是當前市場上主流的企業級分布式應用平臺 解 決 方 案。 J2EE 技 術 棧 由SUN、ORACAL、IBM、REDHAT 等公司各自提供J2EE 的規范實現，同時支持C/S 和B/S 結構的服務程序開發，包含容器框架、設計模式控制框架、數據存儲框架、網絡通信框架等多方面開源框架，經過大量項目應用，技術成熟穩定，資料豐富全面。

跨域協作系統包含多個服務程序和應用工具程序，涉及系統架構、數據緩存、數據持久存儲、網絡通信等多個方面。 J2EE 技術棧覆蓋跨域協作系統設計的各方面框架需求，采用J2EE 技術棧，可以提高開發效率，降低維護成本。

1.4 WebRTC+Janus 框架

WebRTC(Web Real-Time Communication)是一個流媒體實時傳輸框架，可實現跨瀏覽器、跨平臺的視音頻通話功能，開發者無需關注多媒體的數字信號處理過程，只需編寫簡單的Javascript 程序即可開發出豐富的實時多媒體應用[15]。 Janus 框架采用SFU(Selective Forwarding Unit) 模式，在服務器端實現多媒體數據流的轉發，是支持WebRTC 實現多對多通信方案中表現優秀的一款框架程序。 采用WebRTC+Janus 框架能夠很好地實現跨域協作系統中文字通信、語音通信、音視頻通信、音視頻會議等富媒體即時通信功能。

2 系統設計

2.1 架構設計

跨域協作系統架構劃分為3 層，分別是數據層、服務層和應用支撐層，層與層之間邏輯邊界劃分清晰，模塊功能職責明確，功能支持與依賴關系明晰，系統架構如圖1 所示。

(1)數據層

數據層為整個協作系統提供數據支撐，由關系數據庫、分布式數據庫、非關系數據庫組成。關系數據庫保存用戶信息、人員信息、虛擬組織架構等業務信息數據，以二維表的方式進行存儲，可以根據索引快速進行數據查詢，方便管理員使用。 分布式數據庫存儲會議共享的文件、視頻、錄像等數據，采用云存儲方式，用戶本地不進行存儲，分布式存儲的文件路徑存儲在關系數據庫中。 非關系數據庫以緩存的形式存儲經常訪問的數據，減少數據服務層與關系數據庫的交互壓力。

圖1 跨域協作系統架構圖

(2)服務層

服務層分為數據服務層與基礎服務層。 數據服務層為基礎服務層提供數據層連接、數據結構轉換等數據存取方面的服務支持，使基礎服務層的服務程序專心實現自己負責的業務功能，不必考慮數據層的數據結構和存取問題。 基礎服務層由一組服務程序構成，服務程序之間通過標準接口彼此聯系，支持集中式或分布式部署。 基礎服務層通過標準的功能接口和數據接口向應用支撐層中的基礎應用工具提供功能實現支撐和數據處理支撐。

(3)應用層

應用層為用戶提供與跨域協作作業相關的應用工具，實現用戶與系統的交互，是系統功能在應用層面的具體體現。 該層按照功能模塊進行劃分，每個功能模塊職責明確，通過接口調用方式協同完成指定功能，實現模塊之間的松耦合，方便模塊內部的修改及模塊的擴展。 應用層以接口形式向各業務系統提供跨域協作功能支持。

2.2 功能設計

跨域協作系統具備虛擬機構管理、跨域協作群管理、個人空間管理、協作空間管理、跨域系統監控感知、富媒體通信、異構信息交互和應用工具嵌入與擴展能力，功能架構圖如圖2 所示。

圖2 跨域協作系統功能組成架構

跨域協作群管理功能根據任務需求，將現實中的組織機構映射到線上，每個機構對應現實中的一個部門，依照現實中部門之間的關系，為機構之間進行關系配置，多個機構共同形成組織架構，并在職、責、權方面隨著現實組織的調整而調整。

多域作戰環境下，某個域的信息格式對于其他域的人員來說難以理解，應用工具嵌入與擴展功能為解決用戶業務需求而生。 用戶能夠根據需求，從工具庫中一鍵式嵌入指定的應用工具到系統中，實現對跨域信息的格式轉換等業務需求，也能夠在跨域協作群中向所有群內用戶推薦和共享應用工具，是解決作戰資源異構性，以統一方式對作戰資源進行調度的有效手段。

富媒體通信功能支持跨地域、跨部門的人員以文字、語音、圖片、視頻、文件、視音頻會商等形式進行協作交流，打破傳統聯絡手段速度慢、效率低，不夠直觀、全面的局限，通過在線一對一、一對多、多對多的互動模式促使用戶在工作上形成“全局掌控、準確判斷、快速反應、果斷決策”的效果。

3 應用展望

跨域協作系統針對當前協同作業手段單一、協作關系復雜、交互流程繁瑣等問題設計了相應解決方案，在探索多域聯合作戰的創新協作手段和理念方面具有良好的應用前景。

(1)多手段協同作業

信息化作戰數據量巨大，信息種類繁多而復雜，對時效性要求高，當前的協同作業手段老舊，流程繁瑣，缺乏交互性，信息呈現非動態，易產生認知偏差，難以為指揮決策提供精確的時敏信息，不能很好地滿足跨域協作與通信方面的要求。 跨域協作系統采用數據中間件、內存數據庫、數據訂閱推送機制為用戶提供跨域環境的文本、圖像、語音、視頻等多源異構信息交互共享能力；采用WebRTC+Janus框架為群組內用戶提供富媒體即時通信功能，允許多人同時進行文字通信、語音通信、視音頻通話和會商。 多種協同手段的創新應用能夠加速戰場信息的精確交互，提高參與人員的互動性，有助于實現指揮員有效決策。

(2)并行協同計劃制定

多域協同計劃的制定過程是將決策支持信息在個人和群組中進行交互，不斷消解沖突，從而獲得一致的行動方案的過程。 隨著作戰域的擴展，參與人數的增加，信息數量和復雜度也在成倍增加，當前協同信息需要經過冗長的通信和信息系統設置流程，造成協同效率低下、時效性差等問題。 跨域協同系統探索將各域參戰力量“粘合”成一個整體，同時感知指揮員的作戰意圖，同步制定作戰計劃，及時交互方案信息，消解沖突，避免作戰方案提交上報后發現沖突，進而進行消解，再次制定、提交方案的繁瑣流程，縮短協同信息的傳遞時間，實現上下互動、左右協調，快速形成一致行動方案的目的。

(3)面向任務的敏捷分組

大規模聯合作戰需要根據不同的作戰任務組織調用不同領域的作戰力量，實現跨域作戰力量的動態重組，并保障信息互聯互通。 跨域協作系統提供一種面向任務的敏捷分組方式，根據不同任務動態建立協作群組，并可在整個任務執行過程中的全域范圍內再次組建群組，重新分配任務。 群組內成員可根據需要建立臨時的上下級關系，分配不同權限，在此基礎上進行協作溝通，共同完成作戰任務，任務完成后可隨時解除群組關系。 這種面向任務的靈活彈性編組方式有助于消除軍種間煙囪式結構，建立扁平化指揮關系，第一時間把握戰機，縮短作戰行動周期。

4 結論

本文圍繞多域聯合作戰背景下的多域信息協同需求，開展了面向任務的跨域協作系統設計。 論文給出了包含數據層、服務層和應用支撐層的協作系統架構，并從跨域協作支撐能力和跨域統一服務能力兩個方面明確了系統功能組成。 跨域協作系統預期可提供多手段協同作業、并行協同計劃制定、面向任務的敏捷分組等能力，為多域聯合協作提供一種解決思路。