劉思培 侯海婷 高天成

隨著網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)和裝備信息化進(jìn)程的推進(jìn),信息化條件下多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)將是未來作戰(zhàn)的主要形態(tài),未來戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)需要具有“先發(fā)制人”的能力,各兵種的信息交互效率和一體化協(xié)同在作戰(zhàn)過程中更為重要,這不僅要求戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和交互協(xié)議數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的語義基因,還要求數(shù)據(jù)之間具有較高的關(guān)聯(lián)性,信息系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別與當(dāng)前裝備平臺(tái)關(guān)聯(lián)的交互協(xié)議信息,實(shí)現(xiàn)裝備平臺(tái)之間交互信息的自動(dòng)化.數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)是戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)高效運(yùn)作的一個(gè)關(guān)鍵,只有實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)全面關(guān)聯(lián),才能推動(dòng)指揮系統(tǒng)真正的自動(dòng)化進(jìn)程.

現(xiàn)有的陸軍戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)[1?4]在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)一方面已初見成效,形成了自己的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),但是在數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性方面還缺乏比較系統(tǒng)的成果.總的來說,現(xiàn)階段陸軍各兵種的信息系統(tǒng)還沒有改變“分頭研制、綜合集成”的模式,歷史的“積淀”導(dǎo)致各兵種信息交互的一體化程度不高.不管是交互內(nèi)容還是編碼方式,不僅兵種之間各有“風(fēng)格”,而且同一兵種內(nèi)部對(duì)指控節(jié)點(diǎn)、對(duì)偵察裝備、對(duì)武器平臺(tái)的信息交互協(xié)議也自成體系.現(xiàn)有陸軍信息系統(tǒng)模式下,兵種交互存在的主要問題有如下幾點(diǎn):

1)兵種內(nèi)部指控節(jié)點(diǎn)之間、指控與偵察裝備之間、指控與武器平臺(tái)之間信息交互協(xié)議各成體系、一體化程度不高,同一內(nèi)容在不同體系中重復(fù)定義,還是需要進(jìn)行“轉(zhuǎn)換”;

2)指控與武器平臺(tái)之間的信息交互仍有“缺項(xiàng)”,現(xiàn)有信息交互協(xié)議尚不能支持炮兵、防空射擊指揮對(duì)武器平臺(tái)狀態(tài)的實(shí)時(shí)、全面掌控,距離指控火控一體還有差距;

3)各個(gè)兵種除了使用通用協(xié)議外,還都存在自身的專用協(xié)議,情報(bào)和指控的一體化程度也不高.

4)不管是指控節(jié)點(diǎn),還是偵察裝備、保障裝備、武器平臺(tái),與交互協(xié)議之間都不存在關(guān)聯(lián).裝備對(duì)于本身能夠接收和發(fā)送的交互協(xié)議不明確.

1 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)以上的問題,本文立足解決戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)信息交互的“煙囪”問題,在交互協(xié)議關(guān)聯(lián)模型建模過程中,需要充分考慮未來作戰(zhàn)的陸軍戰(zhàn)術(shù)指揮信息系統(tǒng)的需求,在指控火控一體、情報(bào)指控一體、兵種要素一體指導(dǎo)思想下,分別開展結(jié)構(gòu)化元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、交互協(xié)議設(shè)計(jì)、關(guān)聯(lián)模型設(shè)計(jì)和對(duì)象編碼設(shè)計(jì)等工作,構(gòu)成了交互協(xié)議關(guān)聯(lián)模型的基礎(chǔ).

首先,采用面向?qū)ο蟮乃枷?基于本體[5?6]技術(shù)中概念、屬性、關(guān)系、實(shí)例等基本原語對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)資源和交互協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一描述存儲(chǔ);其次,在統(tǒng)一的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)描述框架下,將戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)交互協(xié)議一一映射到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中,對(duì)協(xié)議類別、字段名稱、字段取值類型、編碼方式等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),并將交互協(xié)議的關(guān)聯(lián)作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn),在交互協(xié)議與作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)單元狀態(tài)以及交互協(xié)議之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系.主要設(shè)計(jì)思路如下:

1)統(tǒng)一元數(shù)據(jù)[7]描述,采用面向?qū)ο蟮乃枷?將各類信息交互協(xié)議中的數(shù)據(jù)元素統(tǒng)一定義,使各兵種交互信息具有相同邏輯基礎(chǔ)和語義“基因”;

2)按照指控火控一體的要求,將裝備的狀態(tài)管理作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn),并實(shí)現(xiàn)指揮指令與裝備狀態(tài)的關(guān)聯(lián);

3)信息交互協(xié)議統(tǒng)一采用VMF[8]二進(jìn)制編碼,降低對(duì)帶寬的要求,提升處理效率;

總的來說,是要改變現(xiàn)有“就事論事”的信息交互設(shè)計(jì)模式,進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃;破除“存在即合理”、“能不變就不變”的思維,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效能優(yōu)化提升.

2 結(jié)構(gòu)化元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

基于本體技術(shù)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)資源數(shù)據(jù)描述進(jìn)行統(tǒng)一描述,形成結(jié)構(gòu)化元數(shù)據(jù)模型,模型包括數(shù)據(jù)元素、屬性、數(shù)據(jù)類型、關(guān)聯(lián)關(guān)系和編碼方式5個(gè)部分,其相互關(guān)系具體描述如圖1所示.

1)數(shù)據(jù)元素是對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)資源對(duì)象的抽象和分類,表現(xiàn)為集合、對(duì)象類型或者事物的種類,往往具有層次關(guān)系,采用資源描述框架(RDF)[9]結(jié)構(gòu)來表示對(duì)象的集合,定義了5種基本數(shù)據(jù)元素—任務(wù)、實(shí)體、能力、環(huán)境、情報(bào);

2)屬性是對(duì)某一具體戰(zhàn)場(chǎng)資源的特征或特性的抽象描述,每個(gè)屬性都表征了對(duì)象某一方面的特性;

3)數(shù)據(jù)類型用于定義每個(gè)屬性的取值類型或取值范圍的約束條件,包括基本數(shù)據(jù)類型、個(gè)體枚舉類型和自定義數(shù)據(jù)類型三大類;

4)關(guān)聯(lián)關(guān)系是對(duì)不同類別戰(zhàn)場(chǎng)資源的相互關(guān)聯(lián)或依賴關(guān)系的抽象描述,可以在兩個(gè)有關(guān)系的數(shù)據(jù)元素之間定義關(guān)聯(lián)關(guān)系;

5)編碼方式給數(shù)據(jù)元素的每個(gè)屬性定義一個(gè)確定的編碼方式,用于交互信息的編解碼.

3 交互協(xié)議設(shè)計(jì)

交互協(xié)議構(gòu)成可分為協(xié)議類別、字段名稱、數(shù)據(jù)類型、編碼方式等.基于數(shù)據(jù)元素的思想,可將各種交互協(xié)議也定義為一類數(shù)據(jù)元素;將交互協(xié)議的字段名稱定義為屬性,并配屬到相應(yīng)數(shù)據(jù)元素上;將字段取值定義數(shù)據(jù)類型,包括枚舉數(shù)據(jù)類型,如軍種字段的取值{海、陸、空},基本類型如何整型、字符型、浮點(diǎn)型和布爾型等,用戶自定義類型如日期、時(shí)間、經(jīng)緯度、長度等;將交互協(xié)議傳輸所需編解碼轉(zhuǎn)換方式定義編碼方式.

圖1 結(jié)構(gòu)化元數(shù)據(jù)體系構(gòu)成

通過使用數(shù)據(jù)元素、屬性、數(shù)據(jù)類型、關(guān)聯(lián)關(guān)系和編碼方式,分別對(duì)交互協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì),具體設(shè)計(jì)如下:

1)基于數(shù)據(jù)元素模型中概念間的繼承關(guān)系,實(shí)現(xiàn)所有交互協(xié)議報(bào)文的分類有效描述和重新組織,并可通過概念等價(jià)關(guān)系對(duì)不同兵種相似報(bào)文之間建立關(guān)聯(lián);

2)基于屬性模型對(duì)所有交互協(xié)議的字段或復(fù)合域進(jìn)行有效刻畫和管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同兵種交互協(xié)議的字段進(jìn)行統(tǒng)一和規(guī)范,也可以基于屬性繼承關(guān)系管理含義相同、描述不同的字段之間建立語義關(guān)聯(lián);

3)基于數(shù)據(jù)類型可對(duì)交互協(xié)議字段類型和數(shù)據(jù)字典進(jìn)行組織和管理,字段類型既可以是整體、字符型、布爾型等基本類型,也可以是用戶自定義的復(fù)雜類型;

4)基于關(guān)聯(lián)關(guān)系可實(shí)現(xiàn)基本粒度交互協(xié)議的相互拼組和聚合,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜交互協(xié)議的描述;還可以在不同交互協(xié)議之間定義特定的語義關(guān)系,滿足不同應(yīng)用背景下對(duì)交互協(xié)議的過濾和推薦;

5)基于編碼方式模型與屬性和數(shù)據(jù)類型模型組合,實(shí)現(xiàn)對(duì)相同格式、相同類型的不同編碼方式的交互協(xié)議的定義,支持不同場(chǎng)景、不同時(shí)延或精度的使用需求.

4 關(guān)聯(lián)模型設(shè)計(jì)

鑒于現(xiàn)階段陸軍各兵種的互聯(lián)互通需要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn),交互協(xié)議關(guān)聯(lián)模型賦予各兵種交互信息關(guān)聯(lián)關(guān)系,在交互協(xié)議與作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)單元狀態(tài)之間建立關(guān)聯(lián)模型,對(duì)各類交互協(xié)議之間的組合關(guān)聯(lián)關(guān)系、流程關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì).模型體系架構(gòu)如圖2所示.

4.1 交互協(xié)議與作戰(zhàn)單元關(guān)聯(lián)關(guān)系

通過在作戰(zhàn)單元與交互協(xié)議之間定義一種關(guān)聯(lián)關(guān)系,可實(shí)現(xiàn)每種裝備單元或者力量單元可以發(fā)送和接收的指令類、情報(bào)類、狀態(tài)類交互協(xié)議進(jìn)行篩選和過濾,保證在統(tǒng)一框架下組織的交互協(xié)議,具有對(duì)武器平臺(tái)和力量單元的智能過濾與自選擇能力.

圖2 交互協(xié)議關(guān)聯(lián)關(guān)系示意圖

如圖3所示,武器狀態(tài)信息只能由武器平臺(tái)發(fā)送比如122自行火炮、紅箭10反坦克導(dǎo)彈;部隊(duì)位置信息只能有作戰(zhàn)力量部隊(duì)發(fā)送,比如后勤保障連和偵察連;射擊命令只能發(fā)送給武器平臺(tái);保障命令只能發(fā)送給后勤保障連或者保障裝備;雷達(dá)偵察情報(bào)只能是由偵察連隊(duì)或者偵察裝備發(fā)出的.

圖3 交換協(xié)議與作戰(zhàn)單元關(guān)聯(lián)關(guān)系示意圖

4.2 交互協(xié)議與作戰(zhàn)單元狀態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系

通過在作戰(zhàn)單元狀態(tài)與交互協(xié)議之間定義兩種關(guān)聯(lián)關(guān)系,即協(xié)議可用狀態(tài)關(guān)系和協(xié)議生效狀態(tài)關(guān)系,用以實(shí)現(xiàn)武器狀態(tài)或者力量狀態(tài)與可用交互協(xié)議的關(guān)聯(lián),保證當(dāng)前狀態(tài)下作戰(zhàn)單元使用交互協(xié)議的合理性,減少指揮參謀人員操作的復(fù)雜度.

如圖4所示,分別在雷達(dá)狀態(tài)和雷達(dá)指揮控制命令之間定義可用和生效關(guān)聯(lián)關(guān)系,可實(shí)現(xiàn)每個(gè)狀態(tài)下可使用指令的約束關(guān)系.即開機(jī)指令的可用狀態(tài)是關(guān)機(jī)狀態(tài),生效狀態(tài)為待機(jī)狀態(tài);升高壓指令的可用狀態(tài)和生效狀態(tài)均為工作狀態(tài);目標(biāo)偵察指令的可用狀態(tài)為待機(jī)狀態(tài)、生效狀態(tài)為工作狀態(tài);關(guān)機(jī)指令可用狀態(tài)為待機(jī)狀態(tài),生效狀態(tài)為關(guān)機(jī)狀態(tài).

圖4 交換協(xié)議與作戰(zhàn)單元狀態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系示意圖

4.3 交互協(xié)議流程關(guān)聯(lián)關(guān)系

在武器指揮控制類交互協(xié)議間定義一種先后使用順序的約束關(guān)系,即流程關(guān)聯(lián)關(guān)系,可實(shí)現(xiàn)對(duì)武器控制的交互順序和依賴情況進(jìn)行描述.從而對(duì)每種交互協(xié)議使用條件和順序進(jìn)行細(xì)化和規(guī)定,保證指揮控制活動(dòng)的正常有序展開,實(shí)現(xiàn)指揮控制系統(tǒng)操作界面優(yōu)化和用戶友好性.

圖5 交互協(xié)議流程關(guān)聯(lián)關(guān)系示意圖

如圖5所示,還以雷達(dá)指令為例,開機(jī)指令是關(guān)機(jī)指令的后續(xù)指令;升高壓指令是目標(biāo)偵察指令的后續(xù)指令;目標(biāo)偵察指令是開機(jī)指令的后續(xù)指令;關(guān)機(jī)指令是開機(jī)指令、升高壓指令和目標(biāo)偵察指令的后續(xù)指令.

4.4 交互協(xié)議組合關(guān)聯(lián)關(guān)系

基于數(shù)據(jù)化體系,通過對(duì)各兵種武器控制交互協(xié)議進(jìn)行梳理,將交互協(xié)議分為基本交互協(xié)議和組合交互協(xié)議.其中,根據(jù)武器控制涉及到基本實(shí)體或要素的相對(duì)獨(dú)立性,可抽象出共用、基本、獨(dú)立的基本單元稱作是基本交互協(xié)議,通過在基本交互協(xié)議之間定義一種組合關(guān)聯(lián)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)基本交互協(xié)議的組裝或復(fù)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)組合交互協(xié)議的定義.

如圖6所示,在交互協(xié)議A、B、C之間定義了交互協(xié)議組合關(guān)系,交互協(xié)議B是由交互協(xié)議A和交互協(xié)議B通過關(guān)聯(lián)關(guān)系1和關(guān)聯(lián)關(guān)系2組合構(gòu)成.

圖6 交互協(xié)議組合關(guān)聯(lián)關(guān)系示意圖

5 對(duì)象化編碼設(shè)計(jì)

基于結(jié)構(gòu)化元數(shù)據(jù)完成對(duì)交互協(xié)議和關(guān)聯(lián)關(guān)系的定義和描述,可將以往編解碼面向字段方式,轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚪Y(jié)構(gòu)化對(duì)象編碼;在屬性、關(guān)系編碼方面借鑒VMF格式,可實(shí)現(xiàn)對(duì)屬性出現(xiàn)靈活性、關(guān)系使用的自主性上進(jìn)行保證和支持.

用戶編輯報(bào)文時(shí)只需在選擇合適的數(shù)據(jù)元素,并在元素的所有屬性中選擇某幾個(gè)屬性并給屬性賦值組成形成報(bào)文字段.由于每個(gè)屬性的編碼方式都已經(jīng)確定,用戶不需要考慮編碼直接發(fā)送給其他平臺(tái)即可.交互協(xié)議編碼即包括組合交互協(xié)議的編碼和基本交互協(xié)議編碼兩個(gè)過程,具體如圖7和圖8所示.

6 設(shè)計(jì)示例

各軍兵種作戰(zhàn)單元在交互過程中只需要在元數(shù)據(jù)體系的數(shù)據(jù)元素中找到交互協(xié)議對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)元素,并給該元素的屬性賦值,即可以形成數(shù)據(jù)化的交互協(xié)議.如圖9所示,對(duì)于“觀察我方射擊炸點(diǎn)”的指令交互協(xié)議,首先在基本數(shù)據(jù)元素“任務(wù)”類下找到“觀察射擊炸點(diǎn)”的子類,然后查詢相應(yīng)的屬性,比如觀察半徑、通報(bào)時(shí)間等,如果協(xié)議是復(fù)合的復(fù)雜協(xié)議,再匹配對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,如觀察炸點(diǎn)和打擊火炮關(guān)系,對(duì)應(yīng)到數(shù)據(jù)元素“情報(bào)”下面的“炸點(diǎn)”子類和“實(shí)體”下面的“火炮”子類,對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)元素類的屬性賦值.依據(jù)每個(gè)屬性的取值類型,給所有屬性都賦值后,基于元數(shù)據(jù)中對(duì)每個(gè)屬性預(yù)先定義的編碼方式,即可實(shí)現(xiàn)交互協(xié)議的編碼,然后進(jìn)行分發(fā).

7 結(jié)論

本文提出了一種陸軍戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)中交互協(xié)議關(guān)聯(lián)模型設(shè)計(jì)方法,分別描述結(jié)構(gòu)化元數(shù)據(jù)模型、交互協(xié)議設(shè)計(jì)、關(guān)聯(lián)關(guān)系設(shè)計(jì)和對(duì)象化編碼設(shè)計(jì)等內(nèi)容,并給出了一個(gè)應(yīng)關(guān)聯(lián)模型建立的結(jié)構(gòu)化交互協(xié)議示例.但由于交互協(xié)議涉及陸軍多兵種的交互,其信息結(jié)構(gòu)尤為復(fù)雜,因此本文關(guān)聯(lián)模型還只是一種規(guī)范信息交互協(xié)議的描述方法,為實(shí)現(xiàn)諸兵種平臺(tái)互聯(lián)互通打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ),后續(xù)還會(huì)開展基于該模型的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工作.

圖7 組合交互協(xié)議編碼方式示意圖

圖8 基本交互協(xié)議編碼方式示意圖

圖9 數(shù)據(jù)化交互協(xié)議格式示例圖