藍羽石 趙克儉 郭成昊 金欣

未來網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)場環(huán)境下,作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)樣式復(fù)雜多變,指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理和形態(tài)也將呈現(xiàn)多樣化的特征.對于不同類型、不同職責(zé)的指揮與情報機構(gòu),其內(nèi)部交戰(zhàn)管理、業(yè)務(wù)處理的復(fù)雜度、對外交互的頻繁度等也各不相同,這就使得它們對處理能力和工作環(huán)境的要求也大相徑庭,一方面任務(wù)在變化,指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)需要對不斷變化的情況具有很強的適應(yīng)能力,既能保持一個滿足小規(guī)模任務(wù)執(zhí)行的精簡架構(gòu)和環(huán)境,也能根據(jù)需要動態(tài)擴展以滿足不斷增長的業(yè)務(wù)處理復(fù)雜性;另一方面,由于環(huán)境(地理位置、空間等)限制,指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)也要能相適應(yīng)地進行彈性伸縮.此外,網(wǎng)絡(luò)電磁空間已經(jīng)成為繼陸、海、空、天之外的又一新的戰(zhàn)場,未來信息化條件下作戰(zhàn)要求信息系統(tǒng)能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境下進行激烈對抗,這就對系統(tǒng)整體對抗能力提出了更高要求,系統(tǒng)必須要具有容忍故障和錯誤,以及外部攻擊入侵能力[1?3].

從上述分析可以看出,未來戰(zhàn)場形式和戰(zhàn)爭形態(tài)對指揮控制與信息處理系統(tǒng)的能力提出了新的要求,而架構(gòu)是反映系統(tǒng)整體能力的決定性要素,因此,如何從架構(gòu)上支撐復(fù)雜多變的處理,提高系統(tǒng)的韌性以及面向任務(wù)的適應(yīng)性,已成為系統(tǒng)研制建設(shè)的關(guān)鍵問題之一.本文通過對指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)功能與工作環(huán)境的總結(jié)歸納,提煉出對系統(tǒng)架構(gòu)的能力特征要求,從而提出適應(yīng)任務(wù)需要的不同規(guī)模、不同應(yīng)用場景的指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)的架構(gòu)集合,最終形成根據(jù)任務(wù)可組態(tài)、韌性的系統(tǒng)架構(gòu),為網(wǎng)絡(luò)中心化指揮信息系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計與分析提供參考.

1 指揮控制與信息處理系統(tǒng)概念內(nèi)涵

1.1 指揮控制系統(tǒng)的定義和分類

指揮控制系統(tǒng),簡稱指控系統(tǒng),是支撐指揮員和指揮機關(guān)對部隊及武器系統(tǒng)實施指揮和控制的信息系統(tǒng).

指控系統(tǒng)按需要可以歸為兩種形式:一種是按裝備自身運作需要,配屬于特定裝備的指控系統(tǒng).例如一艘艦船(或一個炮群、導(dǎo)彈發(fā)射架等)的指控系統(tǒng),主要負責(zé)指揮艦船上的各型武器裝備(或配屬的火炮、導(dǎo)彈發(fā)射架等).此類針對裝備的特點構(gòu)建的指控系統(tǒng),負責(zé)對特定的裝備或其組合進行特定的指揮和控制,其指揮對象固定,隨著裝備的發(fā)展而發(fā)展;另一種是按任務(wù)需要,針對參與任務(wù)的部隊及裝備的指揮需求構(gòu)建的指控系統(tǒng),其指揮的部隊及裝備會根據(jù)任務(wù)需要變化.任務(wù)可以分為兩類,一是長期任務(wù),例如針對國土防衛(wèi)任務(wù),會開設(shè)一系列國土防衛(wèi)指揮所;二是根據(jù)戰(zhàn)爭或突發(fā)事件處置的需要開設(shè)的指揮所,其平時以各種指揮裝備的形式存在,可以根據(jù)任務(wù)需要組裝在一起構(gòu)成不同規(guī)模、不同能力的指揮所.由于配屬于特定裝備的指控系統(tǒng)能力和規(guī)模與所屬裝備密切相關(guān),且相對固定,對其架構(gòu)的討論不屬于大系統(tǒng)設(shè)計范疇,因此本文主要討論的是后一種指控系統(tǒng)的架構(gòu).

因為任務(wù)的變化是無窮盡的,不可能針對每種任務(wù)定制開發(fā)一套指控系統(tǒng),只能要求指控系統(tǒng)按照不同的任務(wù)靈活裁剪、伸縮、重構(gòu).這種靈活的構(gòu)建方式對系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計提出了較高要求.

1.2 指揮控制系統(tǒng)的定義和分類

信息處理系統(tǒng)是對信息從生成開始的全生命周期進行管理與控制的系統(tǒng),涵蓋了從收集、處理、存儲、分發(fā)到管理信息各個環(huán)節(jié).在本文中,我們討論的信息處理系統(tǒng)主要是指情報信息處理系統(tǒng).

情報信息處理系統(tǒng)通過情報的獲取、處理,形成各類情報產(chǎn)品,并通過建立高效、快捷以及安全的分發(fā)機制,為戰(zhàn)場各級各類用戶提供全面、實時和連續(xù)的情報信息.

情報信息處理系統(tǒng)的目標(biāo)是要通過對各類信息的綜合處理,以掌握當(dāng)前的戰(zhàn)場情況.針對不同情報產(chǎn)品,其采用的處理模型和規(guī)則也會不同,對底層處理和存儲資源的能力要求也不盡相同.情報信息處理系統(tǒng)大致可分為兩類:一類是附屬于指揮所,為指揮所服務(wù)的情報官系統(tǒng),根據(jù)任務(wù)需要,為指揮作業(yè)提供情況判斷支持,協(xié)助指揮員對情報進行研判;另一類是面向情報用戶的情報信息處理系統(tǒng),也就是我們一般所說的情報系統(tǒng),按照情報業(yè)務(wù)、職責(zé)范圍可分為多種不同類型,它們的基本組成結(jié)構(gòu)大致分為前后臺兩大部分:前臺情報信息分發(fā)與應(yīng)用主要負責(zé)信息對外服務(wù)部分,后臺情報信息匯集與綜合處理主要負責(zé)業(yè)務(wù)處理部分.系統(tǒng)前臺主要負責(zé)處理用戶的請求,對處理結(jié)果進行鏡像存儲、查詢檢索以及按需的分發(fā).系統(tǒng)后臺是將各偵查系統(tǒng)的信息經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)匯集到處理中心,經(jīng)情報互相關(guān)聯(lián)、印證、融合以及數(shù)據(jù)的深度挖掘和分析,形成針對用戶需求的情報產(chǎn)品.前后臺架構(gòu)根據(jù)實際用戶和任務(wù)的增多可以進行調(diào)整和擴展,呈現(xiàn)靈活可組態(tài)的特征.

2 指揮控制系統(tǒng)的功能及工作環(huán)境

指揮控制系統(tǒng)的功能主要是為指揮員提供保障,在其指揮控制的各個業(yè)務(wù)階段提供必要的環(huán)境支撐和決策支持.關(guān)于指揮控制的過程,國內(nèi)外相關(guān)理論中提出了OODA、Lawson、Wohl0s SHOR、RPD、HEAT等多種模型[4?6],歸納起來包括3大業(yè)務(wù)內(nèi)容:任務(wù)籌劃、指揮實施、總結(jié)評估.

2.1 任務(wù)籌劃

任務(wù)籌劃主要是在行動開始實施之前,根據(jù)上級的意圖,進行情況研判、籌劃行動構(gòu)想、制訂行動計劃,對行動構(gòu)想/計劃進行推演評估、確定行動計劃,直至最終下達行動計劃(下發(fā)到部隊/裝備/下級指揮所)的整個過程.部分任務(wù)籌劃發(fā)生在行動實施過程中,當(dāng)預(yù)設(shè)計劃無法適應(yīng)戰(zhàn)場情況變化時,重復(fù)執(zhí)行上述過程.

其中,指控系統(tǒng)主要提供一套籌劃作業(yè)工具(負責(zé)接收、處理和展現(xiàn)來自信息處理系統(tǒng)的情報產(chǎn)品的工具,提供行動構(gòu)想/計劃的編輯、分析、評估支持等),以及相應(yīng)的計算/建議/優(yōu)化支持(包括對戰(zhàn)場態(tài)勢及可能發(fā)生的事件的預(yù)測估計、對出動兵力、使用區(qū)域、投送路徑、行動時序等行動要點的建議及優(yōu)化、對行動構(gòu)想/計劃的推演評估、對行動指令的生成和轉(zhuǎn)換等)和數(shù)據(jù)支持(兵力部署數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)、背景知識數(shù)據(jù)、對象/活動模型數(shù)據(jù)等).

2.2 指揮實施

指揮實施主要是在行動實施過程中,動態(tài)掌握戰(zhàn)場實時情況,對掌握的情況進行判斷和預(yù)測和共享,按計劃執(zhí)行預(yù)設(shè)的動作,對突發(fā)情況進行處置,適時提交調(diào)整計劃的申請.

其中,指控系統(tǒng)主要提供一套指揮作業(yè)工具(負責(zé)實時情報的接收、處理和展現(xiàn),計劃執(zhí)行狀態(tài)的動態(tài)更新和展現(xiàn),戰(zhàn)場情況的動態(tài)標(biāo)注和分發(fā),行動指令和協(xié)同消息的生成和傳遞等),以及相應(yīng)的計算/建議/優(yōu)化支持(包括戰(zhàn)場情況告警計算、對象行動控制解算、預(yù)案匹配計算等)和數(shù)據(jù)支持(計劃數(shù)據(jù)、實時交戰(zhàn)數(shù)據(jù)、對象模型數(shù)據(jù)等).

2.3 總結(jié)評估

總結(jié)評估主要是在行動過程中,實時采集相應(yīng)數(shù)據(jù),以及在行動結(jié)束之后,對行動進行總結(jié),對行動及指揮過程進行評判,制定改進的措施.

其中,指控系統(tǒng)主要提供一套評估作業(yè)工具(負責(zé)實時采集相關(guān)數(shù)據(jù),以及后期回放歷史行動過程和態(tài)勢演變過程,提供各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和可視化展現(xiàn)、總結(jié)報告的編輯、部分任務(wù)籌劃的作業(yè)功能),以及相應(yīng)的計算/建議/優(yōu)化支持(包括各種統(tǒng)計評估計算,以及部分籌劃計算)和數(shù)據(jù)支持(包括原先的任務(wù)和計劃數(shù)據(jù)、實時采集的過程數(shù)據(jù)、背景知識數(shù)據(jù)、相關(guān)模型數(shù)據(jù)等).

指控系統(tǒng)的工作環(huán)境包括前臺的指揮作業(yè)環(huán)境和后臺的籌劃評估作業(yè)環(huán)境兩部分.其中,指揮作業(yè)環(huán)境主要用于行動監(jiān)控和實時調(diào)度,由一個監(jiān)控型的環(huán)境和一套協(xié)同工作的環(huán)境組成;籌劃評估作業(yè)環(huán)境主要用于任務(wù)籌劃和總結(jié)評估,主要由一個研討型環(huán)境組成.

隨著戰(zhàn)爭形態(tài)的演變和技術(shù)的發(fā)展,前臺指揮作業(yè)環(huán)境將向輕量化發(fā)展,可隨任務(wù)及其承載環(huán)境的變化靈活伸縮,即可任意組態(tài);而后臺籌劃評估作業(yè)環(huán)境則將大規(guī)模擴張,因其涉及到大量的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的計算,往往配有大規(guī)模的工作站和服務(wù)器集群,需要保證高度可靠和抵抗攻擊的性能.

3 信息處理系統(tǒng)的功能及服務(wù)

各種偵察探測監(jiān)視平臺是獲取戰(zhàn)場信息的主要手段,它們是信息源,面向情報用戶的信息處理系統(tǒng)主要是針對各類偵查系統(tǒng)上報匯聚到處理中心的原始情報素材,根據(jù)信源特點和應(yīng)用需求對情報進行相互關(guān)聯(lián)、印證與融合,并進一步根據(jù)各種任務(wù)需求進行情報的深度挖掘和分析,形成面向用戶的情報產(chǎn)品,從而分發(fā)給各類情報用戶,整個處理過程中,可以根據(jù)具體情況進行人工干預(yù).而情報官系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前執(zhí)行任務(wù)的需要,從情報產(chǎn)品庫中獲取任務(wù)所需情報信息,并綜合我方情況信息,進行戰(zhàn)場情況判斷,形成的情況判斷支持產(chǎn)品通過情報分發(fā)下發(fā)給各下屬部隊,為指揮員的情況研判提供支持,圖1給出了兩類情報信息處理系統(tǒng)的處理流程圖.

4 指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)架構(gòu)

研究軟件體系架構(gòu)的研究者認為:系統(tǒng)架構(gòu)是系統(tǒng)中最重要的組成部分和它們的接口,以及作出創(chuàng)建、改變或重用這些組成部分的策略,也是描述這些組成部分在運作時如何交互來實現(xiàn)系統(tǒng)中最重要功能的一種抽象形式.

本節(jié)首先總結(jié)歸納了適應(yīng)不同環(huán)境和任務(wù)的指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)的架構(gòu)集合,其次,在此基礎(chǔ)上提出了未來可組態(tài)、韌性的指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)架構(gòu).

4.1 指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)架構(gòu)集

4.1.1 雙服務(wù)器架構(gòu)

雙服務(wù)器架構(gòu)是指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)最精簡的架構(gòu),采用了雙機熱備份技術(shù),使得數(shù)據(jù)在互為備份的服務(wù)器間保持同步,正常情況下,主從服務(wù)器同步運行,當(dāng)其中一臺故障失效時,系統(tǒng)能很快切換到備份服務(wù)器繼續(xù)提供服務(wù).由于前出的指揮控制與附屬在其上的情報官系統(tǒng)的工作環(huán)境是部署在小型機動平臺上,指揮調(diào)度的作戰(zhàn)力量和偵察力量數(shù)量有限,作戰(zhàn)籌劃、計劃推演計算以及情報信息處理的復(fù)雜度不高,此外,受到地理空間、環(huán)境的限制,其內(nèi)部也不可能部署大型處理設(shè)備和研討用人機交互環(huán)境.因此,指揮控制系統(tǒng)往往將前臺的行動監(jiān)控和實時調(diào)度作戰(zhàn)單元與后臺的籌劃行動構(gòu)想和制定行動計劃,以及總結(jié)評估集成在一起,作為一個整體提供服務(wù),雙服務(wù)器架構(gòu)并不是指整個系統(tǒng)只有兩臺服務(wù)器,而是指同一類功能分別部署兩臺服務(wù)器,互為熱備份,而如果系統(tǒng)中功能復(fù)雜,不適合全部放在一臺服務(wù)器中,那么可以增加多組主備服務(wù)器部署其余業(yè)務(wù)功能,比如指揮控制系統(tǒng)再增加文電主備服務(wù)器和用戶管理服務(wù)器等,如圖2所示.

圖1 情報信息處理系統(tǒng)的處理流程圖

這里需要注意的是,雙服務(wù)器架構(gòu)一般只應(yīng)用于類似前出的戰(zhàn)場前沿指揮控制系統(tǒng)中,這種系統(tǒng)由于其工作環(huán)境的限制很難采用以下介紹的架構(gòu)類型.

4.1.2 集群架構(gòu)

隨著更多的設(shè)備參與到作戰(zhàn)活動的各個環(huán)節(jié)中,業(yè)務(wù)處理的復(fù)雜程度將大幅增加,用于戰(zhàn)場決策的數(shù)據(jù)與信息也將不斷增多,對這些海量異構(gòu)信息的加工、處理、挖掘和分析也會使得對信息處理能力要求的指數(shù)級增長.

指揮控制系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)的前、后臺各類服務(wù)器作為系統(tǒng)處理的入口,需要面對大量用戶的高并發(fā)訪問,通過集群調(diào)度與管理技術(shù),組建服務(wù)器集群,將多臺服務(wù)器組成一個整體共同提供服務(wù),從而分擔(dān)處理壓力,這也是集群架構(gòu)的核心特征.此外,集群內(nèi)部進行冗余備份也更加靈活,可以根據(jù)任務(wù)需要部署一臺或多臺備份服務(wù)器.在集群架構(gòu)中可以通過不斷向集群中加入服務(wù)器的手段來緩解不斷增長的用戶并發(fā)訪問壓力和數(shù)據(jù)處理需求,集群本身也能進行擴展,根據(jù)任務(wù)復(fù)雜程度,遵照業(yè)務(wù)隔離準(zhǔn)則,可以部署多個集群分別完成不同的業(yè)務(wù)處理,如圖3所示.

圖2 雙服務(wù)器架構(gòu)

圖3 集群架構(gòu)

在集群架構(gòu)內(nèi),通過增加負載均衡層,根據(jù)集群內(nèi)服務(wù)器負載情況、任務(wù)QoS要求等因素,將不同任務(wù)請求均衡到合適的服務(wù)器上,保障系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性、可靠性和高效性.

這里需要注意的是,集群架構(gòu)可以認為是揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)性架構(gòu),后面介紹的所有架構(gòu)都是在集群架構(gòu)上進行的變化和擴展.

4.1.3 安全防護架構(gòu)

未來信息化條件下的作戰(zhàn)要求信息系統(tǒng)能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境下進行激烈對抗,這就需要保證系統(tǒng)的整體對抗能力.系統(tǒng)的安全防護架構(gòu)包含如下4種設(shè)計要素,具體如圖4所示.

1)增加安全服務(wù)區(qū),提供安全防護設(shè)施、數(shù)字證書設(shè)施、密碼服務(wù)設(shè)施、安全態(tài)勢感知設(shè)施,安全管理設(shè)施5個部分,每個部分都相互關(guān)聯(lián)、相互支撐,形成完整的安全防護體系.

2)信息系統(tǒng)前后臺之間設(shè)計數(shù)據(jù)交換層,使得前后臺之間只進行商定應(yīng)用協(xié)議下的數(shù)據(jù)報文交互,其他的協(xié)議全部進行過濾.

3)信息系統(tǒng)在按照業(yè)務(wù)劃分后,針對不同業(yè)務(wù)的安全訪問等級,設(shè)計不同的安全分區(qū),使得用戶只能訪問其授權(quán)范圍內(nèi)的信息.

4)增加蜜罐區(qū),將識別出的攻擊源導(dǎo)入蜜罐區(qū)進行分析,并按需提供欺騙信息.

圖4 安全防護架構(gòu)

4.1.4 應(yīng)用按需擴展架構(gòu)

一方面,負責(zé)重要任務(wù)的后方指揮控制系統(tǒng)相對于戰(zhàn)場前出的指揮控制系統(tǒng),具體的職責(zé)范圍更廣,所負責(zé)的指揮業(yè)務(wù)也更多,處理復(fù)雜多也更高.另一方面,固定部署的信息處理系統(tǒng)的處理容量和用戶規(guī)模也較附屬于前出指揮所的情報官系統(tǒng)更大,其進行的信息處理不論是接入信源的種類,還是融合處理的復(fù)雜度,都有所增加.提供的用戶也從原來固定上級用戶,擴展到責(zé)任區(qū)內(nèi)各級各類指揮所、業(yè)務(wù)部門等情報用戶.

因此,需要將系統(tǒng)的業(yè)務(wù)集合進行分離,將原先部署在一個或多個服務(wù)器集群上的各種后臺處理服務(wù)分層分開部署,提高系統(tǒng)的整體靈活擴展性、穩(wěn)定性和高效性.

1)基于前后臺分離的擴展架構(gòu).分離的方式有多種,最直接的分離方式是利用系統(tǒng)鏡像拷貝、數(shù)據(jù)同步等技術(shù),將系統(tǒng)處理前后臺分離.使得前后臺相對獨立運行,將不同的業(yè)務(wù)功能部署在獨立的服務(wù)器上,并且根據(jù)服務(wù)器的用途配置不同的硬件,達到最佳的性能和良好的可擴展性與魯棒性.

如圖5所示的指揮控制系統(tǒng)前后臺分離架構(gòu)將前臺的行動監(jiān)控和實時調(diào)度功能與后臺的籌劃行動構(gòu)想和制定行動計劃,以及總結(jié)評估進行應(yīng)用分離,圖6所示的信息處理系統(tǒng)前后臺分離架構(gòu)將前臺的信息分發(fā)與后臺的信息處理和信息接入分層分離,部署在不同服務(wù)器上,此外,用于支持系統(tǒng)運行和管理的其他業(yè)務(wù)功能,如:系統(tǒng)監(jiān)控管理、用戶管理等功能也都分別部署在不同服務(wù)器上.

這里需要注意的是信息分發(fā)前臺可以根據(jù)實際需要采用B/S架構(gòu)或C/S架構(gòu).在戰(zhàn)術(shù)移動環(huán)境中,硬件環(huán)境的空間和能力受限情況下,采用B/S架構(gòu),用戶通過瀏覽器的方式進行信息服務(wù)的訪問,增加了信息服務(wù)的輕量化和靈活性;而C/S架構(gòu)更適用于各類固定指揮所、大型業(yè)務(wù)機構(gòu),由于在網(wǎng)絡(luò)傳輸、計算存儲、展開空間等硬件環(huán)境上不受過多的限制,采用這種傳統(tǒng)架構(gòu)一方面保障用戶可以按傳統(tǒng)的方式獲取更完整、更全面的空情,另一方面也兼顧了現(xiàn)有的技術(shù)體制,提高應(yīng)用遷移的平滑度.

2)后臺處理業(yè)務(wù)擴展架構(gòu)即分布式云架構(gòu).隨著指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)后臺處理業(yè)務(wù)不斷增多,處理復(fù)雜度不斷增強,籌劃行動構(gòu)想和制定行動計劃所需的各種仿真推演和評估分析處理,以及海量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、融合與挖掘分析等業(yè)務(wù)計算還需要進一步細分,通過云計算的資源虛擬化技術(shù)和任務(wù)的分布式處理技術(shù),將業(yè)務(wù)進行細分,形成多個小任務(wù),并按需分配到底層的虛擬資源池進行處理,根據(jù)任務(wù)強度和復(fù)雜度的不同,任務(wù)所需的計算存儲資源都可以按需從資源池中獲取,這是一種面向任務(wù)拆分的分布式云架構(gòu).以指揮控制系統(tǒng)的后臺處理為例,其架構(gòu)如圖7所示.

圖5 指揮控制系統(tǒng)前后臺分離架構(gòu)

在該架構(gòu)中,任務(wù)調(diào)度器根據(jù)任務(wù)需求以及整體環(huán)境狀況,將用戶提交的任務(wù)拆分成更細粒度的子任務(wù),并合理分配給不同的后臺業(yè)務(wù)處理,指揮控制系統(tǒng)后臺的各類業(yè)務(wù)處理接收任務(wù)調(diào)度器分配的任務(wù),基于底層云計算基礎(chǔ)架構(gòu)提供的分布式計算和存儲服務(wù),對所分配任務(wù)進行高效處理,處理中所調(diào)用的計算存儲等物理資源從虛擬資源池(計算、存儲)中按需獲取.

此外,為了進一步緩解頻繁的前后臺交互以及海量用戶訪問壓力,在大部分的系統(tǒng)中,都會利用緩存技術(shù)改善系統(tǒng)的性能,緩存架構(gòu)可以采用層次化多級方式部署,在后臺服務(wù)器中都可以放置緩存.當(dāng)緩存容量可以被本地容納,采用本地緩存方式,將數(shù)據(jù)緩存在服務(wù)器本地,可以存在內(nèi)存中,也可以存在文件系統(tǒng)中.本地緩存的特點是速度快,但因為本地空間有限,所以緩存數(shù)據(jù)量也有限,當(dāng)本地?zé)o法容納更多的緩存數(shù)據(jù)時,采用分布式緩存架構(gòu),通過將多個服務(wù)器上的本地緩存組網(wǎng),形成完全分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以存儲海量的緩存數(shù)據(jù).為了減少數(shù)據(jù)庫的I/O壓力,也需要在數(shù)據(jù)庫前端部署緩存器,由于指揮業(yè)務(wù)和情報信息數(shù)據(jù)庫容量都很大,通常采用分布式緩存進行部署.此外,為了提高基于B/S架構(gòu)的信息門戶前端的網(wǎng)頁加載速度,采用前端頁面緩存,將用戶經(jīng)常訪問的網(wǎng)頁進行緩存.

3)數(shù)據(jù)庫擴展架構(gòu).對于指揮控制系統(tǒng)情況研判、態(tài)勢綜合、情報信息深度挖掘分析與檢索等數(shù)據(jù)密集型的業(yè)務(wù),整個系統(tǒng)的讀寫比會產(chǎn)生不成比例的情況,這就需要進一步改善架構(gòu),通過數(shù)據(jù)庫鏡像動態(tài)拷貝、數(shù)據(jù)庫鏡像同步、數(shù)據(jù)庫負載均衡技術(shù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫讀寫分離.通過增加主從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,實現(xiàn)讀寫分離,所有寫操作在主數(shù)據(jù)庫上進行,所有讀操作在其他從數(shù)據(jù)庫上進行,這樣做可以緩解單臺數(shù)據(jù)庫的壓力,減少單臺數(shù)據(jù)庫的負載,此外,增加多個從數(shù)據(jù)庫,當(dāng)主數(shù)據(jù)庫宕機之后,可以很快切換到從數(shù)據(jù)庫上,減少所有數(shù)據(jù)庫同時宕機的風(fēng)險,這種架構(gòu)我們稱之為數(shù)據(jù)庫讀寫分離架構(gòu),具體描述如圖8所示.

而分庫分表則針對具體業(yè)務(wù),當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)足夠多時,對其存儲的組織方式就需要加以考慮.具體切分數(shù)據(jù)的方式分為水平切分和垂直切分,水平切換則是對一個數(shù)據(jù)庫特大的表進行拆分,例如用戶表.垂直切分則是根據(jù)業(yè)務(wù)不同來切換,如籌劃業(yè)務(wù)、總結(jié)評估業(yè)務(wù)相關(guān)的表放在不同的數(shù)據(jù)庫中.

圖6 信息處理系統(tǒng)前后臺分離架構(gòu)

4)信息分發(fā)擴展架構(gòu).信息處理系統(tǒng)的前臺部分–信息分發(fā)面對的不再是系統(tǒng)內(nèi)、責(zé)任區(qū)域內(nèi)的用戶,而是全網(wǎng)范圍的用戶,網(wǎng)絡(luò)上不同地理位置的用戶只要接入網(wǎng)絡(luò)中,就能就近從入網(wǎng)的信息處理系統(tǒng)中訪問服務(wù),這就需要采用基于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)的扁平化組網(wǎng)架構(gòu),通過內(nèi)容加速、多級負載均衡以及面向QoS需求的流量動態(tài)管理技術(shù),將用戶訪問數(shù)據(jù)按照區(qū)域和業(yè)務(wù)劃分,在網(wǎng)絡(luò)上部署多個CDN節(jié)點(信息分發(fā)節(jié)點),這些CDN節(jié)點作為源信息處理系統(tǒng)的鏡像,定期與源系統(tǒng)同步數(shù)據(jù),用戶可以從最近的CDN節(jié)點訪問到與源系統(tǒng)一致的信息,大大減少信息訪問的延時,具體架構(gòu)如圖9所示.

5 可組態(tài)、韌性的指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)架構(gòu)

本節(jié)提出了可組態(tài)、韌性的指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)架構(gòu),具有根據(jù)任務(wù)需求可調(diào)整、具有抗攻擊性、高可靠、可彈性伸縮特性的系統(tǒng)架構(gòu).

“可組態(tài)”本身主要指軟件層面的能力,即通過軟件內(nèi)部的運作機制實現(xiàn)按任務(wù)的系統(tǒng)柔性重組.本文這里引用“可組態(tài)”一詞,主要是指架構(gòu)層面的能力特征,其具體表現(xiàn)在能夠根據(jù)任務(wù)需要,靈活地對以上提出的架構(gòu)進行按需配置和裁剪,比如在集群架構(gòu)和雙服務(wù)器架構(gòu)間進行伸縮;根據(jù)執(zhí)行任務(wù)的復(fù)雜程度,選擇是否將應(yīng)用業(yè)務(wù)進一步細化拆分以采用分布式云架構(gòu)等,組態(tài)的系統(tǒng)架構(gòu)更能滿足不斷變化的任務(wù)和環(huán)境的要求.架構(gòu)韌性,是指在復(fù)雜多變的對抗環(huán)境下(攻擊、失效和偶然事件等),架構(gòu)支持主動防護和動態(tài)調(diào)整,以保障系統(tǒng)持續(xù)服務(wù),并順利完成任務(wù).具體表現(xiàn)就是具有抗攻擊、高可靠、可彈性伸縮的特性.

可組態(tài)、韌性的指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)架構(gòu)邏輯組成如圖10所示.

圖10中,系統(tǒng)架構(gòu)在韌性方面,為了提高主動安全防護能力,采用安全防護架構(gòu),增加安全服務(wù),在系統(tǒng)前后臺間增加數(shù)據(jù)交換,將不同應(yīng)用進行安全分區(qū),并部署蜜罐來分析和欺騙攻擊者.

為了提高系統(tǒng)抗故障、抗毀傷能力,將底層虛擬計算、存儲資源按需彈性調(diào)配環(huán)境,中間層的利用分布式云架構(gòu)搭建的分布式后臺業(yè)務(wù)處理服務(wù),以及服務(wù)化的信息分發(fā)和行動監(jiān)控與實時調(diào)整組織成一個計算整體,構(gòu)成一個大型的分布式基礎(chǔ)服務(wù)系統(tǒng),支撐指揮信息系統(tǒng)的快速構(gòu)建及為各機構(gòu)和指揮節(jié)點提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、計算、應(yīng)用軟件等服務(wù),從而改善系統(tǒng)運行性能和并發(fā)性,提高系統(tǒng)魯棒性.此外,增加管理層,包括對海量用戶的管理、分布式資源監(jiān)視以及分布式資源控制,來對用戶信息以及應(yīng)用登錄行為進行控制,并能根據(jù)需要,隨時調(diào)配資源保障任務(wù)安全、穩(wěn)定、高效執(zhí)行.

圖7 指揮控制系統(tǒng)后臺分布式云架構(gòu)

圖8 數(shù)據(jù)庫讀寫分離架構(gòu)

圖9 基于CDN的信息分發(fā)扁平化組網(wǎng)架構(gòu)

圖10 可組態(tài)、韌性的系統(tǒng)架構(gòu)邏輯圖

系統(tǒng)架構(gòu)在可組態(tài)方面,首先,底層虛擬計算、存儲環(huán)境可以根據(jù)需要在集群架構(gòu)和分布式云架構(gòu)兩者之間進行動態(tài)調(diào)整;其次,根據(jù)業(yè)務(wù)處理的復(fù)雜程度和用戶訪問量規(guī)模,系統(tǒng)可以合并或分離前后臺架構(gòu),裁剪不是必須的處理業(yè)務(wù).此外,針對安全防護,系統(tǒng)基礎(chǔ)的安全服務(wù)作為架構(gòu)的基本構(gòu)成,但根據(jù)不同類型的攻擊行為,蜜罐區(qū)中用于分析入侵行為和防御對策的模塊都可以按需裁剪,使得整個系統(tǒng)具有不同程度的主動防御能力.

綜上所述,可組態(tài)、韌性的指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)架構(gòu)的物理部署原理圖如圖11所示,圖中表述了架構(gòu)的可組態(tài)特性,根據(jù)不同任務(wù)需要,系統(tǒng)架構(gòu)可以靈活調(diào)整,既可以選擇最精簡的集群架構(gòu)、也可以部署前后臺業(yè)務(wù)分離架構(gòu),或者采用高擴展、高可靠的分布式云架構(gòu).在主動安全防護方面,也可以根據(jù)攻擊類型和強度的需要,靈活裁剪各種防護分析部件.

圖11 可組態(tài)、韌性的系統(tǒng)架構(gòu)物理部署原理圖

6 結(jié)束語

本文圍繞指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)架構(gòu)的問題,在總結(jié)歸納指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)功能與工作環(huán)境的基礎(chǔ)上,基于常用的系統(tǒng)架構(gòu)模式,分析總結(jié)了適應(yīng)不同規(guī)模、不同應(yīng)用場景的指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)的架構(gòu)集合,并針對體系資源的組織和運用,進一步提出了可組態(tài)、韌性的指揮控制系統(tǒng)與信息處理系統(tǒng)架構(gòu).