王小軍，張修社，胡小全，韓春雷

殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性淺析

王小軍，張修社，胡小全，韓春雷

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

針對美軍馬賽克戰(zhàn)中殺傷鏈/網(wǎng)動態(tài)重構(gòu)中的互操作性問題，對互操作性的概念包括互操作性定義、技術(shù)互操作性框架和互操作性等級模型等進(jìn)行了闡述，并對可動態(tài)重構(gòu)殺傷鏈的分布式結(jié)構(gòu)、其互操作性內(nèi)涵以及其非傳統(tǒng)互操作性——松散耦合器及其范例實現(xiàn)等進(jìn)行了分析，旨在解讀殺傷鏈/網(wǎng)動態(tài)重構(gòu)中的互操作性內(nèi)在機理，加深對美軍馬賽克戰(zhàn)概念中殺傷鏈/網(wǎng)的動態(tài)重構(gòu)的理解。

互操作性；殺傷鏈；動態(tài)重構(gòu)

0 引言

20世紀(jì)90年代以來發(fā)生的幾次局部戰(zhàn)爭表明，要打贏高科技的局部戰(zhàn)爭，必將是多軍兵種的聯(lián)合作戰(zhàn)。而聯(lián)合作戰(zhàn)就要求各軍種的作戰(zhàn)指揮體系由封閉的“煙囪”式轉(zhuǎn)變成為扁平化、開放式，即要求各類電子信息系統(tǒng)均達(dá)到最大程度的信息共享和互操作性。因此，21世紀(jì)初，美國國防部開始全面建設(shè)以互操作性為目的的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)能力，提出《2020聯(lián)合構(gòu)想》，以實現(xiàn)未來作為奪取信息優(yōu)勢和決策優(yōu)勢的聯(lián)合作戰(zhàn)能力，并認(rèn)為系統(tǒng)的互操作性是有效開展聯(lián)合作戰(zhàn)的基礎(chǔ)[1]，要求各類電子信息系統(tǒng)遵循通用接口標(biāo)準(zhǔn)以實現(xiàn)異構(gòu)集成。

2019年，美軍在聯(lián)合作戰(zhàn)中引入“多域”和“跨域”元素，推出聯(lián)合全域作戰(zhàn)（Joint All-Domain Operation，JADO）概念，并相繼提出聯(lián)合全域指揮與控制（Joint All-Domain Command and Control，JADC2）構(gòu)建計劃，為各種新興作戰(zhàn)概念如“馬賽克戰(zhàn)”提供實踐平臺，以驗證諸如自適應(yīng)跨域殺傷網(wǎng)（Adapting Cross-Domain Kill-Webs，ACK）、解構(gòu)/重構(gòu)（Decomp/Recomp）等項目的效能[2]。由于“馬賽克戰(zhàn)”、聯(lián)合全域作戰(zhàn)等新興作戰(zhàn)概念均依賴與異構(gòu)平臺的高效互連，增強跨系統(tǒng)的連接性和互操作性同樣將成為這些作戰(zhàn)概念的關(guān)鍵賦能器。普遍公認(rèn)的方法仍然是利用一個被稱之為“共同標(biāo)準(zhǔn)”的概念，即一種使所有系統(tǒng)都能進(jìn)行通信的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)基線。然而，通用標(biāo)準(zhǔn)不是實現(xiàn)JADC2所需要信息共享的唯一方法，甚至不是最佳的技術(shù)路線[3]。原因是：首先，臨時制定一個標(biāo)準(zhǔn)并希望所有現(xiàn)有系統(tǒng)都遵守貫徹這一標(biāo)準(zhǔn)恐不現(xiàn)實，而且成本高昂；其次，隨著技術(shù)的發(fā)展，遵循既定的標(biāo)準(zhǔn)將會阻礙未來武器系統(tǒng)采用最新的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。另外，在競爭或拒止的環(huán)境中，不太可能有足夠的帶寬將所有的數(shù)據(jù)分發(fā)到涉及作戰(zhàn)的每個系統(tǒng)和平臺，同時很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)與大多數(shù)用戶無直接關(guān)系。因此制定一種能夠確定誰需要獲得什么信息，并具有靈活、高效的轉(zhuǎn)換和互連能力而非統(tǒng)一通用的架構(gòu)，成為未來研究互操作性的一個重點。

美國MITRE公司提出的“松散耦合器”是一種解決方案[4-5]，與通用或完全的互操作性相反，“松散耦合器”涉及跨不同用戶交換少量結(jié)構(gòu)化、高影響因素的信息。這種方法非常適合于需要連接盡可能多的各種異構(gòu)系統(tǒng)所構(gòu)成的分布式網(wǎng)絡(luò)，其中每個參與系統(tǒng)均可利用“耦合”消息中的核心數(shù)據(jù)。這種方法最大限度地減輕數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高了靈活性和效率，以輕量級的方式實現(xiàn)廣泛的互操作性。

美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）的體系集成技術(shù)及試驗項目（System of Systems Integration Technology and Experimentation， SoSITE）研發(fā)的異構(gòu)電子系統(tǒng)體系技術(shù)集成工具鏈（System-of-systems Technology Integration Tool Chain for Heterogeneous Electronic Systems， STITCHES），就是類似“松散耦合器”方案的一種實踐。2018年6月，SoSITE項目成功完成多域的組網(wǎng)飛行試驗，證明STITCHES在各系統(tǒng)間共享數(shù)據(jù)的能力，以及地面站、飛行臺、C-12飛機和試驗飛機之間的互操作性。STITCHES提供的這些工具可按需構(gòu)建軟件接口，以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間分布式火力控制的機器對機器的通信。它是一個純軟件工具，專門用于通過在系統(tǒng)之間自動生成極低延遲和高吞吐量中間件來快速集成跨各作戰(zhàn)域的異構(gòu)系統(tǒng)，具備以下優(yōu)點：一是無需改造硬件或破壞現(xiàn)有軟件系統(tǒng)；二是不強制使用通用接口標(biāo)準(zhǔn)，與之相反，它針對現(xiàn)有的部署能力可快速創(chuàng)建所需的鏈接；三是無需系統(tǒng)升級即可實現(xiàn)系統(tǒng)間互操作。

基于上述既要具有靈活、高效的轉(zhuǎn)換和互連能力，又非統(tǒng)一通用架構(gòu)的互操作性問題，本文針對新興作戰(zhàn)概念的殺傷鏈/網(wǎng)等動態(tài)重構(gòu)，也就是相關(guān)跨域分布式異構(gòu)系統(tǒng)的互操作性，就其內(nèi)涵、框架等內(nèi)容做出分析。

1 互操作性概念

互操作性（Interoperability）概念最初起源于軍事情報領(lǐng)域。美軍首先提出C4（Command and Control、Communication、Computer）概念，形成了電子信息系統(tǒng)雛形。在該系統(tǒng)中，情報信息按照最有效的路徑和最準(zhǔn)確的方式，從源頭起始直至信息使用者，實時或準(zhǔn)實時產(chǎn)生一連串預(yù)定效果，這種多米諾骨牌似的“一個動作導(dǎo)致相關(guān)動作發(fā)生”的聯(lián)動機制，稱為互操作。當(dāng)一個系統(tǒng)具備這種互操作能力時，可以實現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息共享、工作協(xié)同等，以解決分布式異構(gòu)系統(tǒng)整合問題。多軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)使得軍事信息系統(tǒng)的互操作性問題變得更加重要，各軍事強國均為此投入了大量的人力、物力和財力，制訂了有關(guān)互操作的戰(zhàn)略規(guī)劃，推行了一系列通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。當(dāng)前，美軍對互操作性研究較為全面，為實現(xiàn)互操作性相繼建立了體系結(jié)構(gòu)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，如2001年的《聯(lián)合技術(shù)體系結(jié)構(gòu)4.0》（JTA4.0）以及2009年的《國防部體系結(jié)構(gòu)框架2.0》（DoDAF2.0）等，以促進(jìn)跨系統(tǒng)的互操作以及體系結(jié)構(gòu)間的兼容。這些支撐互操作性的體系框架是美國國防部各信息系統(tǒng)實現(xiàn)無縫互聯(lián)互通互操作的基礎(chǔ)，成為實現(xiàn)《2020聯(lián)合構(gòu)想》的關(guān)鍵因素[6-8]。美國軍事互操作發(fā)展歷程示意圖如圖1所示。

圖1 美國軍事互操作性發(fā)展歷程

1.1 互操作性定義

系統(tǒng)互操作性的內(nèi)涵在不同場景下和不同組織中有著很大不同，目前并沒有一個統(tǒng)一準(zhǔn)確的定義。而在信息系統(tǒng)領(lǐng)域，互操作性也是一個很寬泛的概念。由于應(yīng)用場景的變化和技術(shù)手段的發(fā)展，互操作性的概念及范疇也不斷演化。下面例舉三種定義：

（1）IEEE標(biāo)準(zhǔn)化術(shù)語：互操作性是指兩個或多個系統(tǒng)或系統(tǒng)組件交換并使用所交換信息的能力[9]。

（2）美國國防部2001年定義：互操作性是指系統(tǒng)、單元或武器之間相互提供和接受服務(wù)，使他們能夠有效共同運作的能力[10]。

（3）我國國軍標(biāo)定義：互操作性是指兩個或兩個以上系統(tǒng)或應(yīng)用之間交換信息并相互利用所交換信息的能力[11]。

綜合上述定義，可以得出互操作性概念的三個本質(zhì)特征：一是互操作性發(fā)生在兩個或兩個以上的實體之間；二是系統(tǒng)間能夠交換信息；三是系統(tǒng)間能夠利用所交換的信息有效協(xié)同運作。

在很多文獻(xiàn)上可以看到，互操作性還可以被分為組織互操作性和技術(shù)互操作性兩個層面[12-13]。在組織層面上可解釋為：一是在使用方面，系統(tǒng)在戰(zhàn)略理念、條令條例及作戰(zhàn)經(jīng)驗等約束下與協(xié)作方之間有效建立、管理和改進(jìn)協(xié)作關(guān)系，并基于信息交互技術(shù)開展協(xié)作以產(chǎn)生作戰(zhàn)效能；二是在構(gòu)建方面建立一個唯一的中央權(quán)威的領(lǐng)導(dǎo)與協(xié)調(diào)機構(gòu)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)建設(shè)的總體規(guī)劃，規(guī)范系統(tǒng)的開發(fā)，降低系統(tǒng)間的異構(gòu)性，為技術(shù)層面上解決互操作性問題掃清人為因素障礙。因此也有文獻(xiàn)提出的項目性、構(gòu)建性和使用性互操作性定義，與此相類似。組織互操作性會帶來的問題：一是過去在系統(tǒng)部署后才提出互操作性，現(xiàn)在提前要求各系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，那么為了實現(xiàn)互操作性，一些系統(tǒng)必須折衷而降低能力；二是從系統(tǒng)的研制開始到部署，不可能讓用戶全過程參與以發(fā)揮積極作用，因而許多互操作性問題未能得到很好解決。在技術(shù)層面上可解釋為，充分考慮構(gòu)成系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、模型、數(shù)據(jù)、接口等方面，通過建立服務(wù)共享空間和數(shù)據(jù)共享空間，提高服務(wù)和數(shù)據(jù)的可見性和可訪問性。本文主要圍繞技術(shù)互操作性問題進(jìn)行相關(guān)問題的分析和闡述。

1.2 技術(shù)互操作性框架

為了便于理解技術(shù)互操作性，此處結(jié)合“概念互操作性等級模型”(Levels of Conceptual Interoperability Model，LCIM)，在C4ISR通用開放式信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)建的技術(shù)互操作性框架，如圖2所示。

從圖2中可以看出，基礎(chǔ)資源層主要是構(gòu)建物理連接的通信網(wǎng)絡(luò)，解決系統(tǒng)的互連和比特流交換問題，在LCIM中可對等于技術(shù)級互操作。計算服務(wù)層主要是構(gòu)建一個公共計算環(huán)境，為系統(tǒng)互通中基于普適性應(yīng)用計算提供基礎(chǔ)服務(wù)。

圖2 依據(jù)概念互操作性等級構(gòu)建的技術(shù)互操作性框架

具有開放性系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)即插即用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口，使上層應(yīng)用不依賴硬件。此層可對等于語法級互操作。公共服務(wù)層實現(xiàn)系統(tǒng)互通的信息共享和表示，為公共應(yīng)用而非具體應(yīng)用提供基礎(chǔ)服務(wù)。該層可對等于語義級互操作。類中間件實現(xiàn)新舊系統(tǒng)之間兼容性和互操作，提供相互之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。它是一個可對等于語義級互操作的簡便路徑，例如SoSITE項目中STITCHES工具鏈所生成的。專用服務(wù)層實現(xiàn)信息適用性定義明確的系統(tǒng)特定應(yīng)用，如指揮控制與決策、統(tǒng)一態(tài)勢生成等?？蓪Φ扔谝?guī)劃級互操作。使命應(yīng)用層實現(xiàn)感知系統(tǒng)、指控系統(tǒng)和武器系統(tǒng)等各種異構(gòu)系統(tǒng)管理后形成的各種使命應(yīng)用，可對等概念級互操作。數(shù)據(jù)共享環(huán)境為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)訪問如發(fā)布/訂閱機制等，支撐計算服務(wù)層、公共服務(wù)層、類中間件和專用服務(wù)層。

該技術(shù)互操作性框架在實現(xiàn)開放、異構(gòu)系統(tǒng)之間的層級互聯(lián)、信息互通和服務(wù)互融方面存在三個技術(shù)特點，一是在對系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)保證橫向?qū)Φ葘咏换サ拈_放性，即協(xié)議的交互；二是基于網(wǎng)絡(luò)面向使命能力的互操作體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)保證縱向上下相鄰層的交互，即服務(wù)的交互；三是互操作框架的每一層都為上層提供標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，需借鑒軟件體系結(jié)構(gòu)方法來實現(xiàn)構(gòu)件之間的交互關(guān)系，即橫向協(xié)議交互和縱向服務(wù)交互[14]。

1.3 信息系統(tǒng)互操作性等級（LISI）及其模型

1993年，美軍初步確立了系統(tǒng)互操作性等級的概念和模型。1997年開發(fā)了較為完善的信息系統(tǒng)互操作性等級（Levels of Information System Interoperability，LISI）[15]。1998年，美國國防部C4ISR體系結(jié)構(gòu)工作組就LISI規(guī)定了信息系統(tǒng)互操作性評估模型和互操作性評估過程，為便于確定互操作性需求，評估現(xiàn)有系統(tǒng)的互操作性等級，以及為系統(tǒng)向更高級別的互操作性等級遷移提供公共參考框架和技術(shù)指導(dǎo)，如表1所示。

表1 信息系統(tǒng)互操作性參考模型

注：PAID分別是指規(guī)程、應(yīng)用、基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)四個屬性

1.4 概念互操作性等級模型（LCIM）

2003年，Tolk等人提出了改進(jìn)的LCIM，將原概念域的七層互操作性等級模型改進(jìn)為六層[9]，如表2所示。

表2 六層概念互操作性等級模型

2 殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性

2.1 可動態(tài)重構(gòu)的殺傷鏈的分布式結(jié)構(gòu)

近幾年來，美軍提出了新型作戰(zhàn)概念——馬賽克戰(zhàn)。在其體系架構(gòu)中，包含ACK、解構(gòu)/重構(gòu)等技術(shù)。這些技術(shù)的運用，一是將用于馬賽克戰(zhàn)的有人/無人平臺功能組件進(jìn)行解聚（Disaggregation），二是高速重組（Interweave Effects）這些來自全域的有人/無人平臺異構(gòu)能力，旨在支撐馬賽克戰(zhàn)的快速、可伸縮、自適應(yīng)的聯(lián)合多域殺傷力的形成。傳統(tǒng)的任務(wù)系統(tǒng)如傳感器、武器、電子戰(zhàn)系統(tǒng)等均被認(rèn)為是殺傷鏈/網(wǎng)中的要素或馬賽克塊[16]。馬賽克戰(zhàn)屬于典型的分布式作戰(zhàn)，在功能要素重組層面，是通過大量低成本系統(tǒng)（感知、決策、行動單元）的靈活、動態(tài)、多樣化、自適應(yīng)組合，按需形成預(yù)期效能。因此，這種動態(tài)重構(gòu)的異構(gòu)能力是馬賽克戰(zhàn)分布式作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)特性和自適應(yīng)殺傷鏈/網(wǎng)構(gòu)建的關(guān)鍵，而在此基礎(chǔ)上，其互操作性是決定殺傷鏈/網(wǎng)中功能要素之間協(xié)同效能的重要因素。

可動態(tài)重構(gòu)的殺傷鏈的分布式結(jié)構(gòu)與預(yù)先定義構(gòu)成的靜態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，在實現(xiàn)互操作性時，存在以下四個需要克服的特性：一是非控制性，馬賽克戰(zhàn)的基礎(chǔ)是一個多鏈的、無中心分散型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有分布式特點的網(wǎng)上信息資源處于一種無中心控制的動態(tài)無序狀態(tài)；二是非均衡性，ACK中的構(gòu)成功能要素、組件或有人/無人平臺的專業(yè)性質(zhì)和建制是跨域動態(tài)聚合的，分布差異大，數(shù)量和質(zhì)量差別也很大；三是異構(gòu)性，支撐ACK的網(wǎng)上作戰(zhàn)信息資源為非統(tǒng)一體系和非結(jié)構(gòu)化的，更新率不一；四是自主性，隨著功能要素自身智能化的提升，ACK網(wǎng)絡(luò)上的每個功能要素均成為智能體，具有獨立自主的作戰(zhàn)能力，對各自內(nèi)部信息可以自行運行、管理和維護(hù)。

可以看出，馬賽克戰(zhàn)的分布式結(jié)構(gòu)中包含具有一定規(guī)模的多個信息系統(tǒng)，其最基本的要求是任意兩者能夠進(jìn)行通信、存取相關(guān)資源、遠(yuǎn)程執(zhí)行指令、交互和協(xié)同動作等，也就是須達(dá)到一定的互操作性，其中最大的難點是這些信息系統(tǒng)的異構(gòu)性。由于人工智能技術(shù)的引領(lǐng)和智能化應(yīng)用的深入，無人裝備的自主性越來越強，這種異構(gòu)性有不斷增加的趨勢，會進(jìn)一步加劇信息系統(tǒng)之間資源共享的復(fù)雜程度。

從辯證法的角度來看，同構(gòu)是相對的，而異構(gòu)則是絕對的[17]。同時，這個異構(gòu)性具有積極和消極的兩個方面，利用異構(gòu)性可以增強系統(tǒng)的專有或特殊功能，抑制異構(gòu)性則可以增強系統(tǒng)的互操作性。因而基于馬賽克戰(zhàn)彈性網(wǎng)絡(luò)的殺傷鏈/網(wǎng)的動態(tài)重構(gòu)中無處不存在異構(gòu)性，并不會因此降低無人裝備的智能化程度或減緩其自主性的發(fā)展進(jìn)程，相反，利用這些功能要素個體行為智能化，借助智能體（Agent）概念，應(yīng)用多智能體技術(shù)，可以提高其自組織和自適應(yīng)能力，更好地實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)協(xié)同和互操作性[18]。

除了異構(gòu)性外，分布式結(jié)構(gòu)還可以用各種系統(tǒng)之系統(tǒng)功能要素或組件之間的松、緊耦合來表示。體系間的松緊耦合如圖3所示。圖3中系統(tǒng)用圓圈表示，系統(tǒng)提供的服務(wù)或功能如構(gòu)成殺傷鏈的感知s、指揮決策c和打擊要素e等馬賽克塊用六邊形表示，緊耦合用實線表示，松耦合用虛線表示。

圖3 體系間的松緊耦合示意圖

其中緊耦合的系統(tǒng)其不同組件和功能要素之間的接口僅與自身實現(xiàn)的功能和結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。如果需要與其他系統(tǒng)的組件或功能要素相關(guān)聯(lián)，重構(gòu)成為新的功能時，這個局部系統(tǒng)內(nèi)部的某一部分的改變或調(diào)整，會因為各種緊耦合關(guān)系引起其他部分甚至整個功能的修改，這樣的系統(tǒng)之系統(tǒng)架構(gòu)非常脆弱，不利于體系中的各系統(tǒng)之間進(jìn)行互操作。

因此，結(jié)合美軍互操作性發(fā)展新動向，跨域動態(tài)可重構(gòu)殺傷鏈結(jié)構(gòu)的本質(zhì)是：一種分布式異構(gòu)的、各系統(tǒng)功能要素間非完全松耦合的，能夠自主確定誰需要獲得什么信息的多智能體的，并具有靈活、高效的轉(zhuǎn)換和互連能力而非統(tǒng)一通用的架構(gòu)。

2.2 殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性內(nèi)涵

殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性內(nèi)涵比較豐富，一方面，參考通用的互操作性概念，不僅涵蓋低層的系統(tǒng)互聯(lián)、互通層次的互操作性，更強調(diào)體系中各系統(tǒng)服務(wù)和應(yīng)用的交換，即高層作戰(zhàn)層面的互操作性，即前述的組織互操作性，以及技術(shù)互操作性中定義的第5級——概念級互操作性。根據(jù)國內(nèi)文獻(xiàn)對信息系統(tǒng)互聯(lián)互通互操作的定義[19]，“互聯(lián)”對應(yīng)于技術(shù)互操作性中定義的第1級技術(shù)級互操作性，“互通”則對應(yīng)于技術(shù)互操作性中定義的第2~4級互操作性。高層互操作由低層互操作支持，尤其是系統(tǒng)之間的“互聯(lián)、互通”，殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)互操作如圖4所示。

圖4 殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)互操作示意圖

另一方面，殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性強調(diào)對跨域聯(lián)合行動的支持，而不依賴于系統(tǒng)（包括人員等），在端到端的基礎(chǔ)上相互作用，因而其互操作性的實現(xiàn)意味著要同時具備傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定義、任務(wù)驅(qū)動及信息保障等，又與作戰(zhàn)概念、場景、策略、方法和進(jìn)程等密切相關(guān)[20]。由于所有的服務(wù)或功能要素之間都存在著交叉，所以其具體互操作性的內(nèi)涵描述根據(jù)具體的使命應(yīng)用而有所不同。底層互操作性的根本目標(biāo)是獲得高層互操作性。在每個層次上均須考慮在一定的環(huán)境條件和任務(wù)框架下的實現(xiàn)方式。根據(jù)跨域動態(tài)可重構(gòu)殺傷鏈結(jié)構(gòu)的特點，其底層互操作性主要是在高層互操作性需求的基礎(chǔ)上，如何按需動態(tài)產(chǎn)生傳感器比特信息，傳送網(wǎng)絡(luò)中比特信息，在計算機中處理比特信息，并用比特信息控制武器系統(tǒng)。多個組成殺傷鏈/網(wǎng)的組件或功能要素或信息系統(tǒng)之間要實現(xiàn)互操作，必須能夠按照重構(gòu)的“通道”交換相關(guān)的比特流，而非全網(wǎng)分發(fā)共享，并根據(jù)預(yù)先的定義翻譯這些比特流。

再一方面，應(yīng)當(dāng)摒棄代價高昂的統(tǒng)一通用標(biāo)準(zhǔn)框架，原則上可以根據(jù)這種跨不同用戶交換少量結(jié)構(gòu)化、高影響因素信息，以及將緊耦合系統(tǒng)松散化的需求，設(shè)計建立異構(gòu)系統(tǒng)的智能接口，取消異構(gòu)系統(tǒng)間的直接交互，由該智能接口完成相應(yīng)服務(wù)調(diào)用和相應(yīng)數(shù)據(jù)提取。

2.3 非傳統(tǒng)互操作性——松散耦合器

這是一種無需采用通用標(biāo)準(zhǔn)框架的異構(gòu)系統(tǒng)互操作模式，類似于IT行業(yè)面向服務(wù)的Web Service 技術(shù)。Web Service是基于網(wǎng)絡(luò)的、分布式的模塊組件，遵循特定的技術(shù)規(guī)范，在一個簡單的可共同操作的消息收發(fā)框架下，能與其他兼容的組件進(jìn)行交互操作，換言之，就是將不同編程語言、平臺或內(nèi)部協(xié)議的應(yīng)用程序封裝成Web應(yīng)用程序，被遠(yuǎn)程同樣封裝的其他應(yīng)用功能調(diào)用。

松散耦合器（Loose Couplers）實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)互操作性，首先應(yīng)遵循一套異構(gòu)系統(tǒng)接入的技術(shù)規(guī)范，包括數(shù)據(jù)交換規(guī)范和安全控制規(guī)范等，以及類似于能夠通過Web調(diào)用的API，即殺傷鏈跨域動態(tài)重構(gòu)中各組件或功能要素之間進(jìn)行交互操作的接口規(guī)范等。其次是基于作戰(zhàn)任務(wù)產(chǎn)生不同用戶之間交換的最少量結(jié)構(gòu)化高價值核心數(shù)據(jù)，最大程度減輕數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。以放棄數(shù)據(jù)豐富性為代價換得靈活性和效率，并在規(guī)?；鲬?zhàn)條件下可以接入更多的系統(tǒng)。以松散耦合器實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)互操作性原理示意圖如圖5所示。

圖5 異構(gòu)系統(tǒng)松散耦合器原理示意圖

當(dāng)分布式異構(gòu)系統(tǒng)通過松散耦合器方法重新構(gòu)造后，服務(wù)的請求者和提供者之間高度解耦。這種松耦合的系統(tǒng)不僅能夠靈活地適應(yīng)變化，當(dāng)某個服務(wù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)發(fā)生改變時，也不會影響其他服務(wù)，這種全新的體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)致系統(tǒng)之間交互的隔閡被徹底消除，非常有利于系統(tǒng)間的互操作。

圖3所示的包含有緊耦合異構(gòu)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)當(dāng)中應(yīng)用松散耦合器后，原松耦合系統(tǒng)保持不變，原緊耦合的系統(tǒng)（實線所連馬賽克塊）均變?yōu)樗神詈舷到y(tǒng)（點畫線所圈的馬賽克塊），組件、服務(wù)或功能要素之間呈松耦合狀態(tài)，即成為一個服務(wù)可互操作的網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示。圖6中實、虛閉合曲線表示所圈入的服務(wù)或功能要素之間進(jìn)行互操作，動態(tài)重構(gòu)殺傷鏈/網(wǎng)的過程。

圖6 組件或功能要素可互操作的殺傷鏈/網(wǎng)

同時，鑒于多Agent技術(shù)在異構(gòu)通信方面的優(yōu)勢，也可通過設(shè)計智能接口來實現(xiàn)各組件之間的信息共享和互操作。該接口作為整個松散耦合系統(tǒng)的核心處理單元，負(fù)責(zé)提供動態(tài)重構(gòu)通道的關(guān)鍵信息服務(wù)，實現(xiàn)殺傷鏈/網(wǎng)中協(xié)同用戶的數(shù)據(jù)同步和并發(fā)控制。

2.4 范例STITCHES

近幾年，美國DARPA通過STITCHES項目推動JADC2的發(fā)展，聲稱STITCHES能夠連接幾十年前建立的不同平臺去實現(xiàn)互操作性與數(shù)據(jù)共享，就是一個“松散耦合器”實踐的范例。STITCHES實際上是一個能產(chǎn)生互操作性的工具鏈，它能夠針對每一個內(nèi)部機器—機器接口高度耦合、各組件之間互不兼容的平臺，自動產(chǎn)生消息翻譯程序和“縫合”代碼。對系統(tǒng)軟件進(jìn)行修改并加載所生成的代碼后，外部新的系統(tǒng)就可以與現(xiàn)有組件之間，以及現(xiàn)有的相同規(guī)格、不同版本的組件之間進(jìn)行互操作，實現(xiàn)STITCHES兼容性。圖7是一個具有增量標(biāo)準(zhǔn)的STITCHES與本地消息標(biāo)準(zhǔn)、全球開放式標(biāo)準(zhǔn)分別經(jīng)多次消息轉(zhuǎn)換實現(xiàn)互操作性的對比示意圖。

從圖7可以看出，在a）本地或局域的消息標(biāo)準(zhǔn)中，需要進(jìn)行2次標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換才得以實現(xiàn)互操作性，效率較低，但靈活性高，增加新消息較為容易。在b）全球開放式標(biāo)準(zhǔn)中，僅需要進(jìn)行次轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換為全球標(biāo)準(zhǔn)或自全球標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換而來），效率高，但靈活性低，增加新消息需要進(jìn)行大量的工作。在c）增量標(biāo)準(zhǔn)（STITCHES）中，實現(xiàn)互操作性只需進(jìn)行次標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，效率高，靈活性也高，很容易增加新消息。

圖7 STITCHES互操作性與其他標(biāo)準(zhǔn)對比示意圖

STITCHES工具鏈的原理是能夠自動產(chǎn)生兩種主要功能：一個是消息的翻譯，即通過應(yīng)用圖論和范疇論方法構(gòu)建一個基于圖的數(shù)據(jù)庫（其中消息均被轉(zhuǎn)換成其他語義的等價消息），并利用其來實現(xiàn)翻譯功能。另一個是數(shù)據(jù)流的控制，即針對分布式系統(tǒng)中的有狀態(tài)和無狀態(tài)處理機制的數(shù)據(jù)傳送，通過執(zhí)行路由功能、數(shù)據(jù)同步、信息宿源分離以及其他類型數(shù)據(jù)控制來實現(xiàn)。

STITCHES項目已經(jīng)過了數(shù)十次演示，演示中STITCHES自動生成的代碼遵循預(yù)定義格式，并以機器可讀格式進(jìn)行特征化，跨非標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)系統(tǒng)間完全互操作性。這個方案成本低，部署時間短，取得DARPA預(yù)期效果。

2.5 殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性實現(xiàn)分析

（1）可動態(tài)重構(gòu)的殺傷鏈要求將用于馬賽克戰(zhàn)的有人/無人平臺功能組件進(jìn)行“解聚”，其中有兩層含義：一是將聚合在同一物理平臺上的功能組件或要素分離開來，形成多個成本更低的物理平臺；二是將聚合在同一物理平臺上緊耦合的功能組件或要素進(jìn)行解耦，或稱“解除綁定關(guān)系”，使得解耦后的傳感器、指控或武器可以服務(wù)于其他平臺。這兩層含義均意味著將體系中緊耦合系統(tǒng)改變?yōu)樗神詈舷到y(tǒng)，以便于實現(xiàn)互操作性。

（2）從松散耦合器解決方案的提出到SoSITE項目對STITCHES工具鏈的演示，表明對于美軍既要兼顧非開放式的舊體系又要實施開放式新體系架構(gòu)，即要實現(xiàn)智能技術(shù)開發(fā)的新功能組件與現(xiàn)（原）有功能組件之間、或相同規(guī)格不同版本之間進(jìn)行互操作。在高層的JADC2計劃中制定并采用一個通用標(biāo)準(zhǔn)恐不現(xiàn)實且成本高昂，也不是最佳技術(shù)路線。同時，隨著技術(shù)的日新月異，遵循既定標(biāo)準(zhǔn)將會阻礙未來武器系統(tǒng)采用更新、更先進(jìn)的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。因此，需要一種具有靈活、高效的轉(zhuǎn)換和互連能力，而其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)又與通用或完全的互操作性相反的實現(xiàn)互操作性的途徑。

綜上所述，摒棄代價高昂的統(tǒng)一通用標(biāo)準(zhǔn)框架，針對這種具有殺傷鏈重構(gòu)特征的緊耦合系統(tǒng)松散化、跨域功能要素之間交換少量結(jié)構(gòu)化、高影響因素信息的需求，設(shè)計建立類似于“松散耦合器”技術(shù)的異構(gòu)系統(tǒng)智能封裝接口，完成相應(yīng)服務(wù)調(diào)用和相應(yīng)數(shù)據(jù)提取，以取代異構(gòu)非開放式系統(tǒng)間的直接交互。這可能是目前可動態(tài)重構(gòu)殺傷鏈分布式異構(gòu)體系下，現(xiàn)有松、緊耦合的功能組件與未來規(guī)?；嘀悄荏w功能組件之間實現(xiàn)互操作性的有效途徑之一。

3 殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性評價

無論殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性的定義、內(nèi)涵如何變化，是采用統(tǒng)一通用標(biāo)準(zhǔn)框架，還是采用非傳統(tǒng)的異構(gòu)系統(tǒng)接入方法等，只是其互操作性實現(xiàn)方式的不同，達(dá)到分布式異構(gòu)系統(tǒng)互操作性的目標(biāo)沒有變化，互操作性通用定義以及互操作性等級模型也不會隨之改變。對殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性的評價仍然可以對照互操作性通用的等級模型來進(jìn)行。

互操作性的評價更多涉及互操作性測試與驗證模型，如就緒網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能參數(shù)（Net Ready Key Performance Parameter，NRKPP）等、互操作性使用測試計劃、互操作性測試準(zhǔn)則、互操作性數(shù)據(jù)采集以及互操作性驗證狀況。NRKPP是美軍參謀長聯(lián)席會議主席指示（CJCSI）6212.01F規(guī)定的用于分析、確定和描述互操作性要求，以及提出試驗策略以評估互操作性要求，包括評估信息需求、信息及時性、網(wǎng)絡(luò)安全、互操作性和保障性以及信息的技術(shù)交換需要的各項屬性。依據(jù)殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性數(shù)據(jù)的分析結(jié)果來確認(rèn)互操作性的驗證狀況，與通用的驗證方法一樣，可分為標(biāo)準(zhǔn)一致性驗證、聯(lián)合系統(tǒng)互操作性測試驗證、特定的接口驗證、特定的互操作性測試驗證、非驗證和互操作性評估等六個狀況[21]，如表3所示。

表3 互操作性驗證狀況描述

表3所列的互操作性狀況是美軍的一系列互操作性驗證的方法與流程的最終結(jié)果。互操作性等級的評估主要依據(jù)LISI等級模型，也可利用LCIM模型、組織互操作性成熟度模型（Organization Interoperability Model，OIM）、聯(lián)合互操作性等級模型（Levels of Coalition Interoperability，LCI）等來評估殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性等級。

4 結(jié)論

殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性實質(zhì)是解決分布式異構(gòu)的、各系統(tǒng)功能組件或要素之間非完全松耦合的互操作性問題，其內(nèi)涵和特點是采用靈活、高效轉(zhuǎn)換和互連能力的低成本而非統(tǒng)一通用標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，可針對殺傷鏈重構(gòu)特征以“智能接口”方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)化關(guān)鍵數(shù)據(jù)的自主交換，并完成相應(yīng)功能組件和要素之間的服務(wù)調(diào)用。殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性的實現(xiàn)主要體現(xiàn)在技術(shù)互操作性上，而同時基于技術(shù)互操作性，在條令條例及作戰(zhàn)經(jīng)驗等約束下，根據(jù)應(yīng)用使命和預(yù)期作戰(zhàn)效能來有效運用協(xié)同關(guān)系，以獲得高層組織互操作性。

本文針對美軍馬賽克戰(zhàn)中殺傷鏈動態(tài)重構(gòu)中的互操作性問題，對互操作性的概念包括互操作性定義、技術(shù)互操作性框架和互操作性等級模型等進(jìn)行了闡述，并對可動態(tài)重構(gòu)殺傷鏈的分布式結(jié)構(gòu)、其互操作性內(nèi)涵以及其非傳統(tǒng)互操作性—松散耦合器及其范例實現(xiàn)等進(jìn)行了分析，旨在解讀殺傷鏈/網(wǎng)可動態(tài)重構(gòu)中的互操作性內(nèi)在機理，對美軍馬賽克戰(zhàn)概念中功能組件或要素的“解聚”，以及殺傷鏈/網(wǎng)的動態(tài)重構(gòu)的深入理解和研究，并冀望對未來全域自主協(xié)同作戰(zhàn)體系的研究和構(gòu)建起到積極的推動作用。

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Brief Analysis of Interoperability in Dynamic Reconfigurable Kill Chain

WANG Xiaojun, ZHANG Xiushe, HU Xiaoquan, HAN Chunlei

For the question of the interoperability of ACK in Mosaic Warfare, the concept of interoperability definition, technical interoperability framework, interoperability level model are accounted, and the distributed structure of dynamically reconfigurable kill chain, its interoperability connotation and its nontraditional interoperability——loose couplers and its paradigm implementation are analyzed, be conducted to reveal the principle of interoperability in ACK dynamic reconfiguration and to deeply understand kill chains/ webs in the concept of mosaic warfare.

Interoperability; Kill Chain; Dynamic Reconfiguration

E712

A

1674-7976-(2021)-06-391-09

2021-10-15。

王小軍（1962.02—），浙江麗水人，研究員，主要研究方向為綜合電子信息系統(tǒng)、智能控制技術(shù)。