高嵐嵐，劉怡靜，劉 然，樂 劍

(軍事科學(xué)院戰(zhàn)爭研究院，北京100091)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭日趨復(fù)雜，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境跨越陸、海、空、天、網(wǎng)、電多個(gè)領(lǐng)域，戰(zhàn)場(chǎng)信息正以前所未有的速度增加，能否有效協(xié)同所有領(lǐng)域的作戰(zhàn)力量，獲得整體作戰(zhàn)效能增益，是未來聯(lián)合作戰(zhàn)致勝的關(guān)鍵。對(duì)此，美陸軍于2016 年提出了“多域戰(zhàn)”概念[1-3]，旨在打破軍種隔閡，同步跨域火力與全域機(jī)動(dòng)，建立并保持對(duì)敵優(yōu)勢(shì)。 “多域戰(zhàn)”發(fā)揮效能的前提是構(gòu)建指揮控制系統(tǒng)的信息共享和交互能力，如果無法保障高效協(xié)作溝通，就無法實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)。

2017 年，美空軍提出多域指揮控制(MDC2)發(fā)展思路[2]，促使空、天、網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)域一體化，推動(dòng)軍種聯(lián)合向作戰(zhàn)能力融合轉(zhuǎn)變。 2019 年，“多域戰(zhàn)(MDB)”概念升級(jí)為“全域戰(zhàn)(JADO)”[4-5]，“多域指揮控制(MDC2)”升級(jí)為“聯(lián)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(tǒng)由先進(jìn)作戰(zhàn)管理系統(tǒng)(ABMS)提供動(dòng)力，ABMS 是具有開放式體系架構(gòu)的系統(tǒng)族，采用開源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，包含7 種技術(shù)類別和28 種產(chǎn)品，針對(duì)跨域協(xié)作能力開發(fā)了專門的應(yīng)用產(chǎn)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(dòng)(OODA)周期[9]。

本文設(shè)計(jì)了一種面向任務(wù)的跨域協(xié)作系統(tǒng)，可為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供面向任務(wù)的跨域協(xié)作群管理、富媒體通信、應(yīng)用工具擴(kuò)展等功能，探索通過豐富靈活的協(xié)作手段、標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)整的組織架構(gòu)、扁平化的協(xié)作方式對(duì)跨域協(xié)作應(yīng)用模式和理念進(jìn)行預(yù)先研究。

1 相關(guān)技術(shù)

跨域協(xié)作能力要求系統(tǒng)在具備良好的健壯性、穩(wěn)定性、可維護(hù)性的前提下，兼具跨平臺(tái)特性、應(yīng)用支撐特性、擴(kuò)展性和靈活性。對(duì)此，系統(tǒng)采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)(Service-Oriented Architecture，SOA)設(shè)計(jì)思想及B/S 與C/S 混合結(jié)構(gòu)模式，應(yīng)用J2EE 技術(shù)棧及WebRTC+Janus 框架程序?qū)崿F(xiàn)主要功能開發(fā)。

1.1 SOA 技術(shù)架構(gòu)

SOA 是一種框架模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元(稱為服務(wù))通過定義良好的標(biāo)準(zhǔn)化接口聯(lián)系起來，接口采用中立方式進(jìn)行定義，不受硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語言的限制[10-12]。 基于SOA 架構(gòu)的系統(tǒng)具有靈活重構(gòu)、高度自治、獨(dú)立演化、動(dòng)態(tài)重組等特點(diǎn)，能夠更加從容地面對(duì)業(yè)務(wù)需求的急劇變化。

跨域協(xié)作系統(tǒng)采用SOA 思想設(shè)計(jì)開發(fā)，根據(jù)不同功能單元，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行拆分，創(chuàng)建服務(wù)或工具軟件(統(tǒng)稱子系統(tǒng))，子系統(tǒng)之間定義接口或協(xié)議，通過接口調(diào)用或依據(jù)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能模塊的松散耦合。 子系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和修改不會(huì)影響其他子系統(tǒng)，保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和對(duì)用戶需求變化的適應(yīng)性，具有良好的功能擴(kuò)展性。

1.2 C/S 與B/S 混 合 結(jié) 構(gòu)

C/S 即用戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，它的重要特征是：(1)應(yīng)用與服務(wù)分離，系統(tǒng)具有穩(wěn)定性和靈活性；(2)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模式提供更可靠的安全性，適用于高度機(jī)密的信息系統(tǒng)；(3)客戶端與服務(wù)器直接連接，網(wǎng)絡(luò)通信響應(yīng)速度快，利于處理大量數(shù)據(jù)；(4)客戶機(jī)需要安裝相應(yīng)的客戶端程序，難以實(shí)現(xiàn)快速部署與配置。 B/S 即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)[13-14]：(1)分布性強(qiáng)，客戶端零維護(hù)；(2)業(yè)務(wù)擴(kuò)展與維護(hù)簡單方便，可跨操作系統(tǒng)平臺(tái)部署安裝；(3)客戶端服務(wù)器采用請(qǐng)求-響應(yīng)模式，響應(yīng)速度慢；(4)軟件個(gè)性化程度低，難以滿足特殊功能要求。

跨域協(xié)作系統(tǒng)既有業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜，操作界面處理需求集中，側(cè)重穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性的功能，又有業(yè)務(wù)操作相對(duì)簡單，側(cè)重一致性、共享性和分布性的功能，單獨(dú)使用C/S 或B/S 結(jié)構(gòu)都不能很好地滿足本系統(tǒng)的功能需求，因此采用C/S 與B/S 混合架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.3 J2EE 技術(shù)棧

J2EE 是基于Java 平臺(tái)的關(guān)于Web 開發(fā)的一系列規(guī)范，是當(dāng)前市場(chǎng)上主流的企業(yè)級(jí)分布式應(yīng)用平臺(tái) 解 決 方 案。 J2EE 技 術(shù) 棧 由SUN、ORACAL、IBM、REDHAT 等公司各自提供J2EE 的規(guī)范實(shí)現(xiàn)，同時(shí)支持C/S 和B/S 結(jié)構(gòu)的服務(wù)程序開發(fā)，包含容器框架、設(shè)計(jì)模式控制框架、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架、網(wǎng)絡(luò)通信框架等多方面開源框架，經(jīng)過大量項(xiàng)目應(yīng)用，技術(shù)成熟穩(wěn)定，資料豐富全面。

跨域協(xié)作系統(tǒng)包含多個(gè)服務(wù)程序和應(yīng)用工具程序，涉及系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)持久存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通信等多個(gè)方面。 J2EE 技術(shù)棧覆蓋跨域協(xié)作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各方面框架需求，采用J2EE 技術(shù)棧，可以提高開發(fā)效率，降低維護(hù)成本。

1.4 WebRTC+Janus 框架

WebRTC(Web Real-Time Communication)是一個(gè)流媒體實(shí)時(shí)傳輸框架，可實(shí)現(xiàn)跨瀏覽器、跨平臺(tái)的視音頻通話功能，開發(fā)者無需關(guān)注多媒體的數(shù)字信號(hào)處理過程，只需編寫簡單的Javascript 程序即可開發(fā)出豐富的實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用[15]。 Janus 框架采用SFU(Selective Forwarding Unit) 模式，在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)，是支持WebRTC 實(shí)現(xiàn)多對(duì)多通信方案中表現(xiàn)優(yōu)秀的一款框架程序。 采用WebRTC+Janus 框架能夠很好地實(shí)現(xiàn)跨域協(xié)作系統(tǒng)中文字通信、語音通信、音視頻通信、音視頻會(huì)議等富媒體即時(shí)通信功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

跨域協(xié)作系統(tǒng)架構(gòu)劃分為3 層，分別是數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用支撐層，層與層之間邏輯邊界劃分清晰，模塊功能職責(zé)明確，功能支持與依賴關(guān)系明晰，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

(1)數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層為整個(gè)協(xié)作系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，由關(guān)系數(shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫組成。關(guān)系數(shù)據(jù)庫保存用戶信息、人員信息、虛擬組織架構(gòu)等業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)，以二維表的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，可以根據(jù)索引快速進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，方便管理員使用。 分布式數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)會(huì)議共享的文件、視頻、錄像等數(shù)據(jù)，采用云存儲(chǔ)方式，用戶本地不進(jìn)行存儲(chǔ)，分布式存儲(chǔ)的文件路徑存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。 非關(guān)系數(shù)據(jù)庫以緩存的形式存儲(chǔ)經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)服務(wù)層與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的交互壓力。

圖1 跨域協(xié)作系統(tǒng)架構(gòu)圖

(2)服務(wù)層

服務(wù)層分為數(shù)據(jù)服務(wù)層與基礎(chǔ)服務(wù)層。 數(shù)據(jù)服務(wù)層為基礎(chǔ)服務(wù)層提供數(shù)據(jù)層連接、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)存取方面的服務(wù)支持，使基礎(chǔ)服務(wù)層的服務(wù)程序?qū)Ｐ膶?shí)現(xiàn)自己負(fù)責(zé)的業(yè)務(wù)功能，不必考慮數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存取問題。 基礎(chǔ)服務(wù)層由一組服務(wù)程序構(gòu)成，服務(wù)程序之間通過標(biāo)準(zhǔn)接口彼此聯(lián)系，支持集中式或分布式部署。 基礎(chǔ)服務(wù)層通過標(biāo)準(zhǔn)的功能接口和數(shù)據(jù)接口向應(yīng)用支撐層中的基礎(chǔ)應(yīng)用工具提供功能實(shí)現(xiàn)支撐和數(shù)據(jù)處理支撐。

(3)應(yīng)用層

應(yīng)用層為用戶提供與跨域協(xié)作作業(yè)相關(guān)的應(yīng)用工具，實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互，是系統(tǒng)功能在應(yīng)用層面的具體體現(xiàn)。 該層按照功能模塊進(jìn)行劃分，每個(gè)功能模塊職責(zé)明確，通過接口調(diào)用方式協(xié)同完成指定功能，實(shí)現(xiàn)模塊之間的松耦合，方便模塊內(nèi)部的修改及模塊的擴(kuò)展。 應(yīng)用層以接口形式向各業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供跨域協(xié)作功能支持。

2.2 功能設(shè)計(jì)

跨域協(xié)作系統(tǒng)具備虛擬機(jī)構(gòu)管理、跨域協(xié)作群管理、個(gè)人空間管理、協(xié)作空間管理、跨域系統(tǒng)監(jiān)控感知、富媒體通信、異構(gòu)信息交互和應(yīng)用工具嵌入與擴(kuò)展能力，功能架構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 跨域協(xié)作系統(tǒng)功能組成架構(gòu)

跨域協(xié)作群管理功能根據(jù)任務(wù)需求，將現(xiàn)實(shí)中的組織機(jī)構(gòu)映射到線上，每個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)中的一個(gè)部門，依照現(xiàn)實(shí)中部門之間的關(guān)系，為機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行關(guān)系配置，多個(gè)機(jī)構(gòu)共同形成組織架構(gòu)，并在職、責(zé)、權(quán)方面隨著現(xiàn)實(shí)組織的調(diào)整而調(diào)整。

多域作戰(zhàn)環(huán)境下，某個(gè)域的信息格式對(duì)于其他域的人員來說難以理解，應(yīng)用工具嵌入與擴(kuò)展功能為解決用戶業(yè)務(wù)需求而生。 用戶能夠根據(jù)需求，從工具庫中一鍵式嵌入指定的應(yīng)用工具到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)跨域信息的格式轉(zhuǎn)換等業(yè)務(wù)需求，也能夠在跨域協(xié)作群中向所有群內(nèi)用戶推薦和共享應(yīng)用工具，是解決作戰(zhàn)資源異構(gòu)性，以統(tǒng)一方式對(duì)作戰(zhàn)資源進(jìn)行調(diào)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(huì)商等形式進(jìn)行協(xié)作交流，打破傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)手段速度慢、效率低，不夠直觀、全面的局限，通過在線一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的互動(dòng)模式促使用戶在工作上形成“全局掌控、準(zhǔn)確判斷、快速反應(yīng)、果斷決策”的效果。

3 應(yīng)用展望

跨域協(xié)作系統(tǒng)針對(duì)當(dāng)前協(xié)同作業(yè)手段單一、協(xié)作關(guān)系復(fù)雜、交互流程繁瑣等問題設(shè)計(jì)了相應(yīng)解決方案，在探索多域聯(lián)合作戰(zhàn)的創(chuàng)新協(xié)作手段和理念方面具有良好的應(yīng)用前景。

(1)多手段協(xié)同作業(yè)

信息化作戰(zhàn)數(shù)據(jù)量巨大，信息種類繁多而復(fù)雜，對(duì)時(shí)效性要求高，當(dāng)前的協(xié)同作業(yè)手段老舊，流程繁瑣，缺乏交互性，信息呈現(xiàn)非動(dòng)態(tài)，易產(chǎn)生認(rèn)知偏差，難以為指揮決策提供精確的時(shí)敏信息，不能很好地滿足跨域協(xié)作與通信方面的要求。 跨域協(xié)作系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)中間件、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)訂閱推送機(jī)制為用戶提供跨域環(huán)境的文本、圖像、語音、視頻等多源異構(gòu)信息交互共享能力；采用WebRTC+Janus框架為群組內(nèi)用戶提供富媒體即時(shí)通信功能，允許多人同時(shí)進(jìn)行文字通信、語音通信、視音頻通話和會(huì)商。 多種協(xié)同手段的創(chuàng)新應(yīng)用能夠加速戰(zhàn)場(chǎng)信息的精確交互，提高參與人員的互動(dòng)性，有助于實(shí)現(xiàn)指揮員有效決策。

(2)并行協(xié)同計(jì)劃制定

多域協(xié)同計(jì)劃的制定過程是將決策支持信息在個(gè)人和群組中進(jìn)行交互，不斷消解沖突，從而獲得一致的行動(dòng)方案的過程。 隨著作戰(zhàn)域的擴(kuò)展，參與人數(shù)的增加，信息數(shù)量和復(fù)雜度也在成倍增加，當(dāng)前協(xié)同信息需要經(jīng)過冗長的通信和信息系統(tǒng)設(shè)置流程，造成協(xié)同效率低下、時(shí)效性差等問題。 跨域協(xié)同系統(tǒng)探索將各域參戰(zhàn)力量“粘合”成一個(gè)整體，同時(shí)感知指揮員的作戰(zhàn)意圖，同步制定作戰(zhàn)計(jì)劃，及時(shí)交互方案信息，消解沖突，避免作戰(zhàn)方案提交上報(bào)后發(fā)現(xiàn)沖突，進(jìn)而進(jìn)行消解，再次制定、提交方案的繁瑣流程，縮短協(xié)同信息的傳遞時(shí)間，實(shí)現(xiàn)上下互動(dòng)、左右協(xié)調(diào)，快速形成一致行動(dòng)方案的目的。

(3)面向任務(wù)的敏捷分組

大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)需要根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)組織調(diào)用不同領(lǐng)域的作戰(zhàn)力量，實(shí)現(xiàn)跨域作戰(zhàn)力量的動(dòng)態(tài)重組，并保障信息互聯(lián)互通。 跨域協(xié)作系統(tǒng)提供一種面向任務(wù)的敏捷分組方式，根據(jù)不同任務(wù)動(dòng)態(tài)建立協(xié)作群組，并可在整個(gè)任務(wù)執(zhí)行過程中的全域范圍內(nèi)再次組建群組，重新分配任務(wù)。 群組內(nèi)成員可根據(jù)需要建立臨時(shí)的上下級(jí)關(guān)系，分配不同權(quán)限，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)作溝通，共同完成作戰(zhàn)任務(wù)，任務(wù)完成后可隨時(shí)解除群組關(guān)系。 這種面向任務(wù)的靈活彈性編組方式有助于消除軍種間煙囪式結(jié)構(gòu)，建立扁平化指揮關(guān)系，第一時(shí)間把握戰(zhàn)機(jī)，縮短作戰(zhàn)行動(dòng)周期。

4 結(jié)論

本文圍繞多域聯(lián)合作戰(zhàn)背景下的多域信息協(xié)同需求，開展了面向任務(wù)的跨域協(xié)作系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 論文給出了包含數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用支撐層的協(xié)作系統(tǒng)架構(gòu)，并從跨域協(xié)作支撐能力和跨域統(tǒng)一服務(wù)能力兩個(gè)方面明確了系統(tǒng)功能組成。 跨域協(xié)作系統(tǒng)預(yù)期可提供多手段協(xié)同作業(yè)、并行協(xié)同計(jì)劃制定、面向任務(wù)的敏捷分組等能力，為多域聯(lián)合協(xié)作提供一種解決思路。