趙鑫業(yè) 王義濤 王超 王玨

1.海軍大連艦艇學(xué)院遼寧大連116018

指揮與控制(Command and Control,C2)系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通、互操作,與實際傳感器和武器系統(tǒng)的無縫鏈接,與仿真模擬系統(tǒng)的一體化操作,乃至無歧義地指揮自主無人系統(tǒng)(Autonomous Systems 或Robotic Systems),不僅要求作戰(zhàn)系統(tǒng)中各元素連接成網(wǎng)絡(luò),更需要它們以一種相互理解的方式協(xié)同工作.這就需要在不同要素、各軍兵種的信息系統(tǒng)之間,清晰無異地表達、傳遞軍事計劃和命令[1].在國內(nèi),信息交換的標準化工作已經(jīng)開展多年[2?6],從各個軍兵種到聯(lián)合作戰(zhàn)層面,但是距離建立統(tǒng)一的、面向聯(lián)合作戰(zhàn)的作戰(zhàn)互操作標準還有很長的路要走.國際上通用的C-BML、MSDL 等標準,已經(jīng)在多次聯(lián)合作戰(zhàn)及兵棋推演仿真中得到了成功應(yīng)用.

戰(zhàn)場信息交換語言(Battlefiel Information Exchange Language,BIEL)旨在為我軍C2 系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)和自主無人系統(tǒng)之間的標準化信息交換提供支持.BIEL 作為一個互操作性標準,可以極大地方便軍事想定的準備和執(zhí)行,以支持相關(guān)軍事活動(例如:訓(xùn)練,行動支持,概念的開發(fā)和實驗).BIEL 的初步試用研究已經(jīng)顯示出以下優(yōu)點:1)減少計劃或?qū)嶒灥臏蕚鋾r間.2)增加培訓(xùn)或?qū)嶒灜h(huán)境的現(xiàn)實逼真度.3)降低由所需模擬器操作員人數(shù)的減少所導(dǎo)致的成本.

隨著各類面向作戰(zhàn)的互操作標準化語言的不斷增多,發(fā)現(xiàn)這些語言有一個共同點,就是大部分的語言雖說有著各自的業(yè)務(wù)需求,但其基礎(chǔ)功能是類似的,比如內(nèi)容模型、交互式協(xié)議等.系統(tǒng)開發(fā)人員每次在設(shè)計及開發(fā)互操作語言時,都需要重復(fù)開發(fā)這些基礎(chǔ)功能.這樣既效率低,其開發(fā)后的維護成本也高.如果有一套基礎(chǔ)通用的開發(fā)框架,將這些語言都用到的功能統(tǒng)一起來,將大大加快語言開發(fā)的速度和開發(fā)強度.鑒于此原因,開發(fā)部建立了BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架.BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架就是集合以及以往國內(nèi)外各類互操作語言開發(fā)的經(jīng)驗,將開發(fā)過程中的一些通用的、可復(fù)用的功能模塊,整合起來,以內(nèi)容模型、消息框架、交互式協(xié)議和服務(wù)組件為核心,按照從需求、參考體系框架、形式化規(guī)范、規(guī)范指導(dǎo)參考實現(xiàn)的設(shè)計思路,形成一個統(tǒng)一的開發(fā)框架,將BIEL 的設(shè)計和開發(fā)建立在這個統(tǒng)一開發(fā)平臺之上.使設(shè)計及開發(fā)人員能夠脫離重復(fù)勞動,高效率開發(fā)出BIEL,并為其他互操作語言的框架性開發(fā)提供有益借鑒.

1 BIEL 概述

BIEL 用于無歧義地表示戰(zhàn)場環(huán)境下系統(tǒng)(或機器)之間的軍事信息通信.首先介紹一下BIEL 的語法(grammar).語法是一系列規(guī)則—用于說明對于一種特定語言,如何構(gòu)建有效的句子和表達式.BIEL表達式是基于“誰,干什么,哪里,什么時間,為什么(Who,What,Where,When,Why,5W)” 的結(jié)構(gòu),便于組織和規(guī)劃行動單元.BIEL 遵循了以上有關(guān)5W 的基本定義.一個簡單的用于表示任務(wù)的圖形化BIEL示例,如圖1所示.

從互操作性分層來看,概念互操作等級模型(The Levels of Conceptual Interoperability Model,LCIM)認為系統(tǒng)之間的互操作性從不同程度上看,可以分為5 個層次[6?7]:即技術(shù)互操作性、語法可操作性、語義可操作性、語用互操作性、動態(tài)可操作性和概念互操作性.對照以上5 個層次,參照CBML,給出了對應(yīng)的層次化BIEL,即:條令[8?9]、表達[10?13]、協(xié)議[14?15]、本體[16?19]和語法[10,12?15].

另外,開發(fā)BIEL 面臨以下諸多的挑戰(zhàn):標準的復(fù)雜性,方法的復(fù)雜性,協(xié)調(diào)制定(或使用)標準的不同部門之間分歧能力的不足,不充分的資源,缺乏清晰的范圍和需求,不確定的和不充分的標準制定或使用方.

2 BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架概述

鑒于在以往互操作標準(例如C-BML)發(fā)展過程中碰到的困難,以及為了使BIEL 標準的開發(fā)變得更加有序和有效,在借鑒C-BML 標準開發(fā)框架(Standards Development Framework,SDF)[7?8,23]的基礎(chǔ)上,提出BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架.這里提出統(tǒng)一開發(fā)框架用于指導(dǎo)BIEL 的各個開發(fā)過程及促進BIEL 標準產(chǎn)品的開發(fā),其基本目標是:提出一種開發(fā)方法,以受控、可重復(fù)的方式,基于一組可追溯的需求來發(fā)展BIEL 標準,并在不犧牲互操作性的前提下保證擴展性.統(tǒng)一開發(fā)框架組織BIEL 的各個方面,在功能和范圍方面從不同的抽象層次上建立分離的關(guān)注點.期望通過這個框架能夠方便地交流、解決需求或理解的分歧,為恰當?shù)亟缍ê徒M織BIEL 標準制定活動提供幫助.BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架有很強的適應(yīng)性和通用性,可以作為BIEL 開發(fā)的一個通用框架.

BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架建立了在體系結(jié)構(gòu)框架上的一致性:從需求到參考框架,到實現(xiàn)技術(shù)的架構(gòu);最后到程序相關(guān)的架構(gòu)和參考實現(xiàn).BIEL 標準設(shè)計的初衷是與BIEL 兼容的系統(tǒng)可以嵌入多種作戰(zhàn)環(huán)境下(例如不同軍兵種的指揮信息系統(tǒng)).因此,BIEL統(tǒng)一開發(fā)框架將提供對已有服務(wù)、程序等的擴展機制.參照C-BML 標準開發(fā)框架,其與北約體系結(jié)構(gòu)框架(NATO Architecture Framework,NAF)、美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(Department of Defense Architecture Framework,DoDAF)、英國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(Ministry of Defense Architecture Framework,MoDAF)

等體系結(jié)構(gòu)框架(Architectural Frameworks,AF)保持一致,C-BML 標準開發(fā)框架可以描述基于C-BML的解決方案是如何支持作戰(zhàn)用例的.

與C-BML 標準開發(fā)框架類似,BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架包含如下開發(fā)活動:1)BIEL 需求管理.2)BIEL概念、邏輯和物理模型的表示.3)BIEL 語法的定義.4)消息傳輸和BIEL 服務(wù)的定義.5)一系列BIEL 用例的創(chuàng)建.6)BIEL 與其他標準的通信.

2.1 BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架關(guān)鍵特點

BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架包含以下關(guān)鍵的特點[7]:

1)需求驅(qū)動.BIEL 需要滿足許多貌似矛盾的需求.例如,BIEL 必須要足夠通用以支持多種原有系統(tǒng),但又要滿足擴展性的要求以適應(yīng)多種環(huán)境.為了達到這個目標,框架必須能夠獲取多種需求并允許開發(fā)、追蹤、校驗和其他需求管理活動.

2)可擴展性.根據(jù)需求的廣度,BIEL 必須能夠在通用性和特定解決方案之間尋求一種相對的平衡.執(zhí)行程序能夠在使用過程中獲取BIEL,并做出領(lǐng)域相關(guān)的擴展以適應(yīng)其領(lǐng)域.因此,統(tǒng)一開發(fā)框架使用擴展的設(shè)計范式—定義BIEL 的核心并為創(chuàng)建具體應(yīng)用領(lǐng)域擴展提供指導(dǎo).當然,這些擴展也包含BIEL.

圖1 用于示例5W 的圖形化BIEL 示例Fig.1 A Graphical BIEL example for 5W

3)可維護性.BIEL 將支持一系列之前的標準、系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò).為了創(chuàng)建一個包容過去的、當前的、未來的技術(shù)環(huán)境,統(tǒng)一開發(fā)框架使用分層的方法用來描述概念相關(guān)的、執(zhí)行相關(guān)的、技術(shù)相關(guān)的不同方面.目的是解決方案能夠同時保證對于技術(shù)改變的包容性和對具體相關(guān)執(zhí)行設(shè)計的支持.

4)階段性開發(fā).BIEL 的開發(fā)將是循環(huán)迭代無止境的.為了達到這個目的,統(tǒng)一開發(fā)框架支持一種階段性的、用例驅(qū)動的、能力驅(qū)動的開發(fā)方法.統(tǒng)一開發(fā)框架使用一種全譜系架構(gòu)性的視角用于定義產(chǎn)品.

5)建立與其他標準的適配性接口.各個軍兵種已有的互操作標準或規(guī)范與BIEL 在概念和技術(shù)上有許多重疊.因此,采用可兼容的XML 模式文件用于確定BIEL 中信息交換機制.隔離關(guān)心點將清晰地區(qū)分系統(tǒng)或標準的哪些方面需要和BIEL 結(jié)合.

2.2 BIEL 的開發(fā)目標

必須減少BIEL 使用的障礙.BIEL 標準必須具有明確的目標,必須易于理解和解釋,必須具有可擴展性和靈活性,并且必須能夠良好地與傳統(tǒng)的解決方案相融合.對BIEL 的目的、范圍、應(yīng)用和角色之間更明確的表達有助于改進BIEL 的開發(fā)、評估、使用和維護.BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架旨在將所有這些問題組織到一個框架中,促進討論以解決矛盾,并有助于劃定確定的范圍及組織標準的開發(fā)活動.

2.3 BIEL 開發(fā)過程

BIEL 的開發(fā)過程將遵照BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架的遞進式分層結(jié)構(gòu)(圖2).目前可用的技術(shù)為標準開發(fā)活動提供了自動化的機會,其提供了生成規(guī)范產(chǎn)品的方式而不是手工編輯的方式,手工編輯的方式對于產(chǎn)品開發(fā)和隨后的產(chǎn)品修訂來說可能是耗時且容易出錯的.隨著標準的發(fā)展,自動化技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于標準產(chǎn)品的開發(fā),使用UML 建模工具—EA(Enterprise Architect)創(chuàng)建BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架[7,23].需求包使用UML 的需求配置文件擴展,而Ontology工具欄允許定義、導(dǎo)入和導(dǎo)出OWL 本體元素.為了與MDA 保持一致,EA 支持各種模型表示形式之間的轉(zhuǎn)換:例如,可以將以O(shè)WL 本體表示的內(nèi)容模型轉(zhuǎn)換為XML 模式文件;另外,還可以自動生成網(wǎng)頁或形式化文檔(有利于更廣泛地共享模型,而不需要熟悉建模工具的使用).另外,也可以使用EA 定義BIEL 邏輯數(shù)據(jù)模型,并派生出平臺特定模型(如XML 模式文件).

2.4 使用統(tǒng)一開發(fā)框架擴展BIEL

與任何產(chǎn)品開發(fā)一樣,確定產(chǎn)品范圍和產(chǎn)品開發(fā)計劃對于確保產(chǎn)品的及時可用性和實用性至關(guān)重要.普遍擔心的是,需求和實施方案的多樣性很大程度上取決于大量的技術(shù)選擇以及廣泛的、不同的開發(fā)系統(tǒng)群體.另一個相關(guān)的問題是確保統(tǒng)一開發(fā)框架的5 個層面都具有靈活性和可擴展性.領(lǐng)域擴展和變更提案將能夠作為形式化規(guī)范的應(yīng)用程序來制定,形式化規(guī)范將提供如何應(yīng)用該標準的具體示例以及為什么需要進行更改.

統(tǒng)一開發(fā)框架旨在通過提供擴展框架各部分的手段來支持多個具體領(lǐng)域的需求.作為本體模型,核心內(nèi)容模型可以擴展領(lǐng)域相關(guān)的元素.消息框架可以應(yīng)用于整個戰(zhàn)術(shù)消息集,其結(jié)果可以在領(lǐng)域內(nèi)或跨領(lǐng)域重用.類似地,交互協(xié)議定義也可以被分類,特別是當它涉及任務(wù)線程和消息線程時.服務(wù)規(guī)范可能會導(dǎo)致服務(wù)實現(xiàn),也可能被共享為API 和SDK.此外,由于BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架規(guī)范了這些相關(guān)的擴展,因此,統(tǒng)一開發(fā)框架是確保所有與BIEL相關(guān)的擴展、分類和軟件以一致的方式表達的通用框架[7,22,24].

3 BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架組件層

通過參考及借鑒C-BML 標準開發(fā)框架[20?21],BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架定義了5 個組件層,以概念和規(guī)范的形式對BIEL 產(chǎn)品進行分層,如圖2所示,包括需求(Requirement)、參考體系結(jié)構(gòu)(Reference Architecture,RA)、標準化規(guī)范(Normative Specification NS)、規(guī)范指導(dǎo)(Specificatio Guidance,SG)、參考實現(xiàn)(Reference Implementation,RI),這5 個組件層區(qū)分了BIEL 目標產(chǎn)品中概念和規(guī)范的不同層級.

圖2 BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of a unifie development framework for BIEL

1)需求:以具體任務(wù)、作戰(zhàn)活動和信息流形式定義的作戰(zhàn)用例.

2)參考體系結(jié)構(gòu):用于支持領(lǐng)域數(shù)據(jù)模型、信息框架、交互協(xié)議和抽象服務(wù)組件的概念層組織.這部分內(nèi)容隨著需求逐步進化.

3)標準化規(guī)范:BIEL 形式化規(guī)范由具體實現(xiàn)相關(guān)的細節(jié)構(gòu)成.形式化規(guī)范在結(jié)構(gòu)、多執(zhí)行程序集成等方面依賴于參考架構(gòu).

4)規(guī)范指導(dǎo):對于形式化規(guī)范具體的指導(dǎo)性附錄,可能包括推薦相關(guān)技術(shù),執(zhí)行示例,標準的示例性擴展,其他非強制性說明(也是規(guī)范的一部分)等.

5)參考實現(xiàn):開發(fā)的軟件程序用于驗證規(guī)范并展示其可執(zhí)行性.參考實現(xiàn)的目的是保證BIEL 開發(fā)的完備性.

接下來將詳細講述統(tǒng)一開發(fā)框架的每一個層次.需要注意的是,每一層次建立在前一層次的基礎(chǔ)之上.

3.1 需求

BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架的需求層,通過創(chuàng)建和選擇作戰(zhàn)用例來推動BIEL 的發(fā)展[24?25].互操作標準的開發(fā)通過定義一種公共的交換信息的方式來指導(dǎo)信息系統(tǒng)之間的通信.標準事實上由一組形式化產(chǎn)品組成,產(chǎn)品按照每個系統(tǒng)的需求指定了異構(gòu)系統(tǒng)成功集成和交互的技術(shù)細節(jié)和示例.確定和管理這些需求是成功建立標準的關(guān)鍵,保證需求能夠最終被采用并滿足標準使用相關(guān)方的期望.將系統(tǒng)工程方法應(yīng)用于互操作性標準開發(fā)中的需求工程階段,目的是確保標準的成功開發(fā)和應(yīng)用[24].

標準是為產(chǎn)品、過程、程序、實踐和方法建立工程和技術(shù)需求的文檔,而標準又被權(quán)威組織所頒布或被一致認可并采用[25].標準開發(fā)組織發(fā)布產(chǎn)品(例如技術(shù)性規(guī)范或其他支持性文檔)用于指導(dǎo)或約束系統(tǒng)開發(fā)、集成、維護及系統(tǒng)生命周期的其他方面.產(chǎn)品不是終端用戶的系統(tǒng),但是提供了有關(guān)終端用戶系統(tǒng)必須擁有的特征和必須滿足的需求的保證.

3.2 參考體系結(jié)構(gòu)

統(tǒng)一開發(fā)框架中最核心的內(nèi)容在RA 中,如圖3所示,參考框架定義了數(shù)據(jù)的、消息的、交互協(xié)議的、服務(wù)的核心模型,每一部分程序都是可擴展的[21].

下面詳細介紹參考框架中的每一個組成部分.

3.2.1 內(nèi)容模型

參考框架的第1 個組成部分是內(nèi)容模型(Content Model,CM),如圖4所示.內(nèi)容模型由核心數(shù)據(jù)模型,又稱為邏輯數(shù)據(jù)模型(Logical Data Model,LDM)和核心數(shù)據(jù)擴展模型組成,用于聯(lián)合作戰(zhàn)、多軍種的、服務(wù)的、系統(tǒng)相關(guān)程序的規(guī)范指導(dǎo)組成.BIEL LDM 專注于描述基本數(shù)據(jù)元素和關(guān)系.將MDA 用于開發(fā)BIEL LDM,描述LDM 的結(jié)構(gòu)、類、關(guān)系,并討論擴展LDM 用于專有領(lǐng)域并生成核心數(shù)據(jù)擴展模型的機制.

圖3 BIEL 參考框架Fig.3 BIEL reference architecture

核心內(nèi)容模型是由Web 本體語言(Web Ontology Language,OWL)定義的領(lǐng)域本體,使用UML 進行管理—主要以利用UML 代碼生成能力.通過使用OWL,內(nèi)容模型可以從可擴展性特性中受益.核心內(nèi)容模型僅限于對BIEL 最重要的要素,并被分為3組:

1)“5W”的對象.核心內(nèi)容模型泛化了常見的本體論元素的概念:對于“Who”的實體(Entity);為了“What”的事件(Event)和行動(Action);對于“Where”的空間區(qū)域;對于“When”的時間區(qū)域;用于解決的“Why”.

2)屬性:用于描述一般對象的狀態(tài)、功能、關(guān)系或任何方面.

3)通信行為是通信理論的重要組成部分.通信行為是行為類型,包括斷言(報告)、委托(回復(fù))、聲明(控制措施或任務(wù)組織聲明)和指令(命令和請求).通信行為理論解釋了其他通信行為,但這些不適用于BIEL.

核心內(nèi)容模型的這一部分借鑒了IEEE 物理智能代理基礎(chǔ)(Foundation for Physical Intelligent Agents,FIPA)標準和用于統(tǒng)一通信本體(Communication Ontology,CO)的研究內(nèi)容.

3.2.2 消息框架

消息框架(Message Framework,MF)定義了一個抽象的消息結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)邏輯上區(qū)分了組成BIEL消息的元素:消息內(nèi)容、消息元數(shù)據(jù)、傳輸元數(shù)據(jù),如圖5所示.在執(zhí)行層,傳輸元數(shù)據(jù)被指定為消息頭(Header),作為執(zhí)行相關(guān)的傳輸信封體(Transport Envelope,TE)的一部分.傳輸信封體又封裝了BIEL消息的其他部分(例如內(nèi)容和元數(shù)據(jù)).消息框架同樣定義了內(nèi)容模型支持的信息如何被組織成可表達的形式,并與產(chǎn)生式規(guī)則(即BIEL 語法)保持一致.

圖4 BIEL 內(nèi)容模型:核心和擴展Fig.4 BIEL content model:core and extension

圖5 消息框架Fig.5 BIEL message framework

根據(jù)一組規(guī)則和指導(dǎo)原則,消息框架指定一組用于構(gòu)造消息的高級結(jié)構(gòu),從而為生成BIEL 消息提供一種一致的、標準化的方法.同時,它可以靈活地讓用戶針對其具體的領(lǐng)域特點建立表達式和消息.

3.2.3 交互協(xié)議

統(tǒng)一開發(fā)框架的交互協(xié)議(Interaction Protocols,IP)規(guī)定了系統(tǒng)之間信息傳遞規(guī)則.作戰(zhàn)信息的交換很少限制為一條獨立的消息,大部分的情況是,多條消息在多個執(zhí)行者之間交互,而多條信息之間又相互依賴.例如,確認(Acknowledgment)消息可以在報告(Report)或請求(Request)之后.與通用任務(wù)上下文相關(guān)的交互消息被稱為“消息線程(Message Threads,MT)”.交互協(xié)議提供了為BIEL 消息定義協(xié)議所必需的構(gòu)造體,從而驅(qū)動對消息內(nèi)容、消息元數(shù)據(jù)和系統(tǒng)實現(xiàn)的附加要求.在研究初期對協(xié)議的關(guān)注主要還在LICM 模型的技術(shù)互操作層次,如傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)交換協(xié)議等,隨著研究的進展,這一關(guān)注集中到了語用互操作和動態(tài)互操作層次.

由于軍兵種、兵力編成和應(yīng)用的多樣性,戰(zhàn)術(shù)信息交換的許多方面在BIEL 中無法標準化.出于這個原因,統(tǒng)一開發(fā)框架沒有規(guī)定一套標準的交互協(xié)議,而是定義了如何以結(jié)構(gòu)化的形式獲取交互協(xié)議.然后,標準使用方可以對交互協(xié)議進行編目、選擇協(xié)議、確定哪些協(xié)議是兼容的,并最終在Agent 之間實現(xiàn)智能通信.

按照作戰(zhàn)需求,作戰(zhàn)信息的交換很少能由單個獨立的消息完成,更多地是通過多個相互依賴的消息按照一定的交互關(guān)系來完成,比如在一個“報告”或“請示”消息之后,一般會有一個“應(yīng)答”消息返回來.圖6描述了一個“申請火力支援”的交互協(xié)議.該消息線程發(fā)生在前向觀察者和火力打擊指揮中心之間,并涉及一系列消息,每個消息指定一個通信行為,例如:請求、拒絕、同意、建議、接受等.實例中,消息交互發(fā)生在“前出偵察員”和“火力檢定中心”之間,消息交互通過表達通信行為的一系列消息來完成.

BIEL 語用互操作和動態(tài)互操作層次上的協(xié)議,更多地與具體應(yīng)用的狀態(tài)與過程相關(guān),要想在一個相對通用的語言里作出規(guī)定,需要將眾多的交互過程分解,抽取出若干共性的、可組合的獨立過程,再將它們協(xié)議化.和所有協(xié)議一樣,為保證BIEL 協(xié)議的可靠性,特別是無人自主系統(tǒng)使用它們時的可靠性(如死鎖問題),協(xié)議驗證也是BIEL 協(xié)議工作的一項重要工作.與通信協(xié)議或其他協(xié)議一樣,BIEL協(xié)議的驗證也可以通過形式化方法進行,如有限狀態(tài)機(Finite Automata,FA)、Petri 網(wǎng)、概率模型檢驗(Probabilistic Model Checking,PMC)等.

圖6 BIEL 交互協(xié)議示例Fig.6 A example of BIEL interaction protocol

3.2.4 服務(wù)組件

BIEL 作為一套規(guī)范標準,用于C2 系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)和自主無人系統(tǒng)之間的命令、計劃、報告和請求等軍事信息的標準化交換.BIEL 提供了一個通用的、標準化的方式,其中包含足夠的表達性的詞匯和語法來支持真實單元、仿真單元或自主無人單元之間的報告和任務(wù)的表示.為了應(yīng)對技術(shù)獨立性和協(xié)議不可知性,BIEL 標準規(guī)定了通過BIEL 服務(wù)使用不同傳輸機制進行BIEL 消息的實際傳輸,并制定了信息交換所需的信息元[6?7].

服務(wù)組件(Service Components,SC)部分旨在組織如何在BIEL 中定義服務(wù)接口.服務(wù)組件部分將為核心BIEL 服務(wù)定義一組有限的服務(wù)定義,但主要將指導(dǎo)具體領(lǐng)域以通用的方式定義領(lǐng)域相關(guān)的服務(wù),可以對它們進行編目、重用、比較、組合等.注冊、生產(chǎn)者、消費者、發(fā)布者和訂閱者等服務(wù)端點需要與服務(wù)解決方案相一致.

3.3 形式化規(guī)范

統(tǒng)一開發(fā)框架的形式化規(guī)范層(Normative Specifications NS)將參考架構(gòu)中的元素以正式的規(guī)范組合起來,然后可以將其應(yīng)用于特定執(zhí)行程序的定義,如圖7所示.形式化規(guī)范允許將參考體系結(jié)構(gòu)的視圖應(yīng)用于特定的信息交換標準,如SOAP/WSDL、RESTful Web 服務(wù)或XML 模式文件,以實現(xiàn)系統(tǒng)之間某種程度的互操作性.

圖7 BIEL 模型和消息框架之間的關(guān)系Fig.7 Relationship of BIEL model and message framework

作為形式化規(guī)范的一部分,消息框架中定義的表達式和消息與內(nèi)容模型(內(nèi)容模型定義BIEL 消息是如何被使用者解釋的)形成語義關(guān)聯(lián),如圖8所示.內(nèi)容模型和消息內(nèi)容相分離的模式允許多種互補的消息模式,而不是強加一組規(guī)定的格式化的文本消息模板.內(nèi)容與消息的解耦不再限制使用單個XML模式文件,因為多個可能的XML 模式文件可以在需要時以擴展的內(nèi)容模型相關(guān)聯(lián).

在內(nèi)容模型和消息框架中捕獲的詞匯和語法足以滿足許多涉及簡單消息線程(例如報告或確認)的BIEL 用例.但是,對于許多用例或任務(wù)線程,通常會交換和引用大量相關(guān)的消息.為了支持與這些消息線程相關(guān)的更復(fù)雜的信息流,需要更高要求的標準化.交互協(xié)議約束與特定任務(wù)線程(例如請求火力示例)相關(guān)的消息通信.交互協(xié)議指定對于給定的消息線程,消息如何與其他消息相關(guān)及依賴關(guān)系,并規(guī)定了BIEL 客戶端在參與消息線程時必須符合的規(guī)則.

核心BIEL 服務(wù)滿足兩個不同的需求:1)為基本BIEL 消息操作提供標準接口.2)允許BIEL 客戶端根據(jù)架構(gòu)擴展定義自己的服務(wù).最后,形式化規(guī)范層將包括核心BIEL 服務(wù)規(guī)范,服務(wù)規(guī)范以實現(xiàn)技術(shù)的形式提供協(xié)議相關(guān)的描述,如圖9所示.對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Web Services,WS),可能包括SOAP、REST、WebSockets 或SSE;對于仿真互操作協(xié)議,可能包括HLA、DIS 或TENA;對于消息傳遞,可能包括SMTP、AMQP、XMPP 或OMG-DDS.

3.4 規(guī)范指導(dǎo)

統(tǒng)一開發(fā)框架規(guī)范指導(dǎo)(Specificatio Guidance,SG)層列舉出對內(nèi)容模型和消息框架的示例性擴展.規(guī)范指導(dǎo)同樣列舉戰(zhàn)術(shù)消息或系統(tǒng)相關(guān)的消息.規(guī)范指導(dǎo)層還可以說明如何使用BIEL 的可擴展性來制定戰(zhàn)術(shù)消息或系統(tǒng)特定的消息.最后,規(guī)范指導(dǎo)層也可能會解決諸如與常用編程語言有關(guān)的技術(shù)特定問題.

3.5 參考實現(xiàn)

IR 層為原型實現(xiàn)、測試、驗證和修改規(guī)范提供了可能.參考實現(xiàn)層雖然是BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架的最后一層,但這種實現(xiàn)為BIEL 的概念構(gòu)想提供了驗證[8].

4 BIEL 與C-BML 優(yōu)劣對比

BIEL 與C-BML 的共同點為:1)具備與相應(yīng)的系統(tǒng)間產(chǎn)生和消費統(tǒng)一數(shù)據(jù)的能力.2)技術(shù)層解決方案能夠完全支持的交互協(xié)議.3)所有系統(tǒng)就符合語法層要求的術(shù)語集達成一致.4)共享術(shù)語含義并能夠預(yù)知上下文.

BIEL 在C-BML 的基礎(chǔ)上,統(tǒng)一了我軍各個軍兵種面向聯(lián)合作戰(zhàn)信息交換的數(shù)據(jù)含義和上下文定義,并進一步規(guī)范了對系統(tǒng)概念模型的同一理解(包括信息、進程、狀態(tài)和行為).最重要的是,C-BML 主要是面向北約國家(尤其是美軍)設(shè)計及開發(fā)的,雖然內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)值得借鑒,但并不適合直接的“拿來主義”,即插即用于我軍的C2 系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)的交互,而BIEL 為面向我軍特色的軍事領(lǐng)域的仿真標準,支持協(xié)調(diào)我軍各軍兵種仿真系統(tǒng)間的集成和互操作,對圓滿完成新一代部隊仿真系統(tǒng)(尤其是嵌入于C2 系統(tǒng)的仿真系統(tǒng))、無人系統(tǒng)的研制建設(shè)任務(wù),進而提高部隊各級指揮員的指揮謀略訓(xùn)練水平,具有重大的理論和實踐意義.

圖8 BIEL 內(nèi)容模型和消息框架之間的關(guān)系Fig.8 Relationship of BIEL content model and message framework

圖9 BIEL 信息交換協(xié)議Fig.9 BIEL message exchange protocols

5 結(jié)論

設(shè)計BIEL 的初衷是為我軍面向聯(lián)合作戰(zhàn)的C2系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)、無人系統(tǒng)提供物理互操作性的解決方案,但是技術(shù)是不可避免地會發(fā)展的,使用標準的需求也將會發(fā)生變化.因此，這種解決方案必須靈活且易于修改和跟蹤.BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架的設(shè)計以系統(tǒng)工程、需求工程和軟件工程為依據(jù),構(gòu)建基于系統(tǒng)工程的BIEL 開發(fā)全生命周期整體解決方案,以滿足標準化語言開發(fā)的工程技術(shù)需求.

BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架從邏輯層面對BIEL 數(shù)據(jù)、消息、服務(wù)、接口和行為方面進行了詳細劃分,其流程及分類方式可借鑒于其他標準的開發(fā).而各個標準開發(fā)和應(yīng)用部門越來越關(guān)注標準之間的相關(guān)性、兼容性和重用性.BIEL 統(tǒng)一開發(fā)框架為關(guān)聯(lián)、重用和整合不同標準作出了一種有益的嘗試.