中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司第十五研究所 李幽

隨著建模與仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和人工智能技術(shù)等高新技術(shù)的飛速發(fā)展，裝備試驗(yàn)與訓(xùn)練模式正在由單一的靶場(chǎng)試驗(yàn)與訓(xùn)練，向跨域、一體化聯(lián)合試驗(yàn)與訓(xùn)練轉(zhuǎn)變。為使不同類型、不同地域的異構(gòu)試驗(yàn)資源之間能夠統(tǒng)一集成、形成整體、協(xié)同應(yīng)用，研究基于服務(wù)的資源建模與封裝技術(shù)，對(duì)試驗(yàn)資源進(jìn)行建模封裝，從而為各類異構(gòu)試驗(yàn)資源的跨域共享和按需服務(wù)提供基礎(chǔ)。

聯(lián)合試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)為采用標(biāo)準(zhǔn)化、開放式體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建分布式LVC聯(lián)合試驗(yàn)環(huán)境，支持多系統(tǒng)集成、多靶場(chǎng)聯(lián)合、多源數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)靶場(chǎng)內(nèi)部、跨靶場(chǎng)、跨領(lǐng)域、跨區(qū)域各類試驗(yàn)資源的互聯(lián)互通互操作和組合式應(yīng)用。其中，應(yīng)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互操作、重用和可組合，互操作即各靶場(chǎng)實(shí)裝、跨區(qū)實(shí)裝、虛擬和實(shí)兵實(shí)裝資源的互操作，重用即試驗(yàn)設(shè)施、仿真資源、各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重用，可組合即部署于各地的實(shí)兵實(shí)裝、試驗(yàn)裝備、仿真資源實(shí)現(xiàn)“搭積木式”集成，可快速構(gòu)建完整試驗(yàn)系統(tǒng)，同時(shí)所有試驗(yàn)資源以標(biāo)準(zhǔn)組件形式存在，以便快速按需集成。

一、研究現(xiàn)狀

近20年來，我軍成功研發(fā)了大量實(shí)物、半實(shí)物的裝備試驗(yàn)和訓(xùn)練系統(tǒng)以及一些多武器平臺(tái)仿真系統(tǒng)，包括飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇、高炮等實(shí)體及其對(duì)抗的模型和軟件，用于各武器平臺(tái)的研發(fā)、性能試驗(yàn)、仿真訓(xùn)練和作戰(zhàn)效能的評(píng)估與研究。這些不同種類的LVC仿真和數(shù)據(jù)資源，為邏輯靶場(chǎng)的實(shí)施提供了充足的資源保證。聯(lián)合試驗(yàn)環(huán)境要求范圍廣泛的硬件、軟件、仿真模型、數(shù)據(jù)等試驗(yàn)資源能夠跨域共享且可組合，這就要求建模與仿真、試驗(yàn)資源之間能夠無縫互操作，但是資源模型不兼容導(dǎo)致互操作能力和可組合性受到限制，所以統(tǒng)一資源建模方法成為解決問題的有效途徑。那么如何實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一發(fā)現(xiàn)、柔性重組和按需服務(wù)，成為了亟待解決的問題。

二、資源建模封裝技術(shù)

針對(duì)目前聯(lián)合試驗(yàn)環(huán)境對(duì)試驗(yàn)資源的構(gòu)建需求，以及現(xiàn)階段面臨的種類繁多的跨域試驗(yàn)資源難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一發(fā)現(xiàn)、柔性重組和按需服務(wù)的問題，本文提出一種基于服務(wù)的資源數(shù)字化建模封裝技術(shù)，用于對(duì)邏輯試驗(yàn)資源進(jìn)行建模封裝。通過可視化的方式對(duì)資源進(jìn)行基于統(tǒng)一描述標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)方法的抽象和概括，為資源的快速接入提供基礎(chǔ)，并對(duì)邏輯靶場(chǎng)中的資源、數(shù)據(jù)、消息進(jìn)行歸納總結(jié)，形成公共模型，為后續(xù)資源的建模復(fù)用和擴(kuò)展提供支撐。資源建模的核心是對(duì)資源的基本信息、對(duì)外提供的接口以及所使用的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行描述，重點(diǎn)關(guān)注資源對(duì)外提供的能力，建立相應(yīng)的資源模型，為試驗(yàn)資源的互操作、可持續(xù)、可重用提供模型基礎(chǔ)。邏輯靶場(chǎng)資源模型采用面向服務(wù)的思想，基于資源元模型，構(gòu)建公共資源模型，形成資源目錄，利用對(duì)公共模型的組合、擴(kuò)展完成對(duì)試驗(yàn)資源的建模，資源建模封裝的邏輯組成如圖1所示。

圖1 資源建模封裝邏輯組成

基于服務(wù)的資源數(shù)字化封裝技術(shù)主要開展三個(gè)方面的內(nèi)容研究：（1）資源分類管理，支持對(duì)所有入庫(kù)的試驗(yàn)資源進(jìn)行統(tǒng)一訪問管理，主要采用分類目錄的方式進(jìn)行管理，支持進(jìn)行用戶自定義資源分類定義；（2）資源的統(tǒng)一描述，支持對(duì)資源的基本信息和擴(kuò)展信息進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)資源注冊(cè)入庫(kù)。同時(shí)，為了支持試驗(yàn)資源體系統(tǒng)一描述，提出了典型試驗(yàn)資源（軟件資源、網(wǎng)絡(luò)資源、數(shù)據(jù)資源和工控資源）的資源描述元模型；（3）當(dāng)一類新的資源加入試驗(yàn)資源體系時(shí)，首先需要進(jìn)行資源描述建模，支持以用戶定義可擴(kuò)展的方式定義（繼承和引用）試驗(yàn)描述模型。

（一）資源統(tǒng)一訪問

基于服務(wù)的資源數(shù)字化封裝可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源的統(tǒng)一共享，形成一個(gè)如圖2中間部分所示的試驗(yàn)資源共享空間，通過試驗(yàn)共享空間在資源使用者和資源提供者之間進(jìn)行交換。

圖2 資源共享模式圖

試驗(yàn)資源共享空間主要由三部分構(gòu)成：試驗(yàn)資源元數(shù)據(jù)注冊(cè)管理、試驗(yàn)資源目錄服務(wù)、試驗(yàn)共享資源空間。其中，元數(shù)據(jù)注冊(cè)管理用于存儲(chǔ)管理有關(guān)各類資源的描述、格式及定義（包括知識(shí)本體）的元數(shù)據(jù)；試驗(yàn)資源目錄服務(wù)主要用于存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行搜索/發(fā)現(xiàn)，以分類為主要描述手段，為搜索提供支持；試驗(yàn)共享資源空間用來存儲(chǔ)管理共享資源。具體過程如下：

1、發(fā)布過程

首先，試驗(yàn)資源提供者可以將共享資源的結(jié)構(gòu)、格式及定義的元數(shù)據(jù)注冊(cè)到共享空間中的元數(shù)據(jù)注冊(cè)管理中，以便其他的試驗(yàn)資源開發(fā)人員與使用人員理解試驗(yàn)共享資源；

其次，試驗(yàn)資源提供者通過分發(fā)機(jī)制將需要共享的資源發(fā)布到共享空間，其中用于搜索/發(fā)現(xiàn)的元數(shù)據(jù)和內(nèi)容元數(shù)據(jù)被推送到資源目錄服務(wù)中，告訴試驗(yàn)資源使用者可以共享的內(nèi)容；試驗(yàn)共享資源則放入共享空間中。

2、資源使用過程

資源使用者可以通過元數(shù)據(jù)注冊(cè)管理，利用已有的模型或在此基礎(chǔ)上擴(kuò)充來構(gòu)建新的模型，保證新建系統(tǒng)與已有系統(tǒng)之間模型的一致性；最后，資源使用者查詢資源目錄服務(wù)，來尋找自己所需要的資源，找到后可以通過統(tǒng)一的訪問機(jī)制轉(zhuǎn)換（可能會(huì)用到元數(shù)據(jù)注冊(cè)管理中的元數(shù)據(jù)）成自己所需要的格式來使用，從而實(shí)現(xiàn)了資源使用者和資源提供者之間的信息共享。

資源共享空間主要提供的三類服務(wù)：

一是共享資源的可視化：資源提供者可以通過網(wǎng)絡(luò)讓地理上分布的資源使用者能夠看到他共享的數(shù)據(jù)，資源的可視化是實(shí)現(xiàn)信息共享的基礎(chǔ)。資源提供者將共享數(shù)據(jù)發(fā)布到共享空間實(shí)質(zhì)上就是為了提供資源的可視化；

二是資源的可訪問性：即能夠讓網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)使用者通過統(tǒng)一的訪問機(jī)制，在安全的訪問控制下，訪問到所需要的資源；

三是資源的可理解性：即能夠讓網(wǎng)絡(luò)上的資源使用者正確理解所訪問到的資源。

圖3為分布式試驗(yàn)資源在線使用過程。

圖3 分布式試驗(yàn)資源在線使用過程

通過資源共享空間，達(dá)到對(duì)資源的共享使用：

第一，資源生產(chǎn)者通過資源注冊(cè)客戶端對(duì)資源進(jìn)行元數(shù)據(jù)標(biāo)記，并將標(biāo)記后的數(shù)據(jù)資源提供給資源注冊(cè)服務(wù)；

第二，資源注冊(cè)服務(wù)隨即將標(biāo)記的資源中的元數(shù)據(jù)裝載到元數(shù)據(jù)目錄服務(wù)中的元數(shù)據(jù)庫(kù)；

第三，用戶（即使用者）采用搜索/發(fā)現(xiàn)資源，并通過統(tǒng)一訪問接口獲取資源。

（二）資源統(tǒng)一描述

試驗(yàn)資源統(tǒng)一描述采用“模型驅(qū)動(dòng)”思想進(jìn)行規(guī)范化描述，支持以資源描述元數(shù)據(jù)（即資源描述模型）方式實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的描述。元數(shù)據(jù)是有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，為了更好的進(jìn)行描述，我們采用如圖4所示的層次。

圖4 資源模型結(jié)構(gòu)圖

資源層：在資源層就是我們通常所說的直接參與試驗(yàn)的資源，包括軟件資源、硬件資源和數(shù)據(jù)資源等。

模型: 該層由描述資源信息的元數(shù)據(jù)組成。相關(guān)元數(shù)據(jù)的有機(jī)組成為模型。模型是用來描述現(xiàn)實(shí)世界中的事物，此處是指試驗(yàn)資源。這些數(shù)據(jù)就是元數(shù)據(jù)注冊(cè)管理所要管理的對(duì)象。

元模型:元元數(shù)據(jù)是用來定義元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由元元數(shù)據(jù)組成的模型稱之為元模型，它定義了元數(shù)據(jù)的抽象語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)上述對(duì)象的統(tǒng)一管理，需要構(gòu)建一元模型來描述上述對(duì)象。

以下內(nèi)容分別對(duì)資源層的資源統(tǒng)一描述、資源描述建模進(jìn)行介紹。

一是資源基本信息描述

下面給出了模型基礎(chǔ)信息、擴(kuò)展信息、依賴信息和接口信息的描述。

基本信息包含了資源的基本特征與屬性。其具體內(nèi)容如下：

標(biāo)識(shí)：資源標(biāo)識(shí)，是一個(gè)12位的十六進(jìn)制標(biāo)識(shí)號(hào)，其形式為XXXX-YYYY-ZZZZ，XXXX代表資源所屬類別，YYYY代表資源所屬子類，ZZZZ代表資源在子類下的編號(hào)。

名稱：資源名稱，由上傳者定義。

類型：資源類型，包括實(shí)體、虛擬。

仿真類型:資源的仿真類型，如果資源是虛擬軟件，此項(xiàng)可用，包括實(shí)況（Live） 、虛擬（Virtual）和構(gòu)造（Constructive）。

開放程度：資源的開放程度，包括可改造和不可改造的。

資源粒度：資源的粒度，包括設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、原子級(jí)。

領(lǐng)域：資源的所屬領(lǐng)域，用于聲明資源被用作何種用途，包括態(tài)勢(shì)顯示、評(píng)估模型、挖掘模型、數(shù)據(jù)處理、公共資源、試驗(yàn)資源、標(biāo)靶資源、采集資源、行為資源和模擬器。

位置：資源的物理位置。

單位：資源的所屬單位。

注冊(cè)時(shí)間：資源注冊(cè)時(shí)間。

平臺(tái)類型：資源的平臺(tái)類型。

散列值：資源的散列值，用于校驗(yàn)待封裝資源的唯一性，支持的算法包括SHA-1，SHA-256，SHA-512。

資源描述：資源通用描述。

功能指標(biāo)：功能列表，描述資源所能完成的功能。

性能指標(biāo)：性能列表，描述資源的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

二是試驗(yàn)資源描述元模型

針對(duì)不同的試驗(yàn)資源類型，資源描述元模型具有不同的屬性。為了更好的支撐各類資源的統(tǒng)一管理，梳理了典型資源的資源描述元模型，主要分為軟件、硬件、數(shù)據(jù)三種類型，下面給出了三類資源的描述元模型。

其中，軟件資源描述元模型主要定義了軟件資源的類型、OSI層級(jí)，以及環(huán)境依賴、包依賴等信息；硬件資源描述元模型主要定義了硬件設(shè)備的物理存放位置、硬件參數(shù)信息；數(shù)據(jù)資源描述元模型主要定義了數(shù)據(jù)的連接方式（如JDBC連接地址）、數(shù)據(jù)庫(kù)類型等信息。

表1 軟件資源描述元模型

（三）資源描述建模

1、資源描述模型

資源描述建模即對(duì)資源的描述信息進(jìn)行模型化，通過模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系映射資源之間的關(guān)系。通過定義資源的元數(shù)據(jù)，支持對(duì)試驗(yàn)資源進(jìn)行屬性、值的描述，以達(dá)到資源描述建模目的。

為了支持資源描述模型的擴(kuò)展和升級(jí)，采用支持用戶自定義擴(kuò)展元數(shù)據(jù)的方式。因此，如圖5所示，我們?cè)O(shè)計(jì)的元數(shù)據(jù)模型包括兩大部分：核心層與擴(kuò)展層。核心層主要包括試驗(yàn)資源訪問控制元數(shù)據(jù)、試驗(yàn)資源描述元數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)資源內(nèi)容相關(guān)元數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)資源格式元數(shù)據(jù)。擴(kuò)展層可以根據(jù)用戶需要，擴(kuò)展自己需要的元數(shù)據(jù)等。

圖5 可擴(kuò)展的元數(shù)據(jù)模型

2、資源組裝

試驗(yàn)資源模型以模型庫(kù)的形式存在，是用以支撐聯(lián)合試驗(yàn)任務(wù)的開展，這些模型既可單獨(dú)運(yùn)行，也可通過組裝集成為更高層次應(yīng)用系統(tǒng)，以支持更為復(fù)雜的試驗(yàn)任務(wù)。

表2 網(wǎng)絡(luò)資源描述元模型

表3 數(shù)據(jù)資源描述元模型

針對(duì)聯(lián)合試驗(yàn)任務(wù)需求，制定了如圖6所示的模型組裝框架。在此框架中，平臺(tái)、武器等模型都繼承于基礎(chǔ)模型。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)模型組裝的支持，增加了模型組裝類，分別是單元實(shí)體和聚合實(shí)體。其中，單元實(shí)體支持對(duì)所有繼承自基礎(chǔ)模型的類對(duì)象進(jìn)行組合，例如通過單元實(shí)體類組合機(jī)動(dòng)通信模型、攻擊模型、防御模型等，從而形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攻防單元實(shí)體。聚合實(shí)體支持對(duì)所有繼承自單元實(shí)體的類對(duì)象進(jìn)行組合，例如通過聚合實(shí)體類組合多個(gè)攻擊實(shí)體，從而形成一個(gè)攻擊團(tuán)隊(duì)。

圖6 模型組裝框架

基礎(chǔ)模型（BasicModel）：包括行為模型、裝備模型，其中裝備模型包括通信模型、攻擊模型等；

單元實(shí)體（UnitEntity）：支持對(duì)行為模型、通信模型、攻擊模型、防御模型進(jìn)行組裝，其中單元實(shí)體中至少包含一個(gè)平臺(tái)模型，可包含0到多個(gè)行為模型、通信模型、攻擊模型和防御模型；

聚合實(shí)體（AggreationEntityModel）：支持對(duì)多個(gè)單元實(shí)體進(jìn)行組裝，其中可包括1到多個(gè)單元實(shí)體，可包含行為模型，并支持對(duì)聚合實(shí)體的整體性能等進(jìn)行設(shè)置。

在模型構(gòu)建過程中，基于接口匹配檢測(cè)，分析模型之間存在著一定的依賴關(guān)系，如應(yīng)用層的功能模型通常會(huì)依賴傳輸?shù)墓δ苣Ｐ停@種依賴會(huì)體現(xiàn)為模型間的接口依賴關(guān)系，通過匹配模型間的需要的接口和提供的接口之間的接口類型、操作名稱和參數(shù)類型，可以實(shí)現(xiàn)功能模型的半自動(dòng)裝配。

三、總結(jié)

針對(duì)目前聯(lián)合試驗(yàn)環(huán)境對(duì)試驗(yàn)資源的構(gòu)建需求，以及現(xiàn)階段面臨的種類繁多的跨域試驗(yàn)資源難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一發(fā)現(xiàn)、柔性重組和按需服務(wù)的問題，本文提出一種基于服務(wù)的資源數(shù)字化建模封裝技術(shù)，一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)各類資源的統(tǒng)一描述，另一方面對(duì)資源進(jìn)行集中發(fā)布、分類檢索，實(shí)現(xiàn)各類資源的統(tǒng)一發(fā)現(xiàn)、柔性重組和按需服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)跨靶場(chǎng)、跨領(lǐng)域、跨區(qū)域各類試驗(yàn)資源的互聯(lián)互通互操作和組合式應(yīng)用，以及試驗(yàn)系統(tǒng)即想即得即用的目標(biāo)提供了技術(shù)支撐。