許銀龍, 都安平

(中國電子科技集團公司第十四研究所, 江蘇 南京 210039)

0 引 言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，作戰(zhàn)單位的指揮決策高度依賴戰(zhàn)場態(tài)勢信息，尤其在瞬息萬變的戰(zhàn)場中，態(tài)勢信息分發(fā)在戰(zhàn)場通信中的地位日益突出[1]，對取得戰(zhàn)場決策優(yōu)勢和戰(zhàn)爭主動權(quán)具有重大意義。

目前，在指揮控制和協(xié)同作戰(zhàn)領(lǐng)域，針對態(tài)勢信息分發(fā)存在廣泛的研究[2]。文獻(xiàn)[3-4]研究了基于服務(wù)的態(tài)勢信息分發(fā)方法，提出把尋找信息轉(zhuǎn)換為尋找服務(wù)，用服務(wù)的思想來改進態(tài)勢信息分發(fā)方法；文獻(xiàn)[5-7]研究了基于發(fā)布/訂閱模式的信息分發(fā)方法，該模式能夠保證將數(shù)據(jù)實時、可靠地分發(fā)到所有訂閱者，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信雙方在時間、空間和控制流三方面的完全解耦；文獻(xiàn)[4]將語義Web技術(shù)與發(fā)布訂閱系統(tǒng)結(jié)合起來，利用態(tài)勢的語義知識，支持復(fù)雜態(tài)勢信息的訂閱分發(fā)；文獻(xiàn)[8-9]研究了基于Redis與WebSocket等實時通信系統(tǒng)，設(shè)計一套可靠高效的態(tài)勢信息推送方案，解決系統(tǒng)內(nèi)分布式節(jié)點跨網(wǎng)跨域等系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信問題。

文獻(xiàn)[10]提出一種基于DDS規(guī)范的實時信息分發(fā)服務(wù)平臺框架；文獻(xiàn)[11]提出一種應(yīng)用于協(xié)同作戰(zhàn)場景的信息分發(fā)算法,側(cè)重于底層作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)通信鏈路的建立問題，未對上層的態(tài)勢信息分發(fā)問題展開研究；文獻(xiàn)[12]研究了面向任務(wù)的信息分發(fā)技術(shù)，通過分析用戶的身份特征和行為特征，提高信息需求分析的命中率，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確有效的信息分發(fā)；文獻(xiàn)[13]提出了一種應(yīng)用于聯(lián)合作戰(zhàn)的態(tài)勢分發(fā)共享技術(shù)，可以實現(xiàn)指揮所內(nèi)和指揮所間的態(tài)勢共享；文獻(xiàn)[14]針對艦艇編隊網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)中傳統(tǒng)信息分發(fā)機制的不足，提出智能推送、自主查詢、臨時訂購和終端過濾的信息分發(fā)機制,確保實現(xiàn)不同級別、不同作戰(zhàn)實體間的信息共享。

上述研究內(nèi)容在一定程度上為不同的作戰(zhàn)應(yīng)用場景提供了態(tài)勢分發(fā)的新思路，但應(yīng)用在現(xiàn)代戰(zhàn)場信息系統(tǒng)上仍存在以下問題：1)態(tài)勢信息分發(fā)的準(zhǔn)確度不夠?，F(xiàn)有的態(tài)勢信息分發(fā)技術(shù)只能在粗粒度的范疇實現(xiàn)各類用戶對態(tài)勢信息的定向獲取，用戶仍需要通過人工方式進行篩選和過濾，來避免大量無用信息的干擾[12]。這種方法降低了整個態(tài)勢分發(fā)過程的處理效率，嚴(yán)重時將影響作戰(zhàn)單位對態(tài)勢的快速判斷；2)態(tài)勢信息分發(fā)實時性不高?，F(xiàn)有的態(tài)勢信息分發(fā)技術(shù)沒有對實時態(tài)勢信息和非實時態(tài)勢信息進行區(qū)別處理，需要從態(tài)勢信息目錄中進行人工篩選和訂閱，從而對用戶需要的態(tài)勢信息造成影響。

本文針對實時綜合態(tài)勢及以上問題，提出了戰(zhàn)場實時綜合態(tài)勢信息分發(fā)方法，對戰(zhàn)場指揮控制信息系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)具有一定的指導(dǎo)作用，可以為作戰(zhàn)單位提供實時、高效的戰(zhàn)場態(tài)勢信息，能夠支持用戶進行快速準(zhǔn)確的指揮決策，可以為各級作戰(zhàn)單位協(xié)同作戰(zhàn)、能打仗、打勝仗提供支撐。

1 戰(zhàn)場實時綜合態(tài)勢信息分類

戰(zhàn)場態(tài)勢包含的信息量巨大，并且隨著敵我力量的變化隨時間動態(tài)變化，敵我戰(zhàn)場目標(biāo)類別屬性更加復(fù)雜齊全、戰(zhàn)場環(huán)境信息(氣象條件、地形地貌環(huán)境、電磁空間)更加多樣，戰(zhàn)場態(tài)勢信息呈現(xiàn)出動態(tài)、海量、異構(gòu)、復(fù)雜等特點[15]。戰(zhàn)場實時態(tài)勢信息是由描述海空情、敵我屬性識別，以及各類預(yù)警、探測圖像等多個方面的海量信息構(gòu)成。戰(zhàn)場實時綜合態(tài)勢信息是指對高實時的?？涨?、技偵情報、電抗情報、預(yù)警信息等進行多源處理后的綜合態(tài)勢，在數(shù)據(jù)接口層面具有相同的形式，同時在相應(yīng)的數(shù)據(jù)項字段上進行區(qū)分。

對戰(zhàn)場實時綜合態(tài)勢信息分類能夠細(xì)化態(tài)勢信息數(shù)據(jù)類型顆粒度，可以以此為依據(jù)，結(jié)合分發(fā)規(guī)則實現(xiàn)將精確的實時綜合態(tài)勢信息提供給對應(yīng)的用戶或作戰(zhàn)單位。

戰(zhàn)場實時綜合態(tài)勢信息種類繁多復(fù)雜，可以從態(tài)勢信息的不同屬性進行區(qū)分，每種屬性均可作為分發(fā)要素。如目標(biāo)類別屬性包括：空中、空間、海上、水下、軌道、彈道，敵我類別屬性包括：敵方、我方、未識別；軍民類別屬性包括：軍用、民用，以及預(yù)警信息，偵測圖像信息等。

本文提出指示字節(jié)表示法，來表示每一種分發(fā)要素是否需要分發(fā)。指示字節(jié)表示法使用可擴展的字符型數(shù)組，命名為vector FSPEC，每個指示字節(jié)的高7位表示分發(fā)要素是否分發(fā)，指示字節(jié)的最低位表示擴展位，最低位為1表示下一字節(jié)仍是指示字節(jié)，最低位為0表示指示字節(jié)到此結(jié)束。

指示字節(jié)表示法具有可擴展性，可以按需設(shè)計分發(fā)要素的顆粒度和數(shù)量，同時在軟件設(shè)計和實現(xiàn)層面降低了耦合性。態(tài)勢信息分發(fā)要素參考值定義舉例見表1。

確定態(tài)勢信息分發(fā)要素后，對其進行數(shù)據(jù)類別整編，作為態(tài)勢信息目錄進行發(fā)布。用戶可以按需選擇態(tài)勢信息內(nèi)容，由系統(tǒng)管理員進行審批操作，錄入分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫。

2 戰(zhàn)場實時綜合態(tài)勢信息分發(fā)方法

2.1 用戶管理

所謂的用戶是指作戰(zhàn)單位或態(tài)勢信息接收方。

一般情況下，進行態(tài)勢信息分發(fā)之前需要已知用戶的鏈路通信地址、所需的態(tài)勢信息數(shù)據(jù)種類等信息。因此，需要對用戶進行統(tǒng)一管理，包括用戶編號、用戶名稱、鏈路通信地址等信息。一般情況下有兩種方法獲取用戶信息：1)用戶主動注冊，并直接在態(tài)勢信息目錄中訂閱所需的態(tài)勢信息，然后由本地系統(tǒng)管理員進行審批，將有效用戶加入本地用戶信息表；2)本地系統(tǒng)管理員直接對用戶信息進行增刪改操作，將結(jié)果錄入用戶信息表。

在用戶信息表中，將用戶編號作為唯一性約束，即不允許存在多條用戶信息的用戶編號重復(fù)的情況。用戶信息表舉例見表2。

2.2 分發(fā)計算

簡單地講，態(tài)勢信息分發(fā)規(guī)則規(guī)定了通過什么鏈路、向誰、發(fā)送什么范圍內(nèi)的什么類型的數(shù)據(jù)[13]。分發(fā)計算是將實時綜合態(tài)勢信息與態(tài)勢信息分發(fā)規(guī)則進行匹配計算，輸出滿足分發(fā)規(guī)則的實時綜合態(tài)勢信息。

基于Map的數(shù)據(jù)模型可以將態(tài)勢信息、用戶編號、分發(fā)規(guī)則表示成三元組形式。例如<態(tài)勢信息A,用戶B,分發(fā)規(guī)則C >，表示將滿足分發(fā)規(guī)則C的態(tài)勢信息A發(fā)送給用戶B。

分發(fā)計算前，需要建立態(tài)勢信息分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫，存儲三張二維表。

態(tài)勢信息分發(fā)要素參考值表，用于存儲態(tài)勢信息分發(fā)要素，如目標(biāo)類別屬性、目標(biāo)敵我屬性等，如表1所示。

表1 態(tài)勢信息分發(fā)要素參考值

用戶信息表，用于存儲用戶的基本信息，包括用戶編號，鏈路通信地址、是否為有效用戶等，如表2所示。

表2 用戶信息表

分發(fā)規(guī)則表，用于存儲分發(fā)規(guī)則。指揮員操作后，寫入分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫。態(tài)勢分發(fā)服務(wù)讀取后依據(jù)分發(fā)規(guī)則對態(tài)勢信息進行分發(fā)計算。在分發(fā)規(guī)則表中，將用戶編號作為唯一性約束，即不允許存在多條分發(fā)規(guī)則的用戶編號重復(fù)的情況。分發(fā)規(guī)則表舉例見表3。

表3 分發(fā)規(guī)則表

根據(jù)以上數(shù)據(jù)存儲需求，構(gòu)建分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫模型如圖1所示。

圖1 分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫模型

其中，UserInfo用于存儲用戶信息，UserID作為主鍵,所有的用戶信息用集合U={u1,u2,…，un}表示，集合內(nèi)的元素u內(nèi)容包括。

DistributeElement用于存儲分發(fā)要素數(shù)據(jù)，ElementID作為主鍵，存儲表1態(tài)勢信息分發(fā)要素參考值信息。MidElementData存儲分發(fā)要素過程數(shù)據(jù)，RuleID和ElementID為雙主鍵。

DistributeRule用于存儲分發(fā)規(guī)則，ID為主鍵，UserID、RuleID為外鍵,所有的分發(fā)規(guī)則用集合R={r1,r2,…，rn}表示，集合內(nèi)的元素r內(nèi)容包括< ID,UserID,RuleID,ElementResult >。

戰(zhàn)場實時綜合態(tài)勢信息分發(fā)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 戰(zhàn)場實時綜合態(tài)勢信息分發(fā)結(jié)構(gòu)圖

用戶注冊時，通過調(diào)用用戶管理數(shù)據(jù)庫訪問接口填寫用戶名稱、鏈路通信地址，同時分配唯一的用戶編號，將上述用戶信息寫入分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫并向用戶反饋。

用戶注冊成功后，可通過態(tài)勢信息目錄數(shù)據(jù)庫訪問接口瀏覽分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫中的態(tài)勢信息目錄，選擇需要的態(tài)勢信息，生成分發(fā)規(guī)則，或直接由系統(tǒng)管理員生成分發(fā)規(guī)則，并在分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫完成分發(fā)規(guī)則數(shù)據(jù)更新。

態(tài)勢分發(fā)服務(wù)通過分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫訪問接口獲取分發(fā)規(guī)則和用戶信息，通過用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(User Datagram Protocol, UDP)傳輸協(xié)議獲取實時綜合態(tài)勢信息，通過分發(fā)規(guī)則匹配計算，將滿足用戶分發(fā)規(guī)則的數(shù)據(jù)向用戶發(fā)送。

以態(tài)勢信息的目標(biāo)類別屬性和敵我屬性為例，分發(fā)要素參考值見表1。分發(fā)規(guī)則匹配算法描述如下。

輸入為態(tài)勢信息分發(fā)規(guī)則集合R、用戶信息集合U、實時綜合態(tài)勢信息集合Z。

輸出為所有滿足分發(fā)規(guī)則R的實時綜合態(tài)勢信息。

1)生成態(tài)勢信息分發(fā)要素參考值表，發(fā)布態(tài)勢信息目錄；

2)用戶訂閱、本地用戶管理，對用戶信息表進行增刪改操作；

3)操作員在態(tài)勢信息分發(fā)管理終端上編輯態(tài)勢信息分發(fā)要素，生成分發(fā)規(guī)則表R；

4)態(tài)勢分發(fā)服務(wù)讀取分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫的態(tài)勢信息分發(fā)規(guī)則R、用戶信息表U；

5)態(tài)勢分發(fā)服務(wù)接收實時綜合態(tài)勢信息z(z∈Z)，進行分發(fā)計算；采用邏輯運算符判斷實時態(tài)勢信息z是否滿足分發(fā)規(guī)則R，舉例：

如果r.ElementResult & FSPEC[0] == 80H

且

實時態(tài)勢信息z是空中目標(biāo)

則

實時態(tài)勢信息z滿足向用戶u(u∈U，且u.UserID =r.UserID)的分發(fā)條件，其余分發(fā)要素的判斷方法同上所述；

6)態(tài)勢分發(fā)服務(wù)獲取用戶u的的鏈路通信參數(shù)(u.userIP)，當(dāng)該用戶為有效用戶時(u.isEffective == true)向其發(fā)送實時態(tài)勢信息，否則拋棄數(shù)據(jù)包，并轉(zhuǎn)到5)；

7)態(tài)勢信息分發(fā)規(guī)則需要進行增加、刪除或修改時，轉(zhuǎn)到4)。

分發(fā)計算邏輯處理流程如圖3所示。

圖3 分發(fā)計算邏輯處理流程

分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫中存儲分發(fā)要素、分發(fā)規(guī)則和用戶信息，在分發(fā)計算前獲取基于Map數(shù)據(jù)模型的三元組信息，即態(tài)勢信息、用戶編號和分發(fā)規(guī)則，通過分發(fā)匹配算法實現(xiàn)對態(tài)勢信息和用戶之間的關(guān)聯(lián)計算，輸出滿足用戶分發(fā)規(guī)則的態(tài)勢信息。

使用上述實時綜合態(tài)勢分發(fā)方法更加直觀，用戶可以得到更加符合其需求的態(tài)勢信息，并且具有更好的擴展性，在一定程度上可以提高實時綜合態(tài)勢信息分發(fā)的效率。

3 實驗驗證

在千兆以太網(wǎng)環(huán)境下搭建如圖4的驗證環(huán)境，具體配置見表4所示。

表4 驗證環(huán)境配置表

圖4 態(tài)勢信息分發(fā)驗證環(huán)境

其中，態(tài)勢信息分發(fā)服務(wù)器部署態(tài)勢信息分發(fā)服務(wù)，用于讀取分發(fā)規(guī)則和用戶信息，并對實時接收的綜合態(tài)勢信息進行匹配計算；分發(fā)管理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于安裝oracle 11g關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，存儲分發(fā)規(guī)則等信息；態(tài)勢信息分發(fā)管理終端用于模擬實時綜合態(tài)勢信息，通過UDP傳輸協(xié)議發(fā)出，并進行用戶管理操作；用戶模擬終端用于模擬數(shù)據(jù)接收方，用不同的端口區(qū)分多個用戶接收鏈路。

參考表1在態(tài)勢信息分發(fā)管理終端上模擬發(fā)送具有多種不同屬性的實時綜合態(tài)勢信息，包括空中目標(biāo)、海上目標(biāo)、空間目標(biāo)，增加用戶信息：

<9999,用戶1,192.168.1.200:10001,有效>、

<9998,用戶2,192.168.1.200:10002,有效>、

<9997,用戶3,192.168.1.200:10003,有效>，

設(shè)置分發(fā)規(guī)則<9999,D0H>、<9998,80H>、<9997,F0H>，經(jīng)態(tài)勢信息分發(fā)服務(wù)器按分發(fā)規(guī)則匹配算法計算后，在分發(fā)情報用戶終端上對應(yīng)的端口進行捕包測試，記錄輸出結(jié)果見表5。

表5 態(tài)勢分發(fā)服務(wù)結(jié)果輸出

下面對分發(fā)要素擴展性進行驗證，在表1的基礎(chǔ)上增加“全部實時綜合態(tài)勢信息”，見表6粗體部分。

表6 修改后的態(tài)勢信息分發(fā)要素參考值

參考表1在態(tài)勢信息分發(fā)管理終端上模擬發(fā)送具有多種屬性的實時綜合態(tài)勢信息，包括空中目標(biāo)、海上目標(biāo)、空間目標(biāo)。修改用戶信息如下：<9999,用戶1,192.168.1.200:10001,有效>、<9998,用戶2,192.168.1.200:10002,有效>、<9997,用戶3,192.168.1.200:10003,無效>,設(shè)置分發(fā)規(guī)則<9999,010180H>、<9998,010180H>、<9997, 010180H>，經(jīng)態(tài)勢信息分發(fā)服務(wù)器按分發(fā)規(guī)則匹配算法計算后，在分發(fā)情報用戶終端上對應(yīng)的端口進行捕包測試，記錄輸出結(jié)果見表7。

表7 態(tài)勢分發(fā)服務(wù)結(jié)果輸出

從表5可以看出，當(dāng)分發(fā)規(guī)則包含了全部實時綜合態(tài)勢信息且用戶為有效狀態(tài)，則分發(fā)計算時，會將所有的實時綜合態(tài)勢輸出。表明不論目標(biāo)什么屬性，只要在較粗的分發(fā)要素顆粒度上滿足條件，就能實現(xiàn)態(tài)勢信息的分發(fā)。

下面針對分發(fā)性能做進一步的實驗驗證。在圖4的測試環(huán)境下，與文獻(xiàn)[8]基于Redis和WebSocket的發(fā)布訂閱推送方案進行對比，測試不同數(shù)據(jù)包大小和不同用戶數(shù)量下的實時態(tài)勢信息分發(fā)性能。測試結(jié)果如圖5～圖6所示。

圖5 1個用戶下的分發(fā)性能對比圖

圖6 5個用戶下的分發(fā)性能對比圖

上述本文態(tài)勢信息分發(fā)方法的測試結(jié)果是使用UDP傳輸協(xié)議時不丟包的最大信息分發(fā)速率。測試結(jié)果表明，隨著信息平均長度變大和用戶數(shù)量變多，兩種方法的信息分發(fā)速率均呈遞減的趨勢，這是因為數(shù)據(jù)包大小和用戶數(shù)量導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)通信開銷變大，影響了數(shù)據(jù)傳輸。通過高精度計時器測算，本文的態(tài)勢信息分發(fā)方法分發(fā)計算和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)耗時均在毫秒級，數(shù)據(jù)接收緩存耗時小于0.1 ms，分發(fā)計算耗時小于0.5 ms，數(shù)據(jù)發(fā)送耗時小于0.1 ms，因此本文提出的實時綜合態(tài)勢信息分發(fā)方法，具有較強的實時性，相比基于Redis和采用TCP傳輸協(xié)議的WebSocket的態(tài)勢信息推送方案，在信息分發(fā)速率要求高和不可靠的信息傳輸場景方面具有較大的優(yōu)勢。

本文提出的指示字節(jié)表示法，可以讓軟件設(shè)計者按需設(shè)計分發(fā)要素顆粒度，降低了分發(fā)規(guī)則設(shè)計的復(fù)雜度，能夠快速根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用需求，調(diào)整分發(fā)內(nèi)容，在一定程度上提高了軟件維護和運行效率。

5 結(jié) 語

本文提出的戰(zhàn)場實時綜合態(tài)勢信息分發(fā)方法，通過指示字節(jié)表示法實現(xiàn)了態(tài)勢信息分發(fā)要素的可擴展設(shè)計,可以自由按需設(shè)計分發(fā)要素的顆粒度和種類數(shù)量，支持多種態(tài)勢信息對多用戶的實時態(tài)勢信息分發(fā)，能夠滿足態(tài)勢信息分發(fā)實時性的要求，能夠指導(dǎo)先進指揮控制信息系統(tǒng)實時態(tài)勢信息分發(fā)功能的設(shè)計和實現(xiàn)，在實際作戰(zhàn)中具有重要意義。

該方法已在某信息系統(tǒng)進行實戰(zhàn)應(yīng)用，運行效果良好。本文在研究態(tài)勢分發(fā)技術(shù)時僅考慮了對戰(zhàn)場指揮決策具有較大影響的實時態(tài)勢信息，下一步需針對非實時態(tài)勢信息分發(fā)的問題展開研究。