军事指挥网格研究与设计

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张文 钟宜生


最早的军事指挥出现于原始社会的狩猎活动,先后经历了以简单视听信号器材、文书和视听器材、电讯器材、指挥自动化器材为主要工具的四个阶段[1]。经过50多年的发展,指挥自动化的要素不断增加、内涵不断扩大、功能不断完善,从C2、C3I、C4I一直发展到今天的C4ISR[2]。

近年来,网格(Grid)技术逐渐成为新的研究热点,并获得了快速的发展。一般认为,网格技术是建筑在互联网技术之上的一组新兴技术,它力图实现互联网上的各种资源的全面共享。这里的资源包括计算资源、存储资源、通信资源、网络资源、软件资源、知识资源、贵重仪器、大型设备等,甚至包括人类的智力资源;共享也不仅仅是文件传输那样简单,而是对资源的直接访问。网格技术提供了一种在异构、分布、自治、动态变化的环境中进行资源共享和协同工作的新方法。共享和协同是网格的基本思想。www实现了信息的共享,而网格实现的是资源的全面共享[3]。

网格技术以其全新的理念、强大的功能引起了广泛的关注,一些知名大学、科研机构、跨国公司纷纷对网格研究表现出了极大的兴趣。网格技术在许多方面得到了应用,并不可避免的影响和渗透到军事领域。网格技术和军事指挥相结合,可产生一种具有广阔发展前景的新型的网格,即军事指挥网格(Military Command Grid,MCG)。本文将对说明军事指挥网格的内涵和特点,提出面向服务的军事指挥网格的体系结构以及工作流程。


军事指挥网格的内涵

军事指挥网格是一个全新的概念,目前还没有明确的定义。我们认为,军事指挥网格是军事指挥自动化系统与网格技术的结合,它以指挥自动化系统为基础,以网格技术为手段,覆盖军事指挥的方方面面。从根本上说,军事指挥网格是一个信息基础设施,它实现整个战场空间内的计算机、服务器、传感器、武器装备、通信网络、指挥控制系统等硬件资源和各种信息、专家经验等的全面的、深层次的共享。

军事指挥网格是网格技术在军事指挥领域的机遇和挑战的集中反映,是指挥自动化系统的进一步发展。军事指挥网格将打破传统的军兵种建制序列的限制,对所有软硬件资源进行有机融合,将其整合为一个整体,实现高度共享和全面协作。军事指挥网格将扩大传统指挥自动化系统的信息来源、作用范围,优化战斗资源的分配和使用,提高指挥控制的准确性和及时性。

军事指挥网格将改变传统的指挥自动化系统的烟囱式的等级结构,建立扁平式网络化的指挥体系,有利于减少指挥层次,提高指挥效率。有了军事指挥网格这样的信息基础设施,就可以实现信息自动融合、按需获取,也可以实现各指挥系统之间的互操作,这是传统的互联网所不能实现的,也是军事指挥网格的优势所在。参与某次作战行动的部队在军事指挥网格的组织下,形成一个虚拟组织(Virtual Organization,VO)[5],实现各种作战资源的一体化集成,彼此协同的完成作战任务。


军事指挥网格的功能和特点

军事指挥网格将成为军队指挥体系的重要组成部分,是实现军队一体化联合作战和网络中心战的基础和前提条件。它具有以下功能和作用:

①军事指挥网格是信息化条件下军队作战体系的核心:信息化条件下的战争,越来越多的表现为体系与体系的对抗,信息成为最为主要的要素。军事指挥网格包含了传统的指挥自动化系统的所有功能,并且有所发展。军事指挥网格将所有作战要素整合为一个有机整体,并加以有效的指挥控制,能够充分发挥作战体系的整体效能,能够获得最佳的作战效果。

②军事指挥网格是夺取信息优势,进而夺取决策优势和行动优势的关键设施:军事指挥网格将打破“烟囱式”信息孤岛的壁垒,实现各信息节点的互连互通互操作,提供“端到端”的能力,提高信息获取、处理、分发和使用的效率,从而能够确保信息优势。更进一步,军事指挥网格由于能够共享态势感知,可以确保决策优势,可以实现作战力量间的自同步,从而实现行动优势。

③军事指挥网格是实现一体化联合作战和网络中心战的平台:军事指挥网格可实现作战要素的互连互通互操作,从而能够实现作战力量在细粒度上的联合和协作,为一体化联合作战和网络中心战提供了有力支撑。在军事指挥网格中,传统的军兵种的概念将逐步淡化,各作战要素将不再仅仅属于各自的建制单位,而是属于整个网格。军事指挥网格对各作战要素进行统一的指挥和控制,将实现作战力量的最优化使用。

与此相应,军事指挥网格具有如下特点:

①鲁棒性:指挥控制是作战中最为重要的因素,没有稳定持续的指挥控制,就没有战争的胜利。因此,现代战争对指挥控制系统的稳定性提出了很高的要求。军事指挥网格具有内在的鲁棒性,它能够在一系列不同的任务、不同态势和条件下保持效能。军事指挥网格中,任何一个节点都有多条通路与其它节点相联系,单点的损失不会对整个系统带来致命性的影响。实际上,军事指挥网格是相对“无中心”的,其中的大多数节点具有“可牺牲性”。军事指挥网格具有良好的恢复性,在受到损失后能够进行自组织、自修复,可以保持正常运行或保持一定的服务水平。

②动态性:指挥控制网格处于剧烈变化的战斗环境中,网格中的各个节点随时会因为损伤等原因离开,也随时会有一些新的节点加入。这样,军事指挥网格就呈现出明显的动态性。为了保证指挥控制的连续性,网格节点加入和离开的动态性不应该影响系统的正常工作。

③高效性:军事指挥网格充分利用了网格中闲置的计算能力、存储能力、传输能力等,消除了系统中的信息孤岛、资源孤岛,实现了所有资源的一体化运作,大大提高了系统运行的高效性,保证了指挥控制的时效性。


军事指挥网格的体系结构

目前常见的网格体系结构有五层沙漏结构和开放式网格服务体系结构(Open Grid Service Architecture,OGSA)[6],还有基于代理和面向对象的一些非主流的体系结构[7]。鉴于到军事指挥网格的应用需求,综合考虑开发的成本和效率,我们提出一种新的体系结构,如图1所示,从根本上说,这是一种面向服务的体系结构(Service Oriented Architecture,SOA)。

我们提出的军事指挥网格体系结构分为五层,分别为基础设施层、网格服务层、核心层、领域支撑层和应用层。各层相对独立,功能相对稳定,下层为上层提供支持。

基础设施层是整个网格的物理基础,它包括了指挥控制系统、计算机网络、监视探测系统、武器系统等,甚至还包括各参战部队的人员、政治家、外交家、科学家、工程技术人员等。

网格服务层集中了大量的服务。服务是一个抽象的概念,它具有一定的功能,需要一定的数据,通常被抽象为“接口/行为+服务数据”。这些服务以统一的标准描述其功能和访问接口,然后向网格软件平台进行规范化登记,注册成为统一的网格资源,接受网格软件平台的统一调度和管理。在军事指挥网格中,这些服务实现具体的指挥功能,包括全军通用指挥功能、军兵种专用指挥功能等,并能根据需要组合成新的更高级的指挥服务,如一体化联合指挥。为了屏蔽基础设施层的各种物理资源的差异,需要按照WSRF规范[8]对资源进行建模,即将资源包装成服务,实现资源一体化。

核心层是网格软件平台。网格软件平台的地位和作用类似于计算机的操作系统(Operation System,OS),它管理着网格上所有的资源,包括所有的硬件和软件。与一般的计算机操作系统不同的是,网格软件平台管理的是大量分布的、异构的、松散耦合的资源。网格软件平台要提供界面管理、资源管理、作业管理、数据管理、信息管理、公共管理、安全管理的功能。为了使基于网格的开发和应用变得更加容易,网格软件平台还提供了一些常用工具,如网格服务开发环境、网格服务集成框架、网格工作流管理工具等。

领域支撑层提供军事指挥领域的一些常用的功能支撑,以方便最终用户的使用,如任务分解、应用定制、访问控制等。

应用层以网格门户的形式向各级各类指挥人员和参谋人员提供方便、快捷、安全、高效的军事指挥服务,如跨部门信息共享、个性化信息访问、跨兵种协同指挥等。


军事指挥网格研究与设计


图1 军事指挥网格的体系结构



军事指挥网格的工作流程

基于服务的动态合成,军事指挥网格沿着自底向上从资源到网格服务和自顶向下从用户需求到网格服务两个方向,实现用户需求到实际资源的映射,由实际资源为用户提供所需要的功能,其工作流程如图2所示。

依照WSRF规范,对网格上的资源进行建模,并经过注册后,即成为网格上的基本服务。这些服务提供一些基本的功能,可以满足一些简单的需求。对于一些比较复杂的功能,需要将这些基本服务按照一定的顺序组装起来,形成比较高级的服务。用户的作战任务,经过标准化描述以后,按照语义分析或人工参与的方式进行分解,将一个比较复杂的任务划分为一些比较简单的任务,并按一定顺序组合成任务工作流;根据工作流去寻找所需要的服务。如果有现成的基本服务可以满足需要,则由该基本服务获得相应的功能;如果现有的基本服务无法满足要求,则由系统对这些基本服务进行组合,以提供所需要的功能。

军事指挥网格要为用户提供智能化、个性化、综合化的服务,以适应不同用户在不同条件下的不同需要。在这种情况下,文献[9]提出了主动服务的思想。不同于一般的web服务,主动服务可以根据用户的需要进行定制,以主动的方式应对不同类型的个性化需求及其变化。文献[10]提出的动态服务合成的思想也很有借鉴价值。


军事指挥网格研究与设计

图2 军事指挥网格工作流程



军事指挥网格是网格技术在军事指挥领域的必然反映,代表了军事指挥的发展方向,为我军实现低成本、高效益的信息化提供了一条可行的道路。目前,建设军事指挥网格也面临着一些困难,如网络的连通性和带宽不够等问题。但是,我们相信,随着我军信息化建设的进一步发展,军事指挥网格必将获得广阔的应用前景。

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