基于元数据的指挥信息管理及共享技术研究

步红

中国电子科技集团公司第二十八研究所 江苏 210007

0 前言

随着数据链通信技术和分布式交互技术的发展，作战指挥控制系统中数据的获取、传输和处理的数量正以前所未有的速度增长，并且在作战指挥控制系统中，可以同时使用多种不同类型的数据链进行数据传输，导致数据来源越来越复杂，作战过程中涉及到的实体种类和数量也越来越多，由此产生了大量的异构的实时指挥信息，如何实现这些信息的有效管理和共享，成为迫切需要解决的问题。

在原有的数据结构设计和管理方法中，数据的针对性强，数据结构与数据应用之间的关联过于密切，本文依托现有的作战指挥控制系统，将分散的异构的作战指挥数据进行有效的整合，提出了一种实时分布式的指挥信息管理和共享的思路，即采用元数据管理模式，建立统一的指挥信息管理平台，实现不同作战平台的指挥信息共享。

1 指挥信息数据分析和管理模式

1.1 指挥信息数据分析

在作战指挥控制系统中，由数据链产生的指挥信息数据规模大、涵盖范围广、数据类型多、数据量大，在这种情况下，关于数据的内容、质量、状况等元数据信息变得更加重要，因此，可以采用元数据技术对系统进行数据建模，建立元数据库和元数据管理服务对元数据进行管理，从而实现对实时指挥数据进行有效地管理和共享。

有关元数据的研究活动和解决方案正在受到越来越多的关注，元数据的作用日益突出，特别是基于公共仓库元模型(Common Warehouse Metamodel，CWM)的架构及其良好的互操作性，被公认为是目前最好的实现方式。但是，大多数有关元数据管理的研究仅能实现批量元数据集成，并未涉及实时数据，本文依托现有指挥信息系统，提出了基于实时分布的元数据管理模式及其应用实现。

1.2 元数据管理模式

元数据技术是支持分布式数据管理和共享系统的关键技术，按照传统的定义，元数据是关于数据的数据，它是对数据的内容、主题、转换及各种操作信息的描述。分布式体系结构是元数据管理的主流架构，基于元数据的管理模式见图1所示，这种模式以元数据的集中存储、集中管理取代了传统的数据集的集中存储和集中管理，成为信息资源有效管理和应用的重要手段。

图1 基于元数据的管理模式

作为共享和重复利用的基础，元数据通常存放于元数据存储库中，元数据源都产生和消费元数据，其中保存元数据的容器称为本地存储库，全系统集中存放元数据的容器成为中央存储库，元数据管理应保证用户得到一致、最新的元数据，也就是应在中央存储库的基础上提供有效的机制，实时连接各元数据源，使元数据源之间保持同步。

2 分布式指挥信息共享服务体系设计

2.1 总体框架结构

指挥信息共享服务体系采用多层分布式(C/A/S)的软件结构设计模式，从逻辑上可以分为数据层、服务层和业务层3个层次，如图2所示。

图2 指挥信息共享服务系统基本框架

数据层即元数据管理系统，部署在数据库服务器上，负责管理对数据库数据的读写，包括用来存储和访问往来于数据库的数据所需的所有命令和逻辑，为共享服务提供后台数据支撑。

服务层即应用逻辑层，部署在应用服务器上，支持实际业务应用和规则所需的所有逻辑和处理，包括网络传输服务、信息共享服务和元数据管理服务，建立服务运行环境及各数据中心之间的数据交换机制。

业务层即部署在指挥所内各个作战应用台位上的指挥控制软件，包括对海指挥、对空指挥、对潜指挥等软件，为用户提供数据共享服务操作界面，并在应用系统支持下提供共享服务。

2.2 功能组成

指挥信息共享服务体系的功能组成如图3所示。

图3 指挥信息共享服务体系功能组成

网络传输服务主要负责完成引导信息、战术命令的对外发送，作战平台报告信息的接入，系统内部和系统外部消息格式的转换。

信息共享服务主要借助系统网络，整合并发布各种异构数据，最大限度的为网内各用户提供实时并且一致的信息资源，包括数据订阅/分发、数据发现、数据发布。数据订阅/分发是通过各种方式将用户订阅的数据传送到用户的过程，通过订阅/分发，能够使数据形成从采集、存储、加工、传播向使用流动，实现数据的共享价值。数据发布将产生的数据传送到数据分发体系中，为用户发现、订阅数据做准备工作。

元数据管理服务利用信息共享服务提供的资源共享环境，完成元数据的注册、采集、存储和更新。

3 指挥信息管理及共享服务的实现

分布式数据管理和共享系统的任务包括：制定标准元数据模板；制定正式的数据分类并给出分类定义，对数据源和其它数据产品进行识别，描述和分类；向用户和开发者提供友好的元数据获取服务接口。

3.1 元数据模板设计

制定标准的元数据模板是进行分布式数据管理共享工作的第一步，按一定格式组织元数据可以方便快捷地实现数据的存储、转换、分析管理和分布数据共享。

在分布式指挥信息管理和共享系统中，对一个数据源的描述元数据包括如下内容：信息惟一标识、信息名称、消息格式、消息代码、消息类型、数据来源、消息长度、回执时间、回执内容、数据使用或发布限制、对数据的简要描述等。

3.2 数据分类

数据分类是划分数据源的基础，而建立元数据标准首先要对数据源进行分类并给出分类定义。在此，对指挥信息管理处理的数据进行初步划分，共分为以下几类：平台状态类、对空指挥控制类、对海指挥控制类、对潜指挥控制类、态势管理类等。平台状态类是指空中/水面/水下等平台的状态，包括油量、飞行员代号、弹药量、武器状态和传感器状态等。对空/对海/对潜指挥控制类包括引导、任务分配等命令类数据。态势管理类数据包括当前战场环境中重要的位置、区域数据。

3.3 数据管理及共享服务

在指挥信息共享服务体系中，服务层担负着系统主要处理逻辑。信息共享服务提供元数据订阅接口，并对数据源和数据产品的描述、分类进行发布，元数据管理服务提供元数据注册、获取、添加、修改、删除等接口，即时地提供具有所要求格式的数据实例。

这些服务将不同功能单元通过事先定义好的接口联系起来，使得系统内部可以以一种统一和通用的方式进行交互，便于提供尽可能多的数据共享元素，从而使用户能够得到更丰富的数据服务。

3.4 系统主要特点

首先，指挥信息管理系统采用多层分布式(C/A/S)的软件结构设计模式，它将数据层和数据处理层放在数据服务器上，应用逻辑层放置在各自的服务器上，表现逻辑层和表现层放置在客户端上，多层分布式结构系统可有效控制系统数据的安全性和稳定性，并具有易维护、快速响应和扩展灵活等特点。

其次，采用元数据技术实现指挥信息的管理和共享，可以将各种实时的、不同类型的数据有效地组合在一起，进行统一管理，这种元数据管理模式即能在分布的本地存储库实现实时存取，又能将本地元数据复制、集成到中央存储库之中，同时还支持保存附加元数据，而且每个异构软件成员仅需对应一个接口驱动程序即可实现分布式元数据的动态读取和集成，使得信息容易被获取、检索和理解，不会受时间和技术改变的影响。

4 结束语

为了满足日益复杂的战场环境下指挥信息的有效管理和共享的需求，本文提出了基于多层分布式的指挥信息管理和共享系统的体系结构，采用元数据管理等关键技术设计了数据管理和数据共享服务，达到了对系统中实时的异构的指挥信息进行统一管理与传输的目的，实现了不同作战平台的指挥信息共享。但是，大范围数据的管理和共享仍然是一个复杂的系统工程，需要制定一整套相应的标准与规范，因此，为达到与其它系统之间方便的互联、互通和互操作还需要做进一步的研究工作。

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[2] 董冬梅,赵倩,李红绪.基于元数据的空军作战仿真系统数据管理[C].作战辅助决策与军事系统工程.2007.

[3] 张耀程,李革,黄柯隶.军用仿真领域分布式数据管理与共享技术研究[J].计算机仿真.2003.