逻辑靶场网关设计方法研究＊

王胜涛 杨志飞 杜红兵

（1.63888部队 济源 454650）（2.63893部队 洛阳 471003）（3.63892部队 洛阳 471003）

1 引言

信息技术的发展带来了整个军事领域的变革，其中包括军事试验和评估界。为了更高效地利用位置构成、功能特征、级别规模迥异的试验训练靶场资源，基于信息技术的支撑，很有必要采取“逻辑靶场”的机制对现有的靶场资源以及未来发展的靶场资源进行整合，克服当前靶场界“烟囱式”的发展现状。按照美军2010基础工程（Foundation Initiative 2010，FI 2010）所定义的标准，其逻辑靶场拟采用试验训练使能体系结构（Test and Training Enabling Architecture，TENA）［1］作为公共的体系结构，实现包括试验或训练靶场、武器、平台、仪器仪表、软件仿真系统、数据产品、地域、空域或水域等各种试验训练资源［3］的重用、组合和互操作，联合起来形成一个综合环境，以逼真的方式完成各种日益复杂的试验与训练任务，完成特定的靶场开发和运作目的。

TENA的核心是TENA公共基础设施［4］，包括TENA中间件、TENA仓库和TENA逻辑靶场数据档案，TENA还说明了一系列实用程序、工具和网关应用，用来高效构建逻辑靶场。TENA应用（包括靶场资源应用和TENA工具）通过TENA对象模型与TENA公共基础设施交互，非TENA应用通过各种逻辑靶场网关和TENA公共基础设施交互，最终便实现了TENA兼容靶场资源和非TENA兼容靶场资源之间的互联、互通和互操作，所有类型的靶场资源都得到了集成利用。由此可见，逻辑靶场网关作为一种联系的纽带，在逻辑靶场的构建中意义重大，其设计和实现是开发逻辑靶场的基础工作之一。基于此，本文对逻辑靶场网关的工作原理和设计方法进行了研究，以期对逻辑靶场的开发设计提供参考价值。

2 逻辑靶场网关的工作原理

逻辑靶场网关作为网关的一种，兼具了传输网关、协议网关、应用网关的特征。1）逻辑靶场网关需要在不同类型的靶场资源之间传输信息。虽然TENA中间件是基于“公布—订购”机制进行信息的分发传输，但这只是信息传输的一种方式而已。2）逻辑靶场网关需要进行协议的转换。靶场资源基于的体制协议多种多样，逻辑靶场网关一个至关重要的功能就是对这些协议进行转换，实现协议之间的互联互通。3）逻辑靶场网关需要进行数据的转换。不同类型靶场资源之间的数据格式差别很大，逻辑靶场网关必须对这些数据进行格式的转换。

逻辑靶场网关兼具传输网关、协议网关、应用网关的特征，本质上还是系统之间或者终端之间信息、数据的传输和转换。逻辑靶场网关还具有接入网关的特征，这是因为许多靶场资源并没有组成系统，可能是孤立的，比如单个的靶场仪器仪表、被试的装备等，它们通过网关和TENA体系结构互联互通，本质上还是把这些靶场资源接入到以TENA体系结构为基础的逻辑靶场之中去。

进一步，TENA的驱动需求包括靶场应用和系统之间互操作、可重用、可组合三个方面。为实现这一点，逻辑靶场网关必须对互联系统双方的信息格式、对象模型、通信机制、时间理解、靶场事件理解都充分支持并提供兼容，只有这样才能实现这些靶场资源之间的互操作和组合，以及为靶场资源的重用奠定基础，这是更高层次的要求，是通常意义上的网关所不具有的。

2.1 逻辑靶场网关中的信息交互

逻辑靶场网关主要实现TENA资源和非TENA资源之间的集成交互，它处于不同类型的靶场资源中间，起到“桥梁”的作用。图1是一个逻辑靶场网关与TENA网络、非TENA网络的联接图。此外，逻辑靶场网关也有可能跟单个的靶场仪器仪表、C4ISR系统或者实体装备系统互联。TENA应用A、B、C基于TENA中间件构建了TENA网络，非TENA应用D、E、F基于其他“中间件”构建了非TENA网络，两个网络之间通过逻辑靶场网关联接。A、B、C、D、E、F可能是一个武器系统，也可能是靶场事件仿真系统，或者一个靶场实用监控程序。

图1 TENA网络和非TENA网络通过逻辑靶场网关互联示意图

图1中，TENA网络中通过TENA中间件提供的“代理—服务”机制实现信息的交互，比如A和C之间，A发布自己的TENA对象数据，C需要这些TENA对象数据时通过中间件进行订购，这样A便提供TENA对象数据，成为对象生产者，C接收TENA对象数据，成为对象消费者。同理，非TENA网络是通过其他“中间件”提供的服务实现信息的交互。对于TENA网络而言，逻辑靶场网关是一个TENA应用，基于TENA中间件实现二者之间的通信。对于非TENA网络而言，逻辑靶场网关是一个同种类型的非TENA应用，基于其他“中间件”实现二者之间的通信。下面说明TENA网络和非TENA网络之间信息交互的过程。

如果应用A需要应用F的数据，首先A会以TENA对象的形式订购这些数据，通过TENA中间件会找到逻辑靶场网关，要求逻辑靶场网关对A的订购提供服务。如果逻辑靶场网关登记有应用F在网关中的对等TENA映射应用FF，逻辑靶场网关便会直接把应用FF的数据以TENA对象的形式通过TENA中间件提供给A，对A的订购提供服务。

如果逻辑靶场网关没有登记应用FF，逻辑靶场网关会把A用于订购数据的TENA对象转换为非TENA网络的其他“对象”，通过其他“中间件”会找到非TENA应用F，F的数据以其他“对象”的形式通过其他“中间件”提供给网关，网关将其转换成TENA对象的形式通过TENA中间件提供给A，实现对A的订购提供服务。同时，逻辑靶场网关会对F进行登记，并建立F的对等TENA映射应用FF，逻辑靶场负责F和FF之间其他“对象”和TENA对象的转换，以后所有的TENA应用A、B或C再需要F的数据时直接由FF提供即可。这一点实际上使逻辑靶场具有了路由的能力。

反过来，如果应用F需要应用A的数据，F同样通过某种机制发出请求，逻辑靶场网关对该请求做出响应，如果逻辑靶场网关登记有应用A在网关中的对等映射应用AA，逻辑靶场网关便会直接把应用AA的数据以其他“对象”的形式通过其他“中间件”提供给F。如果逻辑靶场网关没有登记应用AA，网关同样需要把F用于请求数据的其他“对象”转换成TENA对象通过TENA中间件找到A，A的数据以TENA对象的形式提供给网关，网关将其转换成其他“对象”提供给F。同时，逻辑靶场网关会对A进行登记，并建立A的对等映射应用AA，逻辑靶场负责A和AA之间TENA对象和其他“对象”的转换，以后所有的非TENA应用D、E或F再需要A的数据时直接由AA提供即可。

同时，由于利用网关的方式实现的TENA网络和非TENA网络靶场资源之间的信息交互不仅仅限于数据的转换，更是包含信息格式、对象模型、通信机制、环境理解、时间理解、靶场事件理解等诸多方面的高层次的交互，基于此可以实现靶场资源的互操作和组合，共同完成特定的靶场运作目的。并且一旦逻辑靶场网关开发出来，靶场资源的可重用性便不言而喻，这样便提供了对逻辑靶场互操作、可组合、可重用的驱动需求的支持。

最后指出，如果是单独的非TENA应用和逻辑靶场联接，逻辑靶场网关实现起来更为简单，是网络形式的简化，工作原理是一样的，此时网关明显具有接入网关的特征。

2.2 逻辑靶场网关应该具有的功能

结合前面对逻辑靶场的位置、作用、信息交互等方面的分析，从靶场运作的角度考虑，逻辑靶场网关应该具有如下功能：

·能够支持TENA中间件、TENA对象和其他“中间件”、其他“对象”，对于TENA网络，逻辑靶场网关是TENA应用，对于非TENA网络，逻辑靶场网关是该网络的非TENA应用；

·能够对TENA对象和其他“对象”进行转换；

·能够对新的TENA应用或者非TENA应用进行登记注册，保留这些应用的信息；

·能够动态地检测到TENA应用和其他非TENA应用，并对其进行类型判断，这主要是靠区分逻辑靶场网关通过中间件接收的对象类型来实现，如接收的是TENA对象，表明检测到一个TENA应用；

·能够对TENA应用和非TENA应用属性的更新进行响应，为订购属性的应用服务；

·能够建立TENA应用和非TENA应用的本地对等映射，保留网关所联接双方网络的靶场资源应用的信息，方便以后快速响应这些应用的交互需求，这使逻辑靶场网关具有了路由的能力；

·能够在TENA应用和非TENA应用退出逻辑靶场时通知其他应用。

3 逻辑靶场网关的设计方法

3.1 逻辑靶场网关的通用设计方案

美军FI 2010工程定义了通用的网关设计方案，如图2所示。逻辑靶场网关一方面通过TENA中间件与TENA逻辑靶场应用通信，另一方面又与使用某种其他协议的另一套靶场资源应用通信。

图2 美军FI 2010工程定义的逻辑靶场网关通用设计方案

和TENA中间件类似，图2中“其他中间件”表示任何其他靶场资源应用中用来通信的混合库或软件基础设施。对于建模与仿真高层体系结构（High Level Architecture，HLA）仿真［9］而言，“其他中间件”是运行时基础设施（Run Time Infrastructure，RTI）。对于遵照分布式交互仿真［5］（Distributed Interactive Simulation，DIS）标准的仿真而言，“其他中间件”表示DIS协议库。对于靶场仪器仪表、战术接口或靶场控制系统而言，“其他中间件”可能是某个公共类库，或子例程库，或定制的这些领域应用间交互通信软件。

非TENA体系结构中的靶场资源应用的信息根据采用的特定格式要求编码成一个软件对象，表示靶场资源应用的交互实体，这些对象就是图2中所示的“其他对象”。如果其他的体系结构本身产生了软件对象，就直接加以使用，比如HLA仿真中基于对象模型模板（Object Model Template，OMT）的联邦对象模型（Federal Object Model，FOM）和仿真对象模型（Simulation Object Model，SOM）；但更多的时候是其他的体系结构产生的数据记录或协议数据单元（Protocol Data Units，PDUs）。

翻译器作为逻辑靶场网关的重要组成部分，负责TENA的逻辑靶场对象模型（Logic Range Object Model，LROM）对象和非TENA体系结构中的“其他对象”之间相互转换。翻译器翻译规则的设计是逻辑靶场网关设计的核心，必须根据非TENA体系结构中具体的交互数据形式，合理设计翻译规则，进行“其他对象”和TENA对象之间的有效映射。翻译规则必须考虑所有的对象类型及其属性，实现TENA网络和非TENA网络之间的完全交互，为互操作、可组合、可重用奠定基础。

3.2 TENA—HLA网关的设计方法［6～8］

图3 TENA—HLA网关组成模块

靶场现在有很多基于HLA的仿真系统用于试验训练，这些系统需要“TENA—HLA网关”才能集成到以TE－NA为体系结构标准的逻辑靶场中。基于前文所述，TENA—HLA网关包含三个模块，TENA管理模块、HLA管理模块和网关管理模块，如图3所示。网关管理模块可以设计一个类，负责整个网关系统的启动、主循环及退出等协调工作和全网状态的监控。HLA管理模块相当于一个HLA仿真邦员，包含一些交互类、对象类以及和RTI的接口类，实现对象类、交互类名称和句柄之间的映射。TENA管理模块相当于一个TENA应用，包含SDO、消息、数据流等，还包含一个专门的类负责TENA对象和HLA对象之间的映射，如TENA对象句柄和HLA对象句柄的相互映射等。

考虑到TENA和HLA之间的区别，在进行TENA—HLA网关设计过程中，需要考虑四个层次：

1）TENA公共元模型和HLA OMT层次上的映射转换［10］。TENA公共元模型包括状态分布对象（Stateful Distributed Object，SDO）、消息、数据流等，而 HLA OMT对象分为“对象类”对象和“交互类”对象。需要从这些元素之间静态结构和动态行为方面的差异出发，研究二者之间的映射转换，这是TENA—HLA网关设计开发的最底层和基础性任务。

2）LROM和FOM／SOM层次上的映射关系。LROM包含了诸多TENA应用的SDO、消息、数据流等，FOM／SOM也包含诸多的“对象类”对象及其属性和“交互类”对象及其属性。需要从LROM和FOM／SOM的地位和作用出发，考虑二者之间的映射关系。

3）TENA中间件和HLA RTI层次上的映射关系。TENA中间件是TENA网络中TENA应用之间信息交互的纽带，HLA RTI是HLA网络中HLA仿真应用之间信息交互的纽带，二者虽然都采用了“订购—服务”的机制，但是完成的功能和底层通信机理大不相同，需要从这两点出发，考虑二者的映射关系。

4）时间管理机制的协调。HLA提供了管理时间的服务，可以加速时间推进到超实时或放慢时间推进到实时乃至欠实时。TENA没有提供时间管理服务，所有靶场事件总是实时运行的。

4 结语

逻辑靶场作为一个新兴事物，其思想理念和体系结构对于我国靶场信息化建设而言，具有重大意义。参考逻辑靶场的架构体系，从较高层面上对国家靶场信息化建设进行长远规划，持续建设、改进，肯定会带来巨大的功效。

［1］Foundation Initiative 2010Project Office.TENA Architecture Reference Document［M］.United States of America Department of Defense，2002.

［2］曾明亮，刘衍军，彭小林.逻辑靶场理论与应用研究［J］.飞行器测控学报，2011，30（3）：89－94.

［3］王国玉，冯润明.逻辑靶场与联合试验训练［J］.现代军事，2006（9）：55－58.

［4］徐忠富，王国玉，张玉竹，等.TENA的现状和展望［J］.系统仿真学报，2004，2（3）：6325－6329.

［5］王焱，胡南炜，李肖坚.DVENET中DIS／HLA网关的研究［J］.系统仿真学报，2000，12（4）：371－374.

［6］马越，刘丹，金一丞.分布航海仿真中HLA网关的设计与实现［J］.哈尔滨工程大学学报.2004，25（3）：283－287.

［7］熊正祥，康凤举，孙永侃，等.舰艇作战系统仿真中信息交互的设计与实现［J］.系统工程与电子技术，2009，31（5）：1142－1146.

［8］林新，宋焱，王行仁.战斗机飞行仿真系统HLA互联系统［J］.系统仿真学报，2004，26（12）：2751－2753.

［9］Daniel J.Paterson，et al.Architecture Issues for DIS－TOHLA Conversion［R］.Naval Air Warfare Center Training Systems Division，1997.

［10］United States of America Department of Defense.TENA Architecture Reference Document FI 2010［R］.Foundation Initiative 2010Project Office，2002.