TENA网关研究

席战伟　赵占伟

摘要：该文对TENA（试验与训练使能体系结构）网关进行了研究。首先给出了TENA网关的通用结构，然后结合具体应用领域分别给出了面向不同应用领域的TENA网关，以及实现这些网关涉及的相关问题，最后概述了TENA网关在TENA逐步部署到靶场的过程中所起的作用。

关键词：TENA；网关；通用结构；靶场

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）19-4423-04

Research on TENA GataWay

XI Zhan-wei，ZHAO Zhan-wei

（No 91 Unit of 91388 Troop of the Peoples Liberation Army， Zhanjiang 524022， China）

Abstract： Mainly research TENA （the Test and Training Enabling Architecture） gateway. Firstly， gives the general structure of TENA gateway， then gives different application areas of TENA gateway combining with specific fields of application， and involved related problems realizing the gateway， finally discusses the role of TENA gateway in TENA gradually deployed to range.

Key words： TENA；gateway；general structure； range

科技的高速发展促使美军逐渐发现原来为了某些任务而专门建立的试验和训练靶场在新的高技术装备和作战概念的试验和训练方面越来越不适应。为了将这些装备和作战概念尽快形成战斗力，要么需要重新构建专门的面向这些新装备和作战概念的靶场，要么对现有靶场资源进行整合、集成，生成新的适应未来新装备和作战概念的逻辑靶场。从新装备和作战概念的产生周期，新靶场建设的时间、经济等方面考虑，美军选择了后者，从而促使了TENA的产生[2][3]。

TENA吸收了以往体系结构的优点，着重在互操作、可重用、可组合方面提升靶场能力[1][4]，使美军能够充分的利用现有靶场试验和训练资源，快速的构建逻辑靶场，完成新的试验和训练任务。TENA和以前靶场所采用的技术和体系架构差异很大，为了使TENA能在靶场中进行部署，现有靶场设施需要被改造以做到TENA兼容，而从时间、设备复杂性、改造成本来看，短期内对靶场设施完全进行改造是不现实的。为了使那些暂时不能改造的、或者改造成本过高的设施能够接入基于TENA的逻辑靶场中，TENA网关应运而生。

1 TENA网关的通用结构

1.1 TENA网关通用结构

图1 TENA网关的一般原理结构图

TENA网关的设计原理很简单，本质上可以作为一个TENA应用，它一端和TENA基础设施进行通信，另一端和其它非TENA基础设施进行通信，从而可以使TENA和其它各种类型的非TENA系统进行交互，实现靶场资源的集成，其原理结构如图1所示。图中左边的其它中间件表示任何一个非TENA体系结构的软件基础设施或者软件库，这些基础设施和软件库主要用于其相应体系结构内的通信。对于HLA来说，其它中间件表示HLA-RTI；对于采用DIS标准的仿真来说，其它中间件表示DIS协议数据单元（PDU）；对于靶场仪器仪表、战术接口、控制系统，其它中间件表示一个公共类库、子程序库、或定制的软件。

来自于任何一个非TENA体系结构的信息将要根据其在“其它中间件”中的数据通信格式编码为一个软件对象，这些对象在图1中表示为“其它对象”。如果其它体系结构自身能产生软件对象，那么就不需再编码，可以直接使用，但是一般情况下，其它体系结构经常产生的是记录数据或者协议数据单元（PDU），不会直接产生软件对象，需要将产生的数据编码为软件对象。

图中间的转换器是一个特殊的程序，主要作用是将TENA 状态分布对象（SDO）、消息、数据流中包含的信息映射进“其它中间件”的“其它对象”中。转换器由特定软件构成，它可以是许多其它可重用组件中的一个，也可以是根据一些高层的转换规则自动由代码生成。转换器可以想象成在一个具有图形用户接口的系统中允许用户从一个面板函数库中拖出转换规则，然后由工具自动生成面向某个逻辑靶场对象模型对象和“其它对象”的网关软件。这种自适应、可重配置、通用的网关系统已经在HLA中使用，并产生了极大的效果，对TENA来说也是实用的。

1.2 TENA网关联邦

图2 TENA网关联邦

网关应用软件也应该能提供一些复杂的智能订购功能，允许某些网关仅仅订购自己所需的信息。在较大的靶场系统中，为了去平衡和处理网络负载，许多网关不得不一起工作构成网关联邦，如图2所示。相应地，管理这一系列网关将要变成一件十分复杂的任务。在这种情况下，需要一个额外的实用小程序-网关管理器。网关管理器主要利用其内部的应用管理对象（AMO）和网关进行通信、管理，执行网关管理功能。网关向网关管理器报告它们的网络负载、延迟、吞吐量等状况，网关管理器利用相应的算法生成策略去平衡各个网关上的负载，以使整个网络性能更好。图2仅仅说明了2个网关工作在一起，但是在实际情况下根据需要没有限制能够连在一起构成网关联邦的最大网关数量。

2 面向具体应用领域的TENA网关

2.1 TENA-HLA网关

高层体系结构（HLA）是美国国防部指定的用于建模和仿真的领域的标准体系结构，它为建模和仿真的领域内的互操作和可重用提供了一个公共的机制。HLA的目的是提供架构去支持不同仿真的互操作和可重用，最大限度的减少构建一个新的合成运行仿真环境所需的经济和时间上的花销。HLA需要根据标准接口规范通过RTI进行仿真之间交互，HLA没有规定仿真应用的内部结构，它仅仅是定义了允许仿真应用之间互相形成联邦和信息交换的RTI服务。虽然HLA需要联邦去使用一个描述在某个联邦范围内仿真交互信息的对象模型，但是HLA没有定义对象模型的具体形式。HLA对象模型模板（OMT）规定了哪种信息应该包含在对象模型中，但是没有定义出现在模型中的对象类。

TENA是专门面向靶场组织的体系结构。TENA应用之间使用TENA中间件进行通信，可以使应用之间能够使用语义更丰富的TENA对象模型进行互操作。TENA-HLA网关的作用是使TENA应用能够通过TENA-HLA网关充分利用HLA-RTI 和仿真应用进行交互。由于TENA对象建立在较复杂的TENA元模型、而非OMT的基础上，所有TENA和HLA根本上是不同的，TENA可以看做是HLA的一个超集，同时在和仿真进行交互时保留了HLA的兼容性。TENA-HLA网关直接解决了TENA需要与建模和仿真系统集成的驱动需求。由于靶场组织使用TENA中间件作为标准高性能通信机制用于分布式TENA对象模型间的通信，需要一个桥接TENA中间件和HLA RTI的机制，目的是TENA靶场资源和HLA仿真之间能够交互。这个桥梁就是TENA-HLA网关，如图3所示。

由于TENA和HLA本质上有许多差异，在TENA-HLA网关构建过程中，需要解决以下两类问题。

1） 元模型方面的差异：HLA元模型相对于TENA元模型有许多限制，这导致网关设计产生一些问题。第一，将较复杂的TENA逻辑靶场对象模型定义翻译为较简单的HLA类是困难的，因为不是所有TENA元模型中的特征都能被HLA对象合适的表示。第二，由于HLA元模型不支持可组合，将复杂的TENA组合层次结构翻译为一个合理的HLA对象模型是困难的。采用强制方法在HLA边消除包含的TENA层次结构是目前所能采用的方法，但是这种方法不一定能提供足够的功能。第三，HLA元模型主要为类集合中的属性，将TENA的SDO类定义和HLA类定义等同起来的倾向应该被避免，因为这两个构造行为在运行时是非常不同的。

2） 时间管理：HLA提供时间管理服务，可以将仿真时间相对于真实时间提前或者减慢。由于靶场试验运行在真实环境下，TENA不提供时间管理功能。将运行于仿真时间的仿真和运行于真实时间的靶场设施集成起来也是一个主要的技术挑战，需要进行研究解决。

2.2 靶场协议网关

在当前靶场中有许多的现成的仪器仪表、控制系统、以及设备接口，将这些设施集成到TENA体系中去是TENA需求规定中所必须要完成的事情。由于这些设施使用的通信协议各不相同，将这些设施中的每一个集成都可能需要创建特定的TENA网关。为了完成这些系统的集成，需要许多面向具体设施的TENA网关，总的来说，这些网关的结构形式大体上如上图1和图3差不多，具体转换协议需要具体问题具体分析。

2.3 TENA-C4ISR系统网关

C4ISR系统是一种特殊类型的系统，主要用于在战争中获取制信息权。C4ISR系统将要开始在联合技术体系结构（Joint Technical Architecture，JTA）和国防信息基础设施公共运行环境（Defense Information Infrastructure Common Operating Environment ，DII COE）的基础上构建成一组公共体系结构。将这些体系结构和TENA桥接以满足TENA支持网络中心战的驱动需求是非常重要的。当前有许多C4ISR系统，如GCCS， CEC， AFATDS， FAADC， ASAS， AGGS， AGCCS等，这些系统都需要集成到一个逻辑靶场中，每一个系统的集成都需要相应的TENA网关。与许多靶场仪器仪表系统一样，这些C4ISR系统使用基于消息的通信机制，但由于消息类型和内容的标准不充分，需要具体根据消息类型来设计网关。

2.4 TENA实体网关

术语“实体”意指那些在靶场中用于训练和试验的系统（如舰船、车辆、飞机等）。这些系统或者是正在被试验的系统，或者是用于训练人员的设施。某种程度上，这些系统将要通过一个C4ISR网关使用C4ISR设备，完成他们之间的通信。这种情况下，这些“实体”和C4ISR系统通过C4ISR网关互联构成了一个TENA逻辑靶场。在大多数情况下，单独的战术接口网关，如JTIDS， Link-16， TADIL-J， Link-11等，在构造逻辑靶场过程中也将被需要。与C4ISR系统和仿真一样，也需要解决TENA和他们之间的转换协议相关的问题。

3 TENA网关在TENA靶场部署中的作用

靶场组织持续的参与TENA研制是TENA能够在靶场组织中最终使用的关键因素。从TENA的驱动需求来看，TENA在整个靶场组织中的部署是一个渐进的过程。这是因为对许多靶场组织来说，每天都有许多重要的任务发生在靶场，绝不可能停止当前他们的业务活动，关闭靶场，彻底地部署TENA，然后再运行完全基于TENA的靶场，只能在不影响靶场当前活动的前提下，逐步的通过使用TENA网关慢慢的部署TENA，所以渐近的方式是TENA能够移植到靶场中的唯一的方式。图4显示了TENA怎样通过使用TENA网关，以对现有靶场活动影响最小的方式被部署。

图4的上面第三层显示了一个现时靶场网络的组成，标有TENA靶场网关的方块提供靶场协议和一个新的正在测试或者已经被部署的TENA应用之间的转换功能。新的TENA应用能够在对靶场运作没有任何负面的或侵入性的影响下被部署。endprint

中间一层显示了在一些重要的靶场资源应用已经被重新架构达到TENA兼容情况后的靶场资源抽象布局。重要的功能现在已经存在于TENA边了，新的TENA兼容的靶场应用和重新架构的靶场应用一起构成逻辑靶场。网关仍然起着桥接那些TENA尚不兼容的应用的作用。

底层显示了在TENA已经完全被部署后的靶场资源抽象布局。在这种情况下，大部分靶场活动被TENA兼容的应用所执行，也有可能出现一些情况，由于花销或者复杂性方面的原因，遗留的系统仍然是TENA不兼容的。在这种情况下，网关仍然起着连接到逻辑靶场的桥梁作用。可以设想的是大部分靶场资源应用最终会做到TENA兼容，因为这样它们能够获取TENA所带来的所有功能。

4 结论

TENA网关在TENA能否最终成功的在靶场组织中部署起着重要作用，该文研究了TENA网关及其具体实现涉及的相关问题，对我国未来靶场建设提供参考作用。

参考文献：

[1] The Test and Training Enabling Architecture （TENA）， https：//www.tena-sda.org/intro/Documentation/TENA Introduction Paper.pdf The Foundation Initiative 2010 Program Office， 2012.

[2] The TENA Architecture Reference Document， http：//www.tena-sda.org/documents/tena2002.pdf， The Foundation Initiative 2010 Program Office， 2002.

[3] 杨磊，武小悦，美军装备一体化试验与评价技术发展[J].国防科技，2010，31（2）：8-14.

[4] J. Russell Noseworthy. Providing Interoperable Real-Time Data Communication with TENA[C].The 2011 in Military Communications Conference-Track 4 - Middleware Services and Applications： p1598-p1603.endprint

中间一层显示了在一些重要的靶场资源应用已经被重新架构达到TENA兼容情况后的靶场资源抽象布局。重要的功能现在已经存在于TENA边了，新的TENA兼容的靶场应用和重新架构的靶场应用一起构成逻辑靶场。网关仍然起着桥接那些TENA尚不兼容的应用的作用。

底层显示了在TENA已经完全被部署后的靶场资源抽象布局。在这种情况下，大部分靶场活动被TENA兼容的应用所执行，也有可能出现一些情况，由于花销或者复杂性方面的原因，遗留的系统仍然是TENA不兼容的。在这种情况下，网关仍然起着连接到逻辑靶场的桥梁作用。可以设想的是大部分靶场资源应用最终会做到TENA兼容，因为这样它们能够获取TENA所带来的所有功能。

4 结论

TENA网关在TENA能否最终成功的在靶场组织中部署起着重要作用，该文研究了TENA网关及其具体实现涉及的相关问题，对我国未来靶场建设提供参考作用。

参考文献：

[1] The Test and Training Enabling Architecture （TENA）， https：//www.tena-sda.org/intro/Documentation/TENA Introduction Paper.pdf The Foundation Initiative 2010 Program Office， 2012.

[2] The TENA Architecture Reference Document， http：//www.tena-sda.org/documents/tena2002.pdf， The Foundation Initiative 2010 Program Office， 2002.

[3] 杨磊，武小悦，美军装备一体化试验与评价技术发展[J].国防科技，2010，31（2）：8-14.

[4] J. Russell Noseworthy. Providing Interoperable Real-Time Data Communication with TENA[C].The 2011 in Military Communications Conference-Track 4 - Middleware Services and Applications： p1598-p1603.endprint

中间一层显示了在一些重要的靶场资源应用已经被重新架构达到TENA兼容情况后的靶场资源抽象布局。重要的功能现在已经存在于TENA边了，新的TENA兼容的靶场应用和重新架构的靶场应用一起构成逻辑靶场。网关仍然起着桥接那些TENA尚不兼容的应用的作用。

底层显示了在TENA已经完全被部署后的靶场资源抽象布局。在这种情况下，大部分靶场活动被TENA兼容的应用所执行，也有可能出现一些情况，由于花销或者复杂性方面的原因，遗留的系统仍然是TENA不兼容的。在这种情况下，网关仍然起着连接到逻辑靶场的桥梁作用。可以设想的是大部分靶场资源应用最终会做到TENA兼容，因为这样它们能够获取TENA所带来的所有功能。

4 结论

TENA网关在TENA能否最终成功的在靶场组织中部署起着重要作用，该文研究了TENA网关及其具体实现涉及的相关问题，对我国未来靶场建设提供参考作用。

参考文献：

[1] The Test and Training Enabling Architecture （TENA）， https：//www.tena-sda.org/intro/Documentation/TENA Introduction Paper.pdf The Foundation Initiative 2010 Program Office， 2012.

[2] The TENA Architecture Reference Document， http：//www.tena-sda.org/documents/tena2002.pdf， The Foundation Initiative 2010 Program Office， 2002.

[3] 杨磊，武小悦，美军装备一体化试验与评价技术发展[J].国防科技，2010，31（2）：8-14.

[4] J. Russell Noseworthy. Providing Interoperable Real-Time Data Communication with TENA[C].The 2011 in Military Communications Conference-Track 4 - Middleware Services and Applications： p1598-p1603.endprint