海上一体化信息基础设施技术*

方 兴

(武汉市江夏区藏龙北路1号 武汉 430205)



海上一体化信息基础设施技术*

方 兴

(武汉市江夏区藏龙北路1号 武汉 430205)

海上一体化信息基础设施是建立在海军乃至全军各种信息设备基础上,为海军各级指挥自动化系统和武器系统提供来自海陆空天潜的数据、信息和知识的集成、管理、共享、检索以及分发的系统。论文通过对美军网络中心战以及全球信息栅格技术的分析,提出了我国海军基于信息栅格的海上一体化信息基础设施总体框架以及基于服务的海上一体化信息基础设施模型,同时对系统的信息体系、信息的传输体系、信息的处理和管理体系、信息服务等关键问题进行了分析和阐述。

一体化; 信息基础设施; 信息体系; 信息服务

Class Number E967.3

1 引言

随着现代信息技术的发展,信息战、网络中心战已成为21世纪军事变革的发展目标,信息优势以及由信息优势而获得的决策优势已成为现代高科技战争制胜的必要条件。要取得海上作战的信息优势,就必须具备陆海空天全方位的作战信息支持与共享[1～4]。

海上一体化信息基础设施是在海军乃至全军通信网络基础上,为海军各级指挥自动化系统和武器系统的军事用户提供来自海陆空天的数据、信息和知识的集成、管理、共享、检索以及分发的一体化的信息系统;确保来自任何系统的信息能在任何时候发送给在任何地点任何有需求而且有相应权限的军事用户。海上一体化信息基础设施是在未来高科技战争条件下夺取信息优势的重要手段,是全军军事综合电子信息系统的重要组成部分,它对于提高军事信息综合应用能力,提高武器装备信息化水平和促进综合电子信息系统的跨越式发展具有重要意义。

2 国外研究现状

为获取战场信息优势,欧美等发达国家海军作战模式正由以平台为中心向以网络为中心转变,即将所有的探测系统、通信系统、武器系统组成以计算机为核心的网络,为分散在各地的部队和战斗平台提供实时的信息服务,使其精确掌握战场态势,提高指挥速度和决策速度,最终提高联合作战能力,同时相应推出了一系列计划或设想,开展了相关的技术研究和试验[5～6]。

美海军推行的“IT-21世纪信息技术”计划为美国海军提供一套包括舰载、编队和岸基的内部互联网(Intranet),为海军部队提供安全和快速的通信服务。在开展舰载、编队和岸基网络与通信平台建设的同时,美海军还在进行海军“信息栅格”FORCEnet的建设,海军信息栅格提供建立支撑性信息环境所需的基础设施和服务[7～10]。

有关资料显示,美国海军新型航母CVN-78把最先进的信息基础设施(Information Infrastructure,I2)系统集成于整个作战体系之中,该信息基础设施由洛克希得·马丁公司海军电子和监视系统分公司研制,作为CVN-78航母综合作战系统的一部分,信息基础设施包括网络系统、分布式计算环境、安全服务系统等。在该信息基础设施支持下,导航、操控、电子对抗、防御、智能决策等系统将作为一个开放结构被重组和整合,成为航母综合作战系统一部分,从而实现不同的武器和传感器系统的有效链接,支持不同系统(设备)的即插即用和有效互联[11]。

美军在“宙斯盾”舰的作战指挥系统基线6的基础上引入了基于服务技术的网络中心战的栅格机制,为异构、异种平台的集成提供了操作平台,验证了平台间的互操作性能[12～13]。

与此同时,美国国防部一直重视数据集成与互操作,制定了多种数据规范,包括SHADE、CADM、DDMS、NCDS、DDDS等。DDMS提供一组公共的构造属性,保证使用搜索工具能够发现元数据(描述服务或数据的数据)。DDMS的核心层描述了数据的属性,无论数据是那种类型,也不管它被哪个团体所有,它都以同样的标准格式来描述。值得注意的是,并非核心层里所有的元素都是强制性元素。这组强制性元素不多,但足以用来产生高附加值的元数据,支持企业发现。扩展层为各利益共同体(COI)对DDMS核心层进行扩充提供了一种机制,保障特定使命对元数据的特殊要求[14]。

3 海上一体化信息基础设施总体框架

海上一体化信息基础设施层次结构如图1所示,海上一体化信息基础设施涵盖基础资源层、通信传输层、协同计算层和服务聚合层,在其支撑下可以开发各种军事应用系统,如一体化的指挥控制系统、数字化战场信息系统、联合装勤保障系统等。

图1 海上一体化信息基础设施层次模型图

1) 基础资源层

包括构成一体化信息基础设施的所有节点,节点通过一体化信息基础设施设计规范、接入标准和构建协议等保障系统快速部署和集成的开放式系统标准规范体系,融入栅格系统实现现有系统向信息栅格的过渡。由于海军已经陆续建设了包括传感器、武器、计算设备、存储设备、数字化平台设备在内的信息基础资源,目前重点是海上信息栅格设计规范、接入标准、构建协议和现有系统向栅格过渡的方法与技术等,以建立允许海上信息栅格快速部署和集成的开放式系统标准规范体系。

2) 信息传输层

栅格化的一体化信息基础设施信息传输的基本功能是提供海上作战平台内的宽带信息交换服务,支持多媒体信息的实时传输;提供舰艇之间无线通信互连,包括卫星通信、数据链、水声通信等方式,支持海上移动平台之间的可靠信息传输层服务,形成一体化信息交换的网络环境;提供多种接入手段,支持舰载各类电子装备、智能终端、信息系统和自动控制设备等信息节点的转换和接入,包括数据、IP化的语音、图形与图像、数字化视频接入;提供可视化网络管理和监控服务,能够支持网络的在线监控、动态管理以及故障的自动诊断和处理,保证持续可靠的网络服务;具有业务识别、优先级保证等多项功能,对重要信息提供最低带宽保护,保障各种实时/非实时业务通信的信息传输服务质量;支持多手段、多路由通信,具有抗毁和故障恢复能力。通过对海军现有有线、无线网络,卫星通信系统的网络规划、组织管理等,以建立海上信息栅格化传输设施,实现海上移动平台根据作战任务需要随时随地灵活接入、动态组网和信息可靠传输的目的。

3) 协同计算层

海战场信息处理和管理交互功能在海军各型作战指挥控制系统、平台管理保障系统等电子信息系统中实现。利用元目录服务、工作流管理、用户管理、资源代理、可信计算和数据工程等各种商用成熟工具,采用栅格化信息处理技术、栅格化信息分发技术、栅格化资源管理技术,以建立海上信息栅格化协同计算设施,实现海战场各种计算资源和信息资源的有机整合和集成。

海上一体化信息基础设施对信息的支持涵盖整个海战场的战略信息、战役信息和战术信息。信息的种类繁多,信息量巨大。同时各种信息资源又具有不同的特点:包括表现形式、功能用途、时效性、有效性、重要性等。而将海上一体化信息基础设施划分成多个分布式资源块可以实现各种信息的高效处理和管理,同时资源块与资源块之间又可高效的互访。

4) 服务聚合层

栅格化的海上一体化信息基础设施对海上应用系统开发和集成的支持通过各种公共应用服务来实现,一个服务是服务提供者为实现服务请求者需要而执行的一个工作单元(应用程序),一个服务实现了一个应用功能,其粒度与应用直接相关,服务还可以由其他服务组合而成。每个服务都有定义良好的接口,通过该接口就可以发现、发布和调用服务,服务的使用者仅仅需要关心服务接口的描述。

建立一个标准统一、功能完善的海军电子信息系统服务框架,通过一种架构统一、符合开发技术规范的应用运行和服务封装、注册和映射手段,将各种作战应用软件抽象成一个完整的服务聚合体,实现一体化软件平台和信息服务。

4 海上一体化信息基础设施参考模型

海上一体化信息基础设施既是海军综合电子信息系统的基础设施,又是开发和运行海军电子信息系统的环境。只有海上一体化信息基础设施的基础设施加上在其上开发和运行的海军电子信息系统才能具有可支持网络中心战的海上一体化信息基础设施能力。海上一体化信息基础设施由海上一体化信息基础设施公共信息服务和由通信设施(含数据链),计算机/存储设施等组成的信息基础设施结构两大部分组成。从服务的角度讲,海上一体化信息基础设施为应用系统提供信息交换、处理、管理等方面的服务。图2从服务的层面描述了海上一体化信息基础设施框架模型。

图2 基于服务的海上一体化信息基础设施模型

根据上文提出的结构模型,可归纳出海上一体化信息基础设施提供以下服务:

1) 信息传输服务。提供高带宽信息交换服务,支持多媒体信息的实时传输,支持海军各平台电子信息系统设备之间信息传输,形成一体化信息交换的网络环境;提供多种接入手段,支持舰载各种电子装备、智能终端、信息系统和自动控制设备等信息节点的转换和接入,包括数据、IP化的语音、图形与图像、数字化视频接入;支持与舰艇外的通信接入,包括卫星通信、数据链、无线通信等接入方式;提供可视化网络管理和监控服务,能够支持网络的在线监控、动态管理以及故障的自动诊断和处理,保证持续可靠的网络服务;支持如电视电话会议、视频点播/广播等应用;提供多种网络服务,包括目录、DNS、电子邮件等基本网络服务和分布式事务、数字证书等增强网络服务;具有业务识别、优先级保证等多项功能,对重要信息提供最低带宽保护,保障各种实时/非实时业务通信的服务质量指标;支持多手段、多路由通信,具有抗毁和故障恢复能力;

2) 信息处理服务。提供大容量信息实时可靠处理服务,满足作战指挥控制、交战使用、战术计算以及平台控制管理需求;

3) 信息管理服务。提供信息分布式存储和访问服务,满足信息查询、分析和决策需求;

4) 信息分发服务。提供信息按需智能分发服务,适应不同系统需求;提供电子信息系统资源组织管理服务,实时进行资源调度管理,满足平时/战时的不同需求;提供通信系统组织管理与控制支持,提供信息分发控制服务;

5) 信息安全服务。支持网络访问限制、安全代理、安全认证,基于角色的权限控制;支持防病毒、入侵检测,避免攻击,安全审计、日志记录;提供数据自动复制、备份和安全恢复服务;提供信息加密、防窃听、防破译等服务。

5 发展海上一体化信息基础设施的思路

1) 顶层研究

海军一体化信息基础设施顶层研究主要针对信息系统的概念及其结构模型,各种信息包括来源和处理的组成原则、作用,研究信息分类,形成各种标准和表示规范。信息来源要包含海陆空天各个层面的信息的各种搜集手段,从而获得全维的作战情报信息;海上一体化信息基础设施强调所搜集信息种类的全面性,尽可能获取各级各类的作战信息,满足各种信息用户对作战信息的需要;强调各种信息的处理和分发按照统一的标准和规范进行分类、处理和表示;同时也强调对分布于海陆空天的各平台的作战资源的综合管理和控制,从而能够提供全方位的信息支持服务,使合法的信息用户能够获取并使用所需的作战信息。

2) 体系结构表示规范研究

海上一体化信息基础设施体系结构表示规范参照各种元数据和内容与语义描述标准体系,研究并制定海陆空天信息空间中使用的军事信息描述集,全面规范地表示信息中包含的丰富的军事目标、装备、人员、地域等语义信息线索。它作为基础,广泛支持各种作战信息的存取和管理方面的应用,包括信息的获取、标识、存储、安全、传送、智能检索和过滤等方面的应用。主要的工作包括:制定并建立海陆空天空间信息表示规范;制定元数据规范(信息源信息、媒体格式和编码信息、权限和安全信息);制定信息描述规范(概念和语义、物理特征、分类)。

信息表示和描述为信息语义的管理,包括搜索、检索、过滤、交换等提供支持基础。要从作战和指挥人员的信息使用的角度考虑问题,采用自顶向下的分析方法,分析海陆空天信息空间信息用户及其应用需求,获得可互操作的信息管理和传输需求,从而形成信息的规范表示并用于交换。

3) 一体化信息无线传送技术研究

海上一体化信息无线传送的基本功能是提供海上作战平台之间的无线通信互连,包括卫星通信、数据链、水声通信等方式,支持海上移动平台之间的可靠通信传输服务,形成一体化信息交换的网络环境;提供多种接入手段,支持舰载各类电子装备、智能终端、信息系统和自动控制设备等信息节点的转换和接入,包括数据、IP化的语音、图形与图像、数字化视频接入;提供可视化网络管理和监控服务,能够支持网络的在线监控、动态管理以及故障的自动诊断和处理,保证持续可靠的网络服务;提供多种网络服务,包括目录、DNS、电子邮件等基本网络服务和分布式事务、数字证书等增强网络服务;具有业务识别、优先级保证等多项功能,对重要信息提供最低带宽保护,保障各种实时/非实时业务通信的信息传输服务质量;支持多手段、多路由通信,具有抗毁和故障恢复能力。

4) 信息处理和管理体系研究

作为海上各级指挥控制系统是所辖地域、授权范围内的信息汇集中心和信息分发中心,它除具有传统的指挥与控制功能外,还应具有支持大系统的一体化能力。系统应保证海上一体化信息基础设施的各系统的信息实现多路由选择的信息互通,对不同构的应用层协议设立转换单元,以提高信息互通能力。系统应支持多种作战指挥业务(包括武器指挥)的互操作。应解决无线信道下,岸基、编队、单舰分布数据库非落他查询的技术。应分级实施对大系统各分系统的系统管理(包括网络),必须构造统一的系统(包括网络)管理模式、协议以及所属装备可使用评估模型,能使各级指挥员清晰了解所属系统及装备用于支持作战的能力。分布在大系统网络上的固定和机动的网络化指挥控制系统,应实施战场信息管理,系统对接收并作了处理后的信息进行分析,通过系统的筛选机构自动地进行上报和分发(适当地辅以人工方式)以实施对信息的控制。

5) 信息系统信息网络实时构建技术研究

军用信息网络是军用信息系统互连、互通的基础。它是计算机技术与通信技术相结合的产物,它把分布在各地的具有独立处理功能的多个计算机信息系统,通过网络线路和相应设备联接起来,实现硬件、软件和信息等各类资源的交流和共享。网络实时构建的基础是各种异构系统便于互联和具有高度互操作性,归根结底是标准化问题,开放的体系结构、开放的接口标准等是栅格化的网络构建的基础。研究军用信息网络自动化规划技术,在一定的约束条件下,如何高效、合理、自动化地规划、分配和调度网络资源(如链路、带宽、信息等),为网络实时构建提供组网依据和设计参考。研究军用信息网络快速异构集成技术,战场环境下,多种军用信息网络的快速异构集成技术,实现各种网络服务、多种媒体应用的快速、高效集成。研究网络冗余资源的合理配置与启用技术,以及网络可伸缩技术,确保网络在受到打击和意外故障时,能快速重构,迅速恢复网络通信。研究军用信息网络智能化技术,在网络的传输和处理上能向用户提供更为方便、快捷的网络通信接口,在虚拟网络划分、路由选择、拥塞控制和网络管理等方面显示出更强的主动性,以利于快速提供网络通信服务。研究基于策略的网络配置管理、性能管理与故障管理,实现网络动态调整和指标优化,快速提供满足和适应不同信息系统应用需求的网络通信服务与信息服务。

6) 栅格化的信息服务技术研究

海上一体化信息基础设施对应用系统开发和集成的支持通过各种公共应用服务来实现,一个服务是服务提供者为实现服务请求者需要而执行的一个工作单元(应用程序),一个服务实现了一个应用功能,其粒度与应用直接相关,服务还可以由其他服务组合而成。每个服务都有定义良好的接口,通过该接口就可以发现、发布和调用服务,服务的使用者仅仅需要关心服务接口的描述。研究重点是建立一个标准统一、功能完善的海军一体化电子信息系统服务框架,通过一种架构统一、符合开发技术规范的应用运行和服务封装、注册和映射手段,将各种作战应用软件抽象成一个完整的服务聚合体。

海战场信息栅格信息服务将综合运用栅格化信息传输技术、信息获取与分发技术、信息处理技术等,通过服务抽取、封装、注册、发现、绑定等技术,为海军用户提供一体化信息支持服务能力,为面向SOA的海上应用系统开发和综合集成提供支持。通过研究栅格化信息服务技术,使海上信息栅格在信息共享的基础上,实现真正的信息服务共享,从而方便海上信息栅格用户共享与使用信息。

6 结语

海上一体化信息基础设施建设要以发挥海军的多军兵种、跨平台系统整体作战效能、提高协同作战能力为目标,按照“全局规划、提升能力、滚动发展”的思路进行建设和发展。

全局规划,一是统筹考虑和研究海上一体化信息基础设施的技术体制的继承性和可持续发展,确保系统技术体制逐代兼容和成果继承性,从顶层开展研究设计,全力攻关,目标一致,构建统一、完整的海上一体化信息基础设施及各平台节点设备。

提升能力,根据海军的使命任务要求,通过海上一体化信息基础设施建设,实现海军多军兵种、跨平台的互通、互联、互操作,形成整体协同作战能力。

滚动发展,考虑到装备需求的迫切性与技术可实现性,海上一体化信息基础设施的研制与建设将在总体目标下,分功能、分阶段实施,实现分步升级,梯次更新,整体发展。

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Maritime Integrated Information Infrastructure Technology

FANG Xing

(No. Canglong North Road, Jiangxia Zone, Wuhan 430205)

Maritime integrated information infrastructure technology is a system that is built on the various information equipments within navy or even in the whole armed forces, and provides integration, management, sharing, retrieval and distribution on land, sea, air and space data, information and knowledge to all levels of naval command automatic system and weapon systems. This paper proposes the overall framework of the information grid-based maritime integrated information infrastructure, as well as its model, by analyzing the American military network centric warfare and the global information grid. Moreover, it also analyzes and introduces key issues of information system, information transfer system, information processing and management system, the information service.

integrated, information infrastructure, information system, information service

2014年12月9日,

2015年1月23日

方兴,男,硕士,工程师,研究方向:指控系统技术。

E967.3

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.003