面向服务的集成式海军作战指挥训练系统构建

陈 钊，赵斯强，宋 彬，赵旭赟

(海军指挥学院，江苏 南京 210016)

随着信息技术的快速发展和武器装备信息化程度的不断提高，基于信息系统的体系作战将成为信息化条件下海上作战的基本形态［1］。信息化条件下的海上作战，战场信息骤增，态势瞬息万变，进程急剧加快，统兵者除了要有克敌制胜的智谋与胆略之外，更需具备运用信息化指挥手段谋求对战场的“信息优势”、“决策优势”和“指挥控制优势”的能力，即基于信息系统的作战指挥能力，它既是信息化条件下作战指挥能力的新形态，也是构成体系作战能力的核心要素，对作战的胜负有着决定性的影响。

从“能打仗，打胜仗”的根本要求出发，加快生成和提高基于信息系统的作战指挥能力，需要加速推进作战指挥训练的变革［2］。由此，本文提出一种全新的作战指挥训练模式——集成式指挥训练(Integrated Command Training，ICT)。集成式指挥训练，是指通过实现指挥模拟训练系统与指挥信息系统的松耦合和训练资源的分布配置，能够在平时或战时间隙为部队提供全方位、全时段和不间断的指挥训练，代表了作战指挥训练技术和训练模式的最新发展趋势。集成式指挥训练更加贴近“训战一致”的目标，对有效提高海军实战化指挥能力具有重要作用和现实意义，必将成为海军作战指挥训练的新常态。因此，本文致力于构建集成式海军作战指挥训练系统，为海军开展集成式指挥训练提供必备的基础和条件。

1 集成式海军作战指挥训练系统概述

1.1 集成式作战指挥训练系统

集成式作战指挥训练系统，是运用综合集成思想和技术方法，实现集海军各级各类指挥所指挥信息系统、各兵种作战平台指控系统、作战指挥训练信息系统于一体，面向海军实战化指挥训练的新型作战指挥训练信息系统［3］。

集成式作战指挥训练系统将从根本上改变过去那种“指挥训练无实装，战训分离两张皮”的局面，可使受训者获得与实战指挥一致的生理体验和心理适应性，从而大幅提升指挥训练的效果与质量。

1.2 集成式指挥训练原理

在集成式作战指挥训练模式下，作战指挥模拟训练系统与海军各级各类指挥信息系统被集成为功能互补的集成训练环境，协调一致地完成作战指挥训练。作战指挥模拟训练系统把信息源仿真系统产生的虚拟兵力(Computer Generated Forces，CGF)与来自指挥信息系统的海、空情报信息(Real Forces，RF)融合后，以符合指挥信息系统规约的信息格式发送至指挥信息系统的各指挥终端，为指挥员提供统一的综合训练态势。指挥员则根据战场态势及其变化，使用与实际作战指挥完全一致的指挥信息系统谋划决策，指挥控制所属兵力与行动;作战指挥模拟训练系统接收由指挥员通过指挥终端下达的指挥控制命令，再由仿真系统模拟相关兵力的作战行动及其效果，不断推进战场态势的演化;导调人员则利用作战指挥模拟训练系统中的导调控制系统有效掌控指挥训练的进程和节奏，并视情对受训人员进行适时、适度导调，从而完成一个人在回路的闭环训练过程。集成式海军作战指挥训练原理如图1所示。

图1 集成式海军作战指挥训练原理图

1.3 集成式指挥训练系统现状分析

在集成式指挥训练系统建设方面美军有着丰富的实践和先进的技术。美军虽无集成式指挥训练系统的提法，但其模拟训练系统却是走集成式发展道路，与本文研究的集成式指挥训练系统是一致的。当前，最能代表美军模拟训练系统集成水平的当数联合仿真系统(Joint Simulation System JSIMS)。该系统集C4I系统与作战模拟系统于一体，支持战役战术多层次、多兵种联合作战训练［4］。而美军模拟训练系统技术现状体现在可扩展建模与仿真框架(Extensible Modeling and Simulation Framework，XMSF)和基于SOA的建模仿真体系框架之中。

XMSF并未打算用一个统一的仿真架构来集成不同层次的仿真模型和各类系统，主张采用成熟的商业化标准和框架，如 Web Service、XML、X3D、UML 等，实现仿真应用及仿真系统之间的松散耦合，支持作战模拟训练系统和C4ISR系统之间的互操作，保证仿真的可组合性及可伸缩性，满足军事训练等需求［5］。

基于SOA分布式仿真的思想由美国CACI公司最先提出，美军随后着手进行了研究，截至目前，提出了3类基于SOA的建模仿真体系框架，分别是基于SOA的RTI(SORTI)、基于SOA的基本对象聚集框架(SOA Basic Object Model Aggregation Framework，SOABAF)和动态分布式面向服务仿真框架(Dynamic Distributed ServiceOriented Simulation Framework， DDSOSF)。SORTI使用Web Service改造HLA接口规范，形成了基于WSDL的HLA RTI接口规范;SOABAF构建一个基于SOA和HLA技术的仿真与建模组合框架，支持仿真运行前及运行中的模型聚合与解聚;DDSOSF构建一个支持SOA的建模与仿真环境。

由此可见，XMSF与基于SOA的建模仿真体系框架各自选择了两种不同模式来发展集成式训练系统。前者强调充分利用现有仿真资源和技术成果，适用于已有仿真系统和C4ISR系统集成;后者注重构建一个通用的技术框架，适用于未来新开发系统。本文构建集成式海军作战指挥训练系统在目的、技术和应用范围等方面与XMSF具有一定的相似性，但区别在于立足于既有条件，解决自身问题。

2 集成式海军作战指挥训练系统构建需求

首先，构建集成式指挥训练训练系统，开展实战化指挥训练，是加快海军战斗力生成模式转变，形成基于信息系统的体系作战能力的客观需要。

其次，构建并基于集成式指挥训练系统开展基于信息系统的集成式指挥训练，能够有效推动海军军事训练重心向全体系、全要素和实战化训练的模式转变，全面深化海军指挥训练改革，推进海军军事训练由机械化向信息化的转型。

再次，构建集成式指挥训练系统，以使命任务为牵引，在统一的想定背景、战场态势和导调环境中，驱动海军各级各类指挥人员在指挥信息系统实装上，按照海军实际的作战指挥编成、兵力编组、指挥流程和兵力兵器指挥控制过程，进行面向海军遂行多样化军事任务的指挥训练，最大限度地挖掘和发挥指挥信息系统的指挥控制效能，更好地实现指挥人员与指挥装备的磨合与融合，做到指技合一、人机合一，全面提高基于指挥信息系统的作战指挥能力。

3 集成式海军作战指挥训练系统构建方式

现有的系统集成技术中，可供集成式训练系统选择的构建方式主要有3种，分别是代理方式、中间件方式和面向服务方式。

3种代理方式较为普遍，也是当前仿真系统集成的基本方式，但是代理方式与具体的应用相关，无法适应需求的快速变化，敏捷性、通用性和扩展性不好。运用代理方式集成的系统，一旦面临新的应用系统加入，将不得不增加或者修改代理成员。相比之下，中间件方式就要简单得多，只需作出少量改动甚至无需修改即能满足新系统加入要求。但无论是运用代理方式还是运用中间件方式，系统集成的耦合程度都较高，而面向服务的集成方式则可以实现系统松散耦合，保持系统的独立性和完整性，且理论和技术方法已成熟，是未来系统集成的发展方向。

着眼于系统的长远发展，本文注重集不同方法之所长，采用“面向服务+代理+中间件”的综合方式构建集成式训练系统，以中间件方式为系统互联提供基础条件，以面向服务方式将各种模型、系统资源作为组件进行管理和控制，以代理方式实现与作战模拟训练系统与指挥信息系统的数据通信，从而构建起集成式训练系统。

4 面向服务的系统集成架构

4.1 指挥信息系统分析

指挥活动的核心是一个在自然空间中以作战任务为中心的观察(Observe)—判断(Orient)—决策(Decide)—行动(Act)的OODA环。OODA环将作战指挥活动描述为这样一个过程，即指挥人员首先对战场情况进行观察，然后根据当前情况作出分析判断，拟制初步的行动方案;指挥员对初步方案进行优选，作出最终决策;部队依据指挥员决策实施作战行动。观察、评估、决策和行动4个环节构成一个闭合环路，上一周期的结束则是下一个周期的开始，如此循环往复，直至指挥活动终止。

因此，指挥信息系统必须能为指挥人员实施有效的决策与指挥控制活动提供多方面的功能支持，它们是由若干个功能分系统构成的复合体。其中，处于最底层的是通信功能，通信功能是系统所有功能的基础。在此之上，是侦察情报、预警探测、安全保密和信息对抗等功能。而处于顶层的是辅助决策与指挥控制功能，也是指挥信息系统的核心功能。

从集成式指挥训练的角度看，它是基于指挥信息系统的训练，指挥环境和指挥装备是实在的，受训者的认同感和指挥体验也是真实的，这是其优势。但由于指挥信息系统缺乏构设虚拟作战环境和导调手段的能力，通常只能进行实兵和实时的指挥训练，因而不具备模拟训练和综合导调能力。

4.2 指挥模拟训练系统分析

指挥模拟训练系统是以计算机网络为基础的分布交互式指挥训练平台。它是通过对作战环境、武器装备、兵力及作战行动、指挥控制、作战保障等系列要件的仿真，提供一个供指挥训练的虚拟作战环境。

指挥模拟训练系统主要由网络通信系统、指挥作业系统、作战模拟系统和导调控制系统等4个功能分系统所组成。其中，指挥作业系统具有与指挥信息系统终端类似的人机交互界面。受训者通过人机交互与仿真系统(部署于后台)发生联系，仿真系统接收并响应来自于指挥作业系统的指挥命令，仿真作战行动并实时生成、更新和发布新的战场态势，形成一个完整的训练信息回路。

指挥作业系统是通过对指挥业务逻辑的分解实现对指挥信息系统的虚拟仿真，它只是一种功能上的近似而非物理上的实在，难以达到“形神兼备”的境地。因此，基于指挥模拟训练系统开展的指挥训练与实战化指挥训练的要求之间确有较大差距。

4.3 基于SOA的系统架构

系统集成的基本问题是要在充分继承遗留系统功能的基础上，通过适当的技术途径，实现不同系统之间的网络互联、信息互通和功能互操作。从指挥、训练信息的产生和使用角度看，集成式海军作战指挥训练系统的集成内容主要包括:作战与训练数据信息的集成、指挥训练应用功能的集成、指挥训练运行环境的集成，以及系统、人和组织机构业务流程的集成。

利用面向服务架构实现指挥信息系统和模拟训练系统集成，就要将各种信息系统的数据信息，应用业务等资源通过Web服务的方式，变为可被复用的服务资产，然后将这些Web服务按照不同层面部署和运行于统一的SOA架构之上。在此架构中，底层的服务作为更高层服务实现和运行的基础，而复合业务应用可以通过组合多个单一应用服务而形成集成应用层新的综合业务，在更高的应用层次上实现指挥信息系统和模拟训练系统的服务重构和系统集成。基于SOA的指挥训练系统集成架构如图2所示。

服务资源层主要包括:现有信息系统中作战、训练等不同类型的静态基础数据源，以及系统运行实时产生的动态数据流;用于系统仿真与训练的模型资源和想定资源;数据信息交互的网络通信资源等，它们是系统运行的基础资源。

基础服务层主要包括:数据转换、数据交换、数据统一访问、模型调用和通信服务等。数据服务是所有上层服务实现和运行的基础。通过统一的数据交互协议和访问标准，将非同构数据访问转化为Web服务，形成基于SOA架构的数据标准和应用规范，实现不同范围的数据共享服务和数据交换业务，为系统应用提供数据支持。

图2 基于SOA的海军作战指挥训练系统集成架构

应用服务层主要包括:时统(统一系统基准作战时间)、基于仿真系统的CGF(计算机生成兵力，虚拟兵力)和基于指挥信息系统的RF(实兵)态势融合、综合态势分发、要图标绘、文电处理、战役战术计算、方案拟制、方案评估优选等。它们构成系统中最基本的业务功能服务。

服务总线层是对应用服务层的Web应用服务按类进行集中管理和服务编排，将多个单一的应用服务组装为统一的复合业务，以便在更高的应用层面满足服务需求。主要包括:作战指挥类、作战保障类、作战行动类、作战仿真类、导调控制类等。

集成应用层面向最终用户，将SOA架构底层提供的复合业务服务、单一应用服务和整合数据服务按照不同的需求进行综合集成，按需服务。

5 基于Web Services技术的系统集成

5.1 Web Services服务集成技术

在SOA架构下，可以使用Web Services的WSDL(Web Service Description Language)描述服务，使用UDDI(Universal Description，Discovery，Integration)来发布、查找和绑定服务，使用 SOAP(Simple Object Access Protocol)执行调用服务，在服务请求者和服务提供者之间提供了抽象的通用服务接口，服务提供者完成一组工作，向服务请求者交付所需服务的最终结果，而服务的具体实现过程对服务请求者而言则是完全透明的。

在具体技术实现中，各种服务组件之间是通过基于网络的仿真服务总线(Simulation Server Bus，SSB)和仿真服务代理服务器连接的。仿真服务总线由通信协议、路由策略和通用接口等组成，为进行连接服务提供一种标准化的通信基础结构。仿真服务代理相当于服务请求者和服务提供者之间的服务中介，通过缓冲远程参数和数据，可以提高服务响应的效率和系统性能。

5.2 集成式海军作战指挥训练系统动态组构

面向服务的集成式海军作战指挥训练系统，是运用Web Services服务集成技术，实现对现有海军各级各类指挥信息系统和作战指挥模拟训练系统的综合集成，并根据现行作战指挥关系以及指挥训练的规模、层次和方式，实现系统的动态组构和灵活部署［6］。在集成式指挥训练系统中，指挥控制系统处于前台，模拟训练系统处于后台，如图3所示。

集成式训练系统具有以下几个突出特点:

1)在对原有各系统不造成任何结构和功能损害的前提下，实现指挥信息系统与指挥模拟训练两种异构系统的松散耦合，各分系统既是相对独立又是相互联系的邦联成员，从而构成符合“战训一致”要求的新型作战指挥训练环境［7］。

2)系统的训练组织和部署具有强弹性，支持基于指挥专网的远程异地多节点、多层次分布交互式指挥训练，其规模大小、层次多少完全由训练的实际需求决定，实现动态定制，任何指挥训练节点的加入或退出不影响整个系统的运行。

3)系统的功能组成相对独立、可分可合。既能够支持虚拟指挥训练，也能够支持实装指挥训练，以及虚、实融合的指挥训练等多种模式的指挥训练。既可以支持单方指挥训练，也可以支持双方指挥对抗训练。

图3 集成式海军作战指挥训练系统动态组构

4)系统是跨平台的，具有良好的可扩展性，能够适应未来海军指挥信息系统和仿真系统的不断发展，无论是新系统的加入还是老系统的升级换代，都能实现系统服务功能的自然迁移［8］，使得集成指挥训练系统不断丰富和完善。

5.3 系统集成关键技术

5.3.1 构建面向服务的集成代理系统

面向服务的集成代理系统，是为应用程序提供共性基础服务的“总线”型软件，具有ESB(企业服务总线)的功能，支持RTI(运行支撑环境)，为多个应用软件系统或组件间的信息共享与互操作提供所需的通用服务［9］，从而降低多个应用、服务或系统之间的耦合程度。

1)面向服务的集成代理系统框架结构

面向服务的集成代理系统框架，是集成式训练系统框架的重要部分，是构建集成式训练系统的基础和关键，解决数据转换、服务查询与调用等重要问题。面向服务的集成代理系统框架，可采用分层结构来构建。分层结构具有邻近层相互作用的特点，把各功能部分的耦合程度降至最低。该框架分为基础服务层、核心服务层和应用共性支撑层，如图4［10］所示。

图4 面向服务的集成代理系统框架结构

其中，基础服务层对底层资源进行整合，为核心服务层提供支撑，是核心服务正常运作的基本条件，提供负载均衡、协议转换和传输服务等功能。核心服务层通过调用基础服务层服务，实现仿真资源接入、平台接入、训练任务共同体管理等，为应用共性支撑层提供服务。应用共性支撑层直接面向训练管理与实施，提供诸如仿真开发、模型库管理、信息交互和训练配置等服务。

2)面向服务的集成代理系统核心模块

面向服务的集成代理系统主要有3大核心功能模块，分别是服务代理模块、服务管理模块和流程服务模块。模块功能的实现，并不限于某一层次，有的可能需要跨层调用其它组件提供的服务。

服务代理模块支持仿真应用采用联邦成员的方式加入仿真联邦，订阅其它成员信息，同时公布需要转发的信息，主要实现时统信息代理、情报信息代理、综合保障信息代理和指挥信息代理。一方面，服务代理模块从指挥模拟训练系统获取时统信息、情报信息和综合保障信息，按海军指挥信息系统的数据要求将其转换成相应格式，并向其发送;另一方面，服务代理模块从海军指挥信息系统接收各类指挥信息，在对其解析的基础上依据仿真联邦成员的对象属性和交互参数格式进行封装，然后发送给指挥模拟训练系统。

服务管理模块主要解决指挥节点、实兵节点、仿真节点和集成总线节点的加入、退出集成式训练和仿真服务注册问题。仿真节点加入集成式训练时，需要向仿真服务代理注册服务，包括接口类型、URL和相关服务描述。集成式训练系统运行时，仿真服务代理根据训练需求，从组件库中抽取相关组件，加载至指挥模拟训练系统。

流程服务模块支持仿真作战活动的半自动执行，实现流程编排、流程控制和流程支撑等功能，并提供流程接口。流程编排功能支持受训者按计划组织兵力行动。受训者通过图形界面输入兵力行动计划，仿真服务代理根据计划生成BPEL(Business Process Execution Language，业务流程执行语言)文件，在仿真运行时由仿真服务代理调用;通过流程控制功能，各仿真组件可以顺序执行、并行执行、选择执行、循环执行或者退出当前流程;流程支撑功能用于解决一些基础性服务问题，如流程数据管理、流程交互及流程记录与重放;流程接口主要接收用户中断请求，退出流程执行，把仿真应用的控制权转交给受训者手动操作。

5.3.2 构建组件化的指挥模拟训练系统

构建组件化的指挥模拟训练系统，就是充分利用现有仿真模型，合理划分其功能粒度，对其进行不同层次的封装，对外形成可供调用的训练模型服务。仿真服务粒度控制实质是提取程序中公共功能部分，按标准的协议和接口进行封装，使之形成组件，供其它组件模块进行多次调用。工程实践中，只要原有系统中功能模块的封装成本不高于构建新的组件，则尽可能采用封装的方法，以充分发挥现有资源的作用。结合现有作战仿真资源现状来看，可以按作战实体模型、作战行动模型、导控行为模型和考评行为模型进行粒度控制，即作战实体模型一般作为组件，作战行动模型、导控行为模型和考评行为模型视为组件模块。通过分析现有系统的仿真模块及其子模块，可以得出仿真组件的层次结构，如图5所示。

图5 仿真组件的层次结构示意图

其中，作战实体仿真组件，由各种武器、平台及环境仿真模型组成，为战斗行动仿真组件、导调控制组件和考核评估组件提供实体功能调用。作战行动仿真组件，由不同的作战行动仿真模型组成，针对具体的作战行动，通过不同作战实体仿真组件的组合形成新的功能，对外提供新的服务。导调控制组件通过调用作战实体仿真组件和作战行动仿真组件，为受训者设置演习条件，为演习导调提供手段。考核评估组件通过调用作战实体仿真组件和作战行动仿真组件，为施训者评估演练效果和考核受训人员提供手段。

6 结束语

集成式海军指挥训练系统构建，采用面向服务的体系架构，实现仿真系统资源和指挥信息系统资源重用和系统集成，不仅走出了集约化系统开发的新路子，更重要的是为海军实战化指挥训练提供了全新的集成训练环境，对提升海军基于信息系统的作战指挥能力具有重要意义。本文从集成式训练的概念和需求入手，对系统集成的有关问题进行了初步研究。

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