美军数据战略发展研究*

张路青

(海军驻中南地区光电系统军事代表室　武汉　430223)



美军数据战略发展研究*

张路青

(海军驻中南地区光电系统军事代表室武汉430223)

摘要数据战略是信息化条件下联合作战战略的新拓展，也是未来的重点军事战略。正是基于数据在联合作战中的重要地位，美军很早就对联合作战中的数据管理和利用做出了宏观、整体的统一规划，并将信息化战争中数据的重要性地位提升到了战略高度。论文对美军数据建设的历程、网络中心的数据管理策略、以及实现信息共享的方法进行了研究，并且分析了美军数据战略的发展对我军信息化体系建设的启示。

关键词数据策略; 信息共享; 网络中心战

Class NumberE96

1引言

数据战略是信息化条件下联合作战战略的新拓展，也是未来的重点军事战略。自2001年美国国防部提出联合作战的高级形式——网络中心战后，美军对其数据的管理问题非常重视。由于网络中心战的实质是要制信息权，夺取信息优势，这些都是以对信息的载体——数据的有效发现、获取和利用为前提的，特别是在网络中心战的新型作战环境下，战场的实时态势信息，作战指挥命令、气象水文信息、传感器信息等，这一切都是以数据的形式在网络中存在并且传输的。可以说，这些不同来源、不同类型的数据是实现联合作战、提高战斗力的基础和关键。

正是基于数据在联合作战中的重要地位，美军很早就对联合作战中的数据管理和利用做出了宏观、整体的统一规划，并将信息化战争中数据的重要性地位提升到了战略高度[6～7]。美军于2003年颁布了《美军国防部网络中心战数据战略》[1]，该战略是美军在信息化时代针对联合作战颁布的第一部数据战略。该数据战略的最高目标是，确保美军在全球的战争及军事行动中能够“随时随地的保证数据的可视化、可获取和可利用，以加速决策过程”。可见，数据战略提出的三大目标——可视化、可获取和可利用，实质在于使美军能够最大限度地信息共享、战场意识共享、加深理解指挥官决策意图、提高指挥速度、更快赢得战争胜利。

2美军数据建设的发展历程

美军在数据建设中将“数据共享”和“信息共享”认为是等同的概念[2～3]，数据建设的目标是“使信息可为参与者使用”，即通过灵活的企业级组织和对信息环境的运用操控，充分利用信息力量，确保任务成功。

美军自20世纪60年代开始对国防部范围内的数据实施统一管理，为国防部信息共享提供支撑。四十多年来，随着信息技术的发展和作战思想的调整，美军在数据建设及信息共享的政策、目标、管理方式上发生了很大的变化。总体上看，可以划分为三个阶段：独立建设阶段、标准化阶段、和以网络为中心的阶段，如图1所示。

图1　美军数据建设的发展历程

2.1独立建设阶段

20世纪70年代中期以前，不同的部门负责独立建设其通信、指挥和控制系统，通过不同的财政拨款，列入不同的计划，由不同的承包商研究、设计和建造。由于此时还没有出现数据库，数据与应用通常是绑定在一起的，数据共享很少，通常在开发阶段通过在两个应用系统之间建立一对一的接口来完成数据交换和共享。

2.2标准化阶段

从20世纪70年代中期到20世纪末，各军兵种C3I系统互联互通为重点构建综合C4ISR系统。在这一阶段，随着大量数据库的建立，美军积累了大量数据，并且经过几次现代战争的检验，迫切要求不同系统之间要能够进行数据共享。

该阶段实现信息共享的核心思想是对共享的数据进行标准化，使不同系统之间的相同数据采用相同的数据模型。第一，对数据库模型的标准化，从而保证相同的数据有相同的数据模型；第二，对标准化的数据模型以数据库段的形式进行管理；第三，以数据库段为单位进行数据模型的重用，从而保证在研制新的系统时也能采用标准的数据模型；第四，以标准化的数据模型为基础，利用商用的数据集成技术进行数据的集成。该阶段采用基于标准的建设策略对促进信息共享具有重要作用，但难以解决信息系统发展过程中面临的深层次问题，标准不规范，费效比高、信任机制不完善以及信息分类、分级和共享规则不一致等方面的问题得不到根本解决。

2.3以网络为中心的阶段

为了推进一体化信息系统的建设，实现信息优势，美国国防部于1999年提出了全球信息栅格(Global Information Grid，GIG)的概念，定义了GIG的顶层作战需求和概念(如GIG-CRD，ASD-NII)，美国海军扩展了这些顶层需求和概念，开发了“海上信息环境”的概念，即“海上力量网”(FORCENet)，将“海上打击”、“海上盾牌”和“海上基地”三个核心作战概念以及“海上实验”、“海上作战”和“海上计划”三个使能支柱无缝地连接起来，为联合互操作性以及“网络中心战”提供基础服务设施，能够将数据流无缝、及时地转变为可执行的信息，同时提供了战术、运行和策略级别的知识构建协议。海上信息环境的核心是开放式体系结构计算环境(OACE)，它提供了能够适应和利用开放式系统的设计原理、标准和体系结构的框架，同时能够最大限度地利用商用产品(COTS)的优势[8～10]。例如，美国海军对宙斯盾系统的改进就采用了OACE环境，美国海军新一代驱逐舰DDG 1000的指控系统自始至终就是一个高度集成的、高性能的全舰计算环境(TSCE)，它架构在全舰计算环境基础设施(TSCEi)之上，包括所有计算装置、运行在这些装置上的通用作战环境以及支持所有应用程序的一组通用服务，提供了一个单一的、通用计算基础设施，以支持舰艇和岸基所需的计算任务的执行，并为其他应用程序和支持功能提供服务。

为了支撑网络中心战，在GIG的建设过程中，美国国防部提出要采用新的企业级数据策略推动实现网络中心的作战目标。2003年，美军颁布的《DoD网络中心数据策略(Dod Net-Centric Data Strategy)》,明确指出传统的数据策略(即通过标准化数据元素来促进互操作，最小化部门间数据的复制以及减少数据元素转换需求)已经无法适应目前网络中心环境的信息共享的需求。

3美军网络中心的数据管理策略

传统的数据管理方式是对数据的定义和结构进行标准化，在一个组织内和不同组织之间达成一致。这种传统数据管理模式试图通过对数据格式的标准化来提高互操作性。然而，事实证明，在整个国防领域内使数据元素标准化太繁琐，而且难以真正实现。此外，传统的数据策略是数据与系统结合在一起的，只能被预先预料的用户或软件所利用，按照传统的数据分发的范例，即提供者发布数据给用户，未经确认的用户不可能接触到他们的数据。而事实上，数据发行人不可能完全地知道谁将利用使用他们的数据。为此，需要制定新的数据管理策略来代替这种传统的数据管理方式，即美军提出的网络中心的数据管理策略。

美国国防部于2003年颁布了《网络中心的数据策略》，为美军基于全球信息栅格(Global Information Grid，GIG)的信息系统的数据管理提供了顶层指南。《网络中心的数据策略》的核心思想是，把分散在网络中或遗留系统/应用中的私自拥有的数据移到一个企业的信息环境中，在这个环境中，授权的已知用户和授权的不可预测的用户能够访问任何信息并且能够为企业范围的访问发布其数据，实现从信息提供者为中心到信息使用者为中心的转变，确保无论何时何地，所有数据的可视、可获取和可利用，从而缩短决策周期。

《网络中心的数据策略》中明确定义了“网络中心的数据共享”的五大目标，如图2所示，即“数据可见”、“数据可访问”、“数据可信”、“数据可理解”、“数据可管理”。它具有以下四点属性：

1)无论何时何地都要确保数据的可视、可获取和可用，加速军事决策；

2)利用元数据“标记”所有数据，包括情报/非情报数据、原始/非原始数据，使用户可以发现数据；

3)所有数据都要发布到共享空间中，所有授权用户都能访问发布到共享空间中的数据；

4)改进这个国防领域的互操作性，从点对点接口的互操作性提高到网络中心数据环境中的多对多的数据交换。

图2　美军网络中心数据共享的5大目标

美军提出的“网络中心的数据策略”与传统的数据策略的最大不同之处在于：不仅仅强调数据的标准化工作，还需要综合考虑数据的可视、可获取和可利用，为基于GIG的信息系统提供有效支撑。与传统数据管理策略的“分派、处理、开发、散布”(TPED)的概念相比，美军提出的《网络中心的数据策略》的概念将是“分派、传送、处理、使用”(TPPU)。

信息共享空间融合了各系统中的软/硬资源、数据信息资源，为用户提供一个可以进行信息查询、检索、发布、共享、协同的信息环境，如图3所示。

图3　信息共享空间体系结构

由图3可见，系统之间有两种连接方式。一种是传统的事先设定的用户之间的连接方式，另一种是通过共享空间的连接方式。共享空间为GIG用户提供了一种数据存储与访问的机制，使得GIG安全域内所有的授权用户都能够访问的一个数据仓库，是所有发布数据的用户、系统和应用都可以使用的空间。

在图3的顶部，给出了第一种连接方式，在系统A和系统B之间安装了事先设计的进行数据交换的传统通信链路。采用这种通信链路可以交换时间敏感型的信息，能够节省时间，但只能实现一对一的数据交互。

图3还给出了第二种连接方式，系统A和其他系统采用相同的接口方式与共享空间连接。系统A将其获得的数据内容、元数据目录、数据结构元数据等分别发布到共享空间中的数据内容存储器、待查询元数据目录存储器和数据结构元数据存储器中，任何一个用户都可以将查询请求发送到待查元数据目录中，查找所需数据的目录，并根据数据类型、来源、安全性和内容等属性查找所需数据。一旦发现了所需数据，用户就可以提取该数据。同时，又从数据结构元数据存储器获得了该数据的结构，这样就可以根据该数据的结构来应用该数据。

为使数据发布到共享空间再传递到其他系统的时间与直接传递到相邻系统的时间数量级相当，必须改变当前数据发布的模式和策略。为补偿数据查找、数据转换消耗的时间，须将现有常用的“由顶向下”的“任务、处理、利用、分发”(TPED)模式变为“横向快速”的“任务、张贴、处理、应用”(TPPU)模式。TPPU模式是将所有的数据，包括情报/非情报、原始/非原始的数据都发布到信息共享空间中，无论何时何地，只要用户和应用需要该数据，都可以灵活地提取。

网络中心数据策略是对传统数据管理方法的改进和扩展，其总目标是：对数据采用“先投递后处理”的机制，使得用户能够直接访问数据，并且能够更快捷地使用数据。因此，网络中心数据策略强调将所有数据都投递到网上的“共享空间”，允许授权用户和应用直接通过网络访问数据，而不需要再浪费时间等待数据的处理、采集和分发，如图4所示，从而增加整个企业及团体数据的数量，同时减少私有用户和应用中的数据量，投递到网上的数据均有与之相关的元数据，便于用户及应用的搜索、定位与发现，并对共享数据的效用进行评估。

图4　美军网络中心数据策略

美军新的数据策略将重点由强调数据标准的统一转向解决数据的可见与可访问，改善数据交换的灵活性，并支持系统之间无需预定义的互操作，通过元数据注册、信息目录以及配套的GIG企业服务实现信息的可见、可理解、可访问、可信与可互操作[4～5]。网络中心数据策略为在网络中心环境下有效实现信息共享奠定了基础，在需要信息和需要加快决策支持的进程是，保证数据的可见性、可访问性、和可理解性；用元数据标记所有数据，使得预期内外的用户能够知道数据的存在；将共享数据投递到网络中的共享空间，授权用户可以访问。

4美军实现信息共享的方法

4.1制定政策与法规，推行数据标准化建设

从1991年开始，美国防部开始推行数据标准化建设，相继出台了许多旨在建立国防部数据标准的政策和法规，开发了由国防部集中控制的国防部数据知识系统(DDRS)和共享数据环境，提出数据资源建设必须满足共享数据环境要求，数据资源要具备及时性、有效性、安全性和可扩充性，目的是使所有国防部的数据元素实现标准化，从而减少数据元素的数量以及对数据转换的需求，实现国防部数据的全面互操作。

4.2制定以网络为中心的数据管理策略，提高数据共享能力

经过十余年的发展，美军数据资源建设的面貌大大改善，数据共享程度不断提高。随着数据资源建设的逐步深入，尤其是网络中心概念在国防部的实施，使美国国防部认识到全球信息栅格仅是建立网络中心环境的基础，在其中流动的可靠、可访问、可用和完整的数据才是其发挥作用的关键，数据管理是美军向适应网络中心环境要求的数据环境转变的重要保证，数据标识与规范实际上是体系结构建设的核心问题，是网络中心向数据中心化环境迈进的问题，也是互操作的基础性问题。美军原有的策略并不能达到其目的，不能满足向网络中心转型的要求，开始寻求新的数据管理思路。

2001年12月，美国防部首席信息官颁布了数据管理和互操作备忘录，要求制定国防部级的《数据管理战略》，并为此成立了由国防部各部门代表组成的核心数据管理工作组，负责制定与其它网络中心计划相一致的数据管理策略。

美国防部管理数据的设想是：实现所有情报、非情报、原始数据、加工处理后数据的网络化；使用户可随时随地查询和下载数据，并随时掌握其订阅数据的更新情况；授权用户可直接访问上传到网络上的数据，不会因为对数据的处理、利用、分发而延迟；用户使用元数据给数据资源贴上标签，使其他用户能够发现这些数据；用户和应用程序把所有的数据资源上传到共享空间以供国防部用户使用。为了提高数据管理的质量，美国国防部提出了实现数据的可视性、可用性、可理解性、可信性、制度化、可互操作性、对用户需求的可响应性等七个目标。新的数据管理战略将使国防部从以前的“任务、处理、利用、分发”模式，转变为“先传输后处理”，将数据管理的焦点从标准化扩展到数据的可视化和可访问性上，使授权用户访问数据时，不必在处理、利用和分发数据上浪费时间，并且所有被传输的数据将和元数据相关联，实现高效的数据共享。

目前，美军仍在继续加紧制定关键的数据策略，以便确保在体系结构的总体框架下不同的国防机构跨域、跨用户共享数据和信息，提高互操作能力，降低系统软件的维护成本并增强多域参与能力。

4.3采用Web技术，提高网络中心数据服务能力

美国海军提高网络中心服务与网络中心数据能力的关键是WEB使能的海军(WEN)项目，见图5。WEN作为一个过渡项目由海军作战部长在2001年4月启动。其目的是提供网络中心战结构的关键需求中的透明的数据交换能力。WEN将通过一些工具帮助作战部队达到更高的效率，这些工具包括在系统之间共享不同的数据库信息，及快速操纵和定制即刻需要的数据的能力等。

图5　WEN计划的主要内容及节点

WEN的实施是转型过程的一部分，将使现在众多一起工作的海军信息情报系统引起的许多矛盾合理化。为实现这种转型，WEN将利用和影响综合舰载网络系统(ISNS)、基地级信息基础结构(BLII)和海军/海军陆战队内部网(NMCI)岸上环境中的已计划能力和IT项目的资源。在军种级，NMCI岸上WEN门户和IT-21海上WEN入口将进行接口，以共享用户信息、数据、服务和内容。海外基地级信息基础结构和海军陆战队军种网(MCEN)的实施过程中也将利用这些能力。WEN已于2004年达到初始运行能力(IOC)，并于2006财年并入体系结构中。

5美军数据战略发展的启示

1)强调数据顶层设计，注重标准制定。

美国防部专门成立了数据标准化组织，制定了一系列数据标准化程序和规则，规范了国防部数据体系结构(DDA)、国防数据模型(DDM)、指挥控制核心数据模型(C2CDM)等顶层数据标准，建立了比较完善的数据标准体系。

2) 强调元数据在信息资源开发、利用与共享的重要地位，大力推进元数据标准化。

元数据提供了描述数据资产、注册表、目录及共享空间的方法，形成存储数据和有关数据信息的机制，是美军实现其数据策略的关键和核心环节。也正是由于元数据的重要地位，美军在数据策略中规定，所有数据，涉密/非涉密情报数据、原始/非原始数据都必须采用元数据进行“标记”，以保证数据的及时发现和利用。

美军2008年颁布了《数据资源发现元数据》标准2.0(简称DDMS 2.0)，并在已有基础上进一步发展和扩充，形成了新的国防部元数据注册库(MDR)，大大提高元数据信息资源在国防部信息系统中的重用程度，增强了不同系统的互操作性，并成为工业界和政府之间协调元数据技术及相关问题的一个场所。

美军在其长期数据建设过程中已逐步形成了持续发展和较为成熟的元数据管理体系和方法。早期建设了国防数据字典系统(DDDS)和国防部数据体系结构(DDA)，用以管理标准数据元素和各类逻辑数据模型。随着NCDS的提出和实施，美军进一步强化了整个国防部内的元数据管理，针对网络环境下资源发现的需要，制定了国防部发现元数据规范(DDMS)，并在已有基础上进一步发展和扩充，形成了新的国防部元数据注册库(MDR)，DDDS和DDA是其中重要的数据资源，除此之外，还包括系统文件、可重用的数据库结构、文件甚至网站等其他不同类型的资源的元数据，MDR由美国防部信息系统局对其进行管理和维护，大大提高元数据信息资源在国防部信息系统中的重用程度，增强了不同系统的互操作性，并成为工业界和政府之间协调元数据技术及相关问题的一个场所。

元数据提供了描述数据资产、注册表、目录及共享空间的方法，形成存储数据和有关数据信息的机制，是美军实现其数据策略的关键和核心环节。

也正是由于元数据的重要地位，美军在数据策略中规定，所有数据，涉密/非涉密情报数据、原始/非原始数据都必须采用元数据进行“标记”，以保证数据的及时发现和利用。

3) 采用SOA架构，建设以网络为中心的信息共享基础设施。

在美军颁布的《国防部全球信息栅格体系结构构想》、《网络中心站数据策略》等一系列顶层文件中，强调以网络为中心和面向服务架构，推进美军信息化建设的重大转型。在网络为中心的信息共享方面，积极推进信息基础设施的建设，例如网络中心企业服务(NCES)，SOA基础架构，面向服务的软件集成基础支撑能力等，提供企业协作、内容发现、信息获取和传输等功能，为上层各类应用服务提供同步或者异步的通信能力与文件等信息资源共享能力；内容发现，提供根据统一的规范进行跨企业的信息发布、搜索、获取和传输的能力；知识门户，通过在线知识门户为用户提供个性化、可定制的、基于Web的展现门户和安全的服务访问机制。这些产品全面采用SOA架构和成熟的商业技术，已成为实施其服务策略和数据策略的重要支撑。

4) 强调信息的可理解性，积极推广语义等新技术在信息共享中的应用。

2007年8月6日，美国国防部在《全球信息栅格体系结构联邦策略》中指出：“网络中心战的一个主要目标就是达成对数据的语义理解，以使应用之间能够实现互操作，能够在访问数据时理解其结构和语义规则”，“需要在国防部企业体系结构的利益体共同体或实践共同体中就描述数据资产发现、连接、交换和集成的元数据的结构和语义达成一致”。以工程化的方法让机器更好理解信息的意思，从而支撑决策优势的形成，是美军在近十年的发展中一直谋求的能力。虽然目前语义的研究和应用还比较超前，技术上还未完全成熟，但是美军已开始选取相对成熟的技术用于以网络作为中心的信息共享实践。例如，美军在信息建模方面引入本体论技术表达信息的语义，采用IDEF5方法获取本体论描述，为整合各军兵种信息系统、实现战场感知-指挥控制、作战行动之间的无缝连接提供语义支持。本体也是美军元数据注册库MDR的一项重要内容，用户和应用可利用支持语义的搜索工具或软件代理来搜索元数据，根据语义来理解、转换或集成数据。

参 考 文 献

[1] Department of Defense Chief Information Officer. Department of Defense Net-Centric Data strategy[M].2003.

[2] Department of Defense Chief Information Officer. Department of Defense Information Sharing Strategy[M].2007.

[3] Department of Defense Chief Information Officer. Department of Defense Discovery Metadata Specification (DDMS) [M]. 2007.

[4] Department of Defense Chief Information Officer.Department of Defense Net-Centric Services Strategy[M]. 2007.

[5] Department of Defense Chief Information Officer. .Department of Defense Information Enterprise Architecture Version 1.0[M].2008.

[6] 童志鹏,刘兴.综合电子信息系统(第2版)——信息化战争的中流砥柱[M].北京:国防工业出版社,2008:327-330.

[7] 程妍妍.美军信息化联合作战战略新拓展——数据战略与元数据实施研究[J].国防科技, 2009(5):75-78.

[8] 刘晓明.美军面向服务的全球信息栅格体系结构浅析[J].指挥自动化，2006(2):70-72.

[9] DoD Information Officer Guidance and Policy Memorandum No.4D8460:Department of Defense Global Information Grid Networks[C]//Washingtom:DoD,2000:5-9.

[10] 李英.美军国防部体系结构框架的发展及其与GIG体系结构关系研究[J].指挥自动化,2006(3):72-73.

收稿日期：2016年1月5日,修回日期：2016年2月10日

作者简介：张路青，男，硕士，研究方向：指控系统、软件工程。

中图分类号E96

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.005

Development of American Army Data Strategy

ZHANG Luqing

(Optoeletronic System Military Representative Office of the CPLA Stationed in the Zhongnan Area of China, Wuhan430223)

AbstractData strategy is a new strategy to expand joint operations under the condition of information, but also the focus of future military strategy. It is based on the importance of data in joint operations, the U.S. military very early on in joint operation of data management and utilization of macroscopic and overall unified planning, and data in the information war the importance to enhance the strategic height. This paper studies the development of the military data process, network-centric data management strategy, and information sharing method. At the same time, this paper also analyzes the enlightenment of the development of U.S. military data strategy to construction of our army’s information system

Key Wordsdata strategy, information sharing, network-centric warfare