海战场传感器资源运维管理框架研究*

韦广立　宋文宾　陈　颖

(中国舰船研究院　北京　100101)

WEI Guangli　SONG Wenbin　CHEN Ying

(China Ship Research and Development Academy, Beijing　100101)



海战场传感器资源运维管理框架研究*

韦广立宋文宾陈颖

(中国舰船研究院北京100101)

论文针对现有传感器管理技术难以适应海战场大量分布的传感器多样化运维管理的问题，借鉴基于策略的管理方法在其它领域的成功应用，进行了基于策略的海战场传感器资源运维管理框架设计研究。论文首先结合当前传感器运维管理方法，分析了面向任务的传感器资源运维管理基本流程，然后针对海战场传感器资源分布、使用等特点，提出了系统的部署结构，最后结合流程和部署结构，给出了运维管理系统框架设计。实际应用表明，该框架能较好地支持海战场大量分布传感器的运维管理，并可通过调整策略动态适应多样化的管理需求。

传感器资源； 运维管理框架； 基于策略

WEI GuangliSONG WenbinCHEN Ying

(China Ship Research and Development Academy, Beijing100101)

Class NumberTP319

1　引言

传感器是作战部队遂行作战任务的眼睛，传感器运维管理的高效性、合理性直接关系到其整体的探测和侦查能力[1]。根据被探测目标种类、探测手段方法、传感器部署平台类型和设备演进发展等方面特性的不同，传感器资源具有多样性、功能互补性等特点[2]。因此实现对不同种类、不同型号传感器的综合调度、协同使用[3]、高效运维和个性管理等传感器运维管理便成为一个复杂的系统问题。

随着传感器资源种类的丰富、数量的增加、作战过程中传感器运用研究的深入，对探测能力(包括目标种类、属性、范围、时效性、准确率等)要求的不断提高，采用传统规划的方法对传感器资源进行运维管理已难以满足要求，尤其是在应对传感器资源管理需求动态变化的问题上，传统方式存在适应能力弱的问题。

本文首先介绍基于策略管理的基本概念和应用情况，然后从管理流程和部署方式两个方面对海战场传感器资源运维管理进行分析，在此基础上提出一种基于策略的海战场传感器资源运维管理系统框架，最后进行总结和展望。

2　基于策略的管理

策略是为实现某一个目标，根据形势发展而制定的行动方针和斗争方法。在自主领域，基于策略管理的基本思想是利用策略指导系统行为来实现对系统的自动化管理[4]。系统管理者将管理经验(指导系统行为的目标、规范或约束等)以策略语言的形式表示成为策略，在系统内部或者外部事件发生时，系统自动根据感知的实时状态信息，按设定的策略进行推理、决策，指导系统自动执行相应行动。

因基于策略的管理方法具备强可配置性、自动化智能动态管理能力、高可扩展能力等特点，能够为相应决策系统提供动态、灵活和自动化的解决方案，目前已被美军采用为GIG中信息资源管理等领域的关键技术。

2.1美军GIG基于策略的管理

基于策略技术是美军GIG实现的“十三大”支撑技术之一，用于支撑其GIG动态、灵活、自动化地安全管理。基于策略技术为GIG提供多方面功能支撑，主要包括以下几方面：

1) 利用访问控制策略为GIG中全部的信息、通信、服务等提供标准化的访问控制行为，如基于信息标签值和生命周期约束以及用户优先权和特权提供细粒度的访问控制[5]；

2) 利用共享控制策略提供多个社区(Communities)独立共享GIG的能力并在提高可用性的同时还能够按需进行动态连接；

3) 通过GIG的全局授权支撑单点登录(Single Sign-on)，允许灵活调整GIG中的策略使之能够适应不同区域、利益共同体(COI)和指控节点(C2 Node)等的需求；

4) 支持数据所有者制定信息生命周期策略来实现对象的创建、分发、使用和销毁周期的追踪和控制。

2.2网络管理领域和安全领域基于策略的管理

在一些标准化组织如IETF(Internet Engineering Task Force)、DMTF(Distributed Management Task Force)和大量网络组件等厂商的共同推进下[6]，网络管理和安全领域已成为目前基于策略的技术应用较为成熟的一个领域，主要功能包括：

1) 网络服务质量QoS保证。基于策略技术在网络管理中主要是为网络业务提供服务质量保证，其通过将对网络服务质量QoS的保障行为表示为一系列“条件-行为”的对应规则[7]，在提供网络服务时通过控制网络设备的转发行为，从而达到保障服务质量的目的。目前网络管理可提供的服务质量保障包括转发优先级、带宽、时延、抖动[8]等。

2) 访问控制。基于策略技术在安全领域主要是解决有关强制访问控制和自由访问控制的问题，业界通过采用角色访问控制策略指导访问控制的行为已经取得了较好的效果，其中用于描述访问控制策略的策略描述语言也已成为事实上的访问控制策略的描述标准[9]。

2.3基于策略的海战场传感器运维管理系统设计思路

构建基于策略管理系统的核心包括系统模型的建立、策略描述与解释执行，在海战场传感器运维管理系统中具体体现为：

1) 系统模型的建立。主要是系统框架的设计，需根据海战场的实际特点和基于策略系统的基本模型进行合理设计，将在第3节着重阐述。

2) 策略描述与解释执行。对传感器运维管理系统来说，策略即为系统各具体特性的最优度量值，传感器运维管理以这个最优准则对传感器资源进行合理科学的分配。目前针对不同应用场合的探测需求[10]，研究人员从不同角度提出了多种传感器运维管理的策略与方法，典型的策略包括：传感器资源数量受限的情况下以提高目标追踪精度为目的的多三坐标雷达目标分配策略、目标监视追踪情况下以控制电磁辐射量的主被动传感器分配策略、交战情况下以提高己方抗反辐射导弹攻击能力的多平台分时探测控制策略以及预警探测情形下以保证防区内目标探测概率的雷达网运维管理策略等；典型的求解方法包括基于滤波技术和协方差控制的方法、基于数学规划和智能优化技术的方法和基于信息论的方法等。然而现有研究由于采用的策略和求解方法以传感器运维管理方案生成算法的形式紧密耦合在一起，导致当应用场景或者需求发生变化需采用新的策略时，传感器管理算法也需要整体重新进行设计和编译，系统灵活适应能力不佳。为提高系统动态灵活适应不同场景和应用需求的能力，可通过如下方式实现策略与求解算法的分离：通过采用目标函数的形式对传感器运维管理策略进行描述，再利用遗传算法、贪心算法等通用的求解算法求解使目标函数值最大的运维管理方案作为系统输出，当系统需求发生变化时，只需在进行方案生成前选择符合要求的目标函数即可适应新的需求，由于本文侧重点在于将基于策略的管理方法引入传感器运维管理中，对于策略描述规范和方案求解算法的更具体细节不再深入说明。

3　海战场传感器资源运维管理

海战场传感器具有种类多、数量大、分布广等特点，利用传统预案调度式资源管理方法，无法支持海战场多作战样式、复杂战场环境、平台高机动性等动态条件下的作战要求。基于策略的传感器资源运维管理依据传感器资源当前状态信息，采用面向作战任务的资源调度方式，满足对多探测任务动态资源调度和管理的需求。

3.1基本流程

为满足资源动态变化情况下多任务的传感器运维管理，根据需要采用时间周期或事件触发的调度方式，设计基于策略的海战场传感器资源运维管理基本流程，如图1所示。

图1　基于策略的海战场传感器运维管理基本流程

在运维管理的一次执行中，探测任务经过运维管理模块的任务分解，形成对传感器资源的具体需求，结合当前传感器资源的状态，形成运维管理方案。对于当前输入的任务，由于资源限制、任务冲突等原因，当资源调度优化无法满足资源使用要求时，运维管理模块根据当前任务的优先级、传感器状态等要素形成最优化的运维管理方案。按照运维管理方案，各传感器资源的管理调度单位分别进行传感器资源调度，向传感器资源控制单位下发调度命令等控制信息。同时，传感器状态监控模块不断采集各传感器的状态，形成资源综合状态和报警信息等，作为系统进行运维管理的输入。运维管理模块实现任务到资源调度方案的“转换”，将传感器资源以完成任务的形式向外透明提供，尽最大努力屏蔽传感器资源状态的变化对任务的影响，是面向任务保障传感器运维管理的关键。

3.2部署结构

针对海战场范围广、作战平台多样等特点，常用的集中式管理与自协同方式都无法满足海战场传感器资源的运维管理要求[11]。根据探测任务对传感器资源的使用要求，结合海战场资源综合管理与区域自治等方法，对海战场传感器资源采用分层方式，从全局、区域和本地三个层级进行运维管理，每个本地节点可再按此结构进一步细分。

图2　海战场传感器运维管理部署结构

本地节点负责按照局域管理中心下发的传感器资源运维管理方案和策略，进行资源调度，并将本地传感器资源状态和当前任务状态等信息综合后上报区域管理中心；区域管理中心负责按照全局管理中心下发的运维管理方案和策略，进行资源调度方案的细化分解，下发到本地节点，并将本地节点上报的传感器资源状态信息综合形成区域状态信息上报全局管理中心；全局管理中心负责进行任务需求分解和对各区域管理中心上报状态信息进行综合，并根据当前配置的策略进行运维管理方案的生成和分发。

运维管理过程中主要涉及传感器资源态势感知、接入管理、资源管理、运维管理方案生成、策略管理和任务管理等功能，各个功能相互协同、配合，既可实现对本层次内传感器资源的综合化运行管理，也可通过通信网络实现各级运维管理中心的互连和协同工作。

3.3基于策略的海战场传感器资源运维管理系统框架

针对海战场传感器资源的运维管理基本流程和部署结构，进行基于策略的海战场作战资源运维管理系统框架设计，采用应用层、资源管理层和资源层三层结构，如图3所示。

最底层为资源层，从使用和管理角度对各种传感器资源进行分类，以便于进行传感器资源的信息注册、管理、状态采集等；中间层为资源管理层，为框架的核心层，主要包括资源动态接入、资源状态监视、运维管理方案生成等功能；顶层为应用层，为使用者提供资源态势的综合显示，运维策略的查询、编辑等，以及作战任务的添加、删除、修改等功能。

图3　基于策略的海战场传感器运维管理框架

资源管理层主要包括以下三个功能：

1) 资源动态接入。通过资源信息数据库，实现对海战场传感器资源动态接入，包括对海战场传感器资源的信息注册、信息获取等功能。

2) 资源监视报警。通过对传感器资源的状态进行周期性采集或实时监视，获取广域范围内的大量传感器的信息，根据设置的报警条件，当多个传感器的状态信息达到一定情况时，触发报警，并通过应用层进行报警信息的显示和收集，以此作为是否重新进行传感器调度的依据。

3) 运维管理方案生成。通过将应用层的任务进行分解，实现任务对传感器资源需求的对应关系，根据当前运维管理的策略和传感器使用的规则，进行资源调度预案的生成，该过程会生成多个资源调度方案。依据已有方案和历史经验，对调度方案进行综合评价，找出在当前情况适合当前任务的运维管理方案，并将方案变为代码指令下发到各传感器执行。

4　结语

本文针对海战场探测任务需求和传统传感器资源管理进行动态多任务保障能力不足的问题，提出了一种基于策略的海战场传感器资源运维管理方法。该方法结合海战场实际作战需求，进行基本流程、部署结构和系统框架的设计，着眼于提高海战场传感器资源的全局管控和协同配合能力，以及适配多要素、多任务的海战场作战要求，为资源的组织与管理提供了一种新的解决思路，本文给出的系统框架也可作为运维管理系统设计的模型。实际应用表明，本文提出的运维管理框架能较好地支持对海战场大规模分布的传感器管理的管理，并支持基于不同策略调整系统行为以满足多样化的运维管理需求，提高了海战场传感器运维管理适应大规模分布的传感器和多样化运维管理需求的能力，达到了预期目标。

伴随传感器种类、数量的丰富和任务过程控制的精细化要求，具备大规模管理能力和灵活适应能力的海战场传感器资源运维管理将成为海战场遂行多样化作战任务的重要保障。

[1] 李益龙,王萍.海上编队传感器管理[J].指挥信息系统与技术，2013,4(5):24-28.

[2] 罗玉臣，周兴林，陈龙等.海上多平台传感器管理与控制的设计与实现[J].宇航计测技术，2007,27(6):56-60.

[3] 孙欣.海上编队协同作战若干问题的探析[J].舰船电子工程，2013,33(12):10-13.

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[11] 童志鹏.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，2008:237-281.

Sensors Resource Operation Management Framework in Sea-battle Field*

Aiming at the problem that current sensor management technology can’t fulfill the diverse management requirements of numerous distributed sensors in sea-battle field, the paper refers to the successful application of policy-based method in other domain, conducts a research on policy-based sea-battle field sensor operation management framework. Firstly, based on current sensor operation management method, the paper analyses flow of task oriented sensor operation management. Secondly, according to the characteristics of distribution and use of sensors in sea-battle field, the deployment architecture is proposed. Finally, a framework is given. Practical application shows that the given framework supports good management of large number distributed sensors in sea-battle field, and can fulfill different management requirements by just changing policies.

sensor, operation management frame, policy-based

2016年2月13日,

2016年3月30日

韦广立，男，硕士研究生，研究方向：舰船电子工程技术。宋文宾，男，硕士，研究方向：舰船电子工程技术。陈颖，女，硕士，高级工程师，研究方向：系统设计。

TP319

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.08.003