面向服务的作战仿真软件架构范文

《系统仿真学报》2016年第一期

摘要：

针对传统电子信息系统面向任务的定制开发模式导致异构资源集成困难和重用率低的问题，提出基于面向服务网络化的仿真应用软件构建方法。利用信息注册、、订阅、分发等网络中心化核心服务构建的全局服务总线对服务进行动态调度，可提高信息资源共享能力；对业务应用软件服务制定标准描述规范，业务服务可灵活重组，服务提供者与服务请求者之间以松散耦合的方式实现系统集成，形成面向服务的系统开发平台，并为相关课题成果的集成与试验验证提供支撑。

关键词：

网络中心化；面向服务；作战仿真；软件架构

随着电子信息指挥作战系统所承担的使命任务的不断发展，系统规模越来越庞大，结构越来越复杂，对系统的研制要求也越来越高。而传统的系统研发模式是面向任务、各军兵种独立开发的定制模式，系统设计开发资源尚未能充分地共享和重用[1]，研发质量和效率较低。另一方面，由于缺乏标准统一的描述规范，以及各仿真硬件平台、网络环境的差异，导致采用不同技术标准的异构仿真资源之间难以集成，无法满足针对不同任务进行灵活组合、高效运作的要求。针对新一代大系统的建设要求，迫切需要构建新一代综合电子信息系统顶层设计、集成试验与测试评估的总体研发环境，适应电子信息系统转型发展和系统集成设计与试验验证的需要。随着网络中心化、SOA[2-3](ServiceOrientedArchitecture的简称，即面向服务的体系架构)等信息技术的发展，利用通信系统和计算机系统，把分散的各作战资源、数据资源、计算资源连接起来，采用服务化软件技术统一软件形态，软件按照服务化规范相互协同运作，以松散耦合的方式实现服务资源的调用，形成面向服务的大系统开发试验平台，支持新一代大系统的概念研究、顶层设计、开发、集成联试和测试评估等研制的全过程。

目前广泛采用的网络运行支撑平台是基于HLA/RTI的，在资源动态共享和C4ISR系统的集成和互操作方面存在不足。文献[4]介绍了一种面向服务的组合仿真技术，支持异构资源灵活重用，构建了面向服务的结构体系仿真环境，但它不适用部署在栅格网分布式的C4ISR的作战仿真应用场景。文献[5]提到从仿真体系结构角度入手，开发面向服务的仿真体系结构。该文虽提到利用信息栅格技术和面向服务技术，但对作战仿真服务方面未进行深入探讨。文献[6]提出了一种面向服务的战场环境保障信息集成框架，并实现了原型系统，但主要涉及卫星信息保障方面，信息集成的系统框架并非建立在栅格网基础之上，无法用于分布式大规模的系统资源节点的部署，并不具有即插即用、资源柔性重组的特性。本文针对网络化电子信息战的作战需求和新一代大系统的建设需求，利用网络中心化和面向服务的技术，将指控业务应用进行功能要素服务化，通过信息栅格与核心服务机制可快速构建面向服务的系统软件开发平台。

1概述

1.1网络中心化网络中心化[7]在军事领域是指通过栅格化网络，将战场上的传感器、武器平台、指控系统、作战部队等作战要素和资源之间实现资源共享和协同作战，形成体系作战能力的过程[8]。网络中心化仿真采用以网络为中心、面向服务的体系结构，建立在统一的信息栅格基础设施之上，使用标准体系结构和组件模型。网络化不仅仅是通过网络将C4ISR系统各部分连接起来，更重要的是建立一体化的信息获取、传输、处理、分发和利用的过程，形成具有军事行动价值的传递链，实现信息优势-决策优势=作战行动优势的转变。网络中心化系统具有如下特征[9]：1)柔性重组能够通过通用化、构件化、组合化以及分布式的结构形态，达到高度的可塑性、柔韧性和适应性，使各个相对独立、分散配置的功能构件相互连接在一起。2)按需服务利用共用的通信网络基础设施和信息注册、、订阅和分发服务，系统各组成部分可根据任务需要订阅和分发信息，共享战场态势。3)即插即用能够利用通信网络基础设施和接入、注册、等服务，各功能域的系统及装备可以快速接入，系统自动识别，无需繁琐的配置。4)协同运用与同步基于共享战场态势，形成系统间交互的协同工作环境，实现系统资源和要素之间的动态协同。在时间域、空间域和功能域的同步，支持分布式联合决策与指挥控制，最终实现作战单元的行动同步。

1.2面向服务美军全球信息栅格(GIG)采用面向服务的体系结构，通过开发网络中心机构服务(NCES)，对上层的各种军事业务应用提供支持，并最终实现跨系统的信息共享、军事应用的快速建立和综合集成[10]。SOA架构能够适应信息系统规模大、应用背景复杂、组织结构分散等特点，是美军GIG提供核心服务和领域应用服务能力的基础。目前SOA技术通常称为服务计算技术，其技术体系为服务计算解决动态、多变、复杂的系统设计、软件应用开发、多业务整合等解决方案。SOA主要包括3个组成部分：服务提供者(ServiceProvider)，服务(ServiceBroker)和服务请求者(ServiceRequester)[4]。服务提供者将其服务功能的描述信息向服务并注册，同时控制服务的访问和维护。服务则是管理服务目录信息，便于服务请求者的查找。服务使用者通过在服务的目录中进行查询操作确定服务。一旦绑定确定其可获得的服务，立即激活服务。SOA的主要特点有[11]：1)松散耦合；2)粗粒度；3)标准化接口。按照不同功能粒度[12]进行划分封装成不同服务，通过定义标准的描述规范，使得异构平台可进行灵活快速组合，有利于应用系统的组织和开发。本文主要研究对预警探测、情报处理、指控决策等仿真软件的服务化开发、集成、调用的技术，按照指挥控制系统组成要素，实现作战态势、作战筹划、指挥协同、辅助决策、分析评估等指控服务功能的注册、、搜索、调用，支持各种指控软件不同层次的服务化集成要求，统一指控软件服务构建环境标准规范，搭建基于服务的指控软件构建环境。

2作战仿真应用软件架构设计

作战仿真验证平台服务于系统仿真实验和验证方法，通过构建较为逼真的仿真系统及其运行环境，建立相应的系统资源仿真模型及其交互模型，在系统实验和验证过程中，加载系统典型作战应用案例，为相关课题提供仿真实验环境。

2.1系统体系结构如图1系统结构框架图所示，系统软件体系结构由软件环境和硬件环境组成，由下至上分别描述如下：硬件环境包括计算机设备、计算机外设、计算机辅助设备、网络设备、综合显示设备、话音设备、通信设备等硬件平台；基础环境包括操作系统、数据库等等基础软件，是应用系统运行的基础和前提条件；运行环境包括MSVC++6.0，MSOffice2003，地图与态势信息处理平台等；数据平台包括地图显示专用数据、平台软件专用数据、非实时海量数据、装备性能数据、试验配置数据、试验档案数据等，其为仿真软件的开发、运行与应用提供完备的底层数据支持；核心服务包括注册发现服务、接入服务、订阅分发服务、资源监视服务、时钟服务和数据传输服务等。基于网络中心化核心服务将分布在网上各节点的作战业务软件、作战模型、作战数据、作战规则等指挥业务功能与相关数据进行服务化组织，形成共享和服务能力，是构建网络中心化信息共享和服务体系的关键环节；共性支撑提供构建仿真实验系统所需的仿真共性功能，包括仿真控制、剧情产生、资源管理、数据访问、图形显示、数据管理等；应用软件包括专用仿真组件模型和通过动态调用服务组件形成可独立运行组合应用软件。专用仿真组件模型一般包含情报处理模型、威胁估计、目标分配、态势生成等。

2.2服务集成框架业务服务利用面向服务网络化的基础支撑功能，通过集成网上各类服务资源，按照作战任务和流程进行组织运用，使系统具有高度灵活性和可扩展性。业务服务以标准的服务形式对外提供。服务是一个自足的、完成某项业务功能、接口标准的软件，接受一个或多个请求，返回一个或多个应答。业务应用软件根据功能要求和业务流程提供基础业务服务和组合业务服务，这些服务建立在核心服务的集成运行框架内，各类网络化应用使用这些基本或组合业务服务来实现其网络中心化的作战需求。服务集成框架如图2所示，按面向服务的建模方法把各个作战业务功能封装成服务，并通过全局服务总线集成、动态调度，达到服务提供者和服务请求者关系松耦合，可灵活重组。服务容器中集中了服务提供者的服务功能，仿真作战应用服务主要包括引导计算、目标分配、威胁估计、情报处理、态势生成等专用仿真组件，以及动态调用的组合应用软件。全局服务总线，使服务调用者能够调用服务。在服务调用者发起服务调用时，负责将服务调用传递到对应的服务，然后把服务结果回传到服务调用者。全局服务总线包括服务运行平台以及资源注册、资源发现、资源目录、资源监视等核心全局服务。

2.3仿真运行流程作战仿真验证平台建立相应的仿真资源模型及其交互模型，构建系统仿真运行环境进行实验验证等流程图如图3所示。仿真资源节点首先通过注册服务录入目录存储在数据库中。仿真运行环境准备就绪之后，资源节点通过接入服务首先依据注册在数据库中的目录信息进行资源合法性校验，若通过校验，则成功接入系统成为仿真资源实体，并将该资源提供的服务按照服务描述规范封装成标准服务模块，录入服务资源池(服务容器)。同时，系统支持仿真资源节点随时快速接入和退出，满足即插即用的要求。用户端通过需求描述提取服务请求，通过订阅服务在服务器的数据库中建立信息交互关系，并进一步将订阅请求上报至发现服务。发现服务解析订阅请求报中的订阅相关条件(典型的订阅条件包括服务类型、服务提供者、服务名称等)，通过服务总线调用服务资源池中的服务进行匹配运算。若查找到符合条件的服务，则返回服务定位结果到分发服务。分发服务读取数据库中的信息交互关系表，将对应的服务结果或者服务地址反馈给用户端。核心服务中的时钟管理服务部署在分布式大规模的仿真平台中资源和用户端，保证信息服务在时间轴上的逻辑推进的时钟同步，从而确保信息的准确和即时性。

2.4服务仿真试验仿真实验界面如图4核心服务信息中心所示，左侧树控件显示的接入系统的服务节点和仿真实体，右侧上面列表显示的是各服务节点提供的服务名称、编号、服务状态、服务调用者等信息。右侧下方以文本形式显示各节点、仿真实体状态，以及分别可提供的服务和调用的服务。

3关键技术分析

3.1建立服务标准规范SOA技术把业务逻辑与具体技术分离开来，将功能模块封装为服务，通过网络中心服务架构对服务、数据等资源实现调度集成。建立起面向服务的作战仿真应用软件架构有如下几个问题需要解决：1)明确服务的多种形态及描述方法[13]；2)确定服务的粒度划分原则；3)梳理指控系统核心业务流程；4)建立服务分类体系。此外，基于通用指挥控制模型研究分析作战筹划的要素组成，对作战任务、作战计划要素、作战能力、作战辅助计算等进行服务化建模也是研究的重点。在建立各种计算模型的同时，还要注重理清各种要素模型之间的关联关系，实现作战筹划全过程的服务化表示，为情况掌握、作战筹划、作战指挥各阶段提供通用的服务化支撑能力。

3.2服务资源的调用管理建立起服务标准规范以后，网络中心化仿真环境中的仿真资源可以利用信息栅格基础设施的注册服务、发现服务和元数据目录服务，实现以服务方式注册、和共享资源。在统一的信息栅格基础设施支撑下，指控系统与服务提供者通过服务调用的方式实现互操作。当指控系统需要通过仿真实现某些关键能力时，例如作战计划仿真推演评估，可以服务的方式提出请求，该请求信息包括仿真推演服务的特征信息；基础服务层通过服务发现和服务调度功能，为指控系统定位具体调用的仿真推演服务资源，并通过仿真服务调用实现对该仿真资源的使用，最后该仿真推演服务返回推演结果。

3.3时间同步管理时间同步管理提供了仿真平台中各资源、用户在时间轴上的逻辑推进方法，保证各节点收到情报的正确性、即时性。由于栅格网上具有分布式的大规模仿真资源节点，需要开发分布式的时间管理工具，保证各节点与服务器保持时钟同步的同时，有效避免死锁和提高仿真服务推进的效率。用户可通过订阅中心订阅栅格网上接入的资源提供的服务，在时钟管理机制的保障下确保多个服务请求正确有序的反馈。

4结论

本文介绍了网络中心化仿真环境中，将指控业务应用进行功能划分形成标准统一软件形态，利用信息栅格基础设施与核心服务进行资源动态调度，各应用服务灵活重组，可以快速构建面向服务的系统软件开发平台，支持新一代大系统设计开发研制全过程。

参考文献:

[1]张书锋.软件架构复用研究与设计[J].电脑开发与应用,2013,12(26):67-69.

[2]陆俊良.基于SOA模式专家系统集成的概述[J].电脑知识与技术,2013,9(10):2452-2454.

[3]别晓峰,李为民,张雅舰,等.事件驱动的面向服务作战仿真集成平台架构[J].空军工程大学学报,2013,4(14):38-41.

[4]宋莉莉,张灿,李群,等.基于面向服务架构的组合仿真方法研究[J].系统仿真学报,2009,21(12):3626-3630.(SongLili,Zhangcan,Liqun.SOA-basedApproachforComposableSimulation[J].JournalofSystemSimulation,2009,21(12):3626-3630.)

[5]孙黎阳,毛少杰,林剑柠,等.网络中心化仿真运行支撑平台研究[J].指挥信息系统与技术,2010,1(6):30-35.

[6]干哲,汤晓安,李欢,等.面向服务的战场环境保障信息集成框架[J].系统仿真学报,2010,22(5):1125-1130.(Service-orientedFrameworkofInformationIntegrationforBattlefieldEnvironmentSupport[J],JournalofSystemSimulation,2010,22(5):1125-1130.)

[7]曾安里,孟庆虎,张锰,等.网络中心化指挥信息系统云计算架构软件技术[J].指挥信息系统与技术,2011,2(6):15-22.

[8]毛少杰,居真奇,李玉萍,等.C4ISR系统仿真试验技术[M].北京:军事科学出版社,2011.

[9]周晓磊,张燕琴,孙金海,等.网络中心化指挥信息系统的信息共享策略[J].指挥信息系统与技术,2011,3(2):14-18.

[10]王守礼,名世京,邱瑞波.基于SOA技术的炮兵作战指挥信息系统应用软件架构[J].活力与指挥控制,2013,9(38):95-96.

[11]王维平,王超,李群.基于面向服务架构的模型可移植性规范建模仿真框架[J].计算机集成制造系统,2011,17(12):2723-2731.

[12]郎炯,刘宴兵,熊仕勇.基于SOA软件架构的数据集成方法[J].计算机应用,2010,30(9):2370-2373.

[13]李凤云.基于SOA的指挥控制系统体系结构研究[D].沈阳:沈阳理工大学,2013.

作者：程文迪 楚威 单位：中国电子科技集团公司第二十八研究所 信息系统工程重点实验室