基于SOA的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)指揮控制體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)＊

韋曉萍 許錦洲 宋祥斌

（海軍指揮學(xué)院 南京 211800）

1 引言

隨著聯(lián)合作戰(zhàn)需求的快速變化，美國國防部在DoDAF v1.5［1］中，提出“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn) NCW”和“面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)SOA”的概念，使用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）［2］開發(fā)方法，將DoDAF的開發(fā)從以產(chǎn)品為中心轉(zhuǎn)化為以數(shù)據(jù)為中心。體系結(jié)構(gòu)框架（DoDAF）為DoD系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的描述、表示，及作戰(zhàn)行動(dòng)和業(yè)務(wù)運(yùn)作過程的集成定義了一種通用的途徑。它是用來描述、提供和組成部件的結(jié)構(gòu)，它們之間的關(guān)系，以及指導(dǎo)它們設(shè)計(jì)和演進(jìn)的原則和指南［3］。

在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中，它能完成網(wǎng)絡(luò)中心行動(dòng)，即戰(zhàn)爭中能有效通過網(wǎng)絡(luò)給用戶（目前和不可預(yù)見的）制定必須的和有用的信息（他們所需要的何時(shí)，何地以及什么信息），來幫助他們有效完成任務(wù)。將這樣的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)視為特定的機(jī)制用來為這種轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)出解決的方法，選擇SOA作為體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，提出基于SOA的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。構(gòu)建一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)SOA，通過引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境服務(wù)（NCE）已有的性能或構(gòu)建一個(gè)新的NCE引進(jìn)可預(yù)測的和不可預(yù)測的NCE用戶，參與網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境。體系結(jié)構(gòu)規(guī)定企業(yè)服務(wù)和企業(yè)程序由基于SOA內(nèi)部結(jié)構(gòu)的企業(yè)數(shù)據(jù)總線（ESB）主管。這些企業(yè)服務(wù)和企業(yè)程序?qū)⑼瓿审w系結(jié)構(gòu)的作戰(zhàn)概念視圖；它們將作為關(guān)聯(lián)群集（COI）為其它NCE用戶重新使用來完成他們的任務(wù)。該方法的最后產(chǎn)品是通過構(gòu)建的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來建立一個(gè)可執(zhí)行模型，用來評估體系結(jié)構(gòu)企業(yè)程序和服務(wù)的邏輯、行為和性能特征。

2 面向服務(wù)的體系架構(gòu)

SOA是一個(gè)組件模型，本質(zhì)上是服務(wù)的集合。它將應(yīng)用程序的不同服務(wù)（功能單元）通過定義良好的接口聯(lián)系起來，服務(wù)間彼此通信，這種通信可能是簡單的數(shù)據(jù)傳送，也可能是兩個(gè)或更多的服務(wù)協(xié)調(diào)進(jìn)行某些活動(dòng)［4］。根據(jù)業(yè)務(wù)的需求，通過網(wǎng)絡(luò)對松散耦合的應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用，對服務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和動(dòng)態(tài)調(diào)用。

SOA是一種面向服務(wù)的軟件架構(gòu)，它的環(huán)境結(jié)構(gòu)包括三個(gè)方面，分別是作戰(zhàn)層、服務(wù)層和物理層。在作戰(zhàn)層中，它包含事務(wù)進(jìn)程，這些事務(wù)進(jìn)程可以單獨(dú)成為事務(wù)服務(wù)，也可以組合成事務(wù)服務(wù)。在服務(wù)層中，它包括服務(wù)和單獨(dú)的企業(yè)數(shù)據(jù)總線（ESBs），在SOA聯(lián)邦運(yùn)行過程中，每一個(gè)ESBs能夠確保消息流通道服務(wù)信息的交互，本層包括多種服務(wù)類型，分別是用來監(jiān)控服務(wù)和事務(wù)進(jìn)程的服務(wù)，用來事務(wù)進(jìn)程執(zhí)行的服務(wù)，用來服務(wù)定義的注冊服務(wù)、服務(wù)層次協(xié)定和事務(wù)進(jìn)程的定義?？刂票O(jiān)視服務(wù)的服務(wù)集成者負(fù)責(zé)服務(wù)終點(diǎn)的管理，定期給SOA監(jiān)視器發(fā)送消息。SOA聯(lián)邦規(guī)則和機(jī)制在服務(wù)層次上通過連接單獨(dú)ESBs之間的網(wǎng)關(guān)強(qiáng)制執(zhí)行。在作戰(zhàn)層次中所需定義的事務(wù)進(jìn)程作戰(zhàn)、實(shí)例化、管理和監(jiān)控是通過ESBs在服務(wù)層次中定義的。在物理層次上，包含一些物理節(jié)點(diǎn)（工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)工作節(jié)點(diǎn)等等）和支撐SOA環(huán)境的通信網(wǎng)絡(luò)。

在聯(lián)邦中，SOAs之間的互操作性通過企業(yè)數(shù)據(jù)總線（ESBs）之間的連接實(shí)現(xiàn)，這個(gè)連接是虛連接，并不代表ESBs之間的緊耦合。它的目的是說明SOAs也是聯(lián)邦的一部分。為了確保SOA聯(lián)邦的運(yùn)行，聯(lián)邦注冊更高級的層次需要規(guī)定聯(lián)邦規(guī)則、方針和廣聯(lián)邦服務(wù)。

在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中，NCE是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境，它包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、程序和人員來完成態(tài)勢感知，能夠快速支持網(wǎng)絡(luò)中心行動(dòng)（NCO）中較短的決策周期和獲取更好的事務(wù)信息。網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境（NCE）的數(shù)據(jù)和性能對用戶和非用戶者必須是可視的，可獲取的和有用的。系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)能夠自由交換以便于支持它們之間的互操作性，避免點(diǎn)對點(diǎn)的接口交互。在網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境中，用戶必須能夠通過網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境獲取他們所需的信息（何時(shí)，何地和何種形式），來完成他們的作戰(zhàn)任務(wù)和事務(wù)目標(biāo)。

其中，網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境NCE的概念包括以下幾個(gè)方面：1）NCE用戶：NCE的數(shù)據(jù)和性能對用戶而言必須是可視的，可獲取的和有用的。新的網(wǎng)絡(luò)中心體系結(jié)構(gòu)必須提供NCE數(shù)據(jù)、信息和性能，由NCE用戶使用。2）利用NCE：NCE的用戶必須能夠搜索數(shù)據(jù)、信息和性能，并利用它們完成任務(wù)。3）考慮不可預(yù)測的用戶：NCE用戶允許在NCE中查詢數(shù)據(jù)、信息和性能，而不是限制它們的使用。4）促成利益共同體：網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)策略中定義，COI是一群用戶的合作小組，這些用戶需要根據(jù)他們共同的目的、利益、使命任務(wù)或者事務(wù)進(jìn)程進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，那么這些交換的數(shù)據(jù)應(yīng)該共享數(shù)據(jù)格式。交換的數(shù)據(jù)共享詞匯表、分類法、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、交換協(xié)議和與利益共同體相關(guān)的體系結(jié)構(gòu)說明。COI確保所開發(fā)的數(shù)據(jù)、信息和功能能夠在不同的機(jī)構(gòu)組織之間進(jìn)行互操作。5）支持共享的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：能夠支持企業(yè)級數(shù)據(jù)、信息和功能，確保這些企業(yè)級數(shù)據(jù)、信息和功能可用。支持NCE概念有兩種策略：網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)策略和網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)策略，網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)策略的主要目的是使數(shù)據(jù)可視化，可獲取，易理解和可信任；網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)策略的主要目的是從NCE中提供服務(wù)，管理這些服務(wù)和他們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后監(jiān)視和操控他們。

3 基于SOA的指揮控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程

圖1 基于SOA的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程

根據(jù)SOA基本思想和方法，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中指揮控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，基于SOA的C2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程如圖1所示。整個(gè)開發(fā)過程包括三個(gè)方面［5］：開發(fā)體系結(jié)構(gòu)模型的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段、體系結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行模型［6］階段、可執(zhí)行模型分析和評估階段。該方法構(gòu)建一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)SOA，通過假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境服務(wù)（NCE）或適應(yīng)不可預(yù)測的NCE用戶，參與DoD網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境，最終的產(chǎn)品是通過構(gòu)建的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來建立一個(gè)可執(zhí)行模型，用來評估體系結(jié)構(gòu)商業(yè)處理和服務(wù)的邏輯、行為和性能特征。

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段開發(fā)出的SOA體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，在分析和評估階段被使用來建立可執(zhí)行模型。在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，需要額外的信息和信息資源來為這些方法構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心體系結(jié)構(gòu)。在NCE中，新的體系結(jié)構(gòu)不僅考慮其它已開發(fā)的系統(tǒng)所具有的功能，而且還作為一種新功能的來源。從系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)視圖看，它需要設(shè)計(jì)一個(gè)新的體系結(jié)構(gòu)來完成預(yù)期目標(biāo)，通過補(bǔ)充存在系統(tǒng)已有的性能特征，以及通過NCE中的新功能貢獻(xiàn)給NCO以及被其它系統(tǒng)使用。

另外，需要3個(gè)額外的信息資源：1）它們揭露的服務(wù)器和已有COI的相關(guān)信息：系統(tǒng)架構(gòu)需知道已有的COI，為了能夠引進(jìn)性能并開發(fā)新的。完全了解COIs的原則和規(guī)則，他們的數(shù)據(jù)形式和服務(wù)描述來正確聯(lián)合他們的成員。新的體系結(jié)構(gòu)將遵循COIs成員間達(dá)成的已有的COI原則，規(guī)則，數(shù)據(jù)和服務(wù)描述，便于使用者能夠通過COI成功使用體系結(jié)構(gòu)的功能。2）新的體系結(jié)構(gòu)所需補(bǔ)充的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)功能的相關(guān)信息：設(shè)計(jì)者需要完全了解其它系統(tǒng)已有的性能，為了能夠決策他們是否滿足新的體系結(jié)構(gòu)功能和非功能的要求。DoD體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（DARS）提供了一個(gè)環(huán)境來寄存、記錄、查找和恢復(fù)體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息。另外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要通過DARS開發(fā)新的體系結(jié)構(gòu)供其他NCE用戶使用。3）通過NCE允許使用網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)（NCES）可用信息：NCES允許使用有價(jià)值的企業(yè)數(shù)據(jù)，信息和共享功能。

圖2 基于SOA構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中心體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程

圖2給出的是基于面向服務(wù)（SOA）設(shè)計(jì)方法構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中心體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，共分為6個(gè)階段。

階段0：了解體系結(jié)構(gòu)的目的和范圍，確定體系結(jié)構(gòu)的背景條件。

階段1：明確體系結(jié)構(gòu)的作戰(zhàn)概念視圖，給出高級作戰(zhàn)概念圖［7］。體系結(jié)構(gòu)將參與的COIs進(jìn)行最初的描述。

階段2：進(jìn)行功能分解，包含3個(gè)主要的活動(dòng)。1）定義組織和他們之間的關(guān)系?；顒?dòng)定義組織和體系結(jié)構(gòu)的潛在組織包括聯(lián)合體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中心組織提供網(wǎng)絡(luò)中心目標(biāo)。在這個(gè)階段，設(shè)計(jì)人員需要確定現(xiàn)有的COIs，為體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)在組織提供功能和他們的關(guān)系。DARS需要進(jìn)一步驗(yàn)證參與這些COIs潛在的現(xiàn)有組織的體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。2）定義作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，除了體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)部作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)外，體系結(jié)構(gòu)將參與的可選擇的COIs將引進(jìn)由COIs成員提供的額外的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)。DARS將被進(jìn)行用來產(chǎn)品驗(yàn)證這些節(jié)點(diǎn)。3）選擇系統(tǒng)／服務(wù)并定義系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員確定詳細(xì)的服務(wù)，這些服務(wù)被體系結(jié)構(gòu)參與的部分COIs引進(jìn)或開發(fā)，設(shè)計(jì)人員需要遵循COIs公布的數(shù)據(jù)行式和服務(wù)界面。

階段3：全面分析作戰(zhàn)視圖，開發(fā)從作戰(zhàn)視圖到系統(tǒng)、服務(wù)和服務(wù)功能視圖。

在這個(gè)階段，結(jié)構(gòu)圖和行為圖［8］被開發(fā)用來理解和描述執(zhí)行的作戰(zhàn)活動(dòng)。

階段4：通過推導(dǎo)和描述作戰(zhàn)信息交換特征完成作戰(zhàn)視圖分析和全面分析系統(tǒng)和服務(wù)視圖，注重分析服務(wù)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它們的功能以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

階段5：用階段4分析和產(chǎn)生的系統(tǒng)接口描述、內(nèi)部通信描述、系統(tǒng)性能參數(shù)描述以及系統(tǒng)和技術(shù)驗(yàn)證描述數(shù)據(jù)和概念完成系統(tǒng)視圖的開發(fā)。

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品將被用在分析和驗(yàn)證階段來構(gòu)建一個(gè)可執(zhí)行模型［9］。因?yàn)檫@些靜態(tài)的產(chǎn)品在有限的方式上描述體系結(jié)構(gòu)的行為，所以對體系結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證需要可執(zhí)行模型的構(gòu)建，能夠詳細(xì)地檢驗(yàn)產(chǎn)品的行為和性能。體系結(jié)構(gòu)的可執(zhí)行模型為設(shè)計(jì)人員來分析它的動(dòng)態(tài)行為，確定邏輯和行為錯(cuò)誤（這些錯(cuò)誤在靜態(tài)描述中不能發(fā)現(xiàn)），以及提供給使用者和用戶的體系結(jié)構(gòu)所具有的性能。

最后，在體系結(jié)構(gòu)開發(fā)階段開發(fā)出體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品階段中，需要一個(gè)新的過程，應(yīng)用軟件或服務(wù)來再次觸發(fā)設(shè)計(jì)過程。當(dāng)SOA用例［11］被開發(fā)，在新的業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)前，通過建模與仿真，研究出額外的新的業(yè)務(wù)流程（包含自身和其它系統(tǒng)的重用性能）是必須的。

4 結(jié)語

本文基于面向服務(wù)的思想，設(shè)計(jì)了基于SOA的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。分析了體系架構(gòu)的基本過程，結(jié)合面向服務(wù)的基本思想，給出了在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中用面向服務(wù)進(jìn)行開發(fā)的詳細(xì)步驟流程。在下一步的研究工作中，將加強(qiáng)可執(zhí)行模型的開發(fā)進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)的評估工作，獲取體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和服務(wù)視圖及建立業(yè)務(wù)流程的協(xié)議。傳統(tǒng)的可執(zhí)行模型不能有效地獲取一個(gè)SOA的復(fù)雜性，它們僅能提供系統(tǒng)性能的上界，如果作戰(zhàn)視圖可執(zhí)行模型滿足體系結(jié)構(gòu)的功能和非功能需求，我們可以構(gòu)建系統(tǒng)和服務(wù)可執(zhí)行模型進(jìn)行驗(yàn)證評估工作。

［1］DoD Architechture Framework Working Group.DoD Architechture Framework Version1.5.U.S.：Department of Defense，2007：13～16

［2］王紫瑤，等.SOA核心技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008：154～160

［3］電子科學(xué)研究院系統(tǒng)工程總體部譯.C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架（2.0版），1999：13～15

［4］葉鈺，應(yīng)時(shí)，等.面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)構(gòu)建研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2005，25（2）32～34

［5］車萬方，張鳳鳴.基于UML的C3I系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程［C］／／第十屆C3I理論學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2001

［6］劉曙陽，程萬祥.C3I系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1998：72～76

［7］羅雪山，張維明.C3I系統(tǒng)理論基礎(chǔ)［M］.長沙：國防科技大學(xué)出版社，2000：54～58

［8］Tom Pender.UML寶典［M］.耿國桐，史立奇，葉卓映，等譯.北京：電子工業(yè)出版，2004：156～160

［9］于云程，羅雪山.C3I系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)［M］.北京：國防科技大學(xué)出版社，1996：34～38

［10］馬成前，楊英.SOA架構(gòu)下多層次信息共享平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2009，37（5）

［11］尤克濱.UML應(yīng)用建模實(shí)踐過程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：172～174