基于元數(shù)據(jù)的指揮信息管理及共享技術(shù)研究

步紅

中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 江蘇 210007

0 前言

隨著數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)和分布式交互技術(shù)的發(fā)展，作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的獲取、傳輸和處理的數(shù)量正以前所未有的速度增長，并且在作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)中，可以同時使用多種不同類型的數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致數(shù)據(jù)來源越來越復(fù)雜，作戰(zhàn)過程中涉及到的實體種類和數(shù)量也越來越多，由此產(chǎn)生了大量的異構(gòu)的實時指揮信息，如何實現(xiàn)這些信息的有效管理和共享，成為迫切需要解決的問題。

在原有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和管理方法中，數(shù)據(jù)的針對性強(qiáng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)過于密切，本文依托現(xiàn)有的作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)，將分散的異構(gòu)的作戰(zhàn)指揮數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合，提出了一種實時分布式的指揮信息管理和共享的思路，即采用元數(shù)據(jù)管理模式，建立統(tǒng)一的指揮信息管理平臺，實現(xiàn)不同作戰(zhàn)平臺的指揮信息共享。

1 指揮信息數(shù)據(jù)分析和管理模式

1.1 指揮信息數(shù)據(jù)分析

在作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)中，由數(shù)據(jù)鏈產(chǎn)生的指揮信息數(shù)據(jù)規(guī)模大、涵蓋范圍廣、數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)量大，在這種情況下，關(guān)于數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況等元數(shù)據(jù)信息變得更加重要，因此，可以采用元數(shù)據(jù)技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，建立元數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)管理服務(wù)對元數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，從而實現(xiàn)對實時指揮數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地管理和共享。

有關(guān)元數(shù)據(jù)的研究活動和解決方案正在受到越來越多的關(guān)注，元數(shù)據(jù)的作用日益突出，特別是基于公共倉庫元模型(Common Warehouse Metamodel，CWM)的架構(gòu)及其良好的互操作性，被公認(rèn)為是目前最好的實現(xiàn)方式。但是，大多數(shù)有關(guān)元數(shù)據(jù)管理的研究僅能實現(xiàn)批量元數(shù)據(jù)集成，并未涉及實時數(shù)據(jù)，本文依托現(xiàn)有指揮信息系統(tǒng)，提出了基于實時分布的元數(shù)據(jù)管理模式及其應(yīng)用實現(xiàn)。

1.2 元數(shù)據(jù)管理模式

元數(shù)據(jù)技術(shù)是支持分布式數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，按照傳統(tǒng)的定義，元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，它是對數(shù)據(jù)的內(nèi)容、主題、轉(zhuǎn)換及各種操作信息的描述。分布式體系結(jié)構(gòu)是元數(shù)據(jù)管理的主流架構(gòu)，基于元數(shù)據(jù)的管理模式見圖1所示，這種模式以元數(shù)據(jù)的集中存儲、集中管理取代了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)集的集中存儲和集中管理，成為信息資源有效管理和應(yīng)用的重要手段。

圖1 基于元數(shù)據(jù)的管理模式

作為共享和重復(fù)利用的基礎(chǔ)，元數(shù)據(jù)通常存放于元數(shù)據(jù)存儲庫中，元數(shù)據(jù)源都產(chǎn)生和消費(fèi)元數(shù)據(jù)，其中保存元數(shù)據(jù)的容器稱為本地存儲庫，全系統(tǒng)集中存放元數(shù)據(jù)的容器成為中央存儲庫，元數(shù)據(jù)管理應(yīng)保證用戶得到一致、最新的元數(shù)據(jù)，也就是應(yīng)在中央存儲庫的基礎(chǔ)上提供有效的機(jī)制，實時連接各元數(shù)據(jù)源，使元數(shù)據(jù)源之間保持同步。

2 分布式指揮信息共享服務(wù)體系設(shè)計

2.1 總體框架結(jié)構(gòu)

指揮信息共享服務(wù)體系采用多層分布式(C/A/S)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計模式，從邏輯上可以分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和業(yè)務(wù)層3個層次，如圖2所示。

圖2 指揮信息共享服務(wù)系統(tǒng)基本框架

數(shù)據(jù)層即元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，部署在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，負(fù)責(zé)管理對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀寫，包括用來存儲和訪問往來于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)所需的所有命令和邏輯，為共享服務(wù)提供后臺數(shù)據(jù)支撐。

服務(wù)層即應(yīng)用邏輯層，部署在應(yīng)用服務(wù)器上，支持實際業(yè)務(wù)應(yīng)用和規(guī)則所需的所有邏輯和處理，包括網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)、信息共享服務(wù)和元數(shù)據(jù)管理服務(wù)，建立服務(wù)運(yùn)行環(huán)境及各數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)交換機(jī)制。

業(yè)務(wù)層即部署在指揮所內(nèi)各個作戰(zhàn)應(yīng)用臺位上的指揮控制軟件，包括對海指揮、對空指揮、對潛指揮等軟件，為用戶提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)操作界面，并在應(yīng)用系統(tǒng)支持下提供共享服務(wù)。

2.2 功能組成

指揮信息共享服務(wù)體系的功能組成如圖3所示。

圖3 指揮信息共享服務(wù)體系功能組成

網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)主要負(fù)責(zé)完成引導(dǎo)信息、戰(zhàn)術(shù)命令的對外發(fā)送，作戰(zhàn)平臺報告信息的接入，系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)外部消息格式的轉(zhuǎn)換。

信息共享服務(wù)主要借助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，整合并發(fā)布各種異構(gòu)數(shù)據(jù)，最大限度的為網(wǎng)內(nèi)各用戶提供實時并且一致的信息資源，包括數(shù)據(jù)訂閱/分發(fā)、數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)發(fā)布。數(shù)據(jù)訂閱/分發(fā)是通過各種方式將用戶訂閱的數(shù)據(jù)傳送到用戶的過程，通過訂閱/分發(fā)，能夠使數(shù)據(jù)形成從采集、存儲、加工、傳播向使用流動，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享價值。數(shù)據(jù)發(fā)布將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)分發(fā)體系中，為用戶發(fā)現(xiàn)、訂閱數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備工作。

元數(shù)據(jù)管理服務(wù)利用信息共享服務(wù)提供的資源共享環(huán)境，完成元數(shù)據(jù)的注冊、采集、存儲和更新。

3 指揮信息管理及共享服務(wù)的實現(xiàn)

分布式數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)的任務(wù)包括：制定標(biāo)準(zhǔn)元數(shù)據(jù)模板；制定正式的數(shù)據(jù)分類并給出分類定義，對數(shù)據(jù)源和其它數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行識別，描述和分類；向用戶和開發(fā)者提供友好的元數(shù)據(jù)獲取服務(wù)接口。

3.1 元數(shù)據(jù)模板設(shè)計

制定標(biāo)準(zhǔn)的元數(shù)據(jù)模板是進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)管理共享工作的第一步，按一定格式組織元數(shù)據(jù)可以方便快捷地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、轉(zhuǎn)換、分析管理和分布數(shù)據(jù)共享。

在分布式指揮信息管理和共享系統(tǒng)中，對一個數(shù)據(jù)源的描述元數(shù)據(jù)包括如下內(nèi)容：信息惟一標(biāo)識、信息名稱、消息格式、消息代碼、消息類型、數(shù)據(jù)來源、消息長度、回執(zhí)時間、回執(zhí)內(nèi)容、數(shù)據(jù)使用或發(fā)布限制、對數(shù)據(jù)的簡要描述等。

3.2 數(shù)據(jù)分類

數(shù)據(jù)分類是劃分?jǐn)?shù)據(jù)源的基礎(chǔ)，而建立元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)首先要對數(shù)據(jù)源進(jìn)行分類并給出分類定義。在此，對指揮信息管理處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步劃分，共分為以下幾類：平臺狀態(tài)類、對空指揮控制類、對海指揮控制類、對潛指揮控制類、態(tài)勢管理類等。平臺狀態(tài)類是指空中/水面/水下等平臺的狀態(tài)，包括油量、飛行員代號、彈藥量、武器狀態(tài)和傳感器狀態(tài)等。對空/對海/對潛指揮控制類包括引導(dǎo)、任務(wù)分配等命令類數(shù)據(jù)。態(tài)勢管理類數(shù)據(jù)包括當(dāng)前戰(zhàn)場環(huán)境中重要的位置、區(qū)域數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)管理及共享服務(wù)

在指揮信息共享服務(wù)體系中，服務(wù)層擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)主要處理邏輯。信息共享服務(wù)提供元數(shù)據(jù)訂閱接口，并對數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)產(chǎn)品的描述、分類進(jìn)行發(fā)布，元數(shù)據(jù)管理服務(wù)提供元數(shù)據(jù)注冊、獲取、添加、修改、刪除等接口，即時地提供具有所要求格式的數(shù)據(jù)實例。

這些服務(wù)將不同功能單元通過事先定義好的接口聯(lián)系起來，使得系統(tǒng)內(nèi)部可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互，便于提供盡可能多的數(shù)據(jù)共享元素，從而使用戶能夠得到更豐富的數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.4 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

首先，指揮信息管理系統(tǒng)采用多層分布式(C/A/S)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計模式，它將數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)處理層放在數(shù)據(jù)服務(wù)器上，應(yīng)用邏輯層放置在各自的服務(wù)器上，表現(xiàn)邏輯層和表現(xiàn)層放置在客戶端上，多層分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可有效控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性，并具有易維護(hù)、快速響應(yīng)和擴(kuò)展靈活等特點(diǎn)。

其次，采用元數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)指揮信息的管理和共享，可以將各種實時的、不同類型的數(shù)據(jù)有效地組合在一起，進(jìn)行統(tǒng)一管理，這種元數(shù)據(jù)管理模式即能在分布的本地存儲庫實現(xiàn)實時存取，又能將本地元數(shù)據(jù)復(fù)制、集成到中央存儲庫之中，同時還支持保存附加元數(shù)據(jù)，而且每個異構(gòu)軟件成員僅需對應(yīng)一個接口驅(qū)動程序即可實現(xiàn)分布式元數(shù)據(jù)的動態(tài)讀取和集成，使得信息容易被獲取、檢索和理解，不會受時間和技術(shù)改變的影響。

4 結(jié)束語

為了滿足日益復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境下指揮信息的有效管理和共享的需求，本文提出了基于多層分布式的指揮信息管理和共享系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，采用元數(shù)據(jù)管理等關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計了數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)共享服務(wù)，達(dá)到了對系統(tǒng)中實時的異構(gòu)的指揮信息進(jìn)行統(tǒng)一管理與傳輸?shù)哪康?，實現(xiàn)了不同作戰(zhàn)平臺的指揮信息共享。但是，大范圍數(shù)據(jù)的管理和共享仍然是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要制定一整套相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，因此，為達(dá)到與其它系統(tǒng)之間方便的互聯(lián)、互通和互操作還需要做進(jìn)一步的研究工作。

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