邏輯靶場網(wǎng)關(guān)設(shè)計方法研究＊

王勝濤 楊志飛 杜紅兵

（1.63888部隊(duì) 濟(jì)源 454650）（2.63893部隊(duì) 洛陽 471003）（3.63892部隊(duì) 洛陽 471003）

1 引言

信息技術(shù)的發(fā)展帶來了整個軍事領(lǐng)域的變革，其中包括軍事試驗(yàn)和評估界。為了更高效地利用位置構(gòu)成、功能特征、級別規(guī)模迥異的試驗(yàn)訓(xùn)練靶場資源，基于信息技術(shù)的支撐，很有必要采取“邏輯靶場”的機(jī)制對現(xiàn)有的靶場資源以及未來發(fā)展的靶場資源進(jìn)行整合，克服當(dāng)前靶場界“煙囪式”的發(fā)展現(xiàn)狀。按照美軍2010基礎(chǔ)工程（Foundation Initiative 2010，F(xiàn)I 2010）所定義的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯靶場擬采用試驗(yàn)訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)（Test and Training Enabling Architecture，TENA）［1］作為公共的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)包括試驗(yàn)或訓(xùn)練靶場、武器、平臺、儀器儀表、軟件仿真系統(tǒng)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品、地域、空域或水域等各種試驗(yàn)訓(xùn)練資源［3］的重用、組合和互操作，聯(lián)合起來形成一個綜合環(huán)境，以逼真的方式完成各種日益復(fù)雜的試驗(yàn)與訓(xùn)練任務(wù)，完成特定的靶場開發(fā)和運(yùn)作目的。

TENA的核心是TENA公共基礎(chǔ)設(shè)施［4］，包括TENA中間件、TENA倉庫和TENA邏輯靶場數(shù)據(jù)檔案，TENA還說明了一系列實(shí)用程序、工具和網(wǎng)關(guān)應(yīng)用，用來高效構(gòu)建邏輯靶場。TENA應(yīng)用（包括靶場資源應(yīng)用和TENA工具）通過TENA對象模型與TENA公共基礎(chǔ)設(shè)施交互，非TENA應(yīng)用通過各種邏輯靶場網(wǎng)關(guān)和TENA公共基礎(chǔ)設(shè)施交互，最終便實(shí)現(xiàn)了TENA兼容靶場資源和非TENA兼容靶場資源之間的互聯(lián)、互通和互操作，所有類型的靶場資源都得到了集成利用。由此可見，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)作為一種聯(lián)系的紐帶，在邏輯靶場的構(gòu)建中意義重大，其設(shè)計和實(shí)現(xiàn)是開發(fā)邏輯靶場的基礎(chǔ)工作之一?；诖?，本文對邏輯靶場網(wǎng)關(guān)的工作原理和設(shè)計方法進(jìn)行了研究，以期對邏輯靶場的開發(fā)設(shè)計提供參考價值。

2 邏輯靶場網(wǎng)關(guān)的工作原理

邏輯靶場網(wǎng)關(guān)作為網(wǎng)關(guān)的一種，兼具了傳輸網(wǎng)關(guān)、協(xié)議網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用網(wǎng)關(guān)的特征。1）邏輯靶場網(wǎng)關(guān)需要在不同類型的靶場資源之間傳輸信息。雖然TENA中間件是基于“公布—訂購”機(jī)制進(jìn)行信息的分發(fā)傳輸，但這只是信息傳輸?shù)囊环N方式而已。2）邏輯靶場網(wǎng)關(guān)需要進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換。靶場資源基于的體制協(xié)議多種多樣，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)一個至關(guān)重要的功能就是對這些協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)協(xié)議之間的互聯(lián)互通。3）邏輯靶場網(wǎng)關(guān)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。不同類型靶場資源之間的數(shù)據(jù)格式差別很大，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)必須對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換。

邏輯靶場網(wǎng)關(guān)兼具傳輸網(wǎng)關(guān)、協(xié)議網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用網(wǎng)關(guān)的特征，本質(zhì)上還是系統(tǒng)之間或者終端之間信息、數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換。邏輯靶場網(wǎng)關(guān)還具有接入網(wǎng)關(guān)的特征，這是因?yàn)樵S多靶場資源并沒有組成系統(tǒng)，可能是孤立的，比如單個的靶場儀器儀表、被試的裝備等，它們通過網(wǎng)關(guān)和TENA體系結(jié)構(gòu)互聯(lián)互通，本質(zhì)上還是把這些靶場資源接入到以TENA體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的邏輯靶場之中去。

進(jìn)一步，TENA的驅(qū)動需求包括靶場應(yīng)用和系統(tǒng)之間互操作、可重用、可組合三個方面。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)必須對互聯(lián)系統(tǒng)雙方的信息格式、對象模型、通信機(jī)制、時間理解、靶場事件理解都充分支持并提供兼容，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)這些靶場資源之間的互操作和組合，以及為靶場資源的重用奠定基礎(chǔ)，這是更高層次的要求，是通常意義上的網(wǎng)關(guān)所不具有的。

2.1 邏輯靶場網(wǎng)關(guān)中的信息交互

邏輯靶場網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)TENA資源和非TENA資源之間的集成交互，它處于不同類型的靶場資源中間，起到“橋梁”的作用。圖1是一個邏輯靶場網(wǎng)關(guān)與TENA網(wǎng)絡(luò)、非TENA網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接圖。此外，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)也有可能跟單個的靶場儀器儀表、C4ISR系統(tǒng)或者實(shí)體裝備系統(tǒng)互聯(lián)。TENA應(yīng)用A、B、C基于TENA中間件構(gòu)建了TENA網(wǎng)絡(luò)，非TENA應(yīng)用D、E、F基于其他“中間件”構(gòu)建了非TENA網(wǎng)絡(luò)，兩個網(wǎng)絡(luò)之間通過邏輯靶場網(wǎng)關(guān)聯(lián)接。A、B、C、D、E、F可能是一個武器系統(tǒng)，也可能是靶場事件仿真系統(tǒng)，或者一個靶場實(shí)用監(jiān)控程序。

圖1 TENA網(wǎng)絡(luò)和非TENA網(wǎng)絡(luò)通過邏輯靶場網(wǎng)關(guān)互聯(lián)示意圖

圖1中，TENA網(wǎng)絡(luò)中通過TENA中間件提供的“代理—服務(wù)”機(jī)制實(shí)現(xiàn)信息的交互，比如A和C之間，A發(fā)布自己的TENA對象數(shù)據(jù)，C需要這些TENA對象數(shù)據(jù)時通過中間件進(jìn)行訂購，這樣A便提供TENA對象數(shù)據(jù)，成為對象生產(chǎn)者，C接收TENA對象數(shù)據(jù)，成為對象消費(fèi)者。同理，非TENA網(wǎng)絡(luò)是通過其他“中間件”提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)信息的交互。對于TENA網(wǎng)絡(luò)而言，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)是一個TENA應(yīng)用，基于TENA中間件實(shí)現(xiàn)二者之間的通信。對于非TENA網(wǎng)絡(luò)而言，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)是一個同種類型的非TENA應(yīng)用，基于其他“中間件”實(shí)現(xiàn)二者之間的通信。下面說明TENA網(wǎng)絡(luò)和非TENA網(wǎng)絡(luò)之間信息交互的過程。

如果應(yīng)用A需要應(yīng)用F的數(shù)據(jù)，首先A會以TENA對象的形式訂購這些數(shù)據(jù)，通過TENA中間件會找到邏輯靶場網(wǎng)關(guān)，要求邏輯靶場網(wǎng)關(guān)對A的訂購提供服務(wù)。如果邏輯靶場網(wǎng)關(guān)登記有應(yīng)用F在網(wǎng)關(guān)中的對等TENA映射應(yīng)用FF，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)便會直接把應(yīng)用FF的數(shù)據(jù)以TENA對象的形式通過TENA中間件提供給A，對A的訂購提供服務(wù)。

如果邏輯靶場網(wǎng)關(guān)沒有登記應(yīng)用FF，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)會把A用于訂購數(shù)據(jù)的TENA對象轉(zhuǎn)換為非TENA網(wǎng)絡(luò)的其他“對象”，通過其他“中間件”會找到非TENA應(yīng)用F，F(xiàn)的數(shù)據(jù)以其他“對象”的形式通過其他“中間件”提供給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將其轉(zhuǎn)換成TENA對象的形式通過TENA中間件提供給A，實(shí)現(xiàn)對A的訂購提供服務(wù)。同時，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)會對F進(jìn)行登記，并建立F的對等TENA映射應(yīng)用FF，邏輯靶場負(fù)責(zé)F和FF之間其他“對象”和TENA對象的轉(zhuǎn)換，以后所有的TENA應(yīng)用A、B或C再需要F的數(shù)據(jù)時直接由FF提供即可。這一點(diǎn)實(shí)際上使邏輯靶場具有了路由的能力。

反過來，如果應(yīng)用F需要應(yīng)用A的數(shù)據(jù)，F(xiàn)同樣通過某種機(jī)制發(fā)出請求，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)對該請求做出響應(yīng)，如果邏輯靶場網(wǎng)關(guān)登記有應(yīng)用A在網(wǎng)關(guān)中的對等映射應(yīng)用AA，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)便會直接把應(yīng)用AA的數(shù)據(jù)以其他“對象”的形式通過其他“中間件”提供給F。如果邏輯靶場網(wǎng)關(guān)沒有登記應(yīng)用AA，網(wǎng)關(guān)同樣需要把F用于請求數(shù)據(jù)的其他“對象”轉(zhuǎn)換成TENA對象通過TENA中間件找到A，A的數(shù)據(jù)以TENA對象的形式提供給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將其轉(zhuǎn)換成其他“對象”提供給F。同時，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)會對A進(jìn)行登記，并建立A的對等映射應(yīng)用AA，邏輯靶場負(fù)責(zé)A和AA之間TENA對象和其他“對象”的轉(zhuǎn)換，以后所有的非TENA應(yīng)用D、E或F再需要A的數(shù)據(jù)時直接由AA提供即可。

同時，由于利用網(wǎng)關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)的TENA網(wǎng)絡(luò)和非TENA網(wǎng)絡(luò)靶場資源之間的信息交互不僅僅限于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，更是包含信息格式、對象模型、通信機(jī)制、環(huán)境理解、時間理解、靶場事件理解等諸多方面的高層次的交互，基于此可以實(shí)現(xiàn)靶場資源的互操作和組合，共同完成特定的靶場運(yùn)作目的。并且一旦邏輯靶場網(wǎng)關(guān)開發(fā)出來，靶場資源的可重用性便不言而喻，這樣便提供了對邏輯靶場互操作、可組合、可重用的驅(qū)動需求的支持。

最后指出，如果是單獨(dú)的非TENA應(yīng)用和邏輯靶場聯(lián)接，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)起來更為簡單，是網(wǎng)絡(luò)形式的簡化，工作原理是一樣的，此時網(wǎng)關(guān)明顯具有接入網(wǎng)關(guān)的特征。

2.2 邏輯靶場網(wǎng)關(guān)應(yīng)該具有的功能

結(jié)合前面對邏輯靶場的位置、作用、信息交互等方面的分析，從靶場運(yùn)作的角度考慮，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)應(yīng)該具有如下功能：

·能夠支持TENA中間件、TENA對象和其他“中間件”、其他“對象”，對于TENA網(wǎng)絡(luò)，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)是TENA應(yīng)用，對于非TENA網(wǎng)絡(luò)，邏輯靶場網(wǎng)關(guān)是該網(wǎng)絡(luò)的非TENA應(yīng)用；

·能夠?qū)ENA對象和其他“對象”進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

·能夠?qū)π碌腡ENA應(yīng)用或者非TENA應(yīng)用進(jìn)行登記注冊，保留這些應(yīng)用的信息；

·能夠動態(tài)地檢測到TENA應(yīng)用和其他非TENA應(yīng)用，并對其進(jìn)行類型判斷，這主要是靠區(qū)分邏輯靶場網(wǎng)關(guān)通過中間件接收的對象類型來實(shí)現(xiàn)，如接收的是TENA對象，表明檢測到一個TENA應(yīng)用；

·能夠?qū)ENA應(yīng)用和非TENA應(yīng)用屬性的更新進(jìn)行響應(yīng)，為訂購屬性的應(yīng)用服務(wù)；

·能夠建立TENA應(yīng)用和非TENA應(yīng)用的本地對等映射，保留網(wǎng)關(guān)所聯(lián)接雙方網(wǎng)絡(luò)的靶場資源應(yīng)用的信息，方便以后快速響應(yīng)這些應(yīng)用的交互需求，這使邏輯靶場網(wǎng)關(guān)具有了路由的能力；

·能夠在TENA應(yīng)用和非TENA應(yīng)用退出邏輯靶場時通知其他應(yīng)用。

3 邏輯靶場網(wǎng)關(guān)的設(shè)計方法

3.1 邏輯靶場網(wǎng)關(guān)的通用設(shè)計方案

美軍FI 2010工程定義了通用的網(wǎng)關(guān)設(shè)計方案，如圖2所示。邏輯靶場網(wǎng)關(guān)一方面通過TENA中間件與TENA邏輯靶場應(yīng)用通信，另一方面又與使用某種其他協(xié)議的另一套靶場資源應(yīng)用通信。

圖2 美軍FI 2010工程定義的邏輯靶場網(wǎng)關(guān)通用設(shè)計方案

和TENA中間件類似，圖2中“其他中間件”表示任何其他靶場資源應(yīng)用中用來通信的混合庫或軟件基礎(chǔ)設(shè)施。對于建模與仿真高層體系結(jié)構(gòu)（High Level Architecture，HLA）仿真［9］而言，“其他中間件”是運(yùn)行時基礎(chǔ)設(shè)施（Run Time Infrastructure，RTI）。對于遵照分布式交互仿真［5］（Distributed Interactive Simulation，DIS）標(biāo)準(zhǔn)的仿真而言，“其他中間件”表示DIS協(xié)議庫。對于靶場儀器儀表、戰(zhàn)術(shù)接口或靶場控制系統(tǒng)而言，“其他中間件”可能是某個公共類庫，或子例程庫，或定制的這些領(lǐng)域應(yīng)用間交互通信軟件。

非TENA體系結(jié)構(gòu)中的靶場資源應(yīng)用的信息根據(jù)采用的特定格式要求編碼成一個軟件對象，表示靶場資源應(yīng)用的交互實(shí)體，這些對象就是圖2中所示的“其他對象”。如果其他的體系結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生了軟件對象，就直接加以使用，比如HLA仿真中基于對象模型模板（Object Model Template，OMT）的聯(lián)邦對象模型（Federal Object Model，F(xiàn)OM）和仿真對象模型（Simulation Object Model，SOM）；但更多的時候是其他的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄或協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Units，PDUs）。

翻譯器作為邏輯靶場網(wǎng)關(guān)的重要組成部分，負(fù)責(zé)TENA的邏輯靶場對象模型（Logic Range Object Model，LROM）對象和非TENA體系結(jié)構(gòu)中的“其他對象”之間相互轉(zhuǎn)換。翻譯器翻譯規(guī)則的設(shè)計是邏輯靶場網(wǎng)關(guān)設(shè)計的核心，必須根據(jù)非TENA體系結(jié)構(gòu)中具體的交互數(shù)據(jù)形式，合理設(shè)計翻譯規(guī)則，進(jìn)行“其他對象”和TENA對象之間的有效映射。翻譯規(guī)則必須考慮所有的對象類型及其屬性，實(shí)現(xiàn)TENA網(wǎng)絡(luò)和非TENA網(wǎng)絡(luò)之間的完全交互，為互操作、可組合、可重用奠定基礎(chǔ)。

3.2 TENA—HLA網(wǎng)關(guān)的設(shè)計方法［6～8］

圖3 TENA—HLA網(wǎng)關(guān)組成模塊

靶場現(xiàn)在有很多基于HLA的仿真系統(tǒng)用于試驗(yàn)訓(xùn)練，這些系統(tǒng)需要“TENA—HLA網(wǎng)關(guān)”才能集成到以TE－NA為體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的邏輯靶場中?；谇拔乃?，TENA—HLA網(wǎng)關(guān)包含三個模塊，TENA管理模塊、HLA管理模塊和網(wǎng)關(guān)管理模塊，如圖3所示。網(wǎng)關(guān)管理模塊可以設(shè)計一個類，負(fù)責(zé)整個網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的啟動、主循環(huán)及退出等協(xié)調(diào)工作和全網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)控。HLA管理模塊相當(dāng)于一個HLA仿真邦員，包含一些交互類、對象類以及和RTI的接口類，實(shí)現(xiàn)對象類、交互類名稱和句柄之間的映射。TENA管理模塊相當(dāng)于一個TENA應(yīng)用，包含SDO、消息、數(shù)據(jù)流等，還包含一個專門的類負(fù)責(zé)TENA對象和HLA對象之間的映射，如TENA對象句柄和HLA對象句柄的相互映射等。

考慮到TENA和HLA之間的區(qū)別，在進(jìn)行TENA—HLA網(wǎng)關(guān)設(shè)計過程中，需要考慮四個層次：

1）TENA公共元模型和HLA OMT層次上的映射轉(zhuǎn)換［10］。TENA公共元模型包括狀態(tài)分布對象（Stateful Distributed Object，SDO）、消息、數(shù)據(jù)流等，而 HLA OMT對象分為“對象類”對象和“交互類”對象。需要從這些元素之間靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為方面的差異出發(fā)，研究二者之間的映射轉(zhuǎn)換，這是TENA—HLA網(wǎng)關(guān)設(shè)計開發(fā)的最底層和基礎(chǔ)性任務(wù)。

2）LROM和FOM／SOM層次上的映射關(guān)系。LROM包含了諸多TENA應(yīng)用的SDO、消息、數(shù)據(jù)流等，F(xiàn)OM／SOM也包含諸多的“對象類”對象及其屬性和“交互類”對象及其屬性。需要從LROM和FOM／SOM的地位和作用出發(fā)，考慮二者之間的映射關(guān)系。

3）TENA中間件和HLA RTI層次上的映射關(guān)系。TENA中間件是TENA網(wǎng)絡(luò)中TENA應(yīng)用之間信息交互的紐帶，HLA RTI是HLA網(wǎng)絡(luò)中HLA仿真應(yīng)用之間信息交互的紐帶，二者雖然都采用了“訂購—服務(wù)”的機(jī)制，但是完成的功能和底層通信機(jī)理大不相同，需要從這兩點(diǎn)出發(fā)，考慮二者的映射關(guān)系。

4）時間管理機(jī)制的協(xié)調(diào)。HLA提供了管理時間的服務(wù)，可以加速時間推進(jìn)到超實(shí)時或放慢時間推進(jìn)到實(shí)時乃至欠實(shí)時。TENA沒有提供時間管理服務(wù)，所有靶場事件總是實(shí)時運(yùn)行的。

4 結(jié)語

邏輯靶場作為一個新興事物，其思想理念和體系結(jié)構(gòu)對于我國靶場信息化建設(shè)而言，具有重大意義。參考邏輯靶場的架構(gòu)體系，從較高層面上對國家靶場信息化建設(shè)進(jìn)行長遠(yuǎn)規(guī)劃，持續(xù)建設(shè)、改進(jìn)，肯定會帶來巨大的功效。

［1］Foundation Initiative 2010Project Office.TENA Architecture Reference Document［M］.United States of America Department of Defense，2002.

［2］曾明亮，劉衍軍，彭小林.邏輯靶場理論與應(yīng)用研究［J］.飛行器測控學(xué)報，2011，30（3）：89－94.

［3］王國玉，馮潤明.邏輯靶場與聯(lián)合試驗(yàn)訓(xùn)練［J］.現(xiàn)代軍事，2006（9）：55－58.

［4］徐忠富，王國玉，張玉竹，等.TENA的現(xiàn)狀和展望［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2004，2（3）：6325－6329.

［5］王焱，胡南煒，李肖堅.DVENET中DIS／HLA網(wǎng)關(guān)的研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2000，12（4）：371－374.

［6］馬越，劉丹，金一丞.分布航海仿真中HLA網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報.2004，25（3）：283－287.

［7］熊正祥，康鳳舉，孫永侃，等.艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真中信息交互的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2009，31（5）：1142－1146.

［8］林新，宋焱，王行仁.戰(zhàn)斗機(jī)飛行仿真系統(tǒng)HLA互聯(lián)系統(tǒng)［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2004，26（12）：2751－2753.

［9］Daniel J.Paterson，et al.Architecture Issues for DIS－TOHLA Conversion［R］.Naval Air Warfare Center Training Systems Division，1997.

［10］United States of America Department of Defense.TENA Architecture Reference Document FI 2010［R］.Foundation Initiative 2010Project Office，2002.