天基信息服務(wù)模式研究

管清波， 馮書(shū)興， 馬彥華

（1.裝備學(xué)院 航天指揮系，北京101416； 2.裝備學(xué)院 訓(xùn)練部，北京101416； 3.裝備學(xué)院 研究生院，北京101416）

信息時(shí)代的作戰(zhàn)，尤其是網(wǎng)絡(luò)中心概念下的作戰(zhàn)，要求通過(guò)信息的共享與同步，以促進(jìn)指揮控制和作戰(zhàn)行動(dòng)的自主協(xié)同和同步。面向服務(wù)架構(gòu)因其具有松耦合、以網(wǎng)絡(luò)為中心、靈活適應(yīng)變化、資源可重用等優(yōu)點(diǎn)，已被認(rèn)為是解決信息共享與同步問(wèn)題的有效手段，并廣泛地用于解決軍事領(lǐng)域的相關(guān)問(wèn)題［1－2］。天基信息系統(tǒng)中的各類(lèi)衛(wèi)星因不受?chē)?guó)界和地理?xiàng)l件限制、覆蓋范圍廣，在情報(bào)獲取和信息傳輸、提供時(shí)空基準(zhǔn)等方面都發(fā)揮了極佳的作戰(zhàn)效能。目前大多數(shù)天基信息的應(yīng)用服務(wù)都是一種典型的自上而下的、以情報(bào)產(chǎn)品為中心的服務(wù)模式，多種類(lèi)型的衛(wèi)星系統(tǒng)相互獨(dú)立、自成體系。隨著衛(wèi)星功能的日臻強(qiáng)大和用戶需求的不斷增加，迫切需要基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，探索滿足不同層次、不同應(yīng)用對(duì)象作戰(zhàn)需求的天基服務(wù)模式，解決目前天基信息應(yīng)用模式單一、缺少靈活性、效率低等問(wèn)題。通過(guò)服務(wù)模式組合和協(xié)同各類(lèi)服務(wù)資源，可滿足多樣化作戰(zhàn)任務(wù)下對(duì)天基信息的需求，解決天基信息的共享、同步與協(xié)同問(wèn)題。

美軍提出了天基對(duì)地觀測(cè)情報(bào)信息的“信息推送”（information push）和“靈活索取”（smart pull）2種模式，并強(qiáng)調(diào)“靈活索取”模式要求以Web服務(wù)和面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，建立完善的情報(bào)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)［3］。國(guó)內(nèi)研究多集中在信息的分發(fā)模式上：文獻(xiàn)［4］將遙感信息服務(wù)模式分為直接模式、組合模式和協(xié)同模式。這些研究從不同角度對(duì)信息的分發(fā)服務(wù)模式進(jìn)行了探索，但面向服務(wù)思想中的服務(wù)是一個(gè)廣義的概念，認(rèn)為一切資源都是服務(wù)，信息分發(fā)服務(wù)只是信息服務(wù)的重要組成部分。本文首先研究天基信息服務(wù)的基本概念，在此基礎(chǔ)上，提出3類(lèi)9種天基信息服務(wù)模式，最后通過(guò)對(duì)各種模式的對(duì)比分析，說(shuō)明其應(yīng)用特點(diǎn)和范圍。

1 天基信息服務(wù)與天基服務(wù)模式

面向服務(wù)的基本思想可總結(jié)為一切都是服務(wù)，在此體系結(jié)構(gòu)下的一切資源都可以采用服務(wù)的方式來(lái)表達(dá)。把這個(gè)思想應(yīng)用于天基信息服務(wù)中就可理解為與天基信息相關(guān)的一切數(shù)據(jù)資源、處理軟件和成果都可封裝為服務(wù)的形式，在統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)下進(jìn)行組合和再生產(chǎn)，滿足不同用戶的需求。《中國(guó)人民解放軍軍語(yǔ)》中將信息服務(wù)定義為“為用戶提供信息接收、處理、查詢、傳遞、存儲(chǔ)、檢索、分發(fā)等活動(dòng)的統(tǒng)稱(chēng)”，而將情報(bào)分發(fā)定義為“將情報(bào)送達(dá)情報(bào)使用對(duì)象的過(guò)程”，可見(jiàn)，信息服務(wù)的含義要比情報(bào)分發(fā)服務(wù)寬泛得多——不僅僅提供信息分發(fā)服務(wù)，而是將信息處理、存儲(chǔ)等都包含其中，這正好吻合了面向服務(wù)的理念，將用戶需求牽引下的一切活動(dòng)都視為服務(wù)。

定義1 天基信息服務(wù)是天基信息系統(tǒng)為用戶提供信息獲取、接收、處理、查詢、傳遞、存儲(chǔ)、檢索、分發(fā)等活動(dòng)的統(tǒng)稱(chēng)。

所謂模式，簡(jiǎn)單來(lái)講，就是針對(duì)工程實(shí)踐中反復(fù)出現(xiàn)的特定領(lǐng)域中的特定問(wèn)題得出的最佳解決方案的總結(jié)和提煉，并對(duì)以后實(shí)踐中出現(xiàn)的相同問(wèn)題提供解決方案和指導(dǎo)方法。一個(gè)模式是針對(duì)在某個(gè)特定場(chǎng)景下出現(xiàn)的特定問(wèn)題的最可行的解決方案的范例的抽象［5］。信息服務(wù)模式是對(duì)信息服務(wù)活動(dòng)的組成要素及這些要素之間相互關(guān)系的描述［6］，本質(zhì)就是信息服務(wù)在其活動(dòng)過(guò)程中為滿足用戶需求，調(diào)整各構(gòu)成要素之間相互關(guān)系組合而形成的一種信息服務(wù)工作模式［7］。信息服務(wù)模式中包括服務(wù)使用者、服務(wù)提供者、服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)策略與 約 束 等4個(gè) 要 素［8－10］，并 需 要 研 究 這些要素在信息服務(wù)過(guò)程中的作用及其相互關(guān)系。

定義2 天基信息服務(wù)模式就是基于面向服務(wù)的思想，針對(duì)不同的作戰(zhàn)需求，對(duì)天基信息資源、天基信息用戶和天基信息內(nèi)容等要素在支持作戰(zhàn)應(yīng)用過(guò)程中的作用和相互關(guān)系進(jìn)行歸納總結(jié)，抽象和描述天基信息的作戰(zhàn)服務(wù)規(guī)律。

2 天基信息服務(wù)模式種類(lèi)及描述

通過(guò)對(duì)用戶的作戰(zhàn)需求和天基信息支持作戰(zhàn)過(guò)程的分析，可以將天基信息服務(wù)模式分為3類(lèi)9種服務(wù)模式。

2.1 推送服務(wù)模式

推送服務(wù)模式是系統(tǒng)主動(dòng)獲取、處理天基信息，并把形成的天基信息產(chǎn)品傳遞給合適的用戶，目的是減少需求傳遞環(huán)節(jié)，縮短信息流程，提高天基信息的時(shí)效性。推送服務(wù)模式可分為以下3種服務(wù)模式。

1）主動(dòng)推送服務(wù)模式。就是對(duì)用戶的作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)行動(dòng)和行為習(xí)慣進(jìn)行研究、分析，提取和預(yù)測(cè)用戶對(duì)天基信息需求的興趣點(diǎn)，向用戶主動(dòng)推送其可能需要的、有針對(duì)性的天基信息。此模式的關(guān)鍵在于建立用戶信息庫(kù)，跟蹤和記錄用戶的行為信息；建立信息需求案例庫(kù)，構(gòu)建用戶需求管理和預(yù)測(cè)模型對(duì)用戶需求進(jìn)行預(yù)測(cè)；根據(jù)需求預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)信息資源進(jìn)行篩選和綜合集成，進(jìn)而向用戶推送信息服務(wù)，使主動(dòng)推送服務(wù)具有針對(duì)性和精確性。

主動(dòng)推送服務(wù)模式如圖1所示。

圖1 主動(dòng)推送服務(wù)模式

2）定制推送服務(wù)模式。用戶根據(jù)自己的需要和天基信息系統(tǒng)的能力，選擇自己所需要信息和功能進(jìn)行訂閱，系統(tǒng)按照用戶訂閱的主題進(jìn)行信息的選取、組織和綜合集成，生成情報(bào)信息產(chǎn)品，推送給用戶。用戶在進(jìn)行信息訂閱時(shí)可自主選擇。定制推送服務(wù)模式是由用戶指定的信息服務(wù)需求驅(qū)動(dòng)的，關(guān)鍵是要求用戶對(duì)天基信息系統(tǒng)的能力和狀態(tài)比較了解，可制訂出合理的需求。定制推送服務(wù)模式分為2種：①定期推送方式，其主要是針對(duì)用戶相對(duì)穩(wěn)定的服務(wù)需求，如環(huán)境、氣象、衛(wèi)星過(guò)頂?shù)裙残畔⒎?wù)；②及時(shí)推送方式，它主要是針對(duì)突發(fā)事件的預(yù)警信息服務(wù)。

定制推送服務(wù)模式如圖2所示。

圖2 定制推送服務(wù)模式

3）應(yīng)急推送服務(wù)模式。主要是對(duì)所獲取的突發(fā)事件的信息進(jìn)行快速處理和分發(fā)，將信息主動(dòng)推送給相關(guān)用戶的過(guò)程。它彌補(bǔ)了主動(dòng)推送服務(wù)模式因戰(zhàn)爭(zhēng)偶然性和不確定性而難以對(duì)未來(lái)需求進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，定制服務(wù)模式?jīng)]有考慮因戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)變化而產(chǎn)生的用戶需求的動(dòng)態(tài)性問(wèn)題。此模式的關(guān)鍵在于對(duì)突發(fā)事件信息的判斷和選擇最短路徑將突發(fā)事件信息推送給合適的用戶。

應(yīng)急推送服務(wù)模式如圖3所示。

圖3 應(yīng)急推送服務(wù)模式

2.2 在線共享服務(wù)模式

在線共享服務(wù)模式是用戶主動(dòng)通過(guò)門(mén)戶節(jié)點(diǎn)，瀏覽、查詢和下載權(quán)限內(nèi)的天基信息，調(diào)用天基信息處理等功能服務(wù)。目的是通過(guò)分級(jí)開(kāi)放數(shù)據(jù)／信息服務(wù)和功能服務(wù)，使用戶可以根據(jù)需要和權(quán)限與系統(tǒng)交互，獲得所需服務(wù)，提高信息服務(wù)的針對(duì)性。在線共享服務(wù)模式可分為以下2種服務(wù)模式。

1）在線數(shù)據(jù)共享服務(wù)模式。用戶通過(guò)登錄門(mén)戶網(wǎng)站，獲得相應(yīng)的天基信息訪問(wèn)權(quán)限，進(jìn)行天基信息的查詢和下載。這種模式是用戶參與的一種被動(dòng)服務(wù)模式，由于天基信息的海量和復(fù)雜性，信息的查找可能難以一次達(dá)到目的，需要不斷地逼近目標(biāo)。

在線數(shù)據(jù)共享服務(wù)模式如圖4所示。

圖4 在線數(shù)據(jù)共享服務(wù)模式

2）在線功能共享服務(wù)模式。這是比較簡(jiǎn)單的直接服務(wù)模式，用戶通過(guò)門(mén)戶節(jié)點(diǎn)的軟件服務(wù)接口，直接調(diào)用權(quán)限內(nèi)的功能軟件，軟件功能的更新和升級(jí)由系統(tǒng)自動(dòng)在后臺(tái)進(jìn)行，用戶只需按規(guī)定的接口調(diào)用即可，這種模式也稱(chēng)為軟件即服務(wù)（software as a service，SaaS）模式，是目前最為常見(jiàn)且使用最多的一種云計(jì)算服務(wù)模式。其本質(zhì)就是云計(jì)算服務(wù)提供商根據(jù)用戶某種特定需求提供其消費(fèi)的計(jì)算能力，針對(duì)的是最終用戶，使用戶可方便地共享軟件服務(wù)功能，而不必在負(fù)擔(dān)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序管理、監(jiān)控、維護(hù)和災(zāi)難恢復(fù)等成本。

2.3 協(xié)同服務(wù)模式

協(xié)同服務(wù)模式是根據(jù)作戰(zhàn)需求，統(tǒng)一調(diào)配天基信息資源，使它們相互配合，共同完成信息的獲取、處理和傳輸?shù)热蝿?wù)。目的是打破服務(wù)資源（或系統(tǒng)）之間的各種壁壘和邊界，使它們?yōu)楣餐哪繕?biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)和協(xié)同運(yùn)作，通過(guò)對(duì)各種天基信息服務(wù)資源最大的開(kāi)發(fā)利用和增值以充分達(dá)成一致的作戰(zhàn)目的。 協(xié)同服務(wù)模式如圖5所示。

圖5 實(shí)時(shí)目標(biāo)指示任務(wù)的服務(wù)協(xié)同模式

根據(jù)不同作戰(zhàn)任務(wù)對(duì)天基信息服務(wù)需求，天基信息協(xié)同服務(wù)模式可分為4種服務(wù)模式。

1）時(shí)域協(xié)同服務(wù)模式。調(diào)度天基信息資源，使其能在給定的時(shí)間范圍對(duì)地面目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行不間斷的觀測(cè)，并按時(shí)間順序進(jìn)行航跡融合等，獲得一定時(shí)間范圍內(nèi)目標(biāo)的變化（如運(yùn)動(dòng)軌跡）。除同步衛(wèi)星外，對(duì)于低、中軌道衛(wèi)星的軌道特性，衛(wèi)星對(duì)地面目標(biāo)的重訪周期一般較長(zhǎng)，要獲得對(duì)目標(biāo)的不間斷偵察，就需要多顆衛(wèi)星按一定的時(shí)間順序?qū)o定目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，每一顆衛(wèi)星都要在前一個(gè)衛(wèi)星偵察的基礎(chǔ)上，接收目標(biāo)指示信息，進(jìn)行目標(biāo)接替。此模式的關(guān)鍵在于衛(wèi)星的動(dòng)態(tài)任務(wù)規(guī)劃和調(diào)度，常用于對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的偵察監(jiān)視。由于目標(biāo)的動(dòng)態(tài)性，其地理位置和環(huán)境隨時(shí)間而變，因此必須及時(shí)處理和傳輸衛(wèi)星所獲信息，并利用獲得目標(biāo)信息指引下一衛(wèi)星協(xié)同偵察。不同階段所獲取的信息在進(jìn)行下一步處理或傳遞給用戶的同時(shí)，進(jìn)行編目并寫(xiě)入相應(yīng)的衛(wèi)星信息數(shù)據(jù)庫(kù)，以便共享。

2）頻域協(xié)同服務(wù)模式。調(diào)度天基信息資源，對(duì)給定的目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行頻譜覆蓋，獲得目標(biāo)或區(qū)域的全頻／譜域信息。由于衛(wèi)星的載荷特性的不同，衛(wèi)星的信息獲取能力有所區(qū)別。以成像偵察衛(wèi)星為例，按獲取圖像信息的傳感器不同，可分為光學(xué)型和雷達(dá)型，光學(xué)成像偵察衛(wèi)星又根據(jù)載荷的不同分為可見(jiàn)光、紅外、多光譜和超光譜成像偵察衛(wèi)星等。不同類(lèi)型成像偵察衛(wèi)星在頻域的協(xié)同，可以有效識(shí)別偽裝，克服天候限制，有利于目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)與識(shí)別；電子偵察和成像偵察的配合，可獲得目標(biāo)的光學(xué)和電子特征信息，有利于對(duì)目標(biāo)的精準(zhǔn)識(shí)別。此模式的關(guān)鍵在于根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、衛(wèi)星軌道和載荷特性，對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃和調(diào)度，通過(guò)統(tǒng)一的指揮控制完成協(xié)同偵察任務(wù)。

3）空域協(xié)同服務(wù)模式。調(diào)度天基信息資源，使其能在一定時(shí)間期限內(nèi)對(duì)戰(zhàn)區(qū)／熱點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行區(qū)域覆蓋，獲得該戰(zhàn)區(qū)／熱點(diǎn)地區(qū)的目標(biāo)觀測(cè)信息、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息、預(yù)警信息等。由于衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)區(qū)一般為帶狀區(qū)域，單顆衛(wèi)星難以形成對(duì)戰(zhàn)區(qū)的全面覆蓋，因此需要多顆衛(wèi)星協(xié)同完成對(duì)戰(zhàn)區(qū)的偵察監(jiān)視任務(wù)。此模式的關(guān)鍵在于根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、衛(wèi)星軌道和載荷特性，對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃和調(diào)度，通過(guò)統(tǒng)一的指揮控制完成協(xié)同偵察任務(wù)。

4）混合協(xié)同服務(wù)模式?？紤]用戶對(duì)天基信息的時(shí)頻空綜合需求，統(tǒng)一調(diào)度天基信息資源，使其能獲得完整、精確的戰(zhàn)場(chǎng)信息，并及時(shí)傳遞給用戶。這種協(xié)同模式需要綜合考慮信息獲取、處理、傳輸?shù)榷喾N服務(wù)，復(fù)雜度較高，而且在不同的協(xié)同服務(wù)需求下，參與協(xié)同的資源、協(xié)同時(shí)間和協(xié)同方式有較大區(qū)別，需要在一定的協(xié)同規(guī)則支持下統(tǒng)一進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃和分配?？傊?，混合協(xié)同服務(wù)模式是以上時(shí)域協(xié)同、空域協(xié)同和頻域協(xié)同模式的綜合，服務(wù)資源之間的關(guān)系既有并聯(lián)關(guān)系，各服務(wù)之間按規(guī)劃結(jié)果各自執(zhí)行自己的任務(wù)，最后結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一的集成；也有串聯(lián)關(guān)系，各服務(wù)之間需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，或作為后一服務(wù)的驅(qū)動(dòng)。

3 天基信息服務(wù)模式的比較分析

天基信息的9種服務(wù)模式并不是完全割裂的，可根據(jù)需求單獨(dú)使用，或結(jié)合使用。如美軍的“信息推送”和“靈活索取”就各有所長(zhǎng)，過(guò)多的“信息推送”往往會(huì)造成下級(jí)信息鏈路過(guò)載的情況，但如果安排合理則可以避免；“靈活索取”方式可避免接收部門(mén)的通信鏈路飽和，可以實(shí)現(xiàn)按需索取，不但提高了對(duì)用戶個(gè)性化情報(bào)需求的響應(yīng)能力，也節(jié)省了通信帶寬。

表1對(duì)以上各類(lèi)進(jìn)行比較分析，為合理地應(yīng)用這些模式提供參考。

表1 天基信息服務(wù)模式的比較

4 結(jié) 束 語(yǔ)

合理、高效、靈活的信息服務(wù)是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)奪取信息優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。通過(guò)建立具有共性并兼顧個(gè)性化需求的天基信息服務(wù)模式，理順天基信息服務(wù)過(guò)程中所涉及的多種資源、多種角色的關(guān)系，使它們彼此相互作用、相互協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)天基信息的共享、同步與協(xié)同。

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［1］舒振，陳洪輝，羅雪山.基于SOA的軍事電子信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)方法［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2010，38（3）：44－52.

［2］吳天昊，王倩，程曉雷.基于面向服務(wù)架構(gòu)的電子對(duì)抗情報(bào)系統(tǒng)集成［J］.電子對(duì)抗，2011（3）：33－37.

［3］唐寧.空間信息柵格系統(tǒng)框架、服務(wù)體系與服務(wù)聚合技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)，2004：25－27.

［4］李德仁，朱慶，朱欣焰，等.面向任務(wù)的遙感信息聚焦服務(wù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2010（11）：23－24.

［5］陳琦程.面向服務(wù)的行業(yè)解決方案：原理方法和實(shí)踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011：41－42.

［6］陳建龍.信息服務(wù)模式研究［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，2003，40（3）：23－26.

［7］郭海明.數(shù)字圖書(shū)館信息服務(wù)模式的研究［J］.情報(bào)科學(xué)，2005，23（10）：45－48.

［8］陳應(yīng)東.空間信息服務(wù)模式的研究與實(shí)踐［D］.鄭州：信息工程大學(xué)，2008：30－39.

［9］AKSOY D，ALTINEL M，BOSE R，et al.Research in data broadcast and dissemination［EB／OL］.［2012－05－20］.http：／／pdf.aminer.org／000／040／292／research－in－data＿broadcast＿and＿dissemination.pdf.

［10］CZAJKOWSKI K，F(xiàn)ITZGERALD S，F(xiàn)OSTER I，et al.Grid information services for distributed resource sharing［C］／／IEEE.Proc.of the 10thIEEE International Symposium on High Performance Distributed Computing.San Francis：IEEE，2001：1－13.