作戰(zhàn)云體系結(jié)構(gòu)研究

趙國宏

1.第二炮兵裝備研究院北京100094

1 作戰(zhàn)云發(fā)展需求

1.1 作戰(zhàn)云概念內(nèi)涵

當(dāng)前,云計(jì)算和大數(shù)據(jù)在民用領(lǐng)域和外軍中可謂風(fēng)起“云”涌,但是,在我軍的應(yīng)用尚處于研究探索階段,尚存在一些誤區(qū):一是所謂的“云”山霧罩.即究竟什么是云計(jì)算和大數(shù)據(jù)？云計(jì)算與分布式計(jì)算,大數(shù)據(jù)與海量數(shù)據(jù)有何區(qū)別.二是所謂的人“云”亦“云”.包括中與外的關(guān)系:即云計(jì)算起源于國外,是否符合我國國情;軍與民的關(guān)系:即云計(jì)算在民用領(lǐng)域風(fēng)生水起,是否適合軍事運(yùn)用;近與遠(yuǎn)的關(guān)系,即當(dāng)前軍事信息系統(tǒng)正處在信息化建設(shè)的初級階段,是否具備向云計(jì)算轉(zhuǎn)型的條件;簡與繁的關(guān)系,即實(shí)現(xiàn)云計(jì)算需要對現(xiàn)行體制機(jī)制以及信息系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改造,是否會把簡單問題復(fù)雜化,造成應(yīng)用的“斷片”等等.因此,迫切需要撥“云”見日.實(shí)際上,云計(jì)算不僅是一項(xiàng)新的技術(shù),更是一種新的理念和新的模式,是信息化條件下作戰(zhàn)體系建設(shè)的必然要求.

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)學(xué)會對云計(jì)算的官方定義為[1]:是一種圍繞分布式共享計(jì)算資源(如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲器、應(yīng)用程序和服務(wù)等)的創(chuàng)新運(yùn)用模式.資源提供者可以方便而快速地提供計(jì)算資源,而無處不在的資源需求者可以便利地使用共享的遠(yuǎn)程計(jì)算資源.云計(jì)算通俗講就是基于互聯(lián)網(wǎng)的存儲和計(jì)算.作戰(zhàn)云就是基于網(wǎng)絡(luò)化的信息基礎(chǔ)設(shè)施,采用面向服務(wù)的模式,為指揮決策、部隊(duì)行動、武器打擊提供按需、便捷、快速的專業(yè)、權(quán)威的數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù).同民用“云”相比較,作戰(zhàn)云的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面,一是更嚴(yán)酷的環(huán)境,特別是通信傳輸環(huán)境難以保證,對可靠性要求更高.同時(shí),在體系對抗條件下,對其安全性要求也更高;二是更嚴(yán)格的要求,包括信息服務(wù)的正確性、精確性、實(shí)時(shí)性等,直接關(guān)系決策正確、行動準(zhǔn)確、打擊精確,對專業(yè)化的要求更高;三是更嚴(yán)密的組織,民用云是市場化運(yùn)作和驅(qū)動,軍事信息系統(tǒng)則具有很強(qiáng)的計(jì)劃性,即必須依托于嚴(yán)密的組織機(jī)構(gòu),在嚴(yán)密的作戰(zhàn)規(guī)則下運(yùn)行.

1.2 作戰(zhàn)云發(fā)展需求

基于網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)理念,發(fā)展作戰(zhàn)云的必要性源于3個(gè)“動”.一是打擊目標(biāo)的動態(tài)性不斷提高.現(xiàn)代戰(zhàn)爭無導(dǎo)不成戰(zhàn),就以導(dǎo)彈為例,其作戰(zhàn)能力已從打擊固定目標(biāo),打擊時(shí)敏目標(biāo),向打擊移動目標(biāo)拓展.二是武器平臺的動態(tài)性不斷提高.仍以導(dǎo)彈為例,已從固定陣地發(fā)射向無依托機(jī)動發(fā)射轉(zhuǎn)變,從固定彈道到機(jī)動彈道轉(zhuǎn)變.三是作戰(zhàn)環(huán)境的動態(tài)性不斷提高.信息化作戰(zhàn)條件下,敵情、我情、戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變.上述變化,將引發(fā)作戰(zhàn)樣式、指揮模式、保障模式的一系列變革,從而對信息化作戰(zhàn)體系提出了新的更高的要求.一是柵格化組網(wǎng)能力,主要包括即插即用的隨遇接入能力、高速寬帶的通信傳輸能力、多路由動態(tài)的組網(wǎng)能力、靈活組網(wǎng)柔性重組的智能網(wǎng)控能力等.二是一體化指揮能力,主要包括精確化的態(tài)勢融合能力、智能化的任務(wù)規(guī)劃能力、全維化的指揮控制能力等.三是服務(wù)化保障能力,主要包括統(tǒng)一的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)保障能力、專業(yè)的信息融合能力、快速的系統(tǒng)部署能力、可靠的信息安全保障能力等.上述需求,無不對建設(shè)和運(yùn)用作戰(zhàn)云提出新的更高的要求.

2 作戰(zhàn)云體系結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

實(shí)踐表明,單純系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)集成式的體系架構(gòu)只是信息化作戰(zhàn)體系發(fā)展的初級階段,因?yàn)槊總€(gè)系統(tǒng)、每個(gè)網(wǎng)實(shí)質(zhì)仍是小而全的系統(tǒng),背后是條塊分割的組織機(jī)構(gòu),很難真正圍繞作戰(zhàn)融合成為有機(jī)的體系,從而無法實(shí)現(xiàn)無縫的協(xié)同和聯(lián)合.必須升華為網(wǎng)絡(luò)信息體系,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)主要解決“聯(lián)”的問題,信息解決“用”的問題,體系才能解決“強(qiáng)”的問題.

因此,遵循面向服務(wù)的理念,參照民用云計(jì)算體系結(jié)構(gòu),作戰(zhàn)云系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)包括:一個(gè)網(wǎng)絡(luò),即信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò);二類服務(wù),即運(yùn)維服務(wù)和應(yīng)用服務(wù);三種應(yīng)用,即指揮決策、部隊(duì)行動、武器打擊,體現(xiàn)分類指導(dǎo)、分層應(yīng)用.如圖1所示.

圖1 作戰(zhàn)云系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.2 技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

關(guān)于云計(jì)算的技術(shù)架構(gòu),學(xué)術(shù)界公認(rèn)的是三層架構(gòu)[1](服務(wù)方式),即軟件即服務(wù)(Software as a service,Saas)、平臺即服務(wù)(Platform as a service,Paas)、設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a service,Iaas),隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,出現(xiàn)了四層架構(gòu)模式,即增加數(shù)據(jù)即服務(wù)(Data as a service,Daas),核心是基于大數(shù)據(jù)技術(shù),為用戶提供數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù).

針對云計(jì)算軍事應(yīng)用的特點(diǎn),這里提出作戰(zhàn)云的五層架構(gòu)模式,即增加組織即服務(wù)(Organization as a service,Oaas),以便針對定制需求提供完整的信息服務(wù)解決方案.如圖2所示.軍隊(duì)信息化建設(shè)實(shí)踐表明,條跨分割、各自為政的機(jī)械化的編制體制是無法適應(yīng)信息化作戰(zhàn)要求,沒有服務(wù)化的組織保證,作戰(zhàn)云以及所謂的聯(lián)合作戰(zhàn)仍將是無本之木,無源之水.

圖2 作戰(zhàn)云技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

1)組織即服務(wù)(Oaas).關(guān)鍵詞是集約化.即以組織的形式提供完整的信息服務(wù).一是信息服務(wù)體制.建立合理分類、分層整合的信息保障機(jī)構(gòu)和信息服務(wù)中心,打破體制壁壘.第一是政令分離的指揮體制,實(shí)施軍政、軍令分離,打破利益圈子;第二是集約化的信息服務(wù)體制.以美國為例,美軍的組織結(jié)構(gòu)調(diào)整往往是通過戰(zhàn)爭實(shí)踐“自覺”完成的[2].1972年以前,從二戰(zhàn)到越南戰(zhàn)爭,美軍無論炮彈還是炸彈等武器裝備主要依靠測繪體系實(shí)施服務(wù)保障,其主要保障機(jī)構(gòu)是國防測繪局.從海灣戰(zhàn)爭起,精確制導(dǎo)武器在戰(zhàn)爭中成為主角,可見光和紅外制導(dǎo)極大依賴影像數(shù)據(jù)支撐,國家圖像判讀中心作用日益重要,但是戰(zhàn)爭實(shí)踐表明,影像信息不與定位數(shù)據(jù)結(jié)合同樣不能發(fā)揮作用,于是,戰(zhàn)后的1996年,美國整合地理信息與影像處理部門,成立了國家圖像與測繪局.科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭中,外科手術(shù)式打擊、斬首行動、引導(dǎo)打擊等新樣式的紛紛出現(xiàn),除地理與影像保障外,綜合情報(bào)信息的作用同樣必不可少,于是,2003年,美軍又整合部分情報(bào)及保障要素成立了國家地理空間情報(bào)局,以便為精確制導(dǎo)武器作戰(zhàn)提供統(tǒng)一完整的信息服務(wù)保障.另據(jù)報(bào)道,2014年開始,國家地理空間情報(bào)局已開始嘗試將云計(jì)算引入地理空間情報(bào)領(lǐng)域[3].二是信息服務(wù)機(jī)制.應(yīng)建立科學(xué)的數(shù)據(jù)采集、處理、分發(fā)、共享機(jī)制及信息服務(wù)規(guī)則,以打破機(jī)制羈絆.由此可見,組織既是能力所系,更是責(zé)任的體現(xiàn).目前我軍的當(dāng)務(wù)之急是要按照信息化作戰(zhàn)要求進(jìn)行組織再造和流程再造.

2)軟件即服務(wù)(Saas).關(guān)鍵詞是個(gè)性化.作戰(zhàn)能力實(shí)際上區(qū)分為決策籌劃能力、行動組織能力、武器打擊能力,因此,指揮信息系統(tǒng)必須面向籌劃、面向行動、面向武器,所以,作戰(zhàn)云的服務(wù)必須區(qū)分為面向戰(zhàn)略戰(zhàn)役層的指揮決策服務(wù)、面向戰(zhàn)術(shù)層的作戰(zhàn)行動服務(wù)以及面向武器平臺打擊的制導(dǎo)服務(wù)等層次實(shí)施分類指導(dǎo),提供個(gè)性化服務(wù).

3)數(shù)據(jù)即服務(wù)(Daas).關(guān)鍵詞是融合化.核心是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)聚類和數(shù)據(jù)展現(xiàn)技術(shù).其中數(shù)據(jù)采集重點(diǎn)解決數(shù)據(jù)交互與保鮮機(jī)制;數(shù)據(jù)管理重點(diǎn)解決結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的綜合管理;數(shù)據(jù)分析主要是數(shù)據(jù)清洗,核心是低價(jià)值密度數(shù)據(jù)的去偽存真、去粗取精;數(shù)據(jù)挖掘核心是數(shù)據(jù)的演化預(yù)測;數(shù)據(jù)聚類主要是與關(guān)注對象(區(qū)域、時(shí)間)為索引的全源信息融合;數(shù)據(jù)展現(xiàn)主要是數(shù)據(jù)的多媒體關(guān)聯(lián)展示.

4)平臺即服務(wù)(Paas).關(guān)鍵詞是智能化.美國國防高級研究計(jì)劃局正在開發(fā)一種彈性云計(jì)算服務(wù)設(shè)施[4],以支持各種軍事任務(wù).這種基于軍事任務(wù)的彈性云計(jì)算項(xiàng)目旨在最終建立一個(gè)堅(jiān)固的設(shè)施,即使遭受賽博攻擊,也可以繼續(xù)運(yùn)作,支持軍事任務(wù).要盡快開發(fā)具有我軍特色的云計(jì)算平臺,平時(shí)為作戰(zhàn)數(shù)據(jù)、任務(wù)規(guī)劃周密準(zhǔn)備提供支撐,戰(zhàn)時(shí)為作戰(zhàn)保障成果快速生成提供支撐,解決目前人工多、自動少,串行多、并行少,獨(dú)立多、聯(lián)合少的服務(wù)保障問題.基于云計(jì)算平臺實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)任務(wù)分配和成果融合的自動化,能夠充分利用多機(jī)多核資源,使得運(yùn)行效率得到大幅度提升.云計(jì)算平臺支撐面向遠(yuǎn)程應(yīng)用的軟件開發(fā)與部署、面向越級指揮和聯(lián)合作戰(zhàn)的服務(wù)保障、面向不同作戰(zhàn)樣式的柔性擴(kuò)展.

5)設(shè)施即服務(wù)(Iaas).關(guān)鍵詞是自主化.要基于網(wǎng)絡(luò)化的信息基礎(chǔ)設(shè)施,實(shí)現(xiàn)存儲與計(jì)算資源的虛擬化與泛在化,發(fā)揮有限資源的最大效益.要大力發(fā)展國產(chǎn)化自主可控基礎(chǔ)設(shè)施,為面向賽博對抗的高安全可信保證.

2.3 體系結(jié)構(gòu)演進(jìn)

為實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)化軍事信息系統(tǒng)向服務(wù)化的作戰(zhàn)云轉(zhuǎn)變,在組織層按照信息化、服務(wù)化的要求改革,實(shí)行政令分離體制,按照信息流程和指揮流程要求整合相關(guān)機(jī)構(gòu)及職責(zé);明確服務(wù)化運(yùn)作機(jī)制和相關(guān)作戰(zhàn)規(guī)則.在基礎(chǔ)層整合現(xiàn)有計(jì)算設(shè)備和存儲設(shè)備,采用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)可共享的計(jì)算服務(wù)、存儲服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù).在平臺層按照服務(wù)化構(gòu)架統(tǒng)一軟件開發(fā)、部署、運(yùn)行模式,提供可伸縮、可重組、可擴(kuò)展,安全可信的支撐環(huán)境.在數(shù)據(jù)層針對指揮決策、部隊(duì)行動、武器打擊需求,采用大數(shù)據(jù)技術(shù)開發(fā)數(shù)據(jù)分析、挖掘、匯聚模型,建立機(jī)制.應(yīng)用層一是面向任務(wù)開發(fā)元計(jì)算模型,二是按照Web模式對應(yīng)用軟件進(jìn)行改造,從而形成“云+端”的服務(wù)模式.實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)云的“柔性重組、按需服務(wù)、無縫交聯(lián)、協(xié)同運(yùn)用”.

3 作戰(zhàn)云運(yùn)行模式

“云”無常形,云計(jì)算一般包括4種配置模式[1]:一是私有配置模式.計(jì)算資源或服務(wù)專門為某個(gè)特定的組織提供,不對組織以外的人開放.二是公共配置模式.計(jì)算資源或服務(wù)對任何人開放.三是社區(qū)配置模式.計(jì)算資源或服務(wù)僅對某些具有相同興趣愛好或?qū)I(yè)領(lǐng)域的一群人(形象地稱為“社區(qū)”)開放.四是混合配置模式.混合模式是指同時(shí)存在以上3種情況.美國國防部將要實(shí)施的云計(jì)算構(gòu)架采取的就是“混合配置”模式,是構(gòu)成未來聯(lián)合信息環(huán)境的主要模式.

美軍將作戰(zhàn)云進(jìn)一步區(qū)分為戰(zhàn)略云和戰(zhàn)術(shù)云[5].戰(zhàn)略云是指為美軍在美國大陸與海外各基地、港口、場站、兵營等永久軍事設(shè)施提供各類保密或非保密語音、視頻、數(shù)據(jù)服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò).這些網(wǎng)絡(luò)通常采用固定的光纖骨干網(wǎng)(帶寬達(dá)100mb/s),連接到中央管理的服務(wù)器／路由器集群設(shè)備,這些集群設(shè)備又接入全球信息柵格,由統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)集成中心和網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)與安全中心進(jìn)行管控.戰(zhàn)術(shù)云與戰(zhàn)略云有很大區(qū)別,這從根本上決定了戰(zhàn)術(shù)云在參與構(gòu)建聯(lián)合信息環(huán)境過程中的特殊性.本質(zhì)上講,戰(zhàn)術(shù)云是一種臨時(shí)網(wǎng)絡(luò),不能依托永久的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,而總是在嚴(yán)苛的戰(zhàn)場環(huán)境下臨時(shí)構(gòu)設(shè).在具體實(shí)施過程中,信號連在旅信號參謀軍官的戰(zhàn)術(shù)控制下行動,而旅信號參謀軍官負(fù)責(zé)作戰(zhàn)指揮服務(wù)器的操作與維護(hù).

針對軍事應(yīng)用特點(diǎn),作戰(zhàn)云可能包括4種應(yīng)用模式:

一是面向戰(zhàn)略戰(zhàn)役層的分布式.該類作戰(zhàn)云適用于戰(zhàn)略戰(zhàn)役級固定指揮所,其組成結(jié)構(gòu)包括固定的骨干通信網(wǎng)絡(luò),作戰(zhàn)數(shù)據(jù)、任務(wù)規(guī)劃、作戰(zhàn)保障等信息服務(wù)中心以及各級各類指揮所.其運(yùn)行模式是作戰(zhàn)指揮網(wǎng)絡(luò)連接呈分布式部署的各類信息服務(wù)中心與各級指揮所,指揮所采取“推送”和“定制”相結(jié)合的方式依據(jù)作戰(zhàn)規(guī)則獲取信息服務(wù)中心提供的信息實(shí)施指揮決策和作戰(zhàn)控制.

二是面向戰(zhàn)術(shù)層的伴隨式.該類作戰(zhàn)云適用于戰(zhàn)術(shù)單位的機(jī)動指揮所,其組成結(jié)構(gòu)包括區(qū)域無線通信網(wǎng)、各類信息服務(wù)與伴隨保障車以及指揮控制車等.其運(yùn)用模式是各類信息服務(wù)與保障要素按照作戰(zhàn)單元編組伴隨機(jī)動指揮系統(tǒng)部署,行動前預(yù)先下載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù),指揮所采取集中方式實(shí)施行動規(guī)劃和作戰(zhàn)控制.

三是面向分隊(duì)、單兵的集成式.該類作戰(zhàn)云適用于機(jī)動分散作業(yè)的保障分隊(duì)及單兵,其組成結(jié)構(gòu)包括區(qū)域無線通信網(wǎng)和綜合信息服務(wù)終端.其運(yùn)用模式是綜合信息終端動態(tài)接入?yún)^(qū)域通信網(wǎng)絡(luò),行動前預(yù)先下載應(yīng)用系統(tǒng)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式向指揮所報(bào)告情況、傳送保障信息,獲取行動指令.根據(jù)《網(wǎng)絡(luò)世界》(Network World)報(bào)道[6],美軍將在阿富汗部署軍用版云計(jì)算設(shè)備,“基本的硬件和軟件技術(shù)正被裝入一個(gè)移動盒子中,將在空中和地面作戰(zhàn)的士兵網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮關(guān)鍵作用”.

四是面向武器平臺的獨(dú)立式.美軍“網(wǎng)火”導(dǎo)彈武器系統(tǒng)提出了全新的作戰(zhàn)理念,將火力打擊、偵察監(jiān)視、效能評估、打擊過程中的任務(wù)分配與轉(zhuǎn)換等功能通過網(wǎng)絡(luò)凝聚于一身,開創(chuàng)了基于網(wǎng)絡(luò)支持的、無縫隙的、自主與受控攻擊相結(jié)合的“多功能火力系統(tǒng)”運(yùn)用模式.其基本運(yùn)用概念是:首先發(fā)射巡飛攻擊導(dǎo)彈,在INS/GPS導(dǎo)引下飛至指定目標(biāo)區(qū)上空盤旋滯留,并用激光雷達(dá)搜索目標(biāo),一旦發(fā)現(xiàn)敵方蹤跡,即發(fā)射成本較低的精確攻擊導(dǎo)彈將目標(biāo)摧毀.如果目標(biāo)的優(yōu)先級高、時(shí)效性緊迫或巡邏攻擊導(dǎo)彈因燃料耗盡即將墜落也可以用巡邏攻擊導(dǎo)彈直接攻擊.俄羅斯的“花崗巖”(SS-N-19)反艦導(dǎo)彈開創(chuàng)了一種獨(dú)特的導(dǎo)彈協(xié)同攻擊作戰(zhàn)模式:一次發(fā)射的多枚導(dǎo)彈通過彈間數(shù)據(jù)鏈在空中構(gòu)成一個(gè)攻擊網(wǎng)絡(luò)群,其中有1枚作為“領(lǐng)彈(指揮彈)”,它在2.5萬米高空飛行,可以進(jìn)打擊目標(biāo)分配,并把目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給在低空飛行的其他導(dǎo)彈(從彈),一旦“領(lǐng)彈”被擊落,馬上有一枚導(dǎo)彈升高負(fù)責(zé)繼續(xù)“指揮”.上述作戰(zhàn)模式就是獨(dú)立式作戰(zhàn)云的典型代表,其適用情況是飛行中的無人作戰(zhàn)平臺協(xié)同作戰(zhàn),其組成結(jié)構(gòu)包括中繼衛(wèi)星、機(jī)(彈)載數(shù)據(jù)鏈組成的信息網(wǎng)絡(luò),地面信息服務(wù)中心、控制中心以及機(jī)(彈)載信息單元與控制系統(tǒng)等,其運(yùn)用模式是依托中繼衛(wèi)星、機(jī)(彈)載數(shù)據(jù)鏈構(gòu)建支撐機(jī)(彈)間、機(jī)彈間、機(jī)(彈)地間協(xié)同的武器平臺戰(zhàn)斗云,飛行中的無人作戰(zhàn)平臺既可依托地面進(jìn)行信息處理,接收指令,也可在機(jī)(彈)上進(jìn)行信息處理,既可“人在回路”處理,也可作戰(zhàn)平臺上自主處理,按照預(yù)先制定的作戰(zhàn)規(guī)則對各武器平臺實(shí)施作戰(zhàn)指揮與控制.

4 結(jié)論

綜上所述,作戰(zhàn)云可以概括為:一個(gè)網(wǎng)絡(luò),即多網(wǎng)融合的一體化信息網(wǎng)絡(luò);二類服務(wù),即運(yùn)維服務(wù)和應(yīng)用服務(wù);三類應(yīng)用,即指揮決策、部隊(duì)行動、武器打擊;四種結(jié)構(gòu),即分布式、伴隨式、集成式、獨(dú)立式;五種模式,即組織即服務(wù)(Oaas)、軟件即服務(wù)(Saas)、數(shù)據(jù)即服務(wù)(Daas)、平臺即服務(wù)(Paas)、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Iaas).