面向?qū)嶓w的指揮訓(xùn)練模擬通信模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周明，鄒自力

（國(guó)防信息學(xué)院，武漢430010）

面向?qū)嶓w的指揮訓(xùn)練模擬通信模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周明，鄒自力

（國(guó)防信息學(xué)院，武漢430010）

如何建立科學(xué)、準(zhǔn)確的通信模型以支持指揮訓(xùn)練模擬一直是一個(gè)難點(diǎn)問題。采用面向?qū)嶓w的建模方法與技術(shù)，循序漸進(jìn)地分析了指揮訓(xùn)練模擬對(duì)通信模型的需求，分析了通信核心模型的組成和關(guān)系，給出了基于通信模型的實(shí)體指揮信息交互邏輯流程，探討了通信實(shí)體模型類體系和作戰(zhàn)行動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法，闡述了通信服務(wù)的實(shí)現(xiàn)方法。通信模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法在“XX通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)”的研制中得到了應(yīng)用，取得了較好的效果。

指揮訓(xùn)練，訓(xùn)練模擬，通信模型，實(shí)體建模

0　引言

指揮訓(xùn)練模擬的目的是為指揮員及其指揮機(jī)關(guān)的模擬訓(xùn)練提供近似真實(shí)的條件，使其能夠掌握作戰(zhàn)指揮的原則和方法，提高謀略水平和組織指揮能力［1］。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的表現(xiàn)形式是基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)，通信網(wǎng)系作為信息系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是指揮信息交互的基礎(chǔ)支撐，因此，建立科學(xué)合理的通信模型，清楚地描述通信網(wǎng)系的組織和運(yùn)行過程，可以使指揮訓(xùn)練模擬更好地滿足基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練需求。

1　指揮訓(xùn)練模擬通信模型需求分析

指揮訓(xùn)練模擬對(duì)通信模型的需求總體上主要包括以下4個(gè)方面。

1.1能夠體現(xiàn)通信保障效果

信息化條件下指揮員及其指揮機(jī)關(guān)遂行的指揮過程，是以快速高效獲取、傳輸、處理和利用指揮信息為核心所進(jìn)行指揮活動(dòng)的實(shí)施順序與步驟，各指揮活動(dòng)按照“時(shí)間序”邏輯連接可形成完整的指揮流程［2］。將指揮活動(dòng)作為信息處理環(huán)節(jié)，則指揮流程實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是指揮活動(dòng)間的指揮信息能否順利傳遞，這也正是指揮訓(xùn)練模擬中通信模型需要體現(xiàn)的首要方面。通信模型應(yīng)給出指令信息、協(xié)調(diào)信息和情報(bào)信息等指揮信息傳遞過程中的通斷情況、時(shí)延、準(zhǔn)確率等通信保障效果，對(duì)訓(xùn)練模擬中作戰(zhàn)指揮實(shí)體間的信息交互產(chǎn)生影響，從而反應(yīng)真實(shí)作戰(zhàn)指揮中指揮信息流動(dòng)過程，使指揮訓(xùn)練更貼近信息化戰(zhàn)場(chǎng)情況［4］。

1.2能夠支持通信網(wǎng)系運(yùn)行狀態(tài)分析

通信保障效果不能憑空給出，必須在通信網(wǎng)系運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上分析計(jì)算得到。在模擬的某一作戰(zhàn)時(shí)刻，一個(gè)實(shí)體向另一個(gè)實(shí)體發(fā)送一條指揮信息，這條信息能否傳遞，如果能傳遞則多長(zhǎng)時(shí)間能送達(dá)，送達(dá)信息的誤碼率是多少，這些通信效果取決于通信網(wǎng)系這一時(shí)刻的狀態(tài)，包括通信節(jié)點(diǎn)的負(fù)載和處理時(shí)間、通信鏈路的傳輸速率和質(zhì)量等。因此，通信模型必須能夠提供通信網(wǎng)系的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，作為通信保障效果的計(jì)算依據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)能夠被發(fā)布和保存，作為態(tài)勢(shì)顯示、事件報(bào)告、統(tǒng)計(jì)分析、訓(xùn)練評(píng)估等應(yīng)用功能的基礎(chǔ)。

1.3能夠表現(xiàn)通信網(wǎng)系體系結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)系的物理和邏輯體系結(jié)構(gòu)是運(yùn)行狀態(tài)分析的基礎(chǔ)。通信模型必須描述戰(zhàn)場(chǎng)上通信網(wǎng)系完整的體系結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)系總體架構(gòu)，各類通信網(wǎng)系的組成要素、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，通信節(jié)點(diǎn)包含的通信裝備、通信設(shè)備和連接關(guān)系，通信鏈路的性質(zhì)和連接關(guān)系等。

1.4能夠描述通信實(shí)體及其指揮與行動(dòng)

通信網(wǎng)系體系結(jié)構(gòu)的形成是通信指揮機(jī)構(gòu)指揮所屬通信部（分）隊(duì)執(zhí)行通信行動(dòng)的結(jié)果。通信模型應(yīng)能夠根據(jù)通信部隊(duì)編組生成具有一定自主行為能力的各類通信指揮機(jī)構(gòu)、通信部（分）隊(duì)，以及通信裝備和通信設(shè)備，能夠按照模擬想定部署于作戰(zhàn)地域，響應(yīng)任務(wù)指令和控制命令，正確執(zhí)行通信兵作戰(zhàn)行動(dòng)。

值得注意的是，指揮訓(xùn)練模擬目的和內(nèi)容等方面的差異會(huì)對(duì)通信模型的類型和精度提出不同的需求。例如，對(duì)于合成指揮員的訓(xùn)練模擬，可能并不關(guān)注通信實(shí)體及其行動(dòng)，在想定中直接給出通信網(wǎng)系的組織，并著重考慮通信保障對(duì)作戰(zhàn)指揮的影響及相應(yīng)處理，此時(shí)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)前3類需求，而且對(duì)通信保障效果的體現(xiàn)要求較高。而針對(duì)通信指揮員的訓(xùn)練模擬卻恰恰相反。

2　面向?qū)嶓w的通信模型體系

隨著面向?qū)ο蠓椒ǖ呐d起及其主導(dǎo)地位的日漸確立，面向?qū)嶓w的建模正逐步成為作戰(zhàn)仿真模型構(gòu)建的主流性方法。面向?qū)嶓w的建模要通過各個(gè)作戰(zhàn)實(shí)體來表現(xiàn)和描述作戰(zhàn)體系和過程，因此，首先必須從作戰(zhàn)過程和指揮流程中提取出參與的作戰(zhàn)實(shí)體，建立實(shí)體模型及其相關(guān)模型，研究分析模型的基本屬性、結(jié)構(gòu)、任務(wù)和動(dòng)作等［6］。

2.1通信模型的組成

根據(jù)指揮訓(xùn)練模擬對(duì)通信模型的需求和面向?qū)嶓w建模的要求，圍繞作戰(zhàn)實(shí)體建模，通信模型體系中的核心模型主要是通信實(shí)體模型和通信服務(wù)模型，具體包括以下6類。

2.1.1通信指揮實(shí)體模型

用于描述指揮過程中涉及的各類指揮實(shí)體，包括聯(lián)合作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)中的通信部門，以及通信部隊(duì)編組中團(tuán)、營(yíng)、連等非葉子節(jié)點(diǎn)指揮單位。指揮實(shí)體的任務(wù)包括某一特定的指揮流程、指揮活動(dòng)或具體業(yè)務(wù)，其動(dòng)作可抽象為信息、決策、計(jì)劃、控制和評(píng)估5類基本活動(dòng)。

2.1.2通信部（分）隊(duì)實(shí)體模型

用于描述能夠執(zhí)行各類通信兵作戰(zhàn)行動(dòng)的通信部（分）隊(duì)，是通信部隊(duì)編組中的葉子節(jié)點(diǎn)，即不可再分割的最小通信作戰(zhàn)單元。由于作戰(zhàn)單元具有人裝一體的特點(diǎn)，而且模擬中發(fā)揮主要作用的是通信裝備，因此，通常以通信裝備為主體進(jìn)行描述。通信部（分）隊(duì)實(shí)體的任務(wù)包括通信開設(shè)、撤收、轉(zhuǎn)移和機(jī)動(dòng)等，其動(dòng)作是任務(wù)中的各類活動(dòng)，可通過對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解、分析、抽象和歸納形成活動(dòng)樹。

2.1.3通信設(shè)備實(shí)體模型

用于描述各類通信設(shè)備，一般沒有任務(wù)和動(dòng)作，但能夠響應(yīng)部（分）隊(duì)實(shí)體的操作指令來維護(hù)自身狀態(tài)。

2.1.4通信聚合實(shí)體模型

由于通信網(wǎng)系和節(jié)點(diǎn)具有聚合性，底層的若干個(gè)通信裝備可聚合為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，由若干節(jié)點(diǎn)連接成的通信子網(wǎng)可聚合為粗粒度網(wǎng)系的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此，需要建立通信聚合實(shí)體模型，用于描述一個(gè)聚合節(jié)點(diǎn)的整體屬性和表現(xiàn)。

2.1.5通信網(wǎng)系實(shí)體模型

用于描述各類通信網(wǎng)系。任何通信網(wǎng)系在邏輯上可以抽象為由節(jié)點(diǎn)和鏈路組成的網(wǎng)絡(luò)，因此，網(wǎng)系實(shí)體模型除了擁有網(wǎng)系的整體描述屬性外，還包含通信聚合實(shí)體、通信裝備和通信設(shè)備類節(jié)點(diǎn)，以及節(jié)點(diǎn)間兩兩直達(dá)鏈路。

2.1.6通信服務(wù)模型

用于提供通信保障效果服務(wù)。主要是根據(jù)通信網(wǎng)系體系結(jié)構(gòu)和狀態(tài)變化，以及與指揮實(shí)體、作戰(zhàn)平臺(tái)關(guān)聯(lián)的用戶通信節(jié)點(diǎn)性質(zhì)，計(jì)算兩個(gè)用戶通信節(jié)點(diǎn)間的通信通斷、時(shí)延、準(zhǔn)確率等通信保障效果，形成一個(gè)按一定策略不斷更新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矩陣，供某次指揮信息傳遞時(shí)的調(diào)用查詢。

2.2模型之間的關(guān)系

在對(duì)各類實(shí)體提取抽象的基礎(chǔ)上建立通信模型以后，接下來應(yīng)從實(shí)體出發(fā)，將每一個(gè)實(shí)體所涉及的關(guān)系，包括關(guān)系對(duì)象實(shí)體、關(guān)系的性質(zhì)等作詳細(xì)分析，并抽象為模型關(guān)系。6類通信核心模型之間及與外部模型之間的主要關(guān)系如圖1所示。

圖1　通信模型關(guān)系圖

圖1中的模型存在著兩類關(guān)系，一是模型關(guān)聯(lián)關(guān)系：通信部（分）隊(duì)實(shí)體模型包含若干通信設(shè)備實(shí)體模型；通信聚合實(shí)體模型包括若干通信部（分）隊(duì)實(shí)體模型和通信設(shè)備實(shí)體模型；通信聚合實(shí)體模型、通信部（分）隊(duì)實(shí)體模型和通信設(shè)備實(shí)體模型聚合成通信網(wǎng)系實(shí)體模型。二是模型依賴關(guān)系：通信部（分）隊(duì)實(shí)體模型響應(yīng)通信指揮實(shí)體模型的指令信息調(diào)用內(nèi)部任務(wù)執(zhí)行模塊；指揮實(shí)體模型、部（分）隊(duì)實(shí)體模型、作戰(zhàn)平臺(tái)實(shí)體模型和導(dǎo)調(diào)實(shí)體模型在其行動(dòng)模塊中需要發(fā)送指揮信息時(shí)，應(yīng)調(diào)用通信聚合實(shí)體模型提供的接口，由通信聚合實(shí)體模型調(diào)用通信服務(wù)模型的服務(wù)接口，計(jì)算并返回通信保障效果數(shù)據(jù)；通信服務(wù)模型根據(jù)通信網(wǎng)系實(shí)體模型計(jì)算并維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矩陣。

2.3基于通信模型的實(shí)體信息交互

在模擬推演實(shí)施過程中，所有實(shí)體及服務(wù)都通過模型的實(shí)例化產(chǎn)生，且實(shí)體間交互的信息主體可以分為兩類，一類是仿真信息，如一個(gè)爆炸事件信息，受影響的實(shí)體必須能夠接收到并處理，這類信息一定能夠傳遞，不需要經(jīng)過通信模型處理；另一類是指揮信息，包括情報(bào)、指令和協(xié)調(diào)信息等，這類信息必須經(jīng)通信模型處理并傳遞。這就意味著，兩個(gè)實(shí)體能夠?qū)崿F(xiàn)指揮信息交互的前提是，這兩個(gè)實(shí)體都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的通信實(shí)體為其提供通信保障，而該通信實(shí)體是網(wǎng)系實(shí)體的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

下面以一個(gè)指揮所實(shí)體向另一個(gè)指揮所實(shí)體發(fā)送一條指揮信息為例，圍繞信息的通斷、時(shí)延和準(zhǔn)確率，分析指揮信息交互的具體實(shí)現(xiàn)過程。假設(shè)兩指揮所均開設(shè)有通信樞紐，即A指揮所實(shí)體有J通信實(shí)體為其提供通信保障，B指揮所實(shí)體有一個(gè)K通信實(shí)體，則A向B發(fā)送一條指揮信息的邏輯流程如圖2所示。

圖2　實(shí)體指揮信息交互邏輯流程圖

3　通信模型的實(shí)現(xiàn)

3.1通信實(shí)體模型類體系

通信實(shí)體模型類采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)。為了使實(shí)體模型能夠被仿真引擎識(shí)別和驅(qū)動(dòng)，首先需要定義對(duì)象接口描述規(guī)范，包括實(shí)體對(duì)象類、交互對(duì)象類與仿真引擎之間的訪問接口形式和參數(shù)說明等；然后再按照描述規(guī)范，采用類繼承的方式，構(gòu)建起完整的實(shí)體類體系。通信實(shí)體模型相關(guān)類體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　通信實(shí)體模型類體系結(jié)構(gòu)圖

主要基類的功能為：仿真元素類（CSimElement）是所有類的基類，提供惟一性標(biāo)識(shí)、接口注冊(cè)和查詢、對(duì)象名稱與命名空間描述等功能。CSimElement下派生戰(zhàn)場(chǎng)空間實(shí)體類（CBSE）、仿真組件類（CSim-Componet）、網(wǎng)系類（CNetwork）、任務(wù)類（CTask）和交互類（CInteraction）。其中，CBSE提供實(shí)體類型、軍標(biāo)、坐標(biāo)、承載等常用屬性，以及消息訂閱與處理、實(shí)體管理、組件維護(hù)等常用方法與接口；CSimComponet提供隸屬BSE設(shè)置、數(shù)據(jù)更新和時(shí)間推進(jìn)調(diào)用等功能；CNetwork提供網(wǎng)系標(biāo)識(shí)、消息接收與處理、設(shè)備對(duì)象維護(hù)等功能；CTask提供任務(wù)周期性處理、規(guī)則判斷、所屬BSE設(shè)置、任務(wù)參數(shù)設(shè)置等功能；CInteraction提供消息發(fā)送功能，其下派生仿真信息交互類和指揮信息交互類。

通信類包括通信指揮實(shí)體類（CCommuCommandPostEntity）、通信部（分）隊(duì)實(shí)體類（CCommuS-ingleEquipmentEntity）、通信聚合實(shí)體類（CCommuAggreEntity）、通信設(shè)備類（CCommudev）和通信網(wǎng)系類（CCommuNetwork），這些類在父類的基礎(chǔ)上增加了通信相關(guān)的屬性和行為。

3.2通信實(shí)體模型作戰(zhàn)行動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

通信兵作戰(zhàn)行動(dòng)主要包括通信機(jī)動(dòng)、開設(shè)、撤收、轉(zhuǎn)移和調(diào)度等，按照面向?qū)嶓w的分析（Entities/Actions/Tasks/Interactions，EATI）方法，這些行動(dòng)就是通信實(shí)體要執(zhí)行的各項(xiàng)任務(wù)［7］。行動(dòng)實(shí)現(xiàn)的主體步驟是：首先從任務(wù)中抽取出任務(wù)的執(zhí)行實(shí)體、涉及的其他實(shí)體、實(shí)體執(zhí)行的規(guī)則與動(dòng)作、實(shí)體間發(fā)生的交互等，然后按照EATI建模方法對(duì)相關(guān)通信實(shí)體類實(shí)現(xiàn)具體任務(wù)執(zhí)行模塊，模擬時(shí)，由仿真框架調(diào)度各實(shí)體執(zhí)行完成?；诜抡婵蚣艿耐ㄐ艑?shí)體模型作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)現(xiàn)邏輯過程如圖4所示。

圖4　通信實(shí)體模型作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)現(xiàn)邏輯過程圖

通信實(shí)體收到仿真框架傳來的其他實(shí)體交互信息后，將信息加入交互隊(duì)列，在每個(gè)周期從交互隊(duì)列中取出任務(wù)交互并創(chuàng)建任務(wù)對(duì)象后加入到任務(wù)對(duì)象隊(duì)列中，由任務(wù)對(duì)象周期性創(chuàng)建規(guī)則動(dòng)作對(duì)并加入到規(guī)則動(dòng)作對(duì)集，通信實(shí)體周期性做規(guī)則判斷和動(dòng)作處理。

3.3通信服務(wù)模型的實(shí)現(xiàn)

通信服務(wù)作為仿真框架的一個(gè)公共服務(wù)供用戶通信節(jié)點(diǎn)實(shí)體調(diào)用，其主要接口和功能模塊的關(guān)系如圖5所示。

圖5　通信服務(wù)接口與功能模塊關(guān)系圖

實(shí)體通過通信服務(wù)指針CommuServicePtr來調(diào)用服務(wù)，主要接口為GetCommuEffectData（）和UpdateNetworkData（）。通信服務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矩陣維護(hù)有兩種觸發(fā)機(jī)制：一是每隔一定作戰(zhàn)時(shí)間周期性更新；二是當(dāng)通信網(wǎng)系結(jié)構(gòu)和狀態(tài)因節(jié)點(diǎn)開設(shè)、節(jié)點(diǎn)毀傷、受敵干擾等事件發(fā)生重大變化時(shí)即時(shí)更新。

4　通信模型應(yīng)用實(shí)例

上述通信模型的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法在“XX通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)”的研制中得到了應(yīng)用。該系統(tǒng)主要用于滿足通信指揮人員組織籌劃與對(duì)抗訓(xùn)練需求。在模型開發(fā)上，除了6類核心模型以外，還構(gòu)建了環(huán)境模型、精確打擊模型、電磁干擾模型和裁決模型等，并圍繞模型，開發(fā)了指揮作業(yè)分系統(tǒng)、想定生成分系統(tǒng)、導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)、訓(xùn)練評(píng)估分系統(tǒng)、模擬藍(lán)軍分系統(tǒng)和訓(xùn)練管理信息分系統(tǒng)等。系統(tǒng)的開發(fā)與運(yùn)行框架如圖6所示。

系統(tǒng)被用于“進(jìn)攻戰(zhàn)斗通信系統(tǒng)組網(wǎng)對(duì)抗演練”，結(jié)果顯示，所建模型能夠較好地支持通信指揮訓(xùn)練模擬。

圖6　系統(tǒng)開發(fā)與運(yùn)行框架

5　結(jié)束語

本文著眼指揮訓(xùn)練模擬的需要，采用面向?qū)嶓w的建模方法，循序漸進(jìn)地分析了指揮訓(xùn)練模擬對(duì)通信模型的需求，從實(shí)體出發(fā)，分析了通信核心模型的組成和關(guān)系，給出了基于通信模型的實(shí)體指揮信息交互邏輯處理流程，探討了通信模型實(shí)體類體系與設(shè)計(jì)方法，對(duì)通信實(shí)體作戰(zhàn)行動(dòng)和通信服務(wù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了重點(diǎn)闡述。通信模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法在“XX通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)”的研制中得到了應(yīng)用，取得了較好的效果，能夠支持目前通信指揮訓(xùn)練模擬，可為其他指揮訓(xùn)練模擬提供建模依據(jù)和模型參考。

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Design and Implementation of Entity-oriented Command Training Simulation Communication Model

ZHOU Ming，ZOU Zi-li
（PLA Academy of Defense Information，Wuhan 430010，China）

how to build a scientific and accurate communication model to support the command training simulation has always been a difficult problem.Using the entity-oriented modeling method and technology，the demand of the command training simulation to the communication model is analyzed step by step，the composition and relationship of communication core mode l is analyzed，entity command information interaction logical process based on the communication model is given，the class system and combat operations realization method of the communication entity model is discussed.The realization method of communication service is expound.The design and implementation method of Communication model is applied to“XX communication system simulation training system”，good results have been achieved.

command training，training simulation，communication model，entity modeling

E13

A

1002-0640（2015）08-0109-05

2014-07-05

2014-08-16

周明（1975-），男，江蘇海門人，講師。研究方向：軍事運(yùn)籌學(xué)。