柵格網(wǎng)資源協(xié)同態(tài)勢展現(xiàn)技術及實現(xiàn)方法

于躍，代杰，郭成昊

（信息系統(tǒng)工程重點實驗室，南京210007）

柵格網(wǎng)資源協(xié)同態(tài)勢展現(xiàn)技術及實現(xiàn)方法

于躍，代杰，郭成昊

（信息系統(tǒng)工程重點實驗室，南京210007）

針對目前我軍缺乏對于柵格網(wǎng)資源協(xié)同態(tài)勢的描述以及展現(xiàn)技術研究的現(xiàn)狀，提出了柵格網(wǎng)資源的概念，并以此為基礎對柵格網(wǎng)資源進行分類，設計了系統(tǒng)資源標號，在此基礎上，提出了多粒度、動態(tài)展現(xiàn)資源協(xié)同態(tài)勢的方法，以及資源協(xié)同關系的描述方法，最后，設計并實現(xiàn)了柵格網(wǎng)資源協(xié)同態(tài)勢顯示軟件。

柵格網(wǎng)資源，態(tài)勢圖，標號

0　引言

柵格網(wǎng)是一種匯集和共享空間上分布的海量信息資源，對其進行一體化組織與處理，從而具有按需服務能力的信息基礎設施。柵格網(wǎng)是一個分布的網(wǎng)絡化環(huán)境，連接數(shù)據(jù)資源、計算資源、存儲資源、處理工具和軟件以及用戶，能夠協(xié)同組合各種信息資源，完成相應的應用與服務［1］。

任務共同體是指為完成同一個任務目標和系統(tǒng)功能要求，在一定范圍和條件下的特定時間段內(nèi)，由分布在柵格網(wǎng)上的，各種功能、不同粒度的資源緊密耦合、相互協(xié)同工作而形成的具有生命周期的功能體，其在任務執(zhí)行的不同階段，采取不同的運作機制，對外表現(xiàn)不同的行為能力。通過協(xié)同實現(xiàn)系統(tǒng)在時間、空間、功能上的有序運作，提高網(wǎng)絡上系統(tǒng)資源協(xié)同、重組和自同步能力，是一種適應柵格網(wǎng)環(huán)境、實現(xiàn)關鍵能力魯棒性的系統(tǒng)資源運用模式［2］。

協(xié)同就是各個組織、實體、智能體通過交互協(xié)作，達到個體難以達到的效果。擁有各種不同功能的實體必須以特定結構組合，并以特定的順序協(xié)同工作，才能實現(xiàn)“整體大于部分總和”的目的，完成單個實體所不能完成的任務［3］。柵格網(wǎng)的資源協(xié)同包含兩個層面的含義，一是不同功能的資源通過協(xié)同，各自發(fā)揮自己所獨有的能力，共同完成一項綜合性的大任務；二是相同功能的資源通過負載均衡、毀傷接替等手段，滿足任務中對某一項功能的需求。協(xié)同的前提條件就是對于柵格網(wǎng)上的資源狀態(tài)能夠?qū)崟r地監(jiān)控，同時，對協(xié)同關系的監(jiān)控則是推動協(xié)同演化的基礎，資源協(xié)同態(tài)勢正是為了完成資源狀態(tài)和協(xié)同態(tài)勢監(jiān)控而產(chǎn)生的。資源協(xié)同態(tài)勢的展現(xiàn)技術也是研究資源協(xié)同和任務共同體運作的關鍵問題［4］。

目前國內(nèi)外對于資源協(xié)同態(tài)勢展現(xiàn)的相關問題還處在探索階段，而查閱近兩年的國外軍事文獻，也未發(fā)現(xiàn)有關資源協(xié)同態(tài)勢展現(xiàn)的研究。因此，目前迫切需要對這個問題進行深入研究。

1　柵格網(wǎng)資源概念與分類

隨著新一代信息系統(tǒng)的構建，以往的系統(tǒng)單元已經(jīng)不能滿足信息系統(tǒng)構建中的粒度要求，更細粒度的柵格網(wǎng)資源的出現(xiàn)一定程度上解決了這個問題。

資源是執(zhí)行活動或者為活動執(zhí)行提供支持的物質(zhì)因素。柵格網(wǎng)上的資源是一個多粒度、多層次的非常寬泛的概念，資源的分類方法也頗為駁雜，因此，有必要對本文中的柵格網(wǎng)資源重新定義。本文中的柵格網(wǎng)資源是指在柵格網(wǎng)中能夠為其他節(jié)點提供服務的個體。

柵格網(wǎng)上的資源一般是隸屬于系統(tǒng)單元的，例如一個航空兵師指揮所是一個系統(tǒng)單元，而航空兵引導資源、航空兵實時監(jiān)控資源、航空兵任務規(guī)劃資源等是該指揮所中的資源，它們彼此協(xié)作完成作戰(zhàn)任務，甚至能夠單獨為柵格網(wǎng)上的其他單元或者資源提供服務。

從提供服務的主體為出發(fā)點，本文將柵格網(wǎng)資源分為存儲資源、傳輸資源、計算資源、感知資源、信息資源五大類，每一大類下又分為若干層子類。

存儲資源為信息保存提供物質(zhì)條件，主要包括存儲設備、服務和空間等。

傳輸資源為不同用戶之間信息交換與共享提供支撐，主要包括通信信道，以及長、短、實時報文傳輸服務等，它又分為有線傳輸資源和無線傳輸資源兩個子類。

計算資源主要用于加工處理信息，為用戶提供符合業(yè)務需要的信息形式，它又分為軟件計算資源和硬件計算資源兩個子類。

感知資源是對戰(zhàn)場環(huán)境、戰(zhàn)場實體等信息進行偵察獲取的手段，它又分為航天偵查資源、航空偵查資源、海上偵查資源、地面?zhèn)刹橘Y源4個子類。

信息資源包括情報信息、氣象水文信息、上級指揮命令等。

2　柵格網(wǎng)資源協(xié)同態(tài)勢標號設計

2.1我軍與美軍軍標的比較

目前針對柵格網(wǎng)資源協(xié)同態(tài)勢的展現(xiàn)沒有相關標號設計，本文通過借鑒我軍以及美軍現(xiàn)有的軍標規(guī)范，設計柵格網(wǎng)資源的標號。

美軍軍標設計規(guī)則MIL-STD-2525C（發(fā)布于2008年11月17日）較為完善和規(guī)范，由于篇幅原因，這里主要用一個實例說明其軍標展現(xiàn)情況，如圖1所示。

圖1　美軍軍標實例

從圖中可以看到，該軍標所包含的信息主要有兩類，即表示軍標類型的“a”部分以及附加信息“b”部分。圖中的軍標類型是“重機槍”，附加信息則包括陣營、維度、數(shù)量、位置、運輸方式、移動方向、任務細節(jié)等信息。

如圖2所示，我軍目前的軍標只是簡單表示節(jié)點種類，并且軍標較為簡明，這樣的好處是便于辨認，容易記憶和實現(xiàn)，但是信息量略顯不足；而美軍軍標則用同樣簡明的符號表現(xiàn)了更多的信息，這點值得借鑒。

圖2　我軍部分軍標標準實例

2.2柵格網(wǎng)資源協(xié)同態(tài)勢標號設計

本文在設計柵格網(wǎng)資源軍標時，將資源按照五大基類展現(xiàn)為5種不同的形狀，每個形狀又被劃分為3個區(qū)域，這3個區(qū)域分別填寫是資源的子類型、資源的可用情況、資源的隸屬情況，形狀下面是該資源的機動方式。圖3是五大基類的資源軍標形狀。

圖3　五大基類的資源軍標形狀

圖4　柵格網(wǎng)資源軍標實例

圖4是一個計算資源的實例。其中：

①外形，表示資源的五大類（傳輸、存儲、計算、感知、信息），外形的顏色表示敵我，其中紅色為我方、藍色為敵方、綠色為友軍、黃色為中立。

②表示資源的子類型，一般用類型首字母表示，例如圖中的“S”表示軟件計算資源(software)，如果該資源沒有子類型，該區(qū)域空白，資源子類型的代號對照表如表1所示。

③表示資源可用情況?？梢允恰翱捎谩被蛘摺安豢捎谩?，也可以是負載量，資源的負載情況用數(shù)字表示。

④表示資源的隸屬情況，可以是單元的ID或者名稱，本例中為“11師指揮所”。

⑤表示資源的機動方式，本例中為“鐵路運輸?shù)摹薄C動方式如表2所示。

⑥表示資源名稱。

圖5是其他類型資源的實例，其中左上為存儲資源，右上為傳輸資源，左下為感知資源，右下為信息資源。

圖5　其他類型資源的實例

表1　柵格網(wǎng)資源子類代號

3　資源態(tài)勢顯示軟件的設計與實現(xiàn)

3.1態(tài)勢圖軟件架構

圖6是態(tài)勢圖軟件的架構，它包括以下幾部分：

①數(shù)據(jù)庫模塊，提供靜態(tài)的資源節(jié)點數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括資源的名稱、ID、IP地址、上級單元、端口號等不會變化的資源屬性。

表2　資源機動方式對照表

圖6　態(tài)勢圖軟件架構

②數(shù)據(jù)操作接口模塊，為數(shù)據(jù)庫模塊進行資源注冊、注銷、修改、查詢提供相應接口；

③數(shù)據(jù)管理模塊，包括資源靜態(tài)信息加載模塊、資源動態(tài)信息監(jiān)聽模塊、資源數(shù)據(jù)存取管理模塊、資源協(xié)同關系管理模塊。用于連接數(shù)據(jù)庫模塊，讀取資源靜態(tài)數(shù)據(jù)，以及接收外部發(fā)送的資源動態(tài)數(shù)據(jù)，維護資源的信息以及資源協(xié)同關系；其中的動態(tài)數(shù)據(jù)包括資源當前位置、資源負載、當前承擔任務這些可變的屬性；

④地圖引擎模塊，用于加載背景地圖，提供資源態(tài)勢上圖、態(tài)勢更新以及地圖操作的功能和接口；

⑤態(tài)勢管理模塊，包括界面響應邏輯模塊、態(tài)勢信息加載驅(qū)動模塊、態(tài)勢信息更新模塊。用于管理資源態(tài)勢，調(diào)用數(shù)據(jù)管理模塊以及地圖引擎模塊的接口，完成資源態(tài)勢的加載和動態(tài)刷新，以及響應用戶的地圖界面操作；其中的資源態(tài)勢包括資源的靜態(tài)信息、實時狀態(tài)以及資源間的協(xié)同關系；

⑥用戶界面模塊，用于用戶的人機交互，提供友好的用戶界面，資源的靜態(tài)信息、動態(tài)信息、協(xié)同關系均反映在界面上，用戶通過界面操作地圖以及資源的顯示方式，查看資源屬性以及資源協(xié)同關系。

3.2資源狀態(tài)上圖過程

圖7是資源狀態(tài)上圖的過程，資源狀態(tài)分為資源靜態(tài)信息、資源動態(tài)信息以及資源間協(xié)同關系。

圖7　資源狀態(tài)上圖過程

資源數(shù)據(jù)存取管理模塊會維護一個資源狀態(tài)表，記錄每個資源的靜態(tài)、動態(tài)信息，資源協(xié)同關系管理模塊則維護一個協(xié)同關系表，用于記錄所有的協(xié)同關系。

軟件首先從數(shù)據(jù)庫中讀取資源靜態(tài)信息，并加載到資源狀態(tài)表中，態(tài)勢信息更新模塊讀取資源狀態(tài)表中的數(shù)據(jù)并在界面上繪制資源信息。資源靜態(tài)信息是一次性加載的，一般在軟件啟動時完成。

資源實時監(jiān)控模塊是廣泛部署在柵格網(wǎng)上的傳感器，或者與柵格網(wǎng)上的資源一對一綁定的狀態(tài)監(jiān)控模塊，它們可以感知資源的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給資源態(tài)勢圖軟件。

靜態(tài)信息加載完畢后，軟件開始接收和解析動態(tài)數(shù)據(jù)報文以及協(xié)同關系數(shù)據(jù)報文，解析后的報文數(shù)據(jù)分別存入資源狀態(tài)表和協(xié)同關系表中。態(tài)勢信息更新模塊會周期性地讀取資源狀態(tài)表，在界面上刷新資源狀態(tài)，從而實現(xiàn)資源態(tài)勢的動態(tài)顯示。

3.3資源協(xié)同關系描述

資源協(xié)同關系有以下要素：

①協(xié)同關系涉及的資源集合，一般為兩個資源，但也可能是多個資源；②協(xié)同關系的類型，例如同步協(xié)同關系或異步協(xié)同關系；③協(xié)同關系的通信報文類型，例如控制命令類或者信息交互類；④協(xié)同關系所屬的任務集，描述了該關系是何任務引發(fā)的，一般為一個任務，也可能是多個任務；⑤協(xié)同關系的描述信息，描述了該關系所涉及的資源是如何進行協(xié)同的。

將這些要素整理并結構化得到下面的數(shù)據(jù)結構：

3.4資源態(tài)勢顯示規(guī)則

為了使柵格網(wǎng)資源態(tài)勢能夠更好地顯示，本文提出了若干展現(xiàn)規(guī)則。

規(guī)則1：資源與所屬單元間的關系展現(xiàn)。

節(jié)點圖標下方排列著它包含的資源圖標，資源圖標和其所屬的節(jié)點之間用表示隸屬關系的虛線連接，節(jié)點與其下屬的資源被一個包絡線包裹，表示該包絡線中的圖標來自一個節(jié)點，且這些資源與節(jié)點的地理位置相同。

這條規(guī)則的提出是考慮到在多數(shù)情況下，若干個資源隸屬于同一個節(jié)點，但同時在地理位置上，這些資源則是重疊的，如果按照傳統(tǒng)的戰(zhàn)場態(tài)勢軟件上圖方法，這些資源軍標會在地圖上重疊顯示。例如某一個指揮所中有若干計算資源、存儲資源、信息資源，而指揮所本身是一個建筑群，甚至只是一個野戰(zhàn)帳篷。這條規(guī)則保證了同一個經(jīng)緯度上的資源不會互相遮擋地顯示。

規(guī)則2：資源態(tài)勢的顯示分為3個粒度。

第1個粒度，并不顯示資源，地圖上只有節(jié)點以及節(jié)點名稱，資源隸屬于這些節(jié)點。由于這些節(jié)點可以使用我軍現(xiàn)有的軍標表示，故而與現(xiàn)有的態(tài)勢圖軟件相似；

第2個粒度上，資源用一個小圓點以及資源名稱表示，資源與它的所屬節(jié)點之間有關系連線，資源排列在所屬節(jié)點的下方，節(jié)點和它的下屬資源外有一圈包絡線，該粒度主要展現(xiàn)資源與其節(jié)點之間的隸屬關系；

第3個粒度上，資源不再用小圓點表示，而是使用本文提出的柵格網(wǎng)資源軍標方式，其他部分與第2粒度相同。

3個粒度隨著地圖的放大、縮小操作進行切換，也可以直接選擇粒度進行切換。這條規(guī)則使得資源態(tài)勢的展現(xiàn)與系統(tǒng)單元-柵格網(wǎng)資源的粒度劃分相一致。

規(guī)則3：資源間協(xié)同關系的展現(xiàn)。

資源間協(xié)同關系的展現(xiàn)在3個粒度下有所不同，第1粒度下，由于不顯示資源，所以同樣不顯示資源間協(xié)同關系；

如圖8所示，2、3粒度下，資源間協(xié)同關系開始正常顯示，若兩個資源建立了協(xié)同關系，則用一條黑色虛線連接兩個資源軍標，當這個關系正在運作或者收發(fā)協(xié)同相關的信息時，用動態(tài)的實線連接兩個節(jié)點，不同的連線顏色表示不同的協(xié)同種類。

規(guī)則4：資源異常狀態(tài)的展現(xiàn)。

如圖8所示，資源異常狀態(tài)主要有超負載以及毀傷等，如果資源超負載，則3粒度的資源軍標上出現(xiàn)紅色嘆號標志；

圖8　柵格網(wǎng)資源超負載

如圖9所示，如果資源毀傷，則3粒度的資源軍標上出現(xiàn)紅叉，同時資源軍標顏色變灰，在2、3粒度下連接該資源的協(xié)同關系連線都變灰。

圖9　柵格網(wǎng)資源毀傷

3.5資源態(tài)勢圖軟件展現(xiàn)效果

如圖10所示，是態(tài)勢圖軟件的界面截圖，圖中上方是菜單欄，包括地圖操作菜單、顯示設置菜單以及視圖菜單；左邊是一顆柵格網(wǎng)資源樹，它將所有的柵格網(wǎng)資源按照分類列出；地圖左上角是全局態(tài)勢導航窗口，它提供了導航功能，并顯示了柵格網(wǎng)的所有節(jié)點以及資源的分布情況；下方是資源屬性窗口；中間是一粒度的部分態(tài)勢信息，該粒度下只有節(jié)點圖標以及它們的名稱。

圖10　態(tài)勢圖軟件界面

如圖11所示，是2、3粒度的態(tài)勢圖效果截圖，其中左邊為第3粒度，只顯示資源與其所屬節(jié)點間的關系；右邊是第3粒度，顯示前文所提出的柵格網(wǎng)資源軍標。

圖112　、3粒度的態(tài)勢圖效果

4　結束語

本文針對目前我軍缺乏對于柵格網(wǎng)資源協(xié)同的描述以及協(xié)同態(tài)勢顯示的現(xiàn)狀，提出了柵格網(wǎng)資源的概念，并以此為基礎對柵格網(wǎng)資源進行了分類，設計并實現(xiàn)了系統(tǒng)資源軍標，以及二維的柵格網(wǎng)資源態(tài)勢顯示軟件。提出了多粒度、動態(tài)展現(xiàn)資源協(xié)同態(tài)勢的方法和資源協(xié)同關系的描述方法。軟件運行結果證明了本文設計的柵格網(wǎng)資源態(tài)勢顯示方案的合理性和可行性，達到了預期的效果。

本文所設計的柵格網(wǎng)資源態(tài)勢顯示方案還有改進和擴展的地方。資源的圖標區(qū)域目前劃分為3個，實際上可以根據(jù)屬性顯示的需求重新劃分區(qū)域，并定義每個區(qū)域的顯示內(nèi)容；資源態(tài)勢顯示軟件目前只是在二維的態(tài)勢圖軟件上的實現(xiàn)，未來還可以在三維的態(tài)勢圖軟件上實現(xiàn)；資源間協(xié)同關系的描述還可以深入研究，例如進行更加詳細的分類和詳盡的要素描述。

［1］陳彬，陳超.基于UML的態(tài)勢顯示軟件構件設計與應用［J］.指揮信息系統(tǒng)與技術，2013，4（1）：33-37.

［2］陳超，金晶.態(tài)勢顯示軟件人機界面建構方法研究［J］.指揮信息系統(tǒng)與技術，2011，2(4)：66-70.

［3］裴曉黎.美軍戰(zhàn)場態(tài)勢一致性對海戰(zhàn)場態(tài)勢圖體系構建的啟示［J］.指揮控制與仿真，2012，34（3）：15-16.

［4］丁昊，張亞軍，張曉楠.三維態(tài)勢圖符號以及表達的研究［J］.測繪工程，2012，21（4）：22-25.

Display Technic and Realize of Network Resource Collaborative Situation

YU Yue，DAI Jie，GUO Cheng-hao
（Science and Technology on Information Systems Engineering Laboratory，Nanjing 210007，China）

Aim at the lack of research on description and display of grid network resource collaborative situation in our army，the definition of grid network resource is given，and grid network resource is sorted based on the definition.To design the system resource symbol，based on this,the method of multi-granularity and dynamic display the resource collaborative are proposde，and describing the resource collaborative relation.In the end，grid network resource collaborative situation map software are designed and realized.

grid network resource，situation map，symbol

P208

A

1002-0640（2015）08-0164-05

2014-08-08

2014-07-07

于躍（1987-），男，山東文登人，碩士。研究方向：戰(zhàn)場態(tài)勢可視化技術。