基于分布式架構(gòu)的大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究

王玨

（艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所，遼寧 大連 116011）

大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)體系涵蓋了防空、反潛、對海、對陸以及電子戰(zhàn)等等多維領(lǐng)域，包含眾多作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，且作戰(zhàn)時(shí)間跨度大、過程復(fù)雜，因此，編隊(duì)中所涉及到的大量作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的管理調(diào)度難度越來越大。這些作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的管理調(diào)度涉及到多種（轉(zhuǎn)下頁）作戰(zhàn)學(xué)科領(lǐng)域，由于大型海上編隊(duì)的復(fù)雜性，這些數(shù)據(jù)具有非結(jié)構(gòu)化、不確定性強(qiáng)的特點(diǎn)。大型海上編隊(duì)的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理調(diào)度主要依托于編隊(duì)指揮控制系統(tǒng)，這就需要編隊(duì)指控系統(tǒng)具有高度的開放性以及靈活性來適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理調(diào)度問題[1]。

目前，在民用軟件方面，由于互聯(lián)網(wǎng)日益發(fā)達(dá)，以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為核心的分布式架構(gòu)在各種軟件中起到了重大作用。這種架構(gòu)使得這些民用軟件系統(tǒng)能夠開展多元業(yè)務(wù)，并且使得軟件的使用周期大大延長[2]。大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理調(diào)度呈現(xiàn)出多元化、分散性、復(fù)雜化的特點(diǎn)，目前海上編隊(duì)的通信網(wǎng)絡(luò)帶寬越來越大，已經(jīng)能夠保證作戰(zhàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的暢通性，以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為核心的分布式架構(gòu)已經(jīng)具備應(yīng)用至編隊(duì)指控系統(tǒng)的條件，該架構(gòu)能夠?qū)⑾到y(tǒng)中的各個(gè)部件解耦合，使之能夠適應(yīng)當(dāng)前作戰(zhàn)數(shù)據(jù)跨時(shí)空、跨任務(wù)區(qū)域的特點(diǎn)。因此，在綜合考慮作戰(zhàn)數(shù)據(jù)多元業(yè)務(wù)運(yùn)作模式與集成需求的基礎(chǔ)上，提出了基于分布式架構(gòu)的大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理技術(shù)。

1 分布式體系下的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)具備良好的接口和契約，可以將系統(tǒng)的不同功能單元聯(lián)系起來，服務(wù)元是核心[3]?；诜植际襟w系下的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)包含多個(gè)分工構(gòu)件，為了將這些構(gòu)件有機(jī)靈活地聯(lián)系在一起，提出了以服務(wù)元為中心的系統(tǒng)元結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以令系統(tǒng)采取分布式單元的耦合運(yùn)作模式[4]。系統(tǒng)的各個(gè)單元關(guān)系如圖1所示。

圖1 分布式體系下的軟件元結(jié)構(gòu)

在服務(wù)元作為系統(tǒng)中心構(gòu)件的基礎(chǔ)上，基于分布式體系下的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中子單元的詳細(xì)作用如下:

調(diào)度元：統(tǒng)籌多元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一劃分各種業(yè)務(wù)的分布式調(diào)度，多端客戶的權(quán)限管理以及基于多方通信的服務(wù)管理。

業(yè)務(wù)元：含有海上作戰(zhàn)相關(guān)學(xué)科的專業(yè)知識，以及作戰(zhàn)模型，能夠調(diào)用與當(dāng)前業(yè)務(wù)相關(guān)的知識與模型。

數(shù)據(jù)元：針對海上編隊(duì)大量分域異構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效的管理，為系統(tǒng)各個(gè)單元提供有效數(shù)據(jù)支撐。

支撐元：主要指海圖平臺等水文地理信息支撐，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各類業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)支持。

服務(wù)元：提供良好的接口和契約，可以將系統(tǒng)的不同功能單元聯(lián)系起來進(jìn)行信息傳輸，服務(wù)元是系統(tǒng)元結(jié)構(gòu)的核心。

應(yīng)用元：構(gòu)建了多平臺使用環(huán)境。直接面對開發(fā)人員以及使用人員，是人機(jī)交互的直接元構(gòu)件。

圍繞上文相關(guān)元結(jié)構(gòu)理念，結(jié)合大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理中相關(guān)分域作戰(zhàn)業(yè)務(wù)運(yùn)作方式與過程，最終構(gòu)建了如圖2所示的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理驅(qū)動(dòng)下的分布式系統(tǒng)架構(gòu)，主要包含三層：

圖2 面向服務(wù)的分布式系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)據(jù)模型層：主要包括業(yè)務(wù)元、數(shù)據(jù)元以及支撐元，是整個(gè)架構(gòu)最底層基礎(chǔ)。

管理調(diào)度層：調(diào)度元是管理調(diào)度層的核心，而管理調(diào)度層是整個(gè)分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心層。該層起到承上啟下的作用，能夠管理調(diào)度數(shù)據(jù)模型層中的各類數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)保證與終端應(yīng)用層的業(yè)務(wù)交互。

終端應(yīng)用層：主要包括系統(tǒng)架構(gòu)中的應(yīng)用元，直接面對使用客戶和開發(fā)人員，建立多平臺環(huán)境。

秉承面向服務(wù)的理念，以作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)支撐，該架構(gòu)能夠基本達(dá)到系統(tǒng)的松散耦合特性，使得內(nèi)部各個(gè)結(jié)構(gòu)模塊的松散集成并且協(xié)調(diào)運(yùn)作。極大提高了系統(tǒng)的開放性、靈活性以及重塑性，使得大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理更加高效。

2 針對大量分域作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲方法

當(dāng)前數(shù)據(jù)鏈帶寬逐步增加，圍繞作戰(zhàn)指揮的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)能夠傳輸足夠多的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)存儲與傳輸。分布式的數(shù)據(jù)存儲方法能夠針對海上編隊(duì)大量作戰(zhàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管控。在此基礎(chǔ)上，針對作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對海洋水文地理數(shù)據(jù)存在較大依賴性這一特點(diǎn)，對作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中的各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行研究。這些數(shù)據(jù)庫主要包括各種分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫以及分布式海洋水文數(shù)據(jù)庫[5]。

根據(jù)分布式體系下的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)元結(jié)構(gòu)及其單元業(yè)務(wù)工作管理需求的條件，提出了一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。這種管理技術(shù)具有多目標(biāo)、多任務(wù)以及多層次的特點(diǎn)[6]。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了統(tǒng)一的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)存儲、交換與共享平臺，進(jìn)而保證了作戰(zhàn)數(shù)據(jù)在大量結(jié)構(gòu)相異的單元之間的快速傳輸。

作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的各類數(shù)據(jù)極端復(fù)雜，包含類型眾多，需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。在此基礎(chǔ)上，將這些異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲至各類分布式數(shù)據(jù)庫[7]。在當(dāng)前大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)呈幾何級增長的情況下，為保證數(shù)據(jù)高效分類整理，將其作戰(zhàn)數(shù)據(jù)主要分為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)三種類型[8]。在大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)指控系統(tǒng)中，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括文檔、圖片以及視頻等難以被計(jì)算機(jī)識別的數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中利用二位關(guān)系表存儲的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的屬性需要進(jìn)行預(yù)先定義；半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中涉及最多，類似前兩種數(shù)據(jù)的混合體[9]。

隨著大型海上編隊(duì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，編隊(duì)下轄的兵力、部門和機(jī)構(gòu)數(shù)量越來越大。為了對編隊(duì)中大規(guī)模作戰(zhàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效管理，必須建立分布式作戰(zhàn)數(shù)據(jù)存儲平臺。該平臺具應(yīng)當(dāng)有跨兵力、部門和機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐，在此基礎(chǔ)上，各部門之間還能夠保持高協(xié)同性的信息交流，共享高度統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。進(jìn)而解決大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐難題，提高該分布式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲效率、容量。

為滿足上述需求，保障系統(tǒng)中三種不同數(shù)據(jù)形式特點(diǎn)的存儲需求，設(shè)計(jì)了不同的存儲構(gòu)件，并在此基礎(chǔ)上組成分布式數(shù)據(jù)存儲平臺，三種不同類型的構(gòu)件對應(yīng)三種不同的數(shù)據(jù)類型，即分布式文件系統(tǒng)對非結(jié)構(gòu)化以及半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，分布式空間數(shù)據(jù)庫對水文資源等支撐數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲[10-11]。三種構(gòu)件以基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問控制接口的開放，數(shù)據(jù)則通過水平分片的方式在各個(gè)結(jié)構(gòu)中存儲。數(shù)據(jù)訪問通過多數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分片的自動(dòng)合成、組合查詢，從而向外部提供集中統(tǒng)一式的數(shù)據(jù)服務(wù)支持[12]。如圖3所示。

圖3 下分布式數(shù)據(jù)存儲平臺架構(gòu)

3 結(jié)論

基于分布式架構(gòu)的大型海上編隊(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理技術(shù)建立了主要由數(shù)據(jù)模型層、管理調(diào)度層和終端應(yīng)用層組成的系統(tǒng)架構(gòu)，并由調(diào)度元、業(yè)務(wù)元、數(shù)據(jù)元、支撐元、數(shù)據(jù)源以及服務(wù)元這六類元結(jié)構(gòu)組成，同時(shí)建立了針對大量分域作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲方法。該技術(shù)通過以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為核心的分布式架構(gòu)，能夠保證作戰(zhàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的暢通性，夠?qū)⑾到y(tǒng)中的各個(gè)部件解耦合，使之能夠適應(yīng)當(dāng)前作戰(zhàn)數(shù)據(jù)跨時(shí)空、跨任務(wù)區(qū)域的特點(diǎn)，有效提升大型海上編隊(duì)的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理效率，提升作戰(zhàn)能力。