基于ECA規(guī)則的海上編隊(duì)任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步技術(shù)研究?

王玨 林眾

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

1 引言

海上編隊(duì)包含艦艇、潛艇以及飛機(jī)等大量兵力，能夠遂行各種不同類型的作戰(zhàn)任務(wù)，需要制定詳細(xì)的作戰(zhàn)計(jì)劃，這些作戰(zhàn)計(jì)劃時(shí)間跨度大，包含要素眾多，復(fù)雜程度極高，導(dǎo)致海上編隊(duì)作戰(zhàn)計(jì)劃制定周期大大加長［1～2］。作戰(zhàn)計(jì)劃將被分派給多個(gè)參謀人員進(jìn)行制定，最后再進(jìn)行匯總，經(jīng)反復(fù)迭代后最終形成完整的作戰(zhàn)計(jì)劃［3～4］。這就需要為參謀人員提供大量的任務(wù)規(guī)劃終端，而這些終端接入作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)后，需要其中的數(shù)據(jù)能夠高效率與其他終端交互，并且能夠高效率在作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中匯總，以保證制定的作戰(zhàn)計(jì)劃能夠快速匯總為整體作戰(zhàn)計(jì)劃［5～6］。

海上編隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)極端復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工匯總作戰(zhàn)計(jì)劃的方式效率較低，若要實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)計(jì)劃的高效同步以及匯總，必須使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步技術(shù)，使得編隊(duì)中所包含的復(fù)雜作戰(zhàn)數(shù)據(jù)快速同步［7］。本文提出了基于ECA規(guī)則的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步技術(shù)，該技術(shù)建立了唯一的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，并在此標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立了ECA規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了基于ECA規(guī)則的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)。系統(tǒng)中不同終端的作戰(zhàn)計(jì)劃數(shù)據(jù)能夠自動進(jìn)行匹配，進(jìn)而匯總同步，從而大大提高編隊(duì)作戰(zhàn)計(jì)劃匯總效率，提升編隊(duì)作戰(zhàn)能力［8］。

2 基于ECA規(guī)則的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步

2.1 標(biāo)準(zhǔn)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制

為了在各任務(wù)規(guī)劃終端之間實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)信息的同步，必須建立一種機(jī)制，作戰(zhàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)就是描述作戰(zhàn)計(jì)劃中各種數(shù)據(jù)要素的一種通用語言［9］。該語言具有兩種特性，即可讀性和唯一性，可讀性保證了計(jì)算機(jī)能夠解讀其中包含的信息，唯一性則避免了歧義。而且該語言能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整，為多終端實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)打下基礎(chǔ)。作戰(zhàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)分為應(yīng)用層、邏輯層以及物理層，如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)

這三個(gè)層次與數(shù)據(jù)庫的三級模式相對應(yīng)。應(yīng)用層作為最表層，直接與具體應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，能夠建立作戰(zhàn)計(jì)劃數(shù)據(jù)模型。邏輯層作為中間層，包含了應(yīng)用以及通用集成資源，能夠產(chǎn)生統(tǒng)一的規(guī)格說明。物理層是最內(nèi)層，描述了具體的實(shí)現(xiàn)形式，包含了數(shù)據(jù)庫、知識庫以及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)訪問接口［10］。

2.2 ECA規(guī)則

傳統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)中，作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的操作，包括存儲、修改和刪除等，這些動作主要都是由使用者產(chǎn)生的，而系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫僅僅是被動地響應(yīng)操作?；贓CA規(guī)則的海上編隊(duì)任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步技術(shù)變被動數(shù)據(jù)庫為智能的主動數(shù)據(jù)庫。這種數(shù)據(jù)庫由事件驅(qū)動，在特定條件觸發(fā)時(shí)，能夠自動觸發(fā)執(zhí)行一些數(shù)據(jù)操作。ECA規(guī)則是該任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)主動數(shù)據(jù)庫一種控制規(guī)范，由事件（Event，E），條件（Condition，C）和動作（Action，A）三部分構(gòu)成［11］。ECA規(guī)則將被動作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃幼鲬?zhàn)數(shù)據(jù)庫。該規(guī)則的策略主要是當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生后，采用事件監(jiān)視器來捕獲該事件，然后依據(jù)由事件、條件和動作有機(jī)結(jié)合的ECA規(guī)則知識庫進(jìn)行條件判斷，選擇合適的動作。ECA規(guī)則是作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃主動數(shù)據(jù)庫的核心，能夠?qū)?shù)據(jù)與知識實(shí)現(xiàn)分離是其顯著的特點(diǎn)［12］。

基于ECA規(guī)則的海上編隊(duì)任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，它具有自適應(yīng)、實(shí)時(shí)和柔性的特點(diǎn)。

ECA規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)描述可以如下所示：

WHEN（Event）

IF（Condition）

THEN（Action 1）

ELSE（Action 2）OR（NULL）

其含義為當(dāng)事件（Event）發(fā)生時(shí)，如果滿足條件（Condition），則執(zhí)行活動1（Action 1）；否則，則執(zhí)行活動2（Action 2）或不執(zhí)行任何活動。其中，事件和條件關(guān)系的表達(dá)方式是多種多樣的，其中包括常見的或、與、非甚至更加復(fù)雜的事件和條件關(guān)系。當(dāng)這些事件、條件以及它們之間的關(guān)系觸發(fā)時(shí)，在ECA規(guī)則驅(qū)動下的主動數(shù)據(jù)庫就能夠自行觸發(fā)數(shù)據(jù)交換等特定的數(shù)據(jù)處理動作，同時(shí)，ECA規(guī)則本身能夠根據(jù)用戶要求實(shí)時(shí)地進(jìn)行更新，滿足不同狀態(tài)下系統(tǒng)對事件和條件響應(yīng)的要求。

2.3 基于ECA規(guī)則的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步結(jié)構(gòu)

應(yīng)用ECA規(guī)則可以監(jiān)控任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)中各個(gè)終端作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的變化，一旦產(chǎn)生數(shù)據(jù)更新，系統(tǒng)將對其進(jìn)行識別，而后根據(jù)ECA規(guī)則將作戰(zhàn)數(shù)據(jù)自動實(shí)時(shí)地傳輸至其他作戰(zhàn)終端的數(shù)據(jù)庫中，從而完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步?；贓CA規(guī)則的實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

系統(tǒng)采用Client-Server（C/S）結(jié)構(gòu)，即服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理，籌劃終端負(fù)責(zé)完成與用戶的交互任務(wù)。這種結(jié)構(gòu)當(dāng)中，服務(wù)器的作用較多，能夠?qū)芾碛脩舻脑L問權(quán)限、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢以及版本控制。各任務(wù)規(guī)劃終端能在局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)快速的數(shù)據(jù)同步，每一個(gè)任務(wù)規(guī)劃終端由本機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，ECA Mediator和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步組成?；I劃終端的各個(gè)作戰(zhàn)要素?cái)?shù)據(jù)首先被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式以方便計(jì)算機(jī)識別。然后通過ECA規(guī)則辨別數(shù)據(jù)的更新等事件以及條件，從而驅(qū)動自行觸發(fā)數(shù)據(jù)交換等特定的數(shù)據(jù)處理動作。當(dāng)數(shù)據(jù)處理動作觸發(fā)之后，各終端將相互發(fā)送并接受各自產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步。

1）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換構(gòu)件

每個(gè)任務(wù)規(guī)劃終端具有完整的功能，是可以脫離作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立的個(gè)體，有自己獨(dú)立的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫。為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)任務(wù)規(guī)劃終端所包含的數(shù)據(jù)自動進(jìn)行同步，就必須首先把各個(gè)終端中的獨(dú)立數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化表示，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換構(gòu)件將自動把作戰(zhàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)格式。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方式為數(shù)據(jù)處理構(gòu)件把各個(gè)終端中的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成同步文件，該文件符合同步結(jié)構(gòu)語法。然后該構(gòu)件將這些文件讀入并將這些數(shù)據(jù)解析后輸入其余不同終端。

2）ECA Mediator構(gòu)件

在數(shù)據(jù)同步的過程中，ECA Mediator構(gòu)件能夠自動監(jiān)測并識別數(shù)據(jù)的更新。該構(gòu)件根據(jù)ECA規(guī)則判斷數(shù)據(jù)更新這一事件，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步過程中，ECA規(guī)則可以有效避免數(shù)據(jù)的重復(fù)傳輸，僅僅將更新的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。圖4顯示了該構(gòu)件的工作流程圖。即作戰(zhàn)數(shù)據(jù)先進(jìn)行形式化轉(zhuǎn)換，再由ECA規(guī)則檢測識別，確認(rèn)數(shù)據(jù)更新后進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。ECA規(guī)則是整個(gè)構(gòu)件的核心技術(shù)。

圖4 數(shù)據(jù)更新的程序流程圖

3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步構(gòu)件

每個(gè)終端中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步構(gòu)件用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步，必須在更新的數(shù)據(jù)前面加上數(shù)據(jù)控制字段，形成新的格式。如表1所示?？刂贫伟齻€(gè)部分，User ID和實(shí)體序列號部分主要起到標(biāo)識作用。可以保證各任務(wù)規(guī)劃終端之間標(biāo)識的唯一性。詳細(xì)來說，某個(gè)任務(wù)規(guī)劃終端產(chǎn)生了數(shù)據(jù)更新，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步構(gòu)件為其分配一個(gè)序列號，每個(gè)任務(wù)規(guī)劃終端具有自動標(biāo)識的userID，保證了數(shù)據(jù)的唯一性。編輯命令部分主要起到控制數(shù)據(jù)的更新操作。這些操作分為insert（create），delete和modify三類。

表1 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步格式

更新的數(shù)據(jù)組成了新的數(shù)據(jù)格式中的數(shù)據(jù)段，僅僅包含ECA Mediator監(jiān)控的更新數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步時(shí)只對這些監(jiān)控到的更新數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，減少了傳輸流量，作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的同步效率大大增加。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步格式產(chǎn)生后，各個(gè)任務(wù)規(guī)劃終端中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步構(gòu)件則向服務(wù)器和其他作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端傳輸這些數(shù)據(jù)。作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中往往包含多個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端，必須使用某種機(jī)制來解決終端間傳輸?shù)臎_突。本文使用了一種基于鎖的并發(fā)控制機(jī)制：

1）當(dāng)某作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端發(fā)送指令時(shí)，該作戰(zhàn)籌劃終端則被設(shè)定為busy狀態(tài)；另一狀態(tài)為free。

2）系統(tǒng)對作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中的其它作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

3）系統(tǒng)根據(jù)其余作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端的狀態(tài)來執(zhí)行動作，若某作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端狀態(tài)為free，則為其傳輸更新的數(shù)據(jù)；如果某作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端的狀態(tài)為busy，數(shù)據(jù)傳輸則被停止，但數(shù)據(jù)本身將被存儲至數(shù)據(jù)庫，當(dāng)終端狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閒ree時(shí)，上述數(shù)據(jù)傳輸則繼續(xù)進(jìn)行。

4）當(dāng)?shù)谝粋€(gè)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端完成更新數(shù)據(jù)的傳輸后，其原有的busy狀態(tài)將會轉(zhuǎn)變?yōu)閒ree狀態(tài)，使得該終端能夠繼續(xù)接受其他終端的更新數(shù)據(jù)。

3 作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步的實(shí)現(xiàn)

基于ECA規(guī)則的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步技術(shù)可以成功實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步，過程如下：

1）指揮人員通過便攜式終端在異地對同一作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃，而后將便攜式終端鏈接至作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，通過作戰(zhàn)會議形成統(tǒng)一的作戰(zhàn)計(jì)劃；

2）指揮人員修改作戰(zhàn)計(jì)劃，終端中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換構(gòu)件將作戰(zhàn)計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行形式化的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換；

3）該終端的ECA Mediator依據(jù)ECA規(guī)則監(jiān)控更新數(shù)據(jù)，僅僅將更新的數(shù)據(jù)傳輸至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步構(gòu)件；

4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步構(gòu)件生成標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步格式，然后向作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)和其他作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端傳輸該數(shù)據(jù)；

5）作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)和其他任務(wù)規(guī)劃終端根據(jù)ECA規(guī)則接收更新的數(shù)據(jù)，將形式化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)保存在作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和終端自身的數(shù)據(jù)庫中；

6）其他終端中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換構(gòu)件對更新的形式化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并存儲至自身數(shù)據(jù)庫。

海上編隊(duì)航渡作戰(zhàn)主要由水面艦艇、潛艇以及各種飛機(jī)組成了某航渡作戰(zhàn)隊(duì)形，其中分為空中、水面等部分。指揮人員通過接入作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)控制航渡隊(duì)形同步。以兩個(gè)指揮人員使用作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)同時(shí)接入作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步為例來說明上述過程。作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中編隊(duì)航渡隊(duì)形僅包含指揮艦本身，如圖5所示。指揮人員A和B分別用自身的任務(wù)規(guī)劃終端對某作戰(zhàn)隊(duì)形進(jìn)行規(guī)劃，指揮人員A負(fù)責(zé)隊(duì)形的空中兵力部分，如圖6所示。指揮人員B負(fù)責(zé)隊(duì)形的水面兵力部分，如圖7所示。雙方希望將對方的空中、水面部分同步至自己的終端以查看最終的隊(duì)形，同時(shí)將最終的隊(duì)形匯總至作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，指揮員A與B終端的ECA Mediator監(jiān)控和識別作戰(zhàn)隊(duì)形變化，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換構(gòu)件對A與B終端中的空中兵力部分和水面兵力部分的更新數(shù)據(jù)進(jìn)行形式化的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步構(gòu)件生成標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步格式，然后向作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)和其他作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃終端傳輸該數(shù)據(jù)，作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)終端以及雙方自身終端最終的隊(duì)形如圖8所示。

圖5 作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中原有作戰(zhàn)隊(duì)形

圖6 作戰(zhàn)隊(duì)形空中兵力部分

圖7 作戰(zhàn)隊(duì)形水面兵力部分

圖8 總體作戰(zhàn)隊(duì)形

4 結(jié)語

基于ECA規(guī)則的海上編隊(duì)任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步技術(shù)建立了基于ECA規(guī)則的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步架構(gòu)，由作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫以及多個(gè)任務(wù)規(guī)劃終端組成。定義了標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步格式；應(yīng)用了一種基于鎖的并發(fā)控制機(jī)制來消除數(shù)據(jù)傳輸沖突；設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步中的ECA規(guī)則。該技術(shù)能夠保證作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸只包含更新的數(shù)據(jù)，避免了傳輸無用的重復(fù)數(shù)據(jù)占用帶寬，最終實(shí)現(xiàn)多終端作戰(zhàn)方案的實(shí)時(shí)自動同步，提高了任務(wù)規(guī)劃效率，提升了作戰(zhàn)指揮控制能力。