一种C4ISR系统开放式架构设计方法_张兆晨.pdf
《一种C4ISR系统开放式架构设计方法_张兆晨.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种C4ISR系统开放式架构设计方法_张兆晨.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、收稿日期:2021-09-02修回日期:2021-11-07基金项目:国家重点基础研究项目资助作者简介:张兆晨(1987-),女,江苏南京人,硕士,高级工程师。研究方向:军事信息系统体系结构技术。*摘要:未来智能化战争需要 C4ISR 系统具备敏捷构建的能力。探讨基于资源能力“开放解聚与按需聚合”的开放式架构设计机理,建立资源能力表征模型,定义资源能力元要素和能力度量标准,提出开放式系统架构设计过程,阐述作战节点的资源能力量化配置方法、资源协作流程和资源控制结构的设计方法,支撑面向任务的资源组合运用和系统快速构建。最后,以典型案例验证架构设计方法对 C4ISR 系统构建的指导作用。关键词:开放
2、式;C4ISR 系统;架构设计;资源;能力中图分类号:TP302.1文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1002-0640.2022.11.019引用格式:张兆晨,毛晓彬,盛龙.一种 C4ISR 系统开放式架构设计方法 J.火力与指挥控制,2022,47(11):107-115.一种 C4ISR 系统开放式架构设计方法*张兆晨,毛晓彬,盛龙(中国电子科技集团第二十八研究所信息系统工程重点实验室,南京210046)A Open Architecture Design Method of C4ISR SystemZHANG Zhaochen,MAO Xiaobin,SHENG Lo
3、ng(The 28th Research Institute of CETC,Science and Technology on InformationSystems Engineering Laboratory,Nanjing 210046,China)Abstract:The C4ISR system needs the capability of agile construction in the future intelligent war.The open architecture design mechanism based on“open disaggregation and o
4、n-demand aggregation”of resource capabilities is discussed.The resource capability representation model is established.Theresource capability meta-elements and the capability measurement criteria are defined.The opensystem architecture design process is proposed,including the quantitative configurat
5、ion method of theresource capability on the combat nodes,the resource collaboration process,and the resource controlstructure design method.The open architecture design method can support the task-oriented resourcecombination implementation and rapid system construction.Finally,a typical case is use
6、d to verify theguiding effect of the architecture design method on the construction of the C4ISR system.Key words:open;C4ISR system;architecture design;resource;capabilityCitation format:ZHANG Z C,MAO X B,SHENG L.A open architecture design method of C4ISRsystem J.Fire Control&Command Control,2022,47
7、(11):107-115.0引言C4ISR 系统开放式架构是具有可移植、可扩展、可重构等特性的架构1,系统中的节点可互操作,并能够灵活集成新的节点及技术。美军以“马赛克”战略为牵引,开展了开放式架构建模方法探索研究2-4,并布局一系列项目5-10,支持开放式系统的技术突破、原型研制、试验验证等。从技术实现层面上看,开放式架构设计的本质是将软硬件资源标准化建模,通过管控软件灵活控制其能力11-12。本文将 C4ISR 系统的感知、决策、打击、计算、存储、通信等异构软硬件资源能力抽象分文章编号:1002-0640(2022)11-0107-09Vol.47,No.11Nov,2022火 力 与 指
8、 挥 控 制Fire Control&Command Control第 47 卷第 11 期2022 年 11 月107(总第 47-)火 力 与 指 挥 控 制2022 年第 11 期类,提出开放式系统架构设计过程,支撑开放、灵活的 C4ISR 系统构建13-14。1开放式系统的架构设计机理开放式系统架构设计包含资源能力开放解聚与按需聚合15两个过程。在此基础上,提出开放式系统架构设计原理模型,分为任务目标、资源能力和行为控制、资源能力池、资源实体 4 个逻辑层次,如图 1 所示,其运行过程如下:1)资源能力开放解聚:资源实体层包含构建C4ISR 系统的各类武器、传感器、信息系统、设施等软硬
9、件装备,资源能力池从情报感知、指挥决策、打击、通信、计算等维度,抽取资源实体层中的资源能力,提出能力度量指标,形成可量化度量的资源能力元要素模型。2)资源能力按需聚合:任务目标层向资源能力和行为控制层提出作战目标的能力需求。资源能力和行为控制层定量解析能力需求,基于资源能力元要素,运用规则算法求解作战节点部署的资源能力、资源能力需求值,配置资源部署和能力参数,控制资源之间的协作和交互流程,从而构建形成满足任务需求的 C4ISR 系统。图 1开放式系统架构设计原理模型2资源能力模型开放式系统架构设计的首要问题是资源能力开放解聚,核心是如何确定资源能力的合理“维度”和“粒度”,即建立资源能力元要素
10、模型,确定能力类型及度量指标,支持能力的可配置性。依据 C4ISR系统功能组成以及资源可管可控的要求,资源能力可分解为业务类、运行支撑类、交互类、控制类能力,将各类能力细分并提出能力指标,构建资源能力模型如图 2 所示。图 2资源能力模型2.1业务类能力从作战业务能力层面分为情报感知、指挥决策、打击能力。其中,情报感知能力分为情报获取、情报处理、情报服务能力。指挥决策能力分为态势研判、计划制定能力。情报获取能力用探测距离、目标信息更新速率度量;情报处理能力用情报处理速率度量;情报服务能力用情报服务速率单位时间提供服务的信息量(即情报服务速率)度量;态势研判能力用单位时间研判的目标数量(即研判速
11、率)度量;计划制定能力用单位时间规划的兵力数量(即制定速率)度量;打击能力用单位时间控制的武器数量(即控制容量)、打击距离度量。2.2运行支撑类能力运行支撑类能力主要是保障系统运行的计算能力,用计算速率度量。2.3交互类能力交互类能力主要是通信能力,为不同用户间信息交换与共享提供传输服务,用通信带宽、通信距离度量。2.4控制类能力控制类能力提供节点上资源部署、流程关系的管控等能力。具备控制类能力的资源可依据管控权责,分布式部署于各节点上,形成分层的管控架构。控制类能力用管控的节点个数度量。3开放式系统架构设计过程在资源能力池的基础上,如何依据作战目标能力需求,从资源能力池中提取所需资源,组装、
12、部1081962(总第 47-)署、运行在相应作战节点,配置资源所需的能力值,实现资源能力按需聚合,需要一套科学的系统架构设计方法。本文提出开放式系统架构设计过程,如图 3 所示。图 3开放式系统架构设计过程设计过程以任务目标能力需求为输入,将目标能力需求映射到节点上的业务类、运行支撑类、交互类能力,计算节点上部署的资源能力需求值,形成量化的资源能力配置方案,并设计资源协作流程、资源控制结构,指导满足任务需求的系统快速构建,并且当任务目标能力需求变化时,通过该设计过程能够生成适应性的系统构建方案。3.1目标能力需求输入本方法的输入为能力需求、作战节点、作战过程以及节点的通信方式。作战目标的能力
13、需求包括情报感知、指挥决策、打击业务类能力需求,支持业务类能力需求的计算能力需求以及通信能力需求。3.2目标能力-节点能力分配基于目标能力需求,设计支持目标能力需求实现的作战节点和节点上的能力需求值,建立目标能力-节点能力分配模型,具体过程为:1)分析支持目标能力需求实现的节点,一个节点可支持多种能力需求,一种能力需求也可由多个节点协同实现。2)依据各节点重要性、作用范围等因素,为各节点分配具体能力需求值,能力需求值分配规则如下:情报获取能力可由多节点协同探测实现,设探测距离的总体能力需求值为 Ca,各节点探测距离为ai,节点个数为 n,则应满足 Cani=1ai;设目标信息更新速率的总体能力
14、需求值为 Cb,各节点目标信息更新速率为 bi,节点个数为 n,则应满足 Cbni=1bi;情报处理能力可由各节点共同执行,设情报处理速率的总体能力需求值为 Cp,各节点情报处理速率为 pi,节点个数为 n,则应满足 Cpni=1pi;情报服务能力可由多节点共同提供服务,设情报服务速率的总体能力需求值为 Cs,各节点情报服务速率为 si,节点个数为 n,则应满足 Csni=1si;态势研判、计划制定通常由指挥节点独立执行,因此,应满足节点的能力值大于等于能力需求值;对于打击能力,设武器控制容量的总体能力需求值为 Cf,各节点武器控制容量为 fi,节点个数为n,则应满足 Cfni=1fi;设打击
15、距离的总体能力需求值为 Cq,各节点打击距离为 qi,节点个数为 n,则应满足 Cqqi(i=1,n);对于支撑同一业务类能力的计算能力可由多节点共同提供,设支撑某一业务类能力的总体计算速率需求值为 Cc,各节点支撑该业务类能力的计算速率为 ci,各节点的该业务类能力值为 ei(对于情报获取能力,ei是目标信息更新速率;对于打击能力,ei是武器控制容量),节点个数为 n,则应满足 Ccni=1ci,且 ci/ni=1ci=ei/ni=1ei;通信能力值依据通信方式确定,设节点针对该目标需要 k 种通信方式,第 i 种通信方式的能力需求值为 di,则节点针对该目标的通信能力值为d1,dk。3.3
16、节点资源能力配置统计节点上的各类能力需求值,形成量化的节点资源能力配置方案,该方案能够指导业务类、运行支撑类、交互类能力的资源按需部署和配置,支撑各类能力的资源在节点上组合运用。节点资源能力需求值计算方法如下:1)对于情报获取能力,节点的探测距离需求值是该节点对各目标的探测距离的最大值;节点的目标信息更新速率需求值是该节点对各目标的目标信息更新速率之和。2)对于情报处理、情报服务、态势研判、计划制定能力,节点的能力需求值是该节点对各目标的能力需求值之和。3)对于打击能力,节点的武器控制容量需求值是该节点对各目标的武器控制容量之和;节点的打击距离需求值是该节点对各目标的打击距离的最大值。张兆晨,
17、等:一种 C4ISR 系统开放式架构设计方法1091963(总第 47-)火 力 与 指 挥 控 制2022 年第 11 期4)对于计算能力,节点的计算速率需求值是该节点对各目标的计算速率之和。5)节点的通信能力需求值依据通信方式确定,设该节点对各目标一共需要 l 种通信方式,第 i 种通信方式的能力需求值为 dl,则节点的通信能力需求值为d1,dl。3.4资源协作流程设计节点上部署的资源能力及能力需求确定后,分析节点上资源的协作关系,建立节点资源协作模型,指导资源组合运用。具体过程为:1)分析每个节点内部资源协作流程,包括具备业务类、计算、通信能力的资源,用带箭头的直线表示协作关系。2)建立
18、节点间资源的协作流程,节点之间均通过具备通信能力的资源交互,用带箭头的直线连接两个节点的通信资源。3.5资源控制结构设计设计各节点上部署控制资源,以支持资源按需部署、能力配置、运行流程控制、状态监控等,建立资源控制结构模型,具体过程为:1)将节点聚合形成不同的控制群组,用虚线圈表示;确定各群组的控制中心节点,每个节点只受一个节点控制,用直线连接控制中心节点与成员节点,表示控制关系。2)建立各群组控制中心节点的树状结构,确定控制的根节点,每个节点只受一个节点控制,用直线连接控制中心节点,表示控制关系。3)计算各控制中心节点管控的节点个数,作为节点上部署的资源控制类能力需求值。4典型案例4.1目标
19、能力需求输入以空中协同对地、海打击任务为场景,蓝方作战目标包括机场、舰艇,红方作战节点包括预警机、侦察机、轰炸机、战斗机、地面指挥所。为打击蓝方机场,由红方预警机和侦察机获取、处理情报,并向地面指挥所提供情报服务,地面指挥所研判态势、制定计划,将计划发送给轰炸机执行打击任务。为打击蓝方舰艇,由红方预警机和侦察机获取、处理情报,侦察机向预警机提供情报服务,预警机研判态势、制定计划,将计划发送给战斗机执行打击任务。节点的通信方式包括宽带网、窄带网,如图 4所示。针对作战目标的红方系统能力需求如下页表1 所示,其中,数据均为假设数值,不涉及真实技术指标。4.2目标能力-节点能力分配确定针对各目标能力
20、的作战节点,为节点分配能力需求值,建立目标-节点分配模型,如表 2 所示。下文以蓝方机场目标的情报获取、情报处理、情报服务能力为例,说明节点能力值分配过程。情报获取能力的探测距离需求值为 500 km,由预警机和侦察机协同探测,两者能力之和要大于等于探测距离需求值,为预警机和侦察机分配探测距离为 300km和 200 km;目标信息更新速率需求值为 80 KB/s,两者能力之和要大于等于目标信息更新速率需求值,为预警机和侦察机分配目标信息更新速率为 60 KB/s和 20 KB/s;情报处理速率需求值为 500 KB/s,由预警机和侦察机共同执行,两者能力之和要大于等于情报处理速率需求值,为预
21、警机和侦察机分配情报处理速率为 300 KB/s 和 200 KB/s;情报服务速率需求值为 100 KB/s,由预警机和侦察机共同提供服务,两者能力之和要大于等于情报服务速率需求值,为预警机和侦察机分配情报服务速率为 60 KB/s 和40KB/s;支撑情报获取的计算速率需求值为 100KB/s,由预警机和侦察机并行执行计算,两者计算速率之和要大于等于计算速率需求值,且两者计算速率之比等于目标信息更新速率之比,故为预警机和侦察机分配计算速率为 75 KB/s 和 25 KB/s;支撑情报处理、情报服务的计算能力值计算方法类似。针对蓝方机场目标的作战节点均采用宽带网通信,节点通信带宽均为 80
22、0 KB/s,通信距离均为 400 km。4.3节点资源能力配置统计 5 个节点上的能力需求值,建立节点资源能力配置方案,如表 3 所示。下面以预警机为例,说明节点能力计算过程。预警机需要的能力包括情报获取、情报处理、情报服务、态势研判、计划制定、计算、通信。预警机对 2 个目标的探测距离需求值的最大值是 400 km,因此,预警机的探测距离需求值为 400 km;预警机对 2 个目标的目标信息更新速率需求值之和是 120 KB/s,因此,预警机的目标信息更新速率需求值为 120 KB/s;预警机对 2 个目标的情报处理速率需求值之和是 600 KB/s,因此,预警机的图 4节点通信方式110
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 一种 C4ISR 系统 开放式 架构 设计 方法 张兆晨
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。