【深度】基于云架构的军事信息系统概念及机理研究

Original 学术plus 学术plus 2022-07-29

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今日荐文

今日荐文的作者为中国电子科技集团公司电子科学研究院专家李丹，黄照祥。本篇节选自论文《基于云架构的军事信息系统概念及机理研究》，发表于《中国电子科学研究院学报》第12卷第4期。

摘要：军事信息系统作为信息化战争条件下的战场“神经网络”，是构建我军联合作战力量体系的核心和纽带。本文探索了未来军事信息系统内涵外延在网络、信息、智能等方面的增强和拓展，从技术结构和部署形态两方面设计基于云计算的军事信息系统体系架构，重点阐述了资源管控、信息和服务及其部署节点，并初步研究了以信息流动和信息交互为核心的系统运行机理，以期为未来军事信息系统的顶层设计研究工作提供参考。

关键词: 军事信息系统；云架构；运行机理

引言

随着云计算、大数据、物联网、CPS、人工智能等新一代信息技术发展，智慧城市、工业4.0等理念被不断提出并落地实践，民用信息系统已经率先朝网络化、智能化、体系化方向演进。在军事领域，无人作战、智能作战等新作战理念出现，更加促使军事信息系统从“网络中心”转型，不断向“数据中心”、“知识中心”演变，并要求形成弹性、敏捷的系统应用模式，以期对各类行动需求做出更加快速、智能的响应，在信息优势之上达到决策优势、行动优势。

美军从国防部、军种多个层次都对云架构进行了运用，提出联合信息环境（JIE）、作战云、战术薄云等概念，JIE通过整合全军共用的数据、服务形成统一共享的运行和使用环境，为敏捷系统构建提供支撑，带动C4ISR系统整体发展和体系化作战能力的提升打造坚实的基础平台^[1] ；作战云、战术薄云则是美空军、海军在战术层次的组织运用构想。本文以云计算为基础，聚焦敏捷、适变的资源组织运用与体系能力生成，从部署形态、技术结构上提出我军军事信息系统的适应性变革方向。

1. 概念内涵

军事信息系统主要是利用综合集成方法和技术，将情报侦察、指挥控制等多种功能系统整合为一体的综合性复杂系统。与传统军事信息系统相比，基于云计算的军事信息系统的概念内涵进一步扩展丰富，更加强调基于网络动态聚能、面向任务柔性重组，以及在信息推动下向末端延伸（概念范围如图1），重点体现在以下几个方面：

（1）按需聚能的网络能力

网络是节点互连和信息互通的基础，网络中心战也更关注各平台之间的相互联系而非平台本身，可以认为网络化是新时期军事信息系统的必备特征^[²^]。未来，网络将进一步从传统通信网络向基础资源网扩展，并通过安全机制接入国家民用网络基础设施，形成通信、计算、存储、安全、导航定位授时等基础资源一体化运用的增值服务网络，具备用户随遇接入、资源入网聚合、安全抗毁重构等一系列新型能力特征，为我军军事力量所需之处提供端到端的信息传输保障。

图1 未来军事信息系统概念范畴

（2）深度透彻的信息能力

信息是作战体系运行的“血液”，在大数据技术的推动下，未来军事信息系统的信息能力将在传统情报侦察监视基础上，进一步增强信息的获取、处理和运用能力，支持信息向广度、深度、精度方向的延伸和增值。

感知是信息获取的来源，采用网络化协同探测及数据挖掘技术，并发展太空、深海、远洋、网络空间信息探测手段，实现感知范围全球覆盖和对象信息精确获取。信息处理体现信息的深度和精度，利用信息融合、关联分析、深度学习等手段，对实时数据、历史数据、多源数据进行快速分析、深度加工，形成具有潜在价值的增值产品，满足各级用户的多样化信息需求，如通过对时敏目标全时段的预警探测和定位跟踪，实现精准的目标指示，或通过未来态势预测判断信息辅助制定优化的作战方案等。信息运用以信息效用最大化为目标，粘合侦控打评要素实现无缝联接，通过信息同步实现敏捷控制协同行动，优化作战流程、加速作战节奏、缩短作战周期，实现信息力向战斗力的转变。

（3）柔性重组的集成能力

为支持敏捷的战场资源快速响应和优化配置，基于云架构的军事信息系统支持按照作战空间、信息流程、联合规则实现要素的柔性重组，动态集成面向任务的应用系统。集成方式从传统“叠加改造式”的系统级综合集成，向“功能融合式”的要素级动态集成转变；集成架构从业务流主导的相对固化的架构，向信息流主导的柔性灵活的架构演进。这就要求将功能资源与作战单元解耦，通过入网注册、提供服务，在要素重组、功能融合实现资源的重新配置和服务化共享。

（4）知识驱动的智能能力

知识作为一种特殊的信息，是具有高附加值的、可用于解决问题的结构化信息，主要特征包括隐蔽特征、情境特性、动态特征、生命特征、行动导向特征、结果导向特征等^[³^]。模型、认知、经验、规则等都是属于知识的范畴。未来军事信息系统将更加注重在数据海洋驱动下形成跨领域的 “知识中心”，支持支持知识获取、分类、运用、更新和管理。针对特定的作战任务目标和战场情境，通过灵活运用情报、指控、战场环境等领域知识模型，构建、调整、优化作战应用与活动流程，并支持知识广泛嵌入各类实体，支持个体、群体具备“情境感知、辨析判断，自主学习”等智能能力，从而形成更加智能的感知、决策、打击、保障等能力。

基于上述能力，未来军事信息系统支持建立高度灵活的作战组织运用模式，面向不同作战任务需求及实时战场情境，作战任务相关的战场资源和作战节点能够以网络为中心自组织，通过将信息流程、作战流程、业务流程紧密结合，实现通信、计算、存储、安全等基础功能及情报、指控、保障等业务功能的按需聚合与智能协同，形成根据实际情况不断学习的作战环路，支持作战要素与作战单元根据当前任务上下文灵活调整行动，推动作战组织运用模式由集中式控制向分散式增强型智能控制转变，支撑作战部队高效遂行陆海空天及网电空间各类作战任务。

2. 体系架构

2.1. 技术结构

借鉴云计算IasS、PaaS、SaaS架构理念及其在智慧城市中的应用^[4]，考虑到未来军事系统的开放性与敏捷性，以“功能解耦、逻辑分层”为原则，设计的未来军事信息系统技术分层结构如图2，在逻辑上由基础资源（网）、共享服务（云）、端应用（端）三层组成，支持根据作战需求从不同层次中选取功能服务，柔性组合构建系统。

图2 未来军事信息系统技术架构设想

（1）基础资源层

借鉴美军GIG技术架构思想^[5]，基础资源层包括基础设施、资源提取与控制两部分。考虑到物理设施在基础功能多元化、一体化发展趋势，提出“资源节点”概念，即聚合网络、计算、存储、安全甚至综合管理（如网络监控）、时空基准（如定位导航）等基础设施功能为一体的物理节点。基础资源层在物理形态上由一个个资源节点构成，也包含具备单一功能的基础设施。资源提取与控制对文献[4]和[5]中提到的管控对象进行了扩充，一方面实现对物理基础设施资源的虚拟化管理和资源控制管理，另一方面考虑到装备入网、统一管控的问题，面向全军装备资源（传感器、武器平台、单兵终端等）形成包括名称、型号、参数、功能、位置等信息的能力目录表，支持上层应用面向任务进行装备调配、部署与控制。

（2）共享服务层

由面向用户、功能解耦的服务体系（基础服务、智能服务、业务服务）、信息资源及云平台组成。

云平台主要提供服务及信息资源的注册、发布、管理、授权等功能，同时提供服务部署、服务聚类与发现、服务组合编排、门户界面编排等功能，并为上层应用快速集成部署提供应用集成软件及部署环境。

信息资源主要保证数据/知识的连通性、一致性和可用性，由数据资源、知识资源、软件资源等组成。知识资源包括装备类、环境类、保障类、决策类、行动类、部署类等领域的知识规则、模型等，支撑智能业务分析与理解；同时还提供各类可安装、部署、运行的软件程序资源，包括卫星云图软件、频谱计算软件等。

服务体系中，资源服务基础资源及信息资源服务。智能服务主要是基于认知理解、深度学习等人工智能技术，进行服务智能增值，如提供基于知识图谱进行自主路由转发的知识路由服务，支持深度学习的类脑计算服务，基于心智模型、行为模型等的认知管理服务，以及虚拟现实、脑机融合^[⁶^]等新型用户服务；业务服务主要提供情报侦察监视、态势生成、作战筹划、方案推演、武器控制、作战评估、物流保障等我军业务活动所需功能。

（3）端应用层

主要包括各类传感器、终端、武器平台、指挥所等应用端系统，各类端系统具备应用集成框架和服务插件、本地应用，各类端在前出执行任务时通过服务编排、界面编排、信息同步、服务包加载等方式，动态集成各类应用系统，并通过运用知识、智能服务，支持形成自主信息关联、情报精准分发、态势生成预测等信息支援能力，任务快速分析、预案优选推演等智能决策支持能力，无人化、可临机调整行为、协同打击的武器控制能力，以及基于物联网的一体化采购、运输、部署分发、工程维护等后勤保障能力。

2.2. 部署形态

基于云架构的军事信息系统是一个依托泛在网络连接了众多节点的分布式系统，按照“网－云－端”技术结构，结合作战应用，各服务功能、信息资源分布式部署于陆、海、空、天各作战节点或系统节点（如各级服务中心、机动服务单元、传感器、武器平台、单兵等），形成以“网”为基础、以“云”为核心、柔性集成向端赋能的作战体系，典型的系统部署形态如图3所示。

图3　未来军事信息系统部署形态构想

其中，固定服务中心采用集中式计算存储设备，主要部署元数据、基础数据、业务数据、共用知识等信息资源以及基础服务、业务服务、智能服务软件等，并通过云平台为传感器、指挥所、武器平台、单兵等节点提供基础资源保障及全面的服务能力。考虑到移动指挥所、指挥舰、预警机等机动单元的计算存储能力及服务应用需求，部署与作战相关的部分基础数据、业务数据、知识模型和服务客户端软件，支持通过固定云获取资源并通过轻量级云平台服务与本地应用软件集成，面向作战应用提供信息保障及服务共享能力。传感器、武器平台等通常采用嵌入式计算模块或桌面计算存储设备，部署作战应用所需的基础服务、业务服务客户端软件（插件）及专业应用软件，以及作战所需的数据、知识等，负责执行指令进行侦察、打击等行动，形成业务数据并上传到云上，实现信息、服务能力向武器装备的延伸；单兵终端（如移动终端、穿戴式智能终端等）可通过接入云下载所需服务的客户端软件，进行数据处理或业务活动。

在这种模式下，未来军事信息系统的用户将不局限于作战机构或相关人员，也包括了作战体系中的传感器、有人/无人武器平台等。决策人员、作战人员、保障人员及传感器、有人/无人武器装备在统一的认证机制下，通过人－机接口（即各级各类实体应用系统、终端）、物－机接口安全接入，作为资源提供者共享本地服务化功能或数据，作为资源使用者按权限获取作战任务/日常活动所需的功能和信息服务，通过交互、融合、利用实现更加智能的协同应用。

3. 运行机理

基于云架构的军事信息系统依据作战活动的内在规律和对信息支撑保障的需求，合理配置信息资源，通过信息流动过程中的不断反馈交互，优化作战流程、驱动作战环路高效运行，实现作战人员－信息系统－战场资源深度融合，达到制胜目标，借鉴CPS中的要素互动理念^[⁷^]，其信息流动机理如图4所示。

图4 未来军事信息系统的信息流动机理

面向具体的任务上下文，多手段传感器平台对作战空间进行持续、实时的信息采集并上传至服务中心。系统对多源多品类数据（如探测信号、侦察数据、装备数据、人员数据、运行数据等）进行关联、融合和分析，形成情报产品、态势信息等，按需推送给相关用户；同时，信息进一步深度加工，形成知识，并与决策经验、心智模型等认知数据相结合^[8]，共同辅助决策人员基于对实时战场态势的深度理解制定和优化作战方案，形成决策，并通过各种终端（如电脑、手机甚至智能可穿戴设备等）将决策意图转换为作战节点和各类应用系统的行动指令，对感知、控制和执行的回路进行干预，实现更加智能的决策。另一方面，多源信息融合、关联、推理产生的知识被赋予无人平台，支持其具备复杂多变战场环境下的自主决策、临机行为调整等个体智能能力，大大减少人的参与，提高行动效率；在此基础上，作战节点和各类应用系统形成分布式群体智能，支持作战人员、信息系统、武器平台三者之间的知识互通与运用。在整个侦控打评的作战回路过程中，信息与知识不断通过学习反馈更新，调整物理作战行为与逻辑控制行为，支持实现整体作战效能的优化。

结语

本文从网络、信息、集成、知识等方面，提出了基于云计算的军事信息系统在内涵外延上的扩展，面向敏捷适变的系统组织运用要求，设计了包括基础资源层、共享服务层、端应用层的系统技术结构，以及面向固定云和机动云的物理部署形态，并初步研究了信息流动下的核心运行机理。研究工作将在系统顶层设计方面继续深化，以期探索我军信息系统发展方向。

【参考文献】

[1] 汪民乐,邓昌.基于网络中心战的信息优势理论研究综述[C].北京: 2014第二届中国指挥与控制学会,2014:7-11.

[2] 陆军,王燕敏等.一种基于拓扑的军事信息系统划代方法[J]. 中国电子科学研究院学报, 2016 , 11(3) :219-222.

[3] 张兵.关系、网络与知识流动[M].中国社会科学出版社,2014.

[4] 郑爱民,满青珊等.一种基于云的智慧城市系统架构[J]. 中国电子科学研究院学报, 2014, 9(3) :226-233.

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[6] 吴朝晖,俞一鹏等.脑机融合系统综述[J].生命科学,2016(6):645-649.

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[8] 刘志富,周立国.国家网络空间治理应重视认知域优势[J].中国信息安全,2013(10):40-43.

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