【前沿技术】新型异构系统集成方法——用于异构电子系统的体系技术集成工具链（STITCHES）
往期回顾
基本情况
STITCHES（System of systems Technology Integration Tool Chain for Heterogeneous Electronic Systems，用于异构电子系统的体系技术集成工具链）由远地点研究公司（Apogee Research）在DARPA“体系集成技术与实验”（SoSITE）项目的资助下发展而来。DARPA于2014年4月启动SoSITE项目，其目标是发展创新的体系架构以维持在对抗环境中的空中优势；验证将各类任务系统集成到体系架构中的能力以及该架构的作战效能和韧性。SoSITE项目的发展重点是：
（1）将杀伤链的职能分散到有人和无人平台构成的作战网络中；
（2）采用开放系统架构将任务系统快速集成到有人和无人平台上；
（3）运用受控的自主性协调分布式效应
（4）支持异构系统并具有自适应能力，降低脆弱性。
图1 SoSITE项目愿景
SoSITE项目采用自动化的工具链集成多个系统，形成一个动态的体系，这个体系由所需要的作战能力确定，通过自动翻译系统之间的消息提供全局互操作能力。DARPA于2014年9月授予远地点研究公司价值1710万美元的合同，用于开展STITCHES工具链研发工作。STITCHES是一种纯软件工具链，通过在系统之间自动生成低延迟和高吞吐量的中介软件，在不需要升级硬件或破坏现有系统软件的情况下，就可快速集成跨任何领域的异构系统。STITCHES工具链不强制采用通用接口标准，而是基于已经部署的能力快速创建需要的连接，避免为了互操作而升级的需要。
STITCHES技术要点
STITCHES工具链的关键创新是“字段与转换图”（Field and Transform Graph，FTG），字段是图中的节点，包含一组子字段和一组属性，子字段由图中其它节点定义，节点之间的连线表示源节点到目的节点的转换。FTG能够有效地捕获进行互操作所需要的信息，采用转换关系来定义本体，而不是采用语义描述。STITCHES采用域描述语言（Domain Specific Language）表示实现互操作性需要的信息，如：
STITCHES工具链的主要特点包括：一是在任何两种格式良好的规范之间自动生成翻译；二是独立于现有子系统标准；三是将基于图形的数据库与为集成专门设计的计算机语言相结合；四是使用现代编译理论以优化翻译。
2.1构建FTG的样例
（1）由Ssensor1开始，每个子字段指向另一个FTG节点
（2）增加Tracker
（3）定义从AR.Ssensor1.Time到AR.Tracker.Time的转换
（4）增加从AR.Tracker.Time到AR.Ssensor1.Time的逆向转换
（5）增加Display消息，并将AR.Ssensor1的字段映射到AR.Display的字段
（6）增加从AR.Display到AR.Ssensor1的逆向转换
（7）通过转换链建立从AR.Tracker到AR.Display的转换
2.2 STITCHES工作过程
以将雷达与瞄准吊舱相集成为例，STITCHES工具链需要四个步骤：一是将需要集成的子系统在FTG中建模；二是子系统的接口被写入，以将STITCHES工具链与子系统核心软件隔离，并处理信息流量；三是转换被写入，以将新的子系统连入现有FTG；四是通过搜索FTG中已有的信息对，自动生成系统之系统信息翻译软件。
图2 STITCHES的工作原理
试验情况
自获得DARPA合同之后，STITCHES工具链参加了SoSITE的系列试验，多次成功地进行现有系统的集成：
图3 SoSITE系列试验
（1） 2018年1月，FE-2飞行实验，集成多架军机。这次飞行实验也是STITCHES工具链进行的首次飞行实验。
图4 自动生成代码转换器，将消息编码转换为传统通信消息格式
（2） 2018年6月，“铁手套”-4飞行试验，构建实时空中任务指令杀伤链，将新任务的派遣时间缩短到10分钟以内。
（3） 2018年9月，“铁手套”-5飞行试验，自主分布式电磁防护。
（4） 2018年12月，“铁手套”-6实验室试验，集成若干指控系统之间的关键威胁与禁飞数据。
（5） 2019年2月，“铁手套”-7实验室试验，集成海军电子战系统以实现共享探测。
（6）2020年8月~9月，美空军先进作战管理系统（ABMS）演示验证，STITCHES工具链通过支持机器到机器通信，实现分布式火控。
DARPA与远地点研究公司的合同于2020年12月到期。但早在2020年8月，美空军研究实验室就已经授予远地点研究公司价值4800万美元的合同，将STITCHES工具链过渡给美空军。根据合同，远地点研究公司将于2025年7月前完成相关工作。
结语
STITCHES破解异构集成难题，支持马赛克战等新型作战概念。美军目前重点发展的马赛克战、联合全域作战等新型作战概念，均强调跨域异构平台的集成。为实现异构集成，一种方法是开发适于所有平台与系统的通用接口，但是这种方法由于复杂性、工作量等原因难以实现。STITCHES工具链成为各类平台与系统的“翻译器”，有效解决了复杂性和工作量的问题。随着远地点研究公司研发工作的推进，STITCHES工具链将具备实战能力，直接支持马赛克战等新型作战概念。
STITCHES工具链实现了数据层面的互操作性，不论是服役几十年的老旧系统还是即将投入使用的新研系统，都能被有效兼容。STITCHES工具链强大兼容性的重要优势包括：一是发挥各类系统的最佳性能。STITCHES工具链不会对系统本身进行重大改造，能够最大限度保持原有性能；二是显著降低装备提前退役的成本损耗。已有的老旧系统可能因为不兼容而被迫退役，STITCHES工具链可以使这些系统继续服役；三是随时吸收最先进系统以维持战力。技术发展日新月异，STITCHES工具链能够吸收各类最先进系统。STITCHES工具链能够枚举各类作战系统的数据，搭建知识库。后续碰到相同系统便可快速集成。
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