软件定义指挥信息系统基本概念与原理

软件定义指挥信息系统基本概念与原理

张露 李彩东 王清晨

北方自动控制技术研究所 山西省太原市 030006

摘要：科学技术的发展，促进了我国指挥信息系统的完善。目前指挥信息系统未来如何建设发展是指挥控制领域关注的重点问题。本文首先分析软件定义，其次探讨软件定义指挥信息系统基本组成，最后就构建、部署使用与能力演进模式进行研究，为未来指挥信息系统的建设发展提供有益参考。

关键词：指挥控制；软件定义；指挥信息系统；概念模型

引言

指挥信息系统是以计算机网络为核心，包含指挥控制、情报、通信、信息对抗、综合保障等分系统，对作战信息进行实时获取、传输、处理，用于保障各级指挥机构对所属部队和武器实施科学高效的指挥控制的军事信息系统。指挥信息系统既是信息化条件下体系作战的核心和中枢，也是敌方首要攻击目标之一，一旦被敌精确打击导致节点损毁，将影响其功能运行，很有可能造成指挥中断、战场失利等严重后果。指挥信息系统韧性依赖于系统的结构和节点，而且各个节点对系统韧性的影响也不同。为增强指挥信息系统韧性，使资源使用效费比最大，必须把有限的资源投入到对系统韧性影响最为显著的节点上，因此分析各个节点对系统韧性到底有多大的影响，也就是面向韧性的节点重要性度量，就变得尤为迫切。

1软件定义

近年来，软件定义网络（SDN）作为以软件和网络型体系结构为理论基础的技术思想受到关注，其潜在应用领域也越来越广泛。软件定义网络旨在以改变传统的控制和数据转发逻辑来实现对网络流量的灵活精细管理，其体系逻辑结构分为基础设施层、控制层和应用层3个层次。软件定义网络原理主要是将传统网络的控制功能集中起来，并将数据的转发和控制进行分离。网络系统的上层应用通过集中控制的网络进行工作而无需考虑底层具体设施状况，底层设备可透明化存在。目前，软件定义网络架构受到了工业界、学术界和运营商等广泛关注和研究。2011年，在斯坦福大学NickMckeown教授等的推动下，成立了致力于软件定义网络架构与技术的规范和发展工作的开放网络基金会（ONF）。目前，软件定义网络已广泛应用于数据中心网络、园区网络和广域网等场景，有效提高了相关网络的网络性能与可管理性。信息系统架构研究领域中，学者们将软件定义网络与信息系统架构进行结合，提出使用软件定义网络来解决大型复杂信息系统中的信息管理和控制问题。

2软件定义指挥信息系统基本组成

1）资源：用于系统构建的“积木”。按照业务应用/基础支撑功能，软件定义指挥信息系统构建资源可划分为传感探测、情报处理、指挥控制、火力打击、通信、信息与管理服务、通用计算环境和交互适配共8类资源，每类资源可按节点级、业务级、功能级和子功能级等粒度进行细分，形成系统构建的资源组件库，具备资源状态可识别、能力可组合及交互关系可配置等基本特性，为软件定义指挥信息系统“可以变”奠定基础。2）资源控制平面：系统能力生成与调整的“大脑”。资源控制平面由分散的管控代理及管控单元组成。其中，管控代理类似于“神经末梢”，可获取资源状态、环境异常及用户需求，解析传达控制指令，起到上传下达的作用；管控单元类似于“神经中枢”，通过任务-资源信息关联分析，提取系统调整的动因，并生成对资源部署运行及资源之间交互的控制逻辑（包括软硬件加载/卸载、虚拟机/容器调度、网络流量控制、服务组合/运行/降级以及情报保障/指挥控制关系配置等），通过控制逻辑按需定义资源的能力及资源之间信息交互的流向、流速和内容，解决软件定义指挥信息系统“为何变、如何变”的问题。3）资源构建与集成标准：支撑系统构建、使用与演进的“规章制度”。发展软件定义指挥信息系统不可能一蹴而就，既要兼容已有资源的集成运用，又要提出未来可软件定义模块化资源的构建要求。在资源设计开发方面，需建立资源划分及粒度度量、资源能力数字化表征、资源智能体封装、访问控制接口、运行支撑环境等标准规范；在资源运行管控方面，需建立异构资源集成运用“两图一表”（能力需求清单、物理连接图和信息关系图）和适变规则策略（涵盖动因分类与表征、调整策略与指令解析以及效果评估与样本采集全周期）等标准规范，最终形成一套软件定义指挥系统资源构建与集成的标准体系，为逐步形成软件定义指挥信息系统“生态”奠定基础。

3构建、部署使用与能力演进模式

3.1信息协同节点

建立信息协同节点，实际上就是在指挥信息系统各系统单元增设一个前置端，接收和处理信息需求请求，按照制定的收发规则，确定是否协同单元信息以及可以协同哪些信息。如各业务部门、指挥机构等，增设一个信息协同节点，当自身有信息协同需求时，通过信息协同节点，向其他业务部门或指挥机构的信息协同节点提出协同需求，对方节点会根据信息流转标准，判断是否能给出所需信息；若对方节点判断允许，则由节点中的交换中间单元将待交换的数据进行处理和发送，通过网络传输到达自身节点的交换中间件，经处理后进入需求方前置端，业务部门或指挥机构就可以从前置机中获得所需信息。

3.2数据分析智能化

将来自不同渠道和来源的各类数据进行整合，形成更加全面和立体的分析结果，利用多维度不同数据的综合分析，企业的管理者和决策者可以更加全面地了解当前生产形势和发展态势，便于做出科学和精准的决策。同时，利用人工智能和机器学习技术，可以实现对数据分析过程的自动化和智能化，大大提高数据分析的效率和准确性。这些智能化的分析工具能够自动识别和发现规律，帮助业务人员更快地找到关键信息。除了现有海量数据的分析，大数据技术还能够通过数据挖掘和预测分析等手段，帮助决策者预测未来可能出现的威胁和挑战。通过对历史数据和趋势进行分析，可以发现潜在的风险因素和演变规律，使决策者能够提前制定应对措施，降低潜在风险带来的损失。

3.3指挥信息系统韧性过程仿真

节点的韧性主要由节点遭受攻击后其功能水平降级的最大值和恢复持续时间决定，这两者也决定了系统在韧性过程中损失的功能水平，最大降级值越大，恢复持续时间越长，则韧性损失越大，即韧性越小。节点功能水平恢复函数的形式不同，对节点和系统韧性也存在一定影响，但差异值不大。此外，如果恢复持续时长超过规定的恢复时长，则节点和系统都无法在规定的时间内恢复到初始状态，也可以认为系统韧性不符合要求。本文引入规定恢复时间，可以评判系统韧性有无达标，且可用于不同系统韧性的比较。从图中还可以看出，攻击导致节点功能水平下降，则系统功能水平也随之下降，这是因为案例系统节点没有设置备份，每个节点都有各自的角色，发挥着重要作用，一旦受损，将影响系统功能水平。

结语

综上所述，为解决指挥信息系统运用中面临的异构网络通信协同、分布式异构资源调度、跨领域跨系统业务融合等方面的问题。纵观世界军事技术的发展潮流与实践经验，软件定义技术是提升指挥信息系统敏捷适变能力的核心技术途径。本文对软件定义指挥信息系统基本概念与原理进行了初步探索，可为未来软件定义指挥信息系统的深入研究和开发提供参考和借鉴。

参考文献

［1］张维明，黄松平，肖卫东，等.高端战争的指挥控制应对之策［J］.指挥信息系统与技术，2023，14（4）：1-7.

［2］陈峰，赵玉林，梅发国，等.基于软件定义的指挥信息系统设计思考［J］.中国电子科学研究院学报，2021，16（3）：232-238.

［3］赵鑫，郭成昊，黄强，等.指挥控制系统自主适变解决方案研究［J］.中国科学（信息科学），2020，50（11）：1665-1679.