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空基信息系統(tǒng)協(xié)同計(jì)算架構(gòu)研究
摘 要：文中分析了多平臺(tái)協(xié)同場(chǎng)景下空基信息系統(tǒng)的計(jì)算特點(diǎn)和協(xié)同計(jì)算需求，并針對(duì)以預(yù)警機(jī)為中心的空基多平臺(tái)協(xié)同，設(shè)計(jì)了一種協(xié)同計(jì)算架構(gòu)，探討了該架構(gòu)下空基信息系統(tǒng)的協(xié)同計(jì)算模式，分析了架構(gòu)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。基于文中所設(shè)計(jì)架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)空基信息系統(tǒng)任務(wù)軟件的高可用和平臺(tái)間計(jì)算任務(wù)的按需部署、遷移和協(xié)同計(jì)算，為構(gòu)建高可靠、高效能的空基信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)計(jì)算環(huán)境支撐。
關(guān)鍵詞: 空基信息系統(tǒng)；機(jī)載任務(wù)電子系統(tǒng)；協(xié)同計(jì)算；空基信息系統(tǒng)軟件架構(gòu)
引 言
空基信息系統(tǒng)是以空基平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過(guò)傳感器、決策者和射手之間的信息共享和行動(dòng)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)打擊鏈路閉環(huán)的網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)信息系統(tǒng)[1-2]。空基信息系統(tǒng)由空基預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)和空基指揮控制系統(tǒng)組成[3-4]，典型的空基信息系統(tǒng)以預(yù)警機(jī)為中心，協(xié)同干擾機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、無(wú)人機(jī)等多型空基裝備，實(shí)現(xiàn)預(yù)警探測(cè)、情報(bào)偵察、指揮控制以及協(xié)同打擊等各種功能。
近年來(lái)，隨著各型空基裝備的長(zhǎng)足發(fā)展，尤其是各類無(wú)人裝備的不斷涌現(xiàn)，空基信息系統(tǒng)的參與要素日益豐富，其數(shù)據(jù)處理需求產(chǎn)生了很大變化。與此同時(shí)，深度學(xué)習(xí)等智能化技術(shù)在各類信息系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸豐富，這為空基信息系統(tǒng)大規(guī)模數(shù)據(jù)的智能化處理提供了有力支撐。為此，有必要分析空基信息系統(tǒng)新的計(jì)算需求及特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相適應(yīng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，提升空基信息系統(tǒng)的綜合效能。
1.空基信息系統(tǒng)計(jì)算特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)
空基信息系統(tǒng)的計(jì)算資源具有相對(duì)有限且分布不均的特點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，與地面各類信息系統(tǒng)不同，空基信息系統(tǒng)受其所依托空基平臺(tái)在載重、供電等方面限制，計(jì)算硬件總量受限，往往無(wú)法通過(guò)增加物理設(shè)備等方式對(duì)計(jì)算資源進(jìn)行按需擴(kuò)展。另一方面，各類空基平臺(tái)的計(jì)算資源分布也不夠均衡。以預(yù)警機(jī)為代表的大型裝備在飛行平臺(tái)的容納能力上具有優(yōu)勢(shì)，其計(jì)算資源相對(duì)充裕；而以無(wú)人機(jī)為代表的平臺(tái)容納能力相對(duì)小得多，其計(jì)算資源也更加短缺。
空基信息系統(tǒng)對(duì)計(jì)算可靠性和計(jì)算效率有著極高的要求。從預(yù)警探測(cè)、情報(bào)偵察開(kāi)始，空基信息系統(tǒng)需要快速處理各類數(shù)據(jù)，以有效支撐指揮控制指令的產(chǎn)生，最終完成各類任務(wù)。流程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算失效都可能導(dǎo)致任務(wù)的失敗。
隨著無(wú)人化、智能化等新興技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，其在空基信息系統(tǒng)的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛和深入。以智能化為例，從特定傳感器的目標(biāo)識(shí)別等數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，到信息融合、輔助決策等指揮控制領(lǐng)域，智能化技術(shù)正大幅提升著空基信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。伴隨這些新技術(shù)而來(lái)的是空基信息系統(tǒng)在計(jì)算方面的一些發(fā)展趨勢(shì)：
1.1 空基信息系統(tǒng)的計(jì)算對(duì)象呈現(xiàn)出規(guī)模化的特點(diǎn)
隨著裝備的不斷發(fā)展，預(yù)警探測(cè)的內(nèi)涵不斷擴(kuò)大。來(lái)自各類主動(dòng)、被動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)均可作為預(yù)警探測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)源。這使得空基信息系統(tǒng)要處理的數(shù)據(jù)形式十分多樣，也不可避免地導(dǎo)致了數(shù)據(jù)體量的增長(zhǎng)。另一方面，隨著近年來(lái)無(wú)人裝備的迅速發(fā)展普及，空基信息系統(tǒng)需要能夠處理來(lái)自各類無(wú)人裝備乃至無(wú)人裝備集群的數(shù)據(jù)。這進(jìn)一步增大了空基信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理壓力，空基信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理體量越發(fā)規(guī)模化。
1.2 空基信息系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)通信效率的要求越來(lái)越高
空基信息系統(tǒng)參與要素的擴(kuò)展使得要素之間的協(xié)同越發(fā)重要，數(shù)據(jù)通信正是平臺(tái)間相互協(xié)同的基礎(chǔ)。因此，空基信息系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)通信的需求是不斷增長(zhǎng)的。空基環(huán)境中，各物理平臺(tái)間通過(guò)各種類型的數(shù)據(jù)鏈相互通信，數(shù)據(jù)鏈的通信帶寬本身是很有限的。此外，空中環(huán)境復(fù)雜多變，空基信息系統(tǒng)還需要考慮各類通信干擾等因素，這更加大了數(shù)據(jù)的傳輸限制。以上就要求空基信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信能夠在有限的通信帶寬和質(zhì)量下，盡可能提升通信效率，進(jìn)而提升協(xié)同效率。
1.3 無(wú)人裝備的廣泛應(yīng)用更加凸顯空基信息系統(tǒng)可靠計(jì)算的重要性
在很大程度拓寬空基信息系統(tǒng)預(yù)警探測(cè)覆蓋范圍的同時(shí)，相對(duì)更加前出的無(wú)人裝備自身也面臨相對(duì)更大的生存威脅。因此，有必要從基礎(chǔ)計(jì)算架構(gòu)上確保系統(tǒng)的高可靠，在出現(xiàn)由物理?yè)p傷等造成的平臺(tái)失能情況下仍要實(shí)現(xiàn)任務(wù)的接替，確保任務(wù)的完成。
2.空基信息系統(tǒng)協(xié)同計(jì)算需求
以空基協(xié)同態(tài)勢(shì)感知為例，預(yù)警機(jī)與其他各類特種機(jī)、無(wú)人機(jī)相互分工協(xié)作，預(yù)警機(jī)外各平臺(tái)擔(dān)負(fù)特定方面的探測(cè)和偵察任務(wù)，預(yù)警機(jī)平臺(tái)則在自身探測(cè)偵察的同時(shí)，擔(dān)負(fù)整體態(tài)勢(shì)感知和指揮控制任務(wù)。處于中心位置的預(yù)警機(jī)平臺(tái)與各平臺(tái)建立通信連接，接收來(lái)自各平臺(tái)的探測(cè)和偵察數(shù)據(jù)，并向各平臺(tái)下發(fā)綜合態(tài)勢(shì)信息及指揮控制指令。當(dāng)預(yù)警機(jī)之外的各平臺(tái)間存在相互直接協(xié)同需求時(shí)，可根據(jù)需要建立直接通信。該場(chǎng)景下平臺(tái)的典型組成如圖1所示。
圖 1 典型空基信息系統(tǒng)協(xié)同場(chǎng)景
多平臺(tái)協(xié)同可克服單一平臺(tái)在探測(cè)、計(jì)算等方面的能力局限，有效提升戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知的范圍和靈活度。不同平臺(tái)通過(guò)在探測(cè)區(qū)域、探測(cè)方式等方面分工協(xié)作，共同完成探測(cè)偵察任務(wù)；特定平臺(tái)所執(zhí)行的任務(wù)可根據(jù)總體任務(wù)執(zhí)行和態(tài)勢(shì)感知的需要而靈活變化，實(shí)現(xiàn)按需切換；當(dāng)特定平臺(tái)出現(xiàn)計(jì)算資源不足時(shí)，可通過(guò)“計(jì)算卸載”將計(jì)算任務(wù)傳遞至具備相應(yīng)計(jì)算資源的其他平臺(tái)，協(xié)同完成計(jì)算；在特定平臺(tái)失效的情況下，可將失效平臺(tái)的計(jì)算任務(wù)快速遷移至其他具備相應(yīng)能力（如特定傳感器）的平臺(tái)，保障整個(gè)系統(tǒng)的可用性。
空基多平臺(tái)協(xié)同對(duì)各平臺(tái)任務(wù)計(jì)算的架構(gòu)提出了新的要求，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。
1）計(jì)算任務(wù)方面
多平臺(tái)協(xié)同要求計(jì)算任務(wù)具備跨平臺(tái)部署和動(dòng)態(tài)遷移的能力，這就要求包括嵌入式硬件在內(nèi)的各類異構(gòu)計(jì)算硬件向上層計(jì)算任務(wù)提供統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)任務(wù)部署和遷移過(guò)程中運(yùn)行環(huán)境的一致。
2）任務(wù)數(shù)據(jù)方面
多平臺(tái)協(xié)同要求在節(jié)點(diǎn)間按需建立通信關(guān)系的基礎(chǔ)上，面向核心數(shù)據(jù)提供多平臺(tái)分布式能力，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)在多平臺(tái)間的分布式同步。此外，為有效降低協(xié)同過(guò)程中的數(shù)據(jù)通信需求，需要支持對(duì)計(jì)算任務(wù)運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效區(qū)分，通過(guò)任務(wù)規(guī)劃，將可能存在協(xié)同需求的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先部署，降低任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)傳遞需求。
3）計(jì)算資源方面
多平臺(tái)協(xié)同要求中心平臺(tái)具備對(duì)各平臺(tái)計(jì)算資源的整體管理能力，要能夠根據(jù)任務(wù)需求和實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)，在各平臺(tái)間進(jìn)行計(jì)算資源的動(dòng)態(tài)管理以及計(jì)算任務(wù)和計(jì)算資源的動(dòng)態(tài)匹配。計(jì)算任務(wù)和計(jì)算資源匹配過(guò)程中，要能夠充分利用數(shù)據(jù)采集端的計(jì)算能力，盡可能在末端進(jìn)行全部或部分的數(shù)據(jù)處理或預(yù)處理，從而降低協(xié)同過(guò)程中的數(shù)據(jù)通信需求。
3.空基信息系統(tǒng)協(xié)同計(jì)算架構(gòu)
結(jié)合上述對(duì)空基信息系統(tǒng)計(jì)算特點(diǎn)和協(xié)同需求的分析，設(shè)計(jì)如圖2所示的空基信息系統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)。
圖 2 協(xié)同計(jì)算架構(gòu)示意圖
架構(gòu)中，自頂向下分別為應(yīng)用軟件（各類計(jì)算任務(wù)）、統(tǒng)一組件環(huán)境、硬件資源虛擬化和操作系統(tǒng)/各類硬件。其中，硬件資源虛擬化層是本架構(gòu)的基礎(chǔ)，通過(guò)該層對(duì)各平臺(tái)的不同類別硬件進(jìn)行統(tǒng)一的虛擬化，形成抽象的虛擬化資源池；統(tǒng)一組件環(huán)境是本架構(gòu)的核心，它基于虛擬化資源池，為上層應(yīng)用軟件提供統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境，并進(jìn)行各類管理、提供各類基礎(chǔ)服務(wù)。本架構(gòu)的主要特點(diǎn)如下。
3.1 軟件狀態(tài)分離
應(yīng)用軟件層面，本架構(gòu)對(duì)其進(jìn)行組件化封裝。邏輯角度，封裝后的組件細(xì)分為程序、數(shù)據(jù)和狀態(tài)。其中，程序?qū)?yīng)軟件的可執(zhí)行指令集合，其本身是靜態(tài)的；數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)程序執(zhí)行過(guò)程中從外部存儲(chǔ)器讀寫(xiě)的靜態(tài)／動(dòng)態(tài)內(nèi)容；狀態(tài)則對(duì)應(yīng)程序執(zhí)行過(guò)程中在內(nèi)部存儲(chǔ)器讀寫(xiě)的動(dòng)態(tài)內(nèi)容[5]。組件的運(yùn)行過(guò)程可視為靜態(tài)程序被計(jì)算硬件加載之后執(zhí)行指令、讀取處理數(shù)據(jù)、改變自身狀態(tài)并輸出數(shù)據(jù)的過(guò)程。將組件靜態(tài)程序和動(dòng)態(tài)狀態(tài)進(jìn)行分離，并將數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行分別處理，從架構(gòu)上提供數(shù)據(jù)和狀態(tài)的統(tǒng)一管理，可實(shí)現(xiàn)單平臺(tái)內(nèi)計(jì)算任務(wù)的高可靠保障，并為實(shí)現(xiàn)依托于組件的計(jì)算任務(wù)在平臺(tái)間的遷移和協(xié)同奠定基礎(chǔ)。
3.2 計(jì)算環(huán)境統(tǒng)一
應(yīng)用軟件之下，設(shè)計(jì)“統(tǒng)一組件環(huán)境”層。該層連接應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)，面向各平臺(tái)各類軟件的運(yùn)行提供一致的基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境。該層功能可細(xì)分為資源管理、數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)管理、服務(wù)管理、組件管理、任務(wù)管理、數(shù)據(jù)協(xié)同管理、狀態(tài)協(xié)同管理和任務(wù)協(xié)同管理。
資源管理綜合上層應(yīng)用的資源需求和硬件資源池內(nèi)的各類資源占用，依據(jù)任務(wù)模型中預(yù)先設(shè)定的分配策略，進(jìn)行資源的分配和動(dòng)態(tài)調(diào)整；并對(duì)資源和資源的占用進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，為跨平臺(tái)的資源協(xié)同提供依據(jù)。
數(shù)據(jù)管理和狀態(tài)管理分別為上層應(yīng)用提供相互隔離的數(shù)據(jù)和狀態(tài)訪問(wèn)服務(wù)。應(yīng)用軟件通過(guò)數(shù)據(jù)管理和狀態(tài)管理兩類服務(wù)，將程序運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)集中托管至統(tǒng)一組件環(huán)境。統(tǒng)一組件環(huán)境在數(shù)據(jù)和狀態(tài)集中管理過(guò)程中，則可采用分級(jí)、分布式等策略[6]，實(shí)現(xiàn)集中托管數(shù)據(jù)的高效率和高可靠。
組件管理為上層組件的運(yùn)行提供基礎(chǔ)管理功能，包含組件生命周期管理、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、健康狀態(tài)識(shí)別等。同時(shí)，在組件管理的基礎(chǔ)上，針對(duì)面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）等架構(gòu)的服務(wù)化設(shè)計(jì)需求提供服務(wù)管理功能，該功能為服務(wù)接口的描述和表達(dá)提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，支持基于統(tǒng)一資源定位符的全系統(tǒng)服務(wù)定位，并為服務(wù)接口的調(diào)用提供數(shù)據(jù)消息的路由轉(zhuǎn)發(fā)。
任務(wù)管理為系統(tǒng)內(nèi)各平臺(tái)提供統(tǒng)一的任務(wù)模型定義，并基于定義的模型，產(chǎn)生并應(yīng)用相應(yīng)的組件、服務(wù)、資源、數(shù)據(jù)、狀態(tài)管理策略。
數(shù)據(jù)協(xié)同管理和狀態(tài)協(xié)同管理面向跨平臺(tái)協(xié)同需求，基于分布式一致性等方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)在平臺(tái)之間的分布式管理。任務(wù)協(xié)同管理則為數(shù)據(jù)和狀態(tài)的協(xié)同過(guò)程提供基于任務(wù)模型的統(tǒng)一管理。3.3硬件資源虛擬化
統(tǒng)一組件環(huán)境之下，通過(guò)“硬件資源虛擬化”層適配對(duì)接各平臺(tái)的各類計(jì)算硬件——包含CPU、內(nèi)存等計(jì)算硬件、存儲(chǔ)硬件和網(wǎng)絡(luò)硬件，向上層提供統(tǒng)一的計(jì)算、操作接口，實(shí)現(xiàn)硬件資源的虛擬化。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算硬件可直接通過(guò)操作系統(tǒng)內(nèi)核的相應(yīng)特性實(shí)現(xiàn)虛擬化；對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)硬件，如各類FPGA設(shè)備[7]，可通過(guò)單獨(dú)設(shè)計(jì)的虛擬化適配器，將資源納入硬件資源虛擬化層。
4.空基信息系統(tǒng)協(xié)同計(jì)算模式
4.1 計(jì)算協(xié)同方式
本文所述計(jì)算架構(gòu)下，應(yīng)用軟件基于統(tǒng)一設(shè)計(jì)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并運(yùn)行于統(tǒng)一組件環(huán)境中。該設(shè)計(jì)使得軟件具備在不同平臺(tái)間、平臺(tái)內(nèi)部不同硬件設(shè)備間的通用能力，這與FACE[8]等架構(gòu)在應(yīng)用層所瞄準(zhǔn)的目標(biāo)是相似的。該能力確保不同來(lái)源的軟件可免適配地部署在環(huán)境內(nèi)任一平臺(tái)、任一設(shè)備上，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)遷移。
為了滿足第2節(jié)所述空基信息系統(tǒng)協(xié)同計(jì)算需要，組件還需具備不同平臺(tái)、不同設(shè)備間動(dòng)態(tài)遷移的過(guò)程中業(yè)務(wù)功能延續(xù)的能力。本計(jì)算架構(gòu)中，通過(guò)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的跨平臺(tái)協(xié)同滿足該需求。當(dāng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)分布存儲(chǔ)于單平臺(tái)內(nèi)時(shí)，程序可在不同硬件間自由遷移而不影響程序的運(yùn)行結(jié)果；當(dāng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)分布存儲(chǔ)于多個(gè)平臺(tái)時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)和狀態(tài)在平臺(tái)間的協(xié)同實(shí)現(xiàn)平臺(tái)間數(shù)據(jù)與狀態(tài)的一致，從而實(shí)現(xiàn)程序和業(yè)務(wù)功能的跨平臺(tái)遷移。
一般的信息系統(tǒng)中，相較于計(jì)算資源，存儲(chǔ)資源往往相對(duì)充沛。在此背景下，在本架構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用中，可在組件設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和劃分。根據(jù)可能的任務(wù)協(xié)同需要，將組件程序和靜態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)先部署至存在潛在協(xié)同需求的節(jié)點(diǎn)。空基信息系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，只針對(duì)狀態(tài)等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式協(xié)同，從而降低功能遷移過(guò)程中的通信帶寬需求。
4.2 協(xié)同計(jì)算應(yīng)用形式
在多平臺(tái)構(gòu)成的空基信息系統(tǒng)中，通過(guò)本架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)以下幾種典型協(xié)同計(jì)算應(yīng)用形式。
（1）計(jì)算任務(wù)平臺(tái)內(nèi)協(xié)同
隨著任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的不斷變化，單一平臺(tái)內(nèi)部的任務(wù)計(jì)算需求同樣是動(dòng)態(tài)變化的，計(jì)算任務(wù)在平臺(tái)內(nèi)同樣存在協(xié)同的必要。上述架構(gòu)下，計(jì)算資源的虛擬化可為計(jì)算任務(wù)在平臺(tái)內(nèi)的協(xié)同并發(fā)提供資源保障，而狀態(tài)數(shù)據(jù)的分離和統(tǒng)一管理則可為計(jì)算任務(wù)在平臺(tái)內(nèi)的協(xié)同并發(fā)提供數(shù)據(jù)保障。
（2）計(jì)算任務(wù)跨平臺(tái)協(xié)同
以第2節(jié)中空基信息系統(tǒng)多平臺(tái)協(xié)同場(chǎng)景下的組成為例，預(yù)警機(jī)中心單元在任務(wù)執(zhí)行前進(jìn)行任務(wù)和數(shù)據(jù)的規(guī)劃，并將內(nèi)容同步至外部協(xié)同平臺(tái)；任務(wù)執(zhí)行中，中心單元根據(jù)任務(wù)模型進(jìn)行的任務(wù)調(diào)整，以指令形式通過(guò)無(wú)線通信分發(fā)至各協(xié)同平臺(tái)；協(xié)同平臺(tái)依據(jù)接收的任務(wù)，基于本地傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用本地計(jì)算硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果發(fā)送出去；各平臺(tái)的本地處理結(jié)果作為狀態(tài)信息，根據(jù)任務(wù)協(xié)同模型，按需同步至其他平臺(tái)；中心節(jié)點(diǎn)采集同步來(lái)的各類數(shù)據(jù)，并基于此進(jìn)行指揮控制、任務(wù)管理等相關(guān)計(jì)算。
（3）計(jì)算任務(wù)卸載傳遞
當(dāng)出現(xiàn)特定平臺(tái)（稱為需求平臺(tái)）計(jì)算資源無(wú)法滿足任務(wù)需要時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行平臺(tái)間協(xié)同計(jì)算。此時(shí)，中心平臺(tái)在需求平臺(tái)物理位置附近匹配具備一致的計(jì)算環(huán)境、通信帶寬和通信質(zhì)量能夠保障協(xié)同需要且有富余計(jì)算能力的平臺(tái)（稱為協(xié)同平臺(tái)），形成相應(yīng)指揮控制指令并通過(guò)“任務(wù)、數(shù)據(jù)、狀態(tài)”協(xié)同管理模塊下發(fā)至各相關(guān)平臺(tái)。與此同時(shí)，可根據(jù)需求建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速通信，以更好地保障協(xié)同計(jì)算。在實(shí)際應(yīng)用中，部分計(jì)算任務(wù)不可避免地需要特定與平臺(tái)相關(guān)的硬件設(shè)備提供計(jì)算支持。這類情況下，需求平臺(tái)和協(xié)同平臺(tái)必須具備一致的計(jì)算環(huán)境，才能實(shí)現(xiàn)計(jì)算的協(xié)同。如上文所分析，針對(duì)此類情況，可通過(guò)事先的規(guī)劃，預(yù)判可能的協(xié)同需求，并將協(xié)同需要的靜態(tài)數(shù)據(jù)在任務(wù)執(zhí)行前同步存儲(chǔ)至各平臺(tái)，以降低任務(wù)執(zhí)行時(shí)協(xié)同的響應(yīng)時(shí)間。
（4）計(jì)算任務(wù)遷移接替
當(dāng)出現(xiàn)特定平臺(tái)失效時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算任務(wù)的跨平臺(tái)遷移。此時(shí)，中心平臺(tái)在失效平臺(tái)物理位置附近規(guī)劃和匹配具備一致硬件環(huán)境的平臺(tái)（稱為目標(biāo)平臺(tái)），并形成相應(yīng)指揮控制和任務(wù)管理指令，使目標(biāo)平臺(tái)承接失效平臺(tái)的計(jì)算任務(wù)。通過(guò)任務(wù)前的規(guī)劃，可保障具備相互遷移能力的平臺(tái)（如配置有相同類別傳感器的平臺(tái)）在任務(wù)執(zhí)行前具備組件程序等靜態(tài)數(shù)據(jù)的一致性。另一方面，由于跨平臺(tái)協(xié)同的存在，各類關(guān)鍵動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)被分布存儲(chǔ)于系統(tǒng)中。基于此，可實(shí)現(xiàn)任務(wù)在平臺(tái)間的平滑遷移，從而保障空基信息系統(tǒng)的高可靠。
5.空基信息系統(tǒng)協(xié)同計(jì)算架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
上述空基信息系統(tǒng)協(xié)同計(jì)算架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和有效運(yùn)行，需要解決以下四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
1）對(duì)系統(tǒng)任務(wù)和計(jì)算任務(wù)的有效建模。通過(guò)任務(wù)模型，對(duì)任務(wù)中各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、各類關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)顆粒度的劃分和定義，并借助組件化、服務(wù)化等設(shè)計(jì)方法，將任務(wù)具象成為具備一定通用性的組件/服務(wù)及其相互關(guān)系的集合。
2）面向細(xì)顆粒度組件/服務(wù)的精細(xì)規(guī)劃和優(yōu)化。組件和服務(wù)的細(xì)顆粒度劃分給系統(tǒng)帶來(lái)靈活性的同時(shí)，也帶來(lái)了更大的管理編排壓力。只有具備精細(xì)化管理能力才能使組件/服務(wù)有機(jī)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)資源管理效能和空基信息系統(tǒng)運(yùn)行效能的整體提升。
3）數(shù)據(jù)鏈等網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展。空基信息系統(tǒng)跨平臺(tái)的信息交互依賴于通信基礎(chǔ)設(shè)施，通信的帶寬、靈活性、穩(wěn)定性、安全性等因素直接影響系統(tǒng)通信效能，也直接影響協(xié)同效能。平臺(tái)間通信能力的提升必然可為跨平臺(tái)的協(xié)同計(jì)算帶來(lái)更多的空間和可能。
4）跨平臺(tái)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分布策略和實(shí)現(xiàn)方法。在復(fù)雜空基環(huán)境中構(gòu)建數(shù)據(jù)分布式冗余存儲(chǔ)，可以為計(jì)算任務(wù)的高效協(xié)同奠定基礎(chǔ)，也是另一個(gè)有待解決和驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
結(jié) 語(yǔ)
本文分析了空基信息系統(tǒng)的計(jì)算特點(diǎn)和協(xié)同計(jì)算需求，并基于此設(shè)計(jì)了一種協(xié)同計(jì)算架構(gòu)，滿足空基信息系統(tǒng)的協(xié)同計(jì)算需求。在裝備無(wú)人化、計(jì)算智能化的當(dāng)前，該架構(gòu)可針對(duì)性地提供一種空基信息系統(tǒng)協(xié)同計(jì)算實(shí)現(xiàn)思路，滿足日益增長(zhǎng)的協(xié)同計(jì)算需求，提升新環(huán)境下空基信息系統(tǒng)作戰(zhàn)效能，使空基信息系統(tǒng)的各參與平臺(tái)和要素圍繞作戰(zhàn)任務(wù)，將各自資源充分整合并形成有機(jī)整體。
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