军事电子信息系统数据互操作方法研究 |
| 2013-01-27 17:45 作者：吴红兵 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，重点分析网络中心条件下，美军为促进系统间数据互操作，提升系统信息共享程度的主要方法与途径，包括美军数据管理方法，以及元数据注册系统（MDR）、数据服务环境（DSE）等方面。最后从基础数据标准建设、网络化数据管理以及数据服务体系构建等方面提出军事电子信息系统实现数据语法、语义互操作的几点建议。
关键词：元数据；元数据注册系统；发现元数据；网络中心化全局服务；数据服务环境
0引言
自1977年互操作性概念被提出以来，各组织已给出了一些相关的定义。美军对互操作的定义为：“系统、单元或部队间提供、获取服务的能力，以及使用该服务促进系统、单元或部队之间更有效的运行[1]”。信息系统作为支撑指控、情报、后勤等不同业务领域组织机构间实现互操作的主体，其互操作可归纳为数据和技术互操作两个方面。数据互操作是信息系统采用的数据概念、结构和格式的一致性，而技术互操作是信息系统采用技术体制的一致性。另外，1996年美军C4ISR体系结构工作组提出信息系统互操作等级模型（LISI）也将数据作为评价系统互操作的属性之一，由此可见数据互操作是影响信息系统互操作的重要因素。
为实现网络化条件下跨部门、跨领域的信息共享，美军在国防部（DoD）范围内采用数据互操作的概念，在实施数据标准化的基础上，根据网络中心化数据策略（NCDS），促使数据可见、可访问、可理解和可信任等，其核心是提升系统之间数据互操作程度。因此，本文通过跟踪分析美军实现数据互操作采取的主要措施，提出网络中心条件下实现军事电子信息系统数据互操，促进信息共享的几点建议与措施。
1数据互操作及相关问题
目前，Tolk和Muguira从数据视角构建了概念互操作等级模型（LCIM）[2]，该模型包括孤立级、技术级、语法级、语义级、语用级和概念级6个等级。从数据互操作等级的视角，美军提出实现数据资源对用户可见、可访问、可理解和可信任等目标，主要是采用国防部网络中心化数据管理方法（DoDD8320.2）解决语法级、语义级以及初步的语用级数据互操作，也就是在确定可共享的数据和信息定义的基础上，明确系统之间信息交换格式，并试图促进系统之间能自动理解共享数据及其上下文的含义。具体而言，重点解决如下与数据互操作相关的几个问题。
1）数据可见：主要解决不同用户如何快速发现数据以及能够发现哪些数据；
2）数据可访问：主要解决用户从哪里获取数据以及采用什么数据格式；
3）数据可理解：主要解决如何促使人员之间理解信息含义或系统自动理解信息含义；
4）规范化管理：主要解决数据整个生命周期使用管理方面的问题。
因此，信息系统之间的数据互操作可从系统能否发现可用的数据，能否正确交换数据，能否接收、转换和处理可用的信息格式，以及数据时效性、精确性等能否满足业务需求等方面进行考虑。以下将针对上述问题，分析美军在数据管理和支撑手段方面采取的相应方法。例如：发布系列顶层文件，指导网络中心条件下数据标准化；结合NCES项目，依托元数据注册系统构建数据服务环境，支撑系统之间信息共享。
2美军实现数据互操作的方法
2.1国防部范围内的数据标准化
2003年以前，美军国防部采用数据管理方法（DODD8320.1系列）实施国防部范围内跨部门共享数据标准化，规范跨部门可共享数据元素的定义、值域等，形成国防部数据字典（DDDS），并采用国防数据仓库系统（DDRS）供相关用户使用[3]，解决数据语法、语义级互操作。
事实上，美军采用数据标准化方法并没有完全实现国防部范围内数据互操作和跨域信息共享[3]。然而部分人将其原因归结于数据标准化方法不可能统一国防部范围内跨部门可共享的数据，但事实并非如此，本文认为其原因主要包括以下两方面：
1）数据标准化方法尚未充分考虑标准化数据元素的应用背景信息增加了其使用难度。
国防部内数据标准化方法主要考虑国防部内跨部门共享数据元素命名、定义和数据元素关系的标准化，但对促进数据语用级互操作的应用背景信息尚未充分考虑。然而，对于需要共享这些数据元素的用户而言，数据元素使用的上下文背景可能千差万别，因此用户在使用这些标准化数据元素时，其应用方式有较大的差异，从而导致难以实现信息系统之间数据互操作。
2）标准化数据元素使用时转换与映射的巨大工作量加大了其应用的难度。
DDDS中一个标准化的数据元素（实体）往往对应着信息系统数据库中的一张表。在信息系统研制时，用户需要与其它系统之间共享信息之前，往往要将信息系统数据库中的相关数据表的字段与DDDS中各个实体的属性建立映射关系。当需要进行大范围的信息共享时，各信息系统数据库中的表、字段与DDDS的实体、属性之间进行映射的工作量将变得巨大，因此这给DDDS的使用带来了较大的麻烦。
因此，美军以平台为中心向以网络为中心的军事转型过程中，尤其9.11以后，当大范围的信息共享成为美军国防部和其他部门的主要目标时，美军借鉴互联网上的主要做法，逐步放弃在整个国防部范围内跨部门数据标准化的做法，开始采用国防部范围内元数据注册的思路（ISO/IEC11179），逐步由原先采用数据标准化方法管理数据向网络化条件下用户如何使用共享数据过渡。
2.2网络为中心的数据管理与应用
为实现NCDS中提出的目标，美军开始转变数据管理与应用的方法，在相关顶层文件上做出了相应的调整，如表1所示。
表1美军颁布与数据管理与相关指导性文件
相关文件 发布时间 状态
DoDD8320.1国防部数据管理 1991 废止
DoDD8320.1-M国防部数据管理规程 1994 废止
DoDD8320.1-M-1国防部数据元素标准化规程 1998 废止
DoDD8320.2网络中心化国防部数据共享 2004 有效
DoDD8320.02-G网络中心化数据策略实施指南 2006 有效
DoDD8320.03网络中心化国防部唯一标识（UID）标准 2007 有效
国防部网络中心化数据策略（NCDS） 2003 有效
国防部发现元数据规范（DDMS）V4.0 2012 有效
因此，2003年以后，美军明确数据管理采取网络化、分布式管理的方法，实施“化整为零”的思路，将以前在整个国防部范围内进行集中管理实施标准化的方式，分散在各利益共同体（COI）内进行。另外，各COI以DoDD8320.2为基础，可根据自身实际需求建立相应数据管理方法。例如，陆军以NCDS和DoDD8320.02-G为基础制定陆军网络中心化数据策略（ANCDS）[4]，指导陆军范围内实现数据网络中心的应用。简言之，美军主要采用以下四个方面的措施：
1）以COI为对象开展共享数据建设。各COI按照ISO/IEC11179（第2版）第三部分开展数据元标准化，构建相应概念模型、逻辑模型、物理模型及XMLSchema数据模型视图。
2）系统之间交换的数据格式采用XMLSchema表示，利用XML文件自解释性解决数据语法层互操作。
3）采用发现元数据规范（DDMS）描述可共享数据资产（含数据元素、XMLschema等）的相关元数据（名称、密级、URL等），即对数据资产进行标记。
4）所有可共享数据资产标记的元数据发布到元数据注册系统（MDR）中，其它用户可通过MDR查询、获取相关信息或支持进行数据格式的转换。
因此，美军新的数据管理与应用方法的目标是在追求实现信息系统语义级数据互操作，并将焦点放在确定跨COI的数据资产元数据、通用术语、词汇和信息交换的XMLSchema。例如，在美军消息文本格式（USMTF）、国家信息交换模型（NIEM）、联合指控/情报信息交换数据模型（JC3IEDM）等基础上，构建各COI范围内的术语、词汇，包括C2CORE、ISRCORE等，以此促进COI之间在术语概念层面上达成统一与协调，支撑实现信息系统语义层数据互操作。
然而，美军新的数据管理与应用方法并非是对以往国防部范围内数据标准化方法的完全摒弃，而是对已有大量标准化数据资源（如DDDS）的继承与发展。首先，DDDS中的大量数据模型、交换格式等资源已经发布到MDR中，各COI在建立概念模型、交换格式时仍需要以DDDS中现有的标准数据资源为依据；其次，若完全抛弃现有的标准化数据资源，美军将无可供共享的信息，更无法实现数据资产的标记与发布。
但是，新的数据管理与应用方法在实施过程中也存在一些风险，例如：COI范围内需要建立合理的管理体制，保障建立共享术语和交换格式时，能够反映跨部门的用户需求，保证数据之间的一致性。COI标记发布数据资产时需要由自动化的辅助工具为COI用户自动获取数据资产的元数据，否则当共享数据资产较多时，标记数据资产的元数据与发布过程将带来极大的工作量，将影响网络中心化数据策略的实现。
2.3基于数据服务环境的数据重用
随着美军数据管理方法的改变，数据管理与应用手段已逐步由DDRS转换为MDR。事实上，MDR是共享数据资源库，各类用户通过非秘路由交换网（NIPRNET）、加密路由交换网（SIPRNET）和联合全球情报通信系统（JWICS）可访问DDDS等现有基础数据，以及可重用的数据结构（XMLSchema）等。
随着美军网络中心化全局服务（NCES）项目的开展，2011年，美军将MDR、服务发现（SD）、网络中心化发布服务（NCSP）、企业服务管理（ESM）服务、权威数据来源注册（EADS）等集成在一起，形成网络中心化数据服务环境（DSE）[5]，实现国防部范围内元数据管理、服务管理与监控的一体化。和MDR相比，DSE在元数据注册方面并没有改变，而是增加了数据来源管理，术语、本体信息注册与发布管理，以及服务管理监控等功能，为用户/系统提供一体化的数据获取与使用环境，使用户能够发现、注册、发布、查找和管理相应的共享数据，获取所需相关信息，为提高系统之间数据互操作奠定了基础，促进国防部范围内的数据共享。
3网络中心化系统数据互操作方法设想
军事电子信息系统数据互操作涉及共享数据建设、管理与应用等方面。因此，本章节将结合国内外经验，从共享数据建设、基于元数据的网络化数据管理和系统研制中数据服务应用等方面提出促进军事电子信息系统互操作的相关建议。
3.1构建信息共享数据标准体系
实现网络中心化数据共享首先必须有可用于共享的基础数据。因此在军事电子信息系统研制过程中，尤其当可共享的基础数据资源还较薄弱时，应以军事电子信息系统基础数据标准建设为抓手加强基础共享数据建设。2004年，科技部发布了科学数据共享工程技术标准，将科学数据共享标准体系划分为指导性标准、通用标准和专用标准三方面[6]。在军事电子信息系统领域，可借鉴相关经验，实施军事基础数据顶层设计，采取各部门共同参与分头建设的思路，加强军事信息共享数据标准建设，其标准体系框架如图1所示。
图1军事信息共享数据标准体系
指导性标准是规范军事信息共享数据标准化的总体要求、概念、组成、相互关系及其使用的基本原则和方法等方面的标准，主要包括数据共享参考模型、数据标准化指南和数据共享概念及术语标准等。
通用类标准主要是规范军事电子信息系统可共享的数据资源和实现数据服务化等方面的标准，这些标准各个业务域均需遵守，是系统之间实现数据互操作的核心。主要包括基础数据标准、数据服务标准和数据管理标准；其中，基础数据标准包括元数据标准（如信息资源发现元数据、元数据XML/XSD置标规则等）、数据模型和数据字典标准；数据服务标准包括数据发现、数据访问、数据分发、数据服务集成和数据转换等标准。
业务领域标准主要是规范指挥控制、情报侦察、战场环境等业务域实现数据互操作以及数据共享的标准。可进一步分为各业务域专用的基础数据、数据服务和数据管理标准。
3.2采用网络中心化数据管理模式
为实现军事电子信息系统的网络中心化应用，在采用数据标准化加强基础数据建设的同时，对于已有的基础数据资源应结合实际应用需求，加强网络中心化的数据资源管理，支撑数据在跨部门间的应用与共享。
因此，在系统研制过程中，可参考ISO/IEC11179，通过构建信息资源注册与应用门户系统，各部门可将其可共享的数据资源注册发布到该系统之中，形成网络化的共享资源库。在用户访问控制与授权认证之下，网络上各类系统设计与开发用户可基于关键词、主题或内容从系统中搜索查询所需的数据资源，获取与其权限相适应的信息，并在系统研制中使用，从而促进系统数据互操作。
然而，在网络中心化数据管理与应用过程中，需要注重数据来源的可靠性，以及不同组织之间提供数据资源的协调一致性，否则难以实现数据互操作的目标。因此，在网络化数据管理过程中，应建立相应的审查机制，通过数据来源的审计和各类不同数据资源横向协调一致性审查，减少数据资源之间的冲突，为提高系统之间的数据互操作奠定基础。
3.3加强系统数据服务体系应用
为促进共享数据应用过程中的数据互操作，在军事电子信息系统设计时，可从统一数据技术体制的角度，结合面向服务的系统架构统筹考虑，构建系统数据服务体系，如图2所示。该体系逻辑上包括数据访问、数据发现、数据管理和数据转换四层结构[7]，分别从访问、转换、数据管理与存储等多个层次促进数据可见、可访问、可理解和可信任等目标的实现途径，最终可形成为各类应用系统提供共享数据服务的基础数据服务平台，促进系统间数据共享。
图2系统数据服务体系
数据访问层主要提供数据搜索、联邦数据查询以及相应的数据访问接口，确保用户查询并获取所需信息；数据发现层主要通过信息目录服务、元数据注册服务、网络中心化发布服务实现对数据资产的标记，以及各类数据服务、术语的发布，从而确保数据资产对用户可见；数据转换层主要提供数据结构转换、数据语义转换、数据代理等服务，支撑信息系统能够解释所获取的信息资源；数据管理层主要在既定的数据管理策略之下，对基础数据模型、数据字典、数据命名空间等进行管理，确保数据可靠和可信任；数据应用层主要是各业务域根据数据管理、数据访问、数据发现等数据服务实现业务领域数据应用与共享。
4结论
网络中心条件下军事电子信息系统数据互操作是联合作战中实现系统信息共享，提升系统作战效能的基础。本文从促进信息系统数据互操作，提升系统之间信息共享能力的角度，分析美军促进数据语法、语义级数据互操作的主要方法。在军事电子信息系统研制中，在加强军事基础数据资源建设的基础上，可构建系统数据服务体系，支撑网络中心信息系统研制，最终实现网络化数据共享。然而，本文只从宏观上分析了信息系统之间实现数据互操作的主要方法，系统数据互操作还涉及软硬件等很多方面，这些本文都尚未全面讨论；而且文中提出的各项数据服务，以及与军事电子信息系统其它部分之间的关系都有待进一步研究。 |
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