《网络化传感器集成架构: 未来多传感器多平台运行的赋能器》

2023 年 4 月 11 日 专知
未来军事行动场景要求在一个拥挤和极其动态的环境中快速决策和高速操作。以网络为中心的方法是满足这些要求的一个关键因素,其中系统体系中的各个平台致力于服务整个行动。联网,再加上适当的自主运行水平,使整个系统能够尽可能连接最终行为者(传感器或效应器),并做出行动决策。除了在不同的决策层上同步每个单独的OODA(观察-导向-决定-行动)循环之外,这也大大增加了行动速度。为了实现边缘决策,数据必须尽早汇总和解释,以提供最好的态势信息,这是做出明智决策的先决条件。这两个方面促进了对更高层次的连接损失弹性,并使个人或较小的战术小组仍然能够执行其任务,即使与更高级别指挥和控制的连接暂时受到限制。因此,这也是对新攻击载体的应对方案,包括从对物理链路的暴力攻击到对通信系统内更高OSI层的更复杂攻击。针对上述问题,已经制定了以机载应用为重点的架构原则。对于这些架构原则,将首先讨论多平台传感使用案例的示范性应用。从长远来看,所提出的架构原则可以从机载领域转移到其他领域,并最终应用到多域场景中。
图:具有不同类型EO/IR传感器的分布式EO/IR场景

网络化多平台架构

未来的战争将不再是单元与单元的战斗,而是网络与网络的战斗。辅助性原则的应用意味着一个以网络为中心的架构方法其内在特征是分布式的。在这种情况下,权力下放意味着,在竞争激烈的EMS环境中保持电磁频谱作战(EMSO),在不降低自己EMSO能力的情况下与敌人作战,实现和保持EMSO的可扩展性,确保EMSO的可靠稳定性,并允许全频谱的优势。但是,为什么在系统结构的背景下,辅助性及其分布式很重要,为什么相关的网络中心式方法比等级集中式方法更有效?为了向所有持怀疑态度的人解释“为什么”,尝试用一个关于分布式网络中心系统架构来类比:足球比赛。
一场足球比赛是一种相当复杂的球赛,具有时间关键性。令人惊讶的是,一旦开球,它在没有集中管理比赛的情况下也能运作。一场比赛的组织是分布式的和以网络为中心的:教练(在他的教练区)只是给出一般的指导方针,而球员必须能够相互联系,以便根据比赛的动态调整教练的“服务请求”。球员不会问:“下一步怎么办?”而是预测特定的情况,并根据教练的指导建立前瞻性的行动。
这个真实例子遵循辅助性原则的系统架构,带来了另一个非常重要的方面:作为控制结构的服务请求。未来的第六代战斗机将是一个体系性系统,建立在各个系统之上,而这些系统本身又是高度复杂的,具有很长的运行周期。为了掌握整体的复杂性,并在设计、开发、操作使用和升级周期中保持总体架构的一致性,基础架构原则应促进低耦合性、易集成性、互操作性和重用性,同时在新战斗机系统进入服务后应能够集成几十年的遗留系统。这可以通过面向服务的架构(SoA)原则来实现。对于设计防御手段来说,服务是北约体系结构框架(NAF)和其他架构方法所支持的互操作性和能力开发的基石。面向服务的架构(SoA)是以系统组件提供的服务为中心。这些服务包涵了特定的功能,可以由服务消费者在本地或远程访问,并在分布式的网络中独立更新。在SoA方法中,服务具有以下关键属性:(a)它在逻辑上代表了一组具有特定结果的活动,(b)它是独立于消费者使用的,并且是独立定义的,(c)它可以由其他底层服务组成,(d)对于它的实施,它对消费者来说是一个黑盒,意味着它封装了自己的结构和内部逻辑,消费者不需要知道这些。服务是由它们提供给消费者的事物(结果、与收入的接口、服务合同)来定义的,而不是由它们如何实现其预期结果来定义的。
随着提出(a)辅助性原则及其分布式以网络为中心的方法和(b)面向服务的架构原则,剩下的第三个基石包含了三个重要的架构设计驱动因素。架构设计驱动因素的目的是建立一套驱动架构系统设计的属性,并在实际系统工程的架构创建活动中为决策提供指导。
灵活性:架构应支持修改(例如,内部传感器的修改、新传感器的增加、服务的修改等)。设备的创新应考虑通过使用明确定义的接口,快速轻松地完成集成。
可扩展性:架构应能够融入大量传感器和功能,以及具备通过使用分布式资源来补偿更大数据负载的能力,以根据相关的服务请求返回最有用的信息。
弹性:该架构应能适应意外事件、故障或通信问题(如干扰等),必要时重新安排任务、资源和服务。
图4:架构设计驱动因素
拟议的架构原则确实允许小规模或大规模的资产系统组成。因此,对平台类型或传感器的数量没有限制。为了实现这一点,拟议的架构在尽可能低的水平上有一个相应的分布式决策寻找过程,它是基于一个先进的去冲突机制。为了支持这一点并实现最大的灵活性和弹性,分布式传感器网络中数据流和信息的使用没有被不同连接所限定。相反,所有的实体都通过网络连接,并能以任何结构交换数据和信息。这允许对网络进行灵活的重组,以应对外部条件或内部事件和状态。

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