执行摘要

北约IST-150 "北约混合战术网络的核心服务剖析 "是针对战术领域的服务导向架构（SOA）的一系列研究任务组中的第三个。第一组，IST-090，确定了挑战，接着是IST-118，确定了哪些服务和功能必须在战术层面得到支持。最后，在IST-150中，我们集中于一个赋能功能，即面向信息的中间件（MOM）核心服务。

联合任务网络（FMN）是我们工作的主要背景和动机，因为到目前为止，目前的FMN还没有关注战术层面。IST-150所做的工作旨在提供有关战术层面服务的知识，并可能为未来专门针对战术层面的FMN提供信息。

MOM可以被细分为两个主要的通信模式。发布/订阅通信和请求/响应通信。在IST-150中，我们已经在实际和模拟的战术网络上进行了实验。我们在报告中总结了这项工作，并根据获得的结果，提出以下具体建议。

对于发布/订阅，我们在多产的工业标准协议之间做了广泛的比较。我们的发现表明，消息队列遥测传输（MQTT）产生了在战术网络中产生最低的开销，因此整体性能最好。该报告涵盖了我们的性能实验，以及调查MQTT作为不同国家系统之间联盟协议的能力的实验。
考虑到请求/响应，我们一直在研究跨战术网络消费服务的有效方法。具体来说，我们研究了克服中断问题的代理，以及用其他方法取代常用的HTTP/TCP传输（大多数SOAP和所有REST服务的基础）。我们的研究结果表明，用CoAP取代HTTP/TCP在战术网络中是有益的，因为这种协议在基于TCP的解决方案受到影响的非常有限的带宽条件下表现出更低的开销和更好的整体性能。通常情况下，TCP重传机制会导致狭窄信道上的链接拥挤，因为高延迟会被错误地识别为丢包，从而引发重传。在这种情况下，基于UDP的通信通常会导致更多的数据包交付。例如，这就是为什么CoAP（基于UDP）在低吞吐量链路上比HTTP/TCP表现得更好。该报告详细介绍了这些发现。

1.0 引言

在北约的盟军联合学说中，指挥与控制（C2）被认为是一种联合职能[1]。"联合职能提供了一个由相关能力和活动组成的健全框架，以协助联合部队司令部在联合行动中整合、同步和指导各种能力和活动。" 换句话说，C2是整合、同步和控制横向和纵向的军事行动的核心。C2是计划阶段以及执行军事行动的一个关键因素。

简单地说，C2可以是集中式或分布式的。在集中式C2中，需要一个非常高效和运作良好的信息基础设施来向 "中央协调层 "传达信息，并对局势有一个卓越和详细的了解，以允许适当的努力和重点，做出正确的决定，并在各个层面传播命令。这里的一个挑战是需要集中提供和处理可能的大量信息，而且是近乎实时的。这需要强大、精确和高效的通信和相应的信息基础设施，能够在不同层面传播命令。相反，分布式C2的直接控制较少，更多的是强调委托责任和根据指挥官的意图来操作。在这里，协调发生在 "较低的层次"，这使得行动的速度更快，但也需要在不同层次上传播更多的信息。

现代技术能够对远距离的行动进行详细控制[2]。"新技术正在创造一种环境，在这种环境中，战争的战略、作战和战术层面有时会被压缩，实际上是一种单一的功能"。因此，做集中式和分布式C2的机会可能是有益的。随着北约网络能力（NNEC）[3]的出现，摆脱了基于平台的炉灶思维，摒弃了筒仓式系统，并以组织所有可用资源以达到最大效果为目标。除了通信和网络方面的技术改进外，NNEC还带来了进行C2的创新思维，表明人们可以在集中和分散的C2方法之间转换，以便选择适合特定任务和情况的方法。北约SAS-065[4]将C2方法之间的转换能力定义为C2敏捷性。在 "Power to the Edge"[5]中以边缘组织的形式描述了完全分散的C2的愿景，涉及广泛的信息分布、不受约束的互动模式、无限的协作（包括资源共享）和广泛授权的决策。为了实现这一点，需要在各个C2级别提供通信和信息交换，包括在技术上具有挑战性的战术网络。研究任务组（RTG）NATO STO/IST-150 "北约混合战术网络的核心服务分析"（IST-150）专门针对战术网络。这项工作对于支持未来的C2系统非常重要，这些系统需要及时交换数据，必须能够在有通信限制的战术环境中运行，如与其他层级的断开，战术领域本身的同伴之间的间歇性连接，以及最后但并非最不重要的，对吞吐量和可用带宽的限制。RTG特别关注面向消息的中间件服务，其中包括请求/响应和发布/订阅通信范式。本报告记录了该小组在这一领域所做的工作。

1.1 SOA和FMN对IST-150的重要性

面向服务的体系结构（SOA）是一个如何建立高度互操作的分布式系统的范式，在北约内部被认为是建立联合系统的一个关键推动因素。北约网络能力（NNEC）和联合任务网络（FMN）的愿景都依赖于SOA范式，用于软件组件（服务和应用）的技术整合和系统的联合。核心服务可以被看作是一个共同的服务使能层，并被包含在C3分类法中所谓的SOA平台服务中。这些服务提供了基本的构件，以支持SOA环境中其他功能服务的执行、监视和控制、信息共享和安全。

1.1.1 小组重点

目前FMN的重点是实现静态和部署系统之间的互操作性，所使用的技术解决方案还没有被评估用于战术网络。调查目前的核心服务是否以及如何能够部署并使其在FMN背景下工作是很重要的。通过实现这一点，我们可以提高未来任务的互操作性水平。IST-150研究任务组讨论了混合战术网络中的核心服务。该小组的重点是北约的核心服务，被部署在混合战术网络，包括无线通信链路（例如，基于军用无线电、卫星、LTE和其他无线运营商）。科学成果和推广活动是以同行评议的会议论文的形式做出的贡献，并在国际上、IEEE下属的会议上组织了战术SOA的研讨会。

1.1.2 成果和目标社区

该工作组的成果旨在作为希望在战术领域实施对FMN相关服务支持的国家的指导方针。此外，当FMN的范围扩大到包括机动性时，这项工作应被视为对FMN的投入。因此，本报告应该对核心企业服务集团和战术边缘集团正在进行的讨论和活动感兴趣并提供支持，这两个集团都在努力为未来的FMN螺旋式发展提供可互操作的解决方案。对该小组工作的任何利用都将由FMN社区决定。

1.1.3 针对消息核心服务的实验

在前身IST-090和IST-118小组中，我们确定了SOA的挑战以及我们认为在战术层面上支持哪些核心服务是必不可少的。在那里，我们试验了一系列不同的服务和技术。IST-150继续这一努力，用更有针对性的方法来解决与战术网络的信息核心服务有关的方面。我们高度关注发布/订阅范式，同时也对请求/响应服务进行了额外的工作。

接下来，我们将简要地讨论这些类型的服务，而报告的其余部分将详细介绍所进行的实验和得出的结论。

1.2 发布/订阅

为了支持发布/订阅消息模式，NATO已经指出了WS-Notification系列标准。如图1所示，该标准同时支持直接和中介的发布/订阅模式。其他行业标准，特别是我们一直在评估的消息队列遥测传输（MQTT）和WS-通知，只支持中介（或多中介）方式。

直接信息交换，即信息生产者与信息消费者直接沟通，需要生产者和消费者系统支持发布/订阅模式和协议。此外，这种直接的信息交换通常意味着同一信息的多个副本要从生产者一直发送到消费者手中。无经纪商的发布/订阅可能涉及到生产者和消费者之间使用点对点（P2P）技术等机制来交换信息，这不依赖于经纪商。

图1：发布/订阅方法，从上到下。直接的、中介的、多中介的。

中介式发布/订阅涉及引入一个或多个中介节点，这些节点将信息生产者从管理订阅和传播通知等任务中卸载出来。这些中间商可以以多种不同的方式部署，从单一的中间商部署到互连的中间商网状结构。

目前北约发布/订阅服务的配置文件，如北约互操作性标准和配置文件（NISP）中的服务接口配置文件（SIP），并没有规定一个特定的部署策略。由于这个原因，我们一直在IST-150中追求多种不同的发布/订阅方法。

在发布/订阅消息的交换中，还需要分享有关利益的信息。当一个订阅被创建时，经纪人需要知道消费者对接收什么类型的信息感兴趣。这可以通过提供一组关键词（称为主题）来实现，在每次有新消息到达经纪商时，会根据消息元数据进行检查。另一个选择是使用一个内容过滤器，这是一个应用于消息内容的过滤器表达式。在后一种情况下，经纪人需要理解过滤器，读取整个消息，并将过滤器应用于该消息。我们在IST-150中进行的所有实验通常使用基于主题的解决方案。虽然在技术上，WS-Notification可以实现主题和内容过滤，但其他更常见的行业标准，如MQTT，只支持主题。

关于发布/订阅的实验将在第3.0节进一步描述。

1.3 请求/响应

请求/响应要求客户主动查询服务的新数据。这与发布/订阅通信范式的主要区别见图2。

图2：请求/响应与发布/订阅（从左到右）。

关于请求/响应，北约最初将SOAP网络服务确定为互操作性的技术推动者[3]。然而，正如我们在后来看到的，民用信息技术系统越来越多地使用REpresentational State Transfer（REST）[6]风味的Web服务。因此，我们研究了能够支持SOAP和REST服务的战术网络的代理解决方案。此外，我们还专门研究了REST的可能性，因为这些服务比SOAP服务具有固有的低开销，因为它们不需要元层来编码SOAP消息。相反，对于REST来说，连接器在HTTP协议基元上是标准化的，但它也可用于其他可能更有效的HTTP的替代物，如CoAP。在我们的工作中，我们广泛地评估了基于REST的军事信息服务，包括利用CoAP协议。

关于请求/响应的实验在第4.0节有进一步描述。

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