摘要

北约和各国都面临着联合集体训练的迫切需求，以确保任务准备就绪：当前和未来的行动都是多国性质的，任务和系统都变得更加复杂，需要详细的准备和快速适应不断变化的环境。由于可用资源较少，训练范围有限，防止对手观察第五代战术和系统能力，以及政治决策和部署之间有限的准备时间，多国背景下的实战训练和任务准备机会减少。仿真已经成为解决军队训练需求的一个重要工具，各国都在朝着采用分布式仿真的国家任务训练（MTDS）能力发展。联军正在寻找一种在实战和模拟训练和演习之间新的平衡，以提供两个世界的最佳效果。

北约建模与仿真小组（NMSG）的一些倡议为北约MTDS愿景和行动概念的发展提供了宝贵的意见（MSG-106 NETN、MSG-128 MTDS、MSG169 LVC-T）。在这些成果的基础上，最近的NMSG活动（MSG-163北约标准的演变，MSG-165 MTDS-II，MSG-180 LVC-T）涉及为联合和集体行动开发一个通用的MTDS参考架构（MTDS RA）。最近完成的MTDS RA版本以构件、互操作性标准和模式形式定义了指导方针，用于实现和执行由分布式仿真支持的集体训练和演习，与应用领域（陆地、空中、海上）无关。此外，MSG-164（M&S即服务II）开发了一个技术参考架构（MSaaS TRA），其中包括实现所谓的MSaaS能力的构件。这些构件可以与MTDS的RA结合起来，以包括作为服务进行集体训练和演习的准则。

当前版本的MTDS RA提供了一个基线，以详细说明和确定应该发生进一步要求/技术开发的领域。未来更新的主题包括网络战和影响、危机管理、现场系统集成和多域战或混合战，仅举几例。

联合MTDS对北约和国家的准备工作至关重要。本文提供了MTDS RA的背景、目标和原则，以及实现北约范围内持久的集体训练能力的途径。联合MTDS RA的维护和持续发展将是北约多个国家、伙伴国和组织在NMSG主持下的共同方向。

1.0 引言

北约和各国都有一个共同的需求，那就是进行联合集体训练，以确保任务准备就绪。然而，存在着重大的挑战：当前和未来的行动都是多国性质的，需要多方协调以追求共同的目标；新的系统和平台正变得越来越复杂，需要更多的准备时间才能使用。同时，由于可用资源较少，政治决策和部署之间的时间跨度有限，在多国背景下进行实战训练和任务准备的机会减少。成本、复杂性、环境限制和敌方（电子）监测能力往往使得在现实环境中不可能完全用实战系统进行训练。

仿真已经成为满足军队训练需求的一个重要工具，各国正在朝着采用国家MTDS能力的方向发展。随着时间的推移，北约建模与仿真小组（NMSG）的一些倡议（见[1]）已经为北约MTDS愿景和行动概念的发展提供了宝贵的投入，如MSG-106北约教育和训练网络（NETN）和MSG-128 MTDS。到目前为止，由于缺乏一个共同的技术框架和准备集体训练活动的复杂性，这些导致北约范围内没有持久形成有意义的合成集体训练能力。这种复杂性既是由于技术方面（例如，不同的、遗留的国家仿真资产和用户界面），也是由于组织方面（例如，行为者和学科的数量）。此外，仿真资产可能使用不同的安全域，数据的交换受制于国家安全政策。根据演习的范围和复杂性，合成集体训练活动的准备工作可能需要几个月的时间，有时甚至需要一年的时间，包括最初的规划会议。因此，合成集体（和联合）训练或任务演练只是零星地发生，而实际任务越来越多地在国际联盟中进行，而且准备时间很短。

北约MTDS应该关注现有训练安排中没有涉及的领域，并在这些领域提供最大的价值和效率。因此，它不寻求复制通过现有国家活动提供的训练，而是提供额外的联盟合成训练能力。北约MTDS能力旨在将国家或北约的模拟资产整合到一个分布式的合成集体训练环境中，这些资产通过一个共同的模拟基础设施连接。在以往成果的基础上，正在进行的NMSG活动（MSG-165 MTDS-II，MSG-169 LVC-T）旨在为联合和联合行动开发一个MTDS参考架构（以下称为 "RA"）。该参考架构以构件、互操作性标准和模式的形式概述了实现和执行由独立于应用领域（陆地、空中、海上）的分布式仿真支持的合成集体训练和演习的要求。

该要求涉及多个利益相关者的观点：

对于在其组织内实施合成集体训练的国家和北约，以及参加北约合成集体训练活动的国家和北约，RA应被用来说明标准能力、构件、模式和其他属性，以评估一致性。
对于产品供应商，RA应提供一套足够具体的要求和标准，使供应商能够开发产品并评估其产品与这些要求和标准的一致性。
对于集成商来说，RA应该是一个参考来源，以确定实施合成集体训练环境的具体限制和方向。
对于NMSG来说，RA应该提供一个参考，在此基础上可以开发技术和要求，确定标准，提供指南，并定义更详细的具体水平。

本文概述了RA以及用于划分不同类型架构的概念。

2.0 架构概念和MTDS的框架

架构可以在不同的抽象层次上进行设计，人们可以区分不同类型的架构。一般来说，对各种抽象层次或如何命名它们没有什么共识。例如，北约架构框架（NAF）[2]提到了不同种类的架构和导致这些架构的活动。架构的不同种类或类型如图1所示。

图1：架构的种类。

在这个图中，企业架构是由企业层活动开发的，参考架构是由领域和方案层活动开发的，而系统架构是在项目层活动中开发的。本文遵循同样的结构，领域和计划层的活动由NMSG旗下的任务组执行，而项目层的活动由国家或北约的项目执行。

各种架构有不同的利益相关者和用户，需要采用各种方法来完善一个抽象级别的架构。架构抽象级别的范围和这种方法就是这里所说的架构框架[3]。MTDS的架构框架如图2所示。

图2：MTDS的架构框架。

图中的方法指的是（a）任务组活动和（b）工程流程，如DSEEP[4]。架构开发工作是在指导原则下进行的，后面将简要讨论。

2.1 企业架构

为了MTDS RA的目的，北约协商、指挥和控制（C3）分类法[5]被视为企业架构。在图2中，用分类图的图像和类别的层次来说明。北约C3分类法提供了一个北约C3能力的分类（包括标准和要求），通过超类型-次类型的关系组织了一个概念的层次。该分类法由北约ACT开发和维护，可以通过C3分类法的企业管理Wiki网站查看和修改。C3分类法定义了几个适用于MTDS的能力类别。例如，集体训练和演习（CTE）过程；教育、训练、演习和评估（ETEE）应用；以及技术服务，包括M&S服务。这些类别是MTDS参考架构中各组成部分的参考来源。它们为MTDS参考架构的构件提供了结构和要求。

2.2 MTDS参考架构

这种类型的架构是MTDS架构开发工作的重点。MTDS参考架构（RA）是在NMSG的框架下通过任务小组开发和维护的，它定义了实现合成集体训练环境所应考虑的构件和模式。在图2中，构件用绿色方框表示，模式用灰色方框表示，包括构件和它们之间的关系。构建模块既涉及过程构建模块，也涉及技术构建模块。过程构件包括，例如，开发、计划和进行CTE活动的参考过程，而技术构件包括支持这一过程的CTE和M&S应用，以及连接培训系统和合成集体培训环境的CTE和M&S服务。

2.3 MTDS项目架构

一个特定的合成集体训练活动的架构被称为MTDS项目架构。该项目架构在图2中由橙色的解决方案构件和它们之间的关系来说明。字母指的是参考架构中由解决方案构建块实现的构建块。例如，一个项目架构是由美国驻欧洲空军（USAFE）战士准备中心组织的斯巴达战士活动[6]或瑞典武装部队组织的维京活动[7]的训练环境架构。由于RA提供了合成集体训练环境的构件，项目架构中使用的解决方案构件的许多要求原则上可以从RA的构件中得到。但是，一般还是需要细化以满足项目（即训练活动）的要求和限制。这可能包括对RA中定义的参考培训流程进行调整；增加安全要求；选择特定的中间件解决方案；选择网关和桥梁组件、跨域解决方案、数据记录解决方案以及环境数据产品和格式。参考模拟数据交换模型，如北约AMSP-04[8]中的定义，通过RA提供，但项目架构仍然需要就这些参考数据交换模型中的哪些具体部分进行约定。

因此，从同一个参考架构中，可以开发出不同的项目架构，每个项目架构都指定了符合参考架构中设定的标准和要求的合成集体训练环境的特定实现。项目架构可能涉及一个持久的训练环境，也可能是一个只为特定训练活动而临时存在的环境。

2.4 架构原则

架构原则指导MTDS参考架构和MTDS项目架构的开发、维护和使用过程。原则是持久性的一般规则和指导方针，告知并支持北约和伙伴国家如何完成任务。在图2中，"指南 "箭头说明了这一点。

架构原则的属性是用The Open Group Architecture Framework (TOGAF) [9]定义的，包括：

名称代表规则的本质。

声明应该简洁明了地传达基本规则。

理由应该强调遵守该原则的商业利益。

影响应该强调执行该原则对业务和IT的要求--在资源、成本和活动/任务方面。

MSG-165为RA制定了十个主要的架构原则（见MSG-165 RA技术报告[10]）。以下是其中一项原则：

1.名称：遵守北约的政策和标准

2.声明：MTDS应符合北约在M&S互操作性和标准方面的政策和协议。

3.原理：这些政策和协议的目的是促进所有3级（指挥和参谋）、2级（战术）和1级（个人和机组）建模与仿真（M&S）系统内部和之间的系统级互操作性。这些政策和协议的范围包括用于操作、训练和分析的M&S系统。这适用于由不同的北约国家和北约组织开发的、位于这些国家的M&S系统。

4.影响：以下基准政策和协议应适用于MTDS：AMSP-01: M&S标准简介，STANREC 4815[11]。STANAG 4603：技术互操作性的建模和仿真架构标准：高层架构（HLA）[12]。AMSP04：NETN联盟架构和FOM设计，STANREC 4800 [8]。AMSP-03: 北约和多国计算机辅助演习中分布式模拟的M&S标准指南，STANREC 4799 [13]。

在MTDS背景下，架构原则被用来获取关于北约国家和北约组织应如何使用和部署M&S资源和资产进行合成集体训练的信息。除其他外，这些原则推动了架构构件中功能需求的定义，指导了项目架构的评估，并通过理由说明提供了动机。

2.5 架构模块和架构模式

架构模块（ABB）和架构模式（AP）这两个概念被用来描述RA中的模块以及这些模块如何被组合。这些概念在图3和图4中得到了说明，其中第一个图还显示了作为对比的概念--解决方案模块（SBB）。

图3：架构模块与解决方案模块。

一个ABB具有指定其目的、功能和所需技术接口的属性，以及任何适用的标准。一个ABB并不意味着是一个具体解决方案的规范，而是为开发合成集体训练环境的架构，即项目架构提供要求、标准和指导。另一方面，SBB与可能被采购或开发的具体解决方案（以及项目架构）有关。SBB规定了培训活动所需的功能、特定的接口、实际性能值和施工约束。ABB和SBB的概念来源于TOGAF[9]。

图4：架构模式。

一个AP可以作为项目架构的参考，提供已被证明可以为某个问题提供解决方案的ABB的组合信息。模式属性包括对模式所帮助解决的问题的描述，对模式如何提供问题解决方案的描述，以及帮助描述模式的图示。其他模式属性规定了功能和非功能要求，列出了适用的标准，并提供了参考和例子。

RA描述使用AP图示，如图5。这个简化的插图显示了两个相互作用的ABB，交换具有相关接口要求和标准的数据对象。例子在第3.0章中提供。

图5：架构模式的插图。

3.0 参考架构（RA）层和模块

图6提供了RA中各层的概述，按照北约C3分类法的主要层次组织。

行动能力：在流程、信息产品、角色和组织方面的集体训练和演习能力。在C3分类法中，相关类别位于作战能力 > 业务流程 > 启用 > ETEE > CTE下。
面向用户的能力：支持CTE过程的能力，以及培训受众使用的能力。在C3分类法中，相关的CTE类别位于面向用户的能力 > 用户应用 > ETEE应用 > CTE应用下。而相关的M&S类别位于面向用户的能力 > 用户应用 > M&S应用。
后端能力：启用或支持面向用户的能力的能力。C3分类法中的相关类别在后端能力 > 技术服务 > COI服务 > COI特定服务 > ETEE功能服务下，以及后端能力 > 技术服务 > COI服务 > COI启用服务 > M&S服务下。另外，核心和通信服务包括与管理和保障合成集体训练环境中的技术组件有关的几个类别。
服务管理和控制（SMC），以及CIS安全被描述为RA中的两个交叉层。在C3分类法的最新版本中，这些交叉层已从概览中删除，但基本类别存在于分类法的每一层。为了RA的目的，我们在概述中保留了这些层次，以强调集体训练和演习中SMC和安全的交叉问题。

图6：主要MTDS架构构件的层级和聚类。

下面的章节描述了RA的每个层次，最后一节介绍了MTDS技术框架。更多的细节包括在MSG-165 RA技术报告[10]中。

3.1 业务能力

这一层定义了集体训练和演习（CTE）过程。这些定义了在进行合成集体训练时应遵循的一般过程步骤，以及在此过程中应开发的信息产品。集体训练和演习过程在北约Bi-SC 75-3集体训练和演习指令中有所描述[14]，提供了参考过程以及关于规划、执行和评估北约集体训练和军事演习的综合指南。

CTE过程还包括合成集体训练环境本身的发展或调整。AMSP-05北约计算机辅助演习（CAX）手册[15]提供了额外的M&S相关准则，补充了Bi-SC 75-3附件N（演习的合成环境支持）。这本手册包括了对基于模拟的训练活动的更专业的流程描述。

设计、开发、实施和测试训练环境的技术组件的工程流程也包括在这一层。这包括分布式仿真工程和执行流程（DSEEP）、环境数据和流程的再利用和互操作（RIDP）以及V&V活动：

DSEEP[4]是一个流程模型，定义了设计、开发、集成、测试仿真环境和执行仿真的七个步骤。DSEEP允许用户根据他们的具体应用要求定制流程模型，即合成集体训练环境。
RIEDP[16]定义了环境数据产品共享所需的组件。它包括一个参考过程模型、一个抽象数据模型和一个元数据规范，以支持资源库和目录要求。作为项目架构开发活动的一部分，环境数据产品的开发至关重要。因此，在合成集体训练环境的工程中，将RIEDP活动与DSEEP步骤和活动相结合是至关重要的。
如果合成集体训练环境需要验证和/或核实，那么应该考虑FEDEP[17]的VV&A叠加，或验证和核实的通用方法指南（GM-VV）[18]。

所有这些参考程序通常都需要定制，以满足国家或多国的培训要求和项目的具体限制。影响定制的因素包括：培训环境的变化；风险；解决方案的成熟度、规模和复杂性；培训活动的时间；技术准备度（新兴技术或传统技术）；预算；系统和人员的可用性；对核查和验证的要求；以及安全相关的要求。

3.2 面向用户的能力

这一层包含了训练系统，以及用于支持合成集体训练的M&S和CTE应用。这些是用户与之互动的应用，因此是 "面向用户的"。

M&S和CTE应用包括（但不限于）。场景开发应用（用于开发概念性和可执行的场景），合成物理环境应用（用于开发环境数据产品），以及演习控制应用（用于控制场景的执行）。

训练系统是国家资产，但也包括在这一组中，因为从RA的角度来看，这些被认为是面向用户的能力。训练系统的范围从相对简单的单元素系统，如专用的CGF应用程序，到更复杂的多元素系统，如完整的任务模拟器。讨论训练系统本身并不在本报告的范围之内，而是讨论这些能力如何在一个合成的集体训练环境中联合起来。

训练系统与其他层的一些服务相互作用，例如。

后端能力:
- M&S面向消息的中间件（MOM）服务协调训练系统和M&S/CTE服务之间的模拟数据交换。
- 仿真门户服务进行仿真数据协议转换，使不兼容或部分兼容的训练系统能够与M&S MOM服务连接。
- 场景分配服务为训练系统提供场景初始化数据，使训练系统的场景初始化协调一致。
CIS的安全性:
- CDS服务提供了控制模拟数据从一个安全域向另一个安全域释放的方法。
- M&S MOM服务实现了模拟数据在站点之间的安全交换。
服务管理和控制:
- SMC服务能够有序地启动和停止训练系统，并提供对训练系统进行测量和监控的能力。

3.3 后端能力

这一层包含了几个构件。本层的M&S和CTE服务定义了MTDS的具体能力。培训系统和应用与这些后端能力进行交互，如模拟门户服务，将培训系统与M&S面向消息的中间件服务进行连接。

这一层的核心服务定义了一些一般的能力，这些能力对于任何合成的集体训练环境来说都是需要到位的。同样，通信服务是一般的通信能力，对于任何合成的集体训练环境都是必不可少的。这些服务包括在这里作为参考，并没有进行深入的讨论。

本层的M&S和CTE服务包括以下内容

仿真门户服务。在许多合成集体训练环境中，会有混合的训练系统，每个系统都支持不同的（版本）仿真标准、战术数据链和/或HLA FOM模块，例如DIS版本7、IEEE 1516.2000（HLA）、IEEE 1516.2010（HLA进化版）、RPR-FOM、NETN-FOM模块，或不同的战术数据链仿真标准。RA定义了仿真门户服务，以执行最常见的转换，将使用非HLA（如DIS）或传统HLA（如HLA 1.3）的训练系统连接到M&S面向消息的中间件服务中。
M&S面向消息的中间件（MOM）服务。这些服务使M&S和CTE应用程序和服务以及培训系统具有互操作性。面向消息的中间件服务符合NATO STANAG 4603和NATO标准AMSP-04。NATO STANAG 4603规定使用IEEE 1516™-2010 (HLA Evolved)标准，用于分布式仿真环境的高层架构。AMSP-04（NETN）定义了一套（连贯的）HLA FOM模块，以及架构和设计指南，见图7。NETN的FOM模块旨在最大限度地提高仿真组件之间的重复使用和互操作性。

图7：AMSP-04版B中的NETN FOM模块。

场景分配服务。这些服务为模拟执行提供初始模拟场景（如作战顺序（ORBAT）数据），由场景开发应用程序开发。初始模拟场景包括关于单位、设备项目及其关系的信息，以及关于初始建模责任的信息。即哪些训练系统负责哪些单位和设备项目的建模和模拟。
仿真服务。这些服务产生地面真实和非地面真实数据，用（模拟的）空中、陆地或海上平台或综合信息刺激训练系统，如敌机、导弹、诱饵、陆地单位、空中交通和海上船只交通。仿真服务由演习控制应用程序控制。

RA还包括架构模式，提供了关于如何组合架构构件的信息。以下是两种模式的说明。

图8展示了一个演习控制模式，模拟实体由演习控制应用发出任务。M&S MOM服务在模拟服务和训练系统之间分配任务，对于演习控制应用来说，模拟实体所在的位置是透明的，因此哪个组件有建模的责任。AMSP-04 NETN-ETR是战争领域中模拟实体任务和报告的标准。

图8：模拟实体的任务分配和报告模式。

图9提供了一个场景初始化的模式，其中初始模拟场景由演习控制应用提供给场景分配服务。场景分配服务使用M&S MOM服务在运行时将场景分配给训练系统。场景元素的建模责任对场景分配服务是透明的。培训系统需要对模拟环境协议中约定的指定元素的建模负责。这种模式使用AMSP-04 NETN-ORG作为场景初始化的标准。场景分配服务支持HTTP，用于发布MSDL数据等。

图9：场景初始化的模式。

3.4 通信和信息系统（CIS）安全

该层是一个交叉层，定义了与合成集体培训环境中不同安全领域之间的数据交换、信息安全脆弱性评估以及发布政策对培训目标的影响评估有关的构建模块和模式。鉴定过程也是这个交叉层的一部分。此外，其他层的构件也可能包括CIS安全要求。例如，对于M&S MOM服务来说，要支持在联合合成集体训练环境中各站点之间安全地交换数据的机制。

这一层的构件提供了安全执行、管理和监控的功能。这些构件在实施M&S CDS解决方案的要求方面提供了指导和考虑，并促进了为SBB选择适当的技术。构建模块包括

安全策略配置管理应用：提供配置本套系统中其他构件的方法。
M&S防护服务：提供连接国家模拟安全域和北约MTDS安全域的能力，并根据一套预定的发布策略规则控制国家域的模拟数据的发布。
M&S调解服务：提供训练系统或M&S MOM服务与M&S防护服务之间的模拟数据交换的调解手段。

图10提供了一个跨域信息交换的简化模式。M&S调解服务将数据转换为M&S防护服务可以解释的格式。M&S调解服务和M&S防护服务之间的接口是特定的解决方案，但通常涉及XML或纯文本格式的消息，供M&S防护服务检查和过滤。M&S防护服务的实施大多是国家（机密）和专有的解决方案，并且由于与模拟数据的延迟和吞吐量有关的M&S要求，被认为是M&S特定的。训练系统位于国家站点，在这个例子中是X站点和Y站点，通信服务（如CFBL-Net）提供跨站点的IP单播/多播网络服务。此外，加密设备（如果使用，未在图中显示）确保站点之间的数据通信是加密的。

图10：跨域信息交换的模式。

3.5 服务管理和控制

服务管理和控制（SMC）集群也是一个跨域层，因为它影响到所有其他层。

这一层定义了一系列的构件，以便在一个（联合的）合成集体训练环境中连贯地管理各部分。这涉及到流程和技术能力。

SMC能力提供了以下手段：

测试训练系统和测试MTDS技术框架中的应用和服务（见下一节）。
初始化和启动MTDS技术框架中的应用和服务。
监督MTDS技术框架中的应用和服务的健康和运行状态。
监测培训系统的状态。
终止MTDS技术框架中的应用和服务，该组的应用和服务包括。
系统初始化和终止服务：协调一致地初始化和终止培训系统，以及MTDS技术框架中的应用和服务。这些服务对组件的初始化和终止进行协调。一旦一个组件成功启动，进一步协调初始化和与其他组件的同步，例如，由该组件自己决定。
监测、计量和记录应用程序和服务：收集和提供关于MTDS技术框架中应用程序和服务的健康和性能的信息。例如，监测组件的有效性，从组件中收集指标（如CPU使用率，交换的消息数量），并从组件中收集日志数据（如控制台日志）。这些服务是任何分布式仿真环境中的基本功能。

图11展示了一种模式，平台监控服务监测M&S服务的有效性和准备性。准备就绪表示服务已经准备好参与仿真执行的状态。有效性表示服务正按计划执行的状态。平台监控服务可以向M&S服务发出有效性请求，以确定其状态，例如通过HTTP GET探测。平台监控服务是非M&S特定的服务，定义在RA的核心服务层。

图11：监测M&S服务的模式。

测试管理应用：验证CTE/M&S应用和服务以及训练系统的解决方案是否正常运行；也就是说，符合商定的模拟互操作性要求。北约IVCT[19]是一个解决方案，可用于测试HLA仿真组件的互操作能力，并支持联合仿真的整合。

3.6 MTDS技术框架

为支持合成集体训练和演习所需的通信和信息系统能力构成了所谓的 "MTDS技术框架"。该技术框架如图12所示。它由前几节所讨论的技术构件（不包括训练系统）组成，被归纳为一套连贯的技术能力。

总之，MTDS技术框架支持CTE过程中的活动，提供在不同地点的训练系统之间安全和一致地交换信息的能力，提供收集、存储和处理训练和演习相关数据的能力，并提供用M&S应用或M&S服务产生的信息激励训练系统的能力。技术框架中的构件和模式共同提供了在（联合）合成集体训练环境中整合训练系统的技术要求。

图12：MTDS技术框架的模式。

4.0 总结和结论

本文对MTDS参考架构（RA）进行了概述。RA为MTDS的合成集体训练环境的设计、开发和实施提供了参考和方向来源。参考架构是以架构基石（ABBs）和架构模式（APs）分层描述的。每个ABB提供了要求和标准，每个AP提供了关于ABB如何组合的信息。架构块和模式为开发或获取ABB和AP的解决方案提供了方向。此外，RA还定义了架构原则来指导RA的开发、维护和使用。

RA与北约C3分类法有很强的联系，提供了与北约通信、指挥和控制（C3）能力的可追溯性，以及一个共同的结构，以北约C3用户群体可识别的方式命名和组织构建块。

RA提供(1)一个框架和结构，(2)其内容(即ABB和AP描述)可以随着需求和见解的变化而不断改进和充实。目前MSG-165开发的RA版本已经提供了一个有几个ABB和AP的基线。然而，我们发现了一些差距，应该为这些差距开发ABBs和APs，并添加到RA描述中（见MSG-165 RA技术报告，[10]）。此外，还有机会利用正在进行的科学和技术工作，这些工作应与RA相整合并保持一致。