全球信息网格发展和体系结构分析_熊焕宇

第43卷增刊12003年10月

大连理工大学学报

Journal of Dalian University of Technology

Vol .43,S 1Oct .2003

文章编号:1000-8608(2003)S1-S084-03

收稿日期:2003-06-01.

作者简介:熊焕宇*(1964-),男,博士生,副教授,E-mail :xionghuanyu@h ;李德毅(1944-),男,博士生导师,中国工

程院院士.

全球信息网格发展和体系结构分析

熊焕宇*1,　李德毅2

( 1.通信指挥学院,湖北武汉　430010;

2.中国电子系统工程研究所,北京　100840)

摘要:全球信息网格(G IG)是传感器网、通信网和武器平台网的综合集成,是美军网络中心

战和夺取信息优势的基础设施.描述了GI G 的概念,分析了G IG 的发展历程、体系结构、积极意义以及存在的问题,表明GI G 将成为系统中的系统,以解决各类信息系统的集成和互操作问题.

关键词:GIG;体系结构;网格;C 4ISR 中图分类号:TP393文献标识码:A

1　网格的概念

从空间拓扑上看,网格是由一组纵横交叉的

线连接成的几何图.从物理存在上看,有提供电力资源的电力网格、帮助判别地理位置的地图网格、由各种交通工具和道路组成的运输网格.随着信息技术的发展,特别是Internet 的出现,在信息领域也开始出现各种各样的网格.网格这个词最早用来描述高性能计算项目的分布式计算设施,称做计算网格.其含义取自电力网格,如同电力网格通过电力线将分布在各处的发电站连接起来,传输电力和提供能源服务一样,计算网格是分布式的计算设施,将Internet 上分散的各种资源(计算、存储、软件、信息、知识)连接起来,为处于不同地理位置的用户提供所需要的应用和服务.利用网格可以共享资源、协同工作,网格大小可从单一小组、项目的集群网格,到多个项目和组织的区域网格,直至为地球上任何地点的用户提供服务的全球网格.

全球网格被认为是继Internet 、万维网之后互联网的第3次革命.世界发达国家政府和高科技公司高度重视网格的发展,提出了许多网格项目和建设计划,网格成为21世纪信息技术新的制高点.

2　GIG 的概念和发展历程

2.1　概　念

1999年9月,美军第一次提出了全球信息网 格(GIG,g lobal info rmation g rid)的定义:全球信息网格是全球互连的、终端到终端的信息能力、相关程序及人员的集合,对战斗员、指挥员和后勤支援人员所需的信息进行收集、处理、存储、分发和管理[1].

GIG 是一个规模宏大的系统,包括所有军队专用的和租用的通信与计算系统,以及这些系统的各种软件、数据、应用、服务和保密业务.GIG 框架分为5层,参见图1.GIG 将通过强大的信息处理和无缝隙通信能力,为位于全球所有作战地点的美军基地、指挥所、武器平台提供所需的作战信息.在正确的时间,将正确的信息以正确的形式送交给正确的接收者,确保建立和保持完成联合作战使命所必需的信息优势和决策优势.

图1　GIG 体系结构框架

Fig.1　GIG a rchitecture f ramew o rk

2.2　发展历程

GIG 的发展与美军正在进行的新军事变革以

及信息技术的飞速进步紧密地联系在一起.其产生的原因有两个,一是战略需求的内在驱动和作战理论的有力牵引.1996年美军的《2010年联合构想》提出建立通用的C4ISR(指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察)系统.2000年的《2020年联合构想》进一步指出“信息优势…可以通过发展全球信息网格的概念来创建.”二是信息技术发展的大力推动.研究、发展各种网格是世界信息技术发展的一个重要趋势,网格软件产品已经出现,各种网格已呈现雏形,利用现成的商业技术和产品来推动军队现代化建设显得非常必要和迫切.

从20世纪90年代中期开始,美军利用网格思想开发了数个先进的信息系统,以支持C4ISR 系统的能力.如1995年提出的高级战场信息系统构想和武士C4I系统;1998年提出的网络中心战理论,包含信息网格、传感器网格和射击器网格[2];1999年9月国防部首席信息官在一份备忘录中正式提出了GIG的定义,2001年7月发表了“全球信息网格(GIG)体系结构”1.0版.

3　GIG的体系结构

GIG体系结构的设计与开发以通信和计算系

统为依托,目标是将国防部范围内具有不同体系结构的各种信息系统综合集成为具有单一体系结构的系统,从而成为系统的系统(system of systems),解决各类信息系统的集成和互操作问题.GIG体系结构可以从作战视图、系统视图和技术视图3个角度进行描述.

3.1　作战视图

GIG将为指挥控制、战斗支援等使命领域提供一个公共的操作环境.它具有信息处理、信息存储、信息传输、人-GIG交互、网络管理、信息分发管理和信息安全保障7项功能.这些功能在整个GIG范围内互相关联、综合、可互操作,实际上把所有的传感器、武器平台、作战部队人员通过网络达成一体化.

GIG的作战视图描述在特定的背景下实施一个特定构想的作战时,为完成和支援作战所需要的作战要素、任务、活动以及信息流,它由联合作战体系结构、网络操作体系结构、战斗支援和业务处理体系结构3部分组成.

联合作战体系结构是作战视图的核心,其开发选取现有的、根据C4ISR体系结构框架2.0开发的代表性体系结构及其产品,包含7个联合使命领域.战斗支援和业务处理体系结构描述在财务

、后勤等业务功能领域的信息交换需求.网络操作体系结构是一个组织和过程框架,集成了网络管理、信息分发管理和信息保障的功能,是这3个功能领域的交集.GIG的信息保障被置于非常重要的地位,分全球级、区域级和本地级3个层次加以实施,规划了进行信息保障的组织管理机构,如全球网络操作和安全中心、区域网络操作和安全中心、联合部队网络支援中心等.

GIG的作战体系结构的开发,利用已有的符合C4ISR体系结构框架的产品,通过连接跨越联合使命领域/业务功能领域的信息交换需求,将各个作战体系结构集成在一起,其产品与C4ISR 体系结构框架兼容.产品包括作战概念图、指挥关系图、作战节点连接模型、活动模型和作战信息交换矩阵.

3.2　系统视图

系统视图描述为实现保障和支持作战的功能要求所需要的系统以及相互之间的连接关系. GIG体系结构1.0版以通信和计算系统体系结构为主体,其范围如图2所示,对于应用只包括了全球应用部分,将来的版本中将增加其他有关使命任务/业务领域的应用层的系统结构.它着眼于近期(目前已经部署的系统和在建的系统),事实上是一个主要用于企业级系统集成的工具.

图2　GIG系统参考模型

Fig.2　G IG system refer ence model

GIG通信部分以美军国防信息系统网(DISN)为核心,包括无线电台、光纤、卫星、移动用户系统、战术数据链等各种通信系统.部署在战场的联合部队,可以通过卫星提供的战略战术接入点/远程接入点加入.

GIG计算部分包括美军的各级计算设施,从提供全球/区域服务的国防计算中心,到各个战区司令部和作战部队的计算机局域网的服务器和工作站,直至单兵个人的野战便携式终端.提供的服务主要有数据共享、公共操作环境(CO E)、嵌入和实时计算、移动计算等.

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