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指挥系统的发展和COTS产品的应用随看商业流行(COTS)硬件和软件壹邕力的jt加,已经证明啦哆发晨太量使用COTS的乐境结构,而同时也认识到COTS的限制.为了继续满足指挥系境特有的非琦托要求,光善是可用性和性蓐,可托必须使用在COTS软件环境中现在很少使用的埭夸捧障服务.奉丈评速了这种指挥乐托的主暑特征,井计诸了最用COTS硬件和软件的意义,包括甘境E.关麓词盥塑苎墨些苎苎竺型苎兰.七p.1引言Jf=.,本文讨论海军指挥与控制系统壬婆功能和特点,并讨妊和甩商业流行硬秤鞭软件来发展这种系统的方法.本文还讨论这种发晨的一些优缺点.最后以将来在这方面可能有什么发展的看法结束此文.现在部署在皇家海军潜艇上的指挥系统(SMCS)已|经有十多年的发展历史,它使用Ada83语言.随后水面舰艇的水面舰艇指挥系统(sscs)采用了与SMCs相饲的结构框架,并且也甩Ada83编写软件,目前它正在海上试验为韩茸_海军新型驱逐舰韵另外研镧在进行之中所有系坑都是以所谓的SUCCESSOR结构为基稽的.作为Swiftsueo和Traslagar措艇改进的一部分.在已市置的潜艇指挥系境中使用的SUCCESSOR结构正在经历重大改进.部分改进策略是在指挥系统中大量增l加使用商业流行(coTs)硬件和软捧,其中包括使用Unix工作站支持控制台奉文太部分内容是介绍从这方面和其它类似工作中得到豹经验.2海军指挥与控恻系统的特点当将指挥系麓配备缋指挥班子时,指挥系统对舰艇发挥作战效能是非常重要盼.措挥系统是人,计算机和显示设备舶复杂融台棒.计算机系统必缀处理犬量变化着韵数据.并必须在许多不同操作状态下支持与操作1九员不间断地交置操作.指挥系统必缉为指挥班子保存和显示关键时刻的信息,并且还必须能响应指挥人员决策和控目的要求.指挥系统接收各类传感器的数据,典型的传感器数据÷魍括拖曳阵声II鼍债察舞魄,悄面声呐和舰酋声呐,雷达,ESM(电子使察机)和潜望憧以及其他海军舰艇的数据指挥系统还可以控ii武器系统并接到导航设备.指挥系统中包括的功能主要由以下四个方面驱动:.?与它对接的外部设备;?与指挥小队交互的性质;?改变愿望的可用技术;?2?情报指挥控制系统与仿真技木1998年第12期?平台的任务.以上就是指挥系统的位置,即无论何时,任何一个传感器变化,都会影响指挥系统.对人机怎样才能更有效地一起工作的理解在不断发展,这种发展将冲击与操作手有关的软件.当可用技术变化时,尤其是商业界,用户希望变化是一种很强大的趋势.看来也能将这种在商业设备上已经证明的典型做法引人到指挥系统中.个不太明显的例子是当潜艇作战任务在它的寿命期内可能会发生很大的变化时,指挥系统的使用方式也必须变化.所有这些因素的结果使指挥系统的功能要承受很大程度变化的压力.所有大型软件项目,在较长的开发周期内,都存在这种压力并且在开发后继续受到这种压力.所以当期望新型平台上的指挥系统使用20年或更长的时闯时,要求的变化很可能使系统要处理的信息和要承担的任务在这样长的时问内变化多次.似乎这种需求的变化一直还在增加,这可能是由于受到财敢政策变化,要求更多资金和降低寿命成本的影响,因此,极其重要的是指挥系统的适用性,高度扩充能力和利用最好的可用技术.在八十年代分布在由双光纤局域网(LAN)连接的n个计算机节点上由于采用这种规模舶分布处理,给软件带来了重大影响.臣翦一般的怍击癌指挥系统软件由两层组成.一层处理底番硬悴技术(通常祢为基础软件).另一层赴理用户要求酌应用功能.虽然后者是指挥系统专用盼,但处理硬件技术应用的款件不是专用的b罚此,这种软件能重复使用,或确韧地说它可以赡买.-然而,指挥系统有非常复杂的非功能要求.尤其是性能和硬件容错I必须满足今天的高可用性要求).因此,必须由指挥系统供应商编写它们自己的基础软件这样硬件实际上也就变成了一些裸处理机插件.-如幂试图利用专业容姥硬件,除了导致将结构固定蓟某一特定硬件售主外,往往会产生一些环境问题.即使在指挥系统的LAN上使用标准通信蠕议(姗TCF.XTP)也会产生操作上的不适应性.在SUCEESSOK结构中所形成的基础软件规模虽然很小(约120.000行Ada码),但它非常复杂.?.4在考虑指挥系统将来如何发展时,膏必要简单回顾一下它们过击的发展情况.八十年代中期以前,英国指挥系统往往采用大型(在那时看)集中式处理帆而不是选用商业市场的硬件设备.所有软件多数是用英国喜爱的cORAL军用语言编写的淑有操作系统,这样,就必须写出肆行设备驱动程序向上的任何指令.这些系统的研黼费用是昂贵的,提高其性能有很大困难.由于商业市场发展速度加快,尤其是随着个人计算机和32位处理机的引人,这个缺点越来越明显.工作场所的台式计算机比指挥系统中应用的中心指挥系坑的发展和COTS产品的应用?3?处理机具有更大的处理能力.舰长的儿子可以在家中玩有彩色显示器的游戏计算机.相反指挥系统却不能改用彩色显示器.八十年代中期,开始从集中处理机转向采用分布式微处理机,即用32位的Motoro和Intel处理机,它们是最强的竞争者.虽然这大大增加了软件的复杂性(特别是需要有复杂的基础软件),但所得到的系统结构是非常灵活的,并且能够扩充.这很可能就是指挥系统研制者们开始使用C0TS的出发点.当时几乎莰有广泛使用局域髑当时以太网是唯一重要的商业标准并且对大部分指挥系统是不适用的),因此只有不多的几个指挥系统能在这方面利甩COTS产品.SUC-CESSOR结构采用了802.5以光纤为基础的令牌环传输原理.但是在当时工业标准(商业上采纳的)实际上是不存在的,所以仍然需要研制接口板和设备驱动程序.现在商业市场的需要很可能已经代替了军事上的需要,尤其是对简单的数据通信.FDDI可能适用于指挥系统,但看起来好象ATM优于它.ATM(最新开发的LAN技术)能提供很当的益处.但有趣的是,ATM的发展不是受军用驱动的,而是受远程通信驱动.它们必须满足多媒体的要求,尤其是视频要求,即使在军事领域.这些要求都可能大夫超过简单数据通信的要求.,利用市场上技术最强的COTS产品不需要保证长久性.倒如八十年代中期考癔底板技术时,已有许多可用的新标准,其中有些由美国国防郝支持.sucCEsS0R结栩杀用了当时新的英特尔多总线(MB)标准,是一种能支持高数据带宽和信息传送的底板总线.它虽然是一种好技术,但商业界却不喜欢它.因此,目前英特尔公司已经放弃了对MB的支持.虽然目前仍有许多标准,但vME已经成为优秀的商业,工业底板总线并且得到丰富的COTS嵌入板支持.十年前,处理机插件处于一种有点不可思议的发展阶段.CPU往往是工业质量商用处理器的封装形式.之所以为SUCCESSOR结构选择了英特尔的80386系列处理机.部分原因是它已有一千万个Pc机用户,它的发展路线有缣证.一个不太明显的问题是.虽然处理机执行商业标准的指令,但处理机板的性质使在英特尔PC机上运行的软件不能在目标处理机插件板上(要求的)运行.虽然所使用的处理机的发展路线完全受到保护,但总的来说,没有这样多的处理机板.结果在英特尔MB以后,有足够的力量保证有连续的处理机板可供使用(最好的是Pentium板),而不需要他们自己投资开发.现在可以购买适用于目标环境的处理机插件(饲如工业用的vMESpare插件).这些处理机插件板不仅具有与台式工作站相同的处理机而且l还具有相同的插件内容,从而使在台式工作站上运行的所有软件也能不变地运行在目标机上.这就提供了双重好处.不仅后继型VME处理机插件板能更多地被采用,而且开发环境也与目标环境完垒相伺.这非常有助于软件开发过程并且使商业市场上的COTS软件(姐数据库或通信软件包)能容易地在目标设备上运行.,十年以前,国防部和研制者优先选用的软件语言是Adl.且前使用A”语言已有1O多年了.这种语言已被证明在实施完好的软件工程方面是有价值的,并且仍然是我们喜欢的语言.八十年代中期开始研制的指挥系统没有使用操作系统,而是使代码以某种形式的运行时执行运行,该程序能支持Ada运行时期的环境.现在有许多用于商用处理机板?4?<情报指挥控制系统与仿真技术)1998年第l2期的小型实时操作系统.然而,非常重要的是,当考虑使用COTS产品时,现在就有可能考虑在指挥系统中使用商用Unix操作系统,如Solaris或数字公司的Unix(它们都能对实时处理提供某种支持)或使用比较专用的实时unix操作系统(如LyIlXOS).由于这种发展,开发环境和目标环境已很接近.然而,至今的经验是即使通用操作系统具有良好的可用性,但仍然非常需要基础软件.虽然某些较低层的软件(例如支持磁盘驱动的软件)可以通过使用操作系统代替,但仍然需要支持象分布数据库和弹性故障这样一些操作软件部件.实际上,正是这样一些软件部件使软件复杂化了.使用COTS操作系统无疑能帮助你适合更多的独立硬件,但它不能代替基础软件,在不久的将来也不可能.在图形显示方面,10年前就有许多工业标准,这些标准稍微有些不同.SUCCESSOR结构最初为SMCS系统选择了ccI标准.后来为SSCS系统选择了GKS标准.有趣的是,事实上的商业标准X当时仍然没有工业标准,现在已经击败了用于高端图形的所有其它图形标准ccI和GKS是终结技术.如果你娶购买一个具有支持软件的功能强的图形卡,那么,很可能就是一个在商业Unix操作系统下运行的,由X服务器驱动并且支持x的图形卡.然而,即使这种情况正在受到以MicrosoftWindowB为基础的较小系统的威胁,Windows其能力仍在增加.如果人们考虑屏幕硬件,考虑取代CRT可能是有意义的.虽然军事上非常喜欢使用加周的大型平板屏幕技术,但使便宜的平板屏幕成为现实的背后的真正动力是支持PC机和家庭娱乐市场.这很快就会产生l4英寸的廉价屏幕(为PC/SVGA用户),用于工作站规格/分辨率的非常便宜的平板_显示装置(17英寸)和大型的但分辨率不高的家庭娱乐系统.如果指挥系统不能与商用产品一致,那么,用户将要付出很大的代价.5指挥控制系统中使用OS的意义使用COTS,无论它是硬件还是软件,都有许多潜在的优缺点.5.1软件在使用COTS软件时,有种种优点.购买软件意味着要开发软件的减少.软件生产的缺点是,它不是规模经济的.与硬件生产不同,硬件生产的越多,每个产品就越便宜.而对于软件,系统越大,每一行代码就越昂贵.减少你要编写的代码数量,即降低系统的有效规模,髂大大提高生产率,因此能太大减少最初的开发成本.软件COTS的另一个主要优点是,假定它有相当的用户基础,那么.它的可靠性很可能是良好的.自用开发一般只有一个用户,该用户仅以一个特定方式使用该软件.一个使用良好的软件产品可髂会有成千上万个用户.一个用户遇到的任何同题其它用户也会遇到.这样就可以由COTS产品的卖主解决.然而它也有许多缺点.要了解该产品是否确实能完成这项工作是非常困难的.这在商业环境中非常不利,而且经验已经证明,指挥系统往往将COTS产品应用在迄今已经使用COTS产品顿域以外的范围(刚才人们肴到的编译程序就是这方面的例子).在将COTS产品强行用于指挥系统以前,并投有真正证实它的适用性.当然,在COTS被证实之前,愿意使用COTS产品的指挥系统研制项目不多.你眼下会看到COTS产品在发生变化.即使用代价高昂的ESCROW协议(软件由指挥系统的发展和COTS产品的应用?5?第三方记录),但要发布基准版COTS产品并继续使用它也可能是非常困难的.大部分软件COTS货主将要取代的软件版本只保持二年或三年的时间.这比研制一个指挥系统的时间要短,更不用说服役20年了.由于COTS产品的变化,尤其是如果一个系统有一个以上的COTS产品,所带来的一个主要问题是配置控制.如果一个新版COTS产品A要求B版本的操作系统和库,而你现有的COTS产品B又只能在原来的操作系统下工作,那么,你可能会遇到一个实际问题d如果包括三个或更多的COTS产品,每一个版本产品的更新周期为6个月或一年,你就会遇到更严重的问题.?再者,如果你用一个以上的软件COTS产品组成一个系统,而每一个软件COTS产品又可以用在多个设备上,在仅有的一个重叠的装置上你将受到限制.5.2硬件在硬件方面,确信的优点是比较明显的.一旦认为COTS产品适用,认为受到振动和冲击都没有问题,使用COTS硬件是不成问题的.比较便宜的部件用于指挥系统的一般是指插件板的效益和更快的可用性是显着的.其它更大的优点是升级和发展路线.一旦实现了与工业的合作,就能有效地实现结构和软件的保护.倒如SMCs和SSCS指挥系统的处理机板已经满意地从英特尔的80386到80486再到奔腾处理机的转换.软件稍微有些变化.由于商业的兴趣在于支持能从一种计算机转换到另一种计算机的专用硬件模块(例如PCI和PCI中间板一PMC).因此有一些很好的.COTS方法,通过这些方法引入嵌入式的系统接口,而且不与处理机或底板结构连接在一起.主要的缺点是无论从能用更新或功能更强的设备进行更换的这种不严格的意义上讲,还是从不能通过购买进行更换的更准确的意义上讲,COTS硬件都会较快地过时.然而,把嵌入板提供给工业和军事用户的供应商承认他们不但要保护商业产品而且还必须保证产品长期可用.尽管如此,对于指挥系统,由于要求它们迅速发展,因此要考虑20年的处理器插件板购买情况是不切合实际的.一种比较实际的看法是所有通用处理板(即非专用接口)应该每卜8年更新一次,但要达成这种协议是困难的.6未来的发晨在不同程度上使用COTS产品是目前正在出现的一个事实.这是系统研制者们试图阻止提高价格并使系统研制时间减少的一个主要情况之一.对于硬件,主要是强调使机箱以保护设备,以便更直接地使用COTS产品.这种做法已被证明是非常节省成本的,特别适合水下平台.需要毙在便携式计算机中使用并要求功耗低功能强的器件是商界的特点,这将使国防部用户受益.象视频要求这样一些应用要求的,能够支持宽带宽舶更便宜网络,即使使用巧妙的数据压缩技术,对军事应用也是理想的.如使用客错的ATM不是遥远的事.由于军用和商用的要求还不能完全一致,因此,使用软件C0Ts仍然有问题.似乎好像总是需要一种某种形式的基础软件层,尽管一致的那些部分可能是基于CoTs的软件.目标数据库可以提供商用关系数据库不能提供的性能,目标数据库对指挥系统的要求非常灵活.?6?(情报指挥控制系统与仿真技术,l998年第l2期消除水雷威胁.麟蜥祢乡釜;c鸯E,关键词±!墨兰毡殳)J(尝E/遥控操纵航行器(ROV)和排雷装药仍然是最常用的水雷排除方法.但白海湾战争以来,已普遍认识到需要改进扫雷操作.首先.在未探测过的海域,可能必须在相当短的时间内完成清除水雷过程,并且可能由非专门猎雷舰完成(MCMV),因此不装备全套MCM系统的舰艇来实行.第二,可能需要在敌对环境中实行McM,以准备两栖攻击.对作战效能的可能改进将用更轻的,便宜的替代物代替装在专用MCMV上的大而比较易损的ROV.另一种方法是以这样的方法设计这些一次性使用的排雷武器,结果它们也可以从其他平台(例如成建制的旋转翼飞机)布放.对于水面舰艇和潜艇来说,在增加使用遥控水雷侦察平台的情况下,为这些平台提供低级的基本MCM能力是有意义的.替换ROV主要是为了缩短任务时间,降低成本和使作战易损性减至最小.布放和回收带有排雷装药的ROV大约花3O一45分钟,并在引爆水雷前必须回收ROV.与操纵ROV接近水雷有关的节约特征需求花费的成本为每次25万美元到1百万美元.由于空间的限翻,MCMV通常仅有放2个ROV的地方.某些现代水雷可设计成毁坏ROV,由此来阻止MCMV完成其任务.排雷武器ROv/装药以及类似的消耗品面临的另一个主要问题是现代水雷使用新一代的不敏感炸药,其对”感应”引爆的敏感性要比二战晤覃结束后生产的水雷小.因此,散装装药不可能是有效的,最新一代成型装药再也不可能认为在所有情况下均有效.在过去的5年多时间里,主要精力放在开发更类似水下翩导导弹或小型鱼雷的排雷武器上.正如-一位制造商所解释的,这样一种武器样品的目标成本约为2万美元,其重量不超过一个人能举起的重量.对小直径武器,散装装药不再必要.假定可以设计这样的武器,那么与舰艇有关的一次使用装置的主要优点是比ROV大大减少了重量和体积.一次性使用系统不需要iCMV上的专用库房,或者不需要发射软件的特殊性质,高度的复杂性及与运行状态有关的环境使得COTS的使用存在着问题.然而,如何使用COTS并把它综合到系统中,而且仍然要保持它对变化的灵活性等问题可能是广泛使用它的最大障碍.系统综合方法,即把大型系统部件耦台在一起,而不是全部综合它们的方法,可能会使系统研制者从COTS中受益(同样.推动广泛的软件重用).现在商业界在这方面已经散了一段时间的工作,但象CORBA这样一些建议的可应用性在指挥控制系统领域还没有被证明.赵莲芳译自:”uDT96”,P2528.王继石较】