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新一代水面舰艇舰载系统集成技术 全舰计算环境(TSCE)

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发表于 2016-4-5 19:40:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

全舰计算环境基本概念


全舰计算环境(TSCE——Total Ship Computing Environment)是以网络为中心(net-centric),基于开放式体系结构(Open Architecture)和商品现货(COTS),将现代舰艇战时、平时各类运算操作、基础数据集成到一个统一的、公共计算环境中,包括所有传感器、武器资源与指控系统和舰艇平台管理系统,是美国海军目前正在研制的面向当前和未来作战任务的新一代舰载一体化信息系统,具有可剪裁性、自适应性、开放性、可移植性、互操作性等特点。TSCE示意图见图1。


    图1 TSCE示意图


对舰艇信息化的重要影响


TSCE采用分布式中间件技术,将舰载系统应用程序与计算机及操作系统进行隔离,通过将各类应用软件和网络服务构件化,实现舰艇上各系统之间的集成,将极大地推动舰载系统的模块化、构件化,最终达到舰艇武器跨系统、跨平台甚至跨领域的协同作战能力。因此,TSCE对舰艇信息化的重要影响在于,采用TSCE技术是舰载系统向以网络为中心(net-centric)迈出的重要一步,是舰船武器平台成为网络中心战中有机节点、适应21世纪多种任务环境的关键技术之一。同时,TSCE也是美国海军推行开放式体系结构进行舰艇信息化建设的一个典型应用,是对传统舰载系统体系结构设计理念的颠覆,是实现美国海军舰载系统集成模式由“网综”(network of networks)体制向“网格”(Grid)体制转变的重要标志。

此外,TSCE不仅包括了舰载C4ISR(指挥、控制、通讯、计算机、情报、监视和侦察)、武器系统和舰船状态监控系统,还扩展到了岸上以支持舰船的维护、补给、训练等功能。因此,可以说,TSCE是新一代舰载系统集成技术,也是舰艇信息化技术迈向网络中心战的一个重要里程碑。


全舰计算环境的核心设计思想


TSCE以网络为中心,基于开放式体系结构(Open Architecture)和商品现货(COTS),可以较高的费效比随时将民用计算机技术的最新成果引入舰载系统之中,采用中间件、实时公共对象请求代理体系结构(Real-Time CORBA)和多层资源管理(MLRM)等技术,通过将各种舰载系统的专用应用程序、专用应用程序请求服务和公共服务等以软构件(中间件)的形式封装,在实时CORBA运行平台上,将舰载系统的各具体应用程序同底层计算机及操作系统和网络基础设施相隔离,从而形成了舰载系统应用软件——CORBA中间件运行平台——计算机及操作系统和网络结构之间的二层隔离。这样,舰载应用软件的开发就不再受到底层计算机、操作系统类型和网络结构的束缚,程序开发人员只要依照OA及COTS标准做好应用程序与CORBA运行环境的接口就行了;而依据开放式体系结构(OA)和COTS标准的实时CORBA运行环境具有计算机及操作系统和网络结构的平台无关性,因而遵循OA的硬件平台的升级和改造,也不会影响到顶层的舰载系统应用程序的稳定运行。

这种二层隔离方式打破了过去“网综”体制下舰载系统应用程序和计算机软硬件专属专用的“烟囱式系统”结构,将原本利用效率不高、居于底层的计算机资源网格(Grid)化共享,可针对具体作战环境的具体应用程序运行的需求进行动态、协调地分配。采用这种技术带来的好处有三:

提高了舰载应用系统软件的平台无关性即可移植性,使海军能够从传统的专为某一级舰艇定制开发的昂贵专用系统中解脱出来,使得海军能够更快的开发系统,并且更容易对系统进行升级,从而降低全生命周期的成本;

基于OA的中间件技术理论上具有无限的可扩展性,这为经济可承受条件下,舰载系统模块化可重构以适应不断变化的作战任务环境提供了技术上的保障。美国海军认为,TSCE的可伸缩性和可扩展性能够适用于目前和未来所有的海军任务;

底层基础设施的网格化动态配置在极大削减人员配置和网线冗余的情况下,为舰载系统的运行提供了多版本(N-Version)冗余度,舰载系统的应用软件可在计算机或节点间复制,这些都极大地提高了舰载系统的战场生存能力。

全舰计算环境的核心设计思想使TSCE具有开放性、可扩展性、可移植性、互操作性、自适应性、易获得性、高可用性和高抗毁性等特性。



在构建全舰计算环境中的具体体现


传统的舰船系统是一种“烟囱式”的结构体系,每一应用程序都采用专用的硬件、软件和接口,所有应用程序像一个个烟囱一样矗立在底层网络层上。这种结构体系中,某一应用程序中的任一部分(包括软、硬件和接口等)出现问题,该系统便会失去功能,如果底层网络层出现问题,则全舰系统的整体性能就要大打折扣。

不同于传统的系统,开放体系结构下的系统能够进行方便而快速的升级,能够采用商品现货,消除采用专有软件、硬件、接口及软硬件连接所产生的限制。采用开放体系结构的全舰计算环境具有开放性、可扩展性、可移植性、互操作性、自适应性、易获得性、高可用性和高抗毁性等特性。

开放性:TSCE是基于开放系统结构建立起来的,支持系统和模块的快速升级和更新,支持系统或模块地快速植入或去除,使得在不同应用环境中,其都可以高效率地实现用户的要求。

可扩展性:TSCE基于OA的中间件技术,各种舰载系统的专用应用程序、专用应用程序请求服务和公共服务等以中间件的形式封装, 理论上其具有无限的可扩展性。 TSCE的可扩展性使其能够根据新的操作需求而进行升级,它适用于目前和未来所有的海军任务,使海军在空中、陆地和水下各平台中使用和执行更为广泛类型的产品;

可移植性:TSCE采用中间件技术,使舰载系统的各具体应用程序同底层计算机及操作系统和网络基础设施相隔离,TSCE中的应用程序可在具有开放体系结构特性的各种计算机系统间进行移植,不论这些计算机是否同种型号、同种机型;另外,在某一个型号上研制的系统或模块可以直接或仅经过简单修改便可移植到其他具有全舰计算环境的舰艇上应用。

互操作性:TSCE采用中间件、实时公共对象请求代理体系结构(Real-Time CORBA)和多层资源管理(MLRM)等技术,使TSCE中各结点都具有开放体系结构的特性,各结点之间可实现相互操作和资源共享;这种优点还在于,舰艇上各个工作节点都能实现对全舰各系统的控制,大大提高了系统的可用性;

自适应性:具有TSCE 的舰艇,其自适应性包括两个方面,其一,适应任务环境的变化,即根据舰艇执行任务的不同,可以进行应用系统或模块地变更;其二,适应舰上可调用资源的变化,即根据作战任务的变更或资源的变化,对可用资源进行动态的分配。

易获得性:TSCE中软硬件都大量采用商品现货,因而其软硬件环境易于从多方获得,不受某个来源所限制。

高可用性:在TSCE中一个节点失效,它的任务可通过其他节点执行,可以有效防止单点失效,从而保证各项任务的正常执行。

高抗毁性:在舰艇遭受攻击使得系统某些部分遭受到较大损坏的情况下,仍能保持较高的战斗能力。

  


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