席戰(zhàn)偉　趙占偉

摘要：該文對(duì)TENA（試驗(yàn)與訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)）網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了研究。首先給出了TENA網(wǎng)關(guān)的通用結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合具體應(yīng)用領(lǐng)域分別給出了面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的TENA網(wǎng)關(guān)，以及實(shí)現(xiàn)這些網(wǎng)關(guān)涉及的相關(guān)問題，最后概述了TENA網(wǎng)關(guān)在TENA逐步部署到靶場(chǎng)的過程中所起的作用。

關(guān)鍵詞：TENA；網(wǎng)關(guān)；通用結(jié)構(gòu)；靶場(chǎng)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）19-4423-04

Research on TENA GataWay

XI Zhan-wei，ZHAO Zhan-wei

（No 91 Unit of 91388 Troop of the Peoples Liberation Army， Zhanjiang 524022， China）

Abstract： Mainly research TENA （the Test and Training Enabling Architecture） gateway. Firstly， gives the general structure of TENA gateway， then gives different application areas of TENA gateway combining with specific fields of application， and involved related problems realizing the gateway， finally discusses the role of TENA gateway in TENA gradually deployed to range.

Key words： TENA；gateway；general structure； range

科技的高速發(fā)展促使美軍逐漸發(fā)現(xiàn)原來為了某些任務(wù)而專門建立的試驗(yàn)和訓(xùn)練靶場(chǎng)在新的高技術(shù)裝備和作戰(zhàn)概念的試驗(yàn)和訓(xùn)練方面越來越不適應(yīng)。為了將這些裝備和作戰(zhàn)概念盡快形成戰(zhàn)斗力，要么需要重新構(gòu)建專門的面向這些新裝備和作戰(zhàn)概念的靶場(chǎng)，要么對(duì)現(xiàn)有靶場(chǎng)資源進(jìn)行整合、集成，生成新的適應(yīng)未來新裝備和作戰(zhàn)概念的邏輯靶場(chǎng)。從新裝備和作戰(zhàn)概念的產(chǎn)生周期，新靶場(chǎng)建設(shè)的時(shí)間、經(jīng)濟(jì)等方面考慮，美軍選擇了后者，從而促使了TENA的產(chǎn)生[2][3]。

TENA吸收了以往體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，著重在互操作、可重用、可組合方面提升靶場(chǎng)能力[1][4]，使美軍能夠充分的利用現(xiàn)有靶場(chǎng)試驗(yàn)和訓(xùn)練資源，快速的構(gòu)建邏輯靶場(chǎng)，完成新的試驗(yàn)和訓(xùn)練任務(wù)。TENA和以前靶場(chǎng)所采用的技術(shù)和體系架構(gòu)差異很大，為了使TENA能在靶場(chǎng)中進(jìn)行部署，現(xiàn)有靶場(chǎng)設(shè)施需要被改造以做到TENA兼容，而從時(shí)間、設(shè)備復(fù)雜性、改造成本來看，短期內(nèi)對(duì)靶場(chǎng)設(shè)施完全進(jìn)行改造是不現(xiàn)實(shí)的。為了使那些暫時(shí)不能改造的、或者改造成本過高的設(shè)施能夠接入基于TENA的邏輯靶場(chǎng)中，TENA網(wǎng)關(guān)應(yīng)運(yùn)而生。

1 TENA網(wǎng)關(guān)的通用結(jié)構(gòu)

1.1 TENA網(wǎng)關(guān)通用結(jié)構(gòu)

圖1 TENA網(wǎng)關(guān)的一般原理結(jié)構(gòu)圖

TENA網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)原理很簡單，本質(zhì)上可以作為一個(gè)TENA應(yīng)用，它一端和TENA基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信，另一端和其它非TENA基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信，從而可以使TENA和其它各種類型的非TENA系統(tǒng)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)靶場(chǎng)資源的集成，其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中左邊的其它中間件表示任何一個(gè)非TENA體系結(jié)構(gòu)的軟件基礎(chǔ)設(shè)施或者軟件庫，這些基礎(chǔ)設(shè)施和軟件庫主要用于其相應(yīng)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)的通信。對(duì)于HLA來說，其它中間件表示HLA-RTI；對(duì)于采用DIS標(biāo)準(zhǔn)的仿真來說，其它中間件表示DIS協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）；對(duì)于靶場(chǎng)儀器儀表、戰(zhàn)術(shù)接口、控制系統(tǒng)，其它中間件表示一個(gè)公共類庫、子程序庫、或定制的軟件。

來自于任何一個(gè)非TENA體系結(jié)構(gòu)的信息將要根據(jù)其在“其它中間件”中的數(shù)據(jù)通信格式編碼為一個(gè)軟件對(duì)象，這些對(duì)象在圖1中表示為“其它對(duì)象”。如果其它體系結(jié)構(gòu)自身能產(chǎn)生軟件對(duì)象，那么就不需再編碼，可以直接使用，但是一般情況下，其它體系結(jié)構(gòu)經(jīng)常產(chǎn)生的是記錄數(shù)據(jù)或者協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），不會(huì)直接產(chǎn)生軟件對(duì)象，需要將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)編碼為軟件對(duì)象。

圖中間的轉(zhuǎn)換器是一個(gè)特殊的程序，主要作用是將TENA 狀態(tài)分布對(duì)象（SDO）、消息、數(shù)據(jù)流中包含的信息映射進(jìn)“其它中間件”的“其它對(duì)象”中。轉(zhuǎn)換器由特定軟件構(gòu)成，它可以是許多其它可重用組件中的一個(gè)，也可以是根據(jù)一些高層的轉(zhuǎn)換規(guī)則自動(dòng)由代碼生成。轉(zhuǎn)換器可以想象成在一個(gè)具有圖形用戶接口的系統(tǒng)中允許用戶從一個(gè)面板函數(shù)庫中拖出轉(zhuǎn)換規(guī)則，然后由工具自動(dòng)生成面向某個(gè)邏輯靶場(chǎng)對(duì)象模型對(duì)象和“其它對(duì)象”的網(wǎng)關(guān)軟件。這種自適應(yīng)、可重配置、通用的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)已經(jīng)在HLA中使用，并產(chǎn)生了極大的效果，對(duì)TENA來說也是實(shí)用的。

1.2 TENA網(wǎng)關(guān)聯(lián)邦

圖2 TENA網(wǎng)關(guān)聯(lián)邦

網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件也應(yīng)該能提供一些復(fù)雜的智能訂購功能，允許某些網(wǎng)關(guān)僅僅訂購自己所需的信息。在較大的靶場(chǎng)系統(tǒng)中，為了去平衡和處理網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，許多網(wǎng)關(guān)不得不一起工作構(gòu)成網(wǎng)關(guān)聯(lián)邦，如圖2所示。相應(yīng)地，管理這一系列網(wǎng)關(guān)將要變成一件十分復(fù)雜的任務(wù)。在這種情況下，需要一個(gè)額外的實(shí)用小程序-網(wǎng)關(guān)管理器。網(wǎng)關(guān)管理器主要利用其內(nèi)部的應(yīng)用管理對(duì)象（AMO）和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信、管理，執(zhí)行網(wǎng)關(guān)管理功能。網(wǎng)關(guān)向網(wǎng)關(guān)管理器報(bào)告它們的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、延遲、吞吐量等狀況，網(wǎng)關(guān)管理器利用相應(yīng)的算法生成策略去平衡各個(gè)網(wǎng)關(guān)上的負(fù)載，以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能更好。圖2僅僅說明了2個(gè)網(wǎng)關(guān)工作在一起，但是在實(shí)際情況下根據(jù)需要沒有限制能夠連在一起構(gòu)成網(wǎng)關(guān)聯(lián)邦的最大網(wǎng)關(guān)數(shù)量。

2 面向具體應(yīng)用領(lǐng)域的TENA網(wǎng)關(guān)

2.1 TENA-HLA網(wǎng)關(guān)

高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）是美國國防部指定的用于建模和仿真的領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，它為建模和仿真的領(lǐng)域內(nèi)的互操作和可重用提供了一個(gè)公共的機(jī)制。HLA的目的是提供架構(gòu)去支持不同仿真的互操作和可重用，最大限度的減少構(gòu)建一個(gè)新的合成運(yùn)行仿真環(huán)境所需的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間上的花銷。HLA需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范通過RTI進(jìn)行仿真之間交互，HLA沒有規(guī)定仿真應(yīng)用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它僅僅是定義了允許仿真應(yīng)用之間互相形成聯(lián)邦和信息交換的RTI服務(wù)。雖然HLA需要聯(lián)邦去使用一個(gè)描述在某個(gè)聯(lián)邦范圍內(nèi)仿真交互信息的對(duì)象模型，但是HLA沒有定義對(duì)象模型的具體形式。HLA對(duì)象模型模板（OMT）規(guī)定了哪種信息應(yīng)該包含在對(duì)象模型中，但是沒有定義出現(xiàn)在模型中的對(duì)象類。

TENA是專門面向靶場(chǎng)組織的體系結(jié)構(gòu)。TENA應(yīng)用之間使用TENA中間件進(jìn)行通信，可以使應(yīng)用之間能夠使用語義更豐富的TENA對(duì)象模型進(jìn)行互操作。TENA-HLA網(wǎng)關(guān)的作用是使TENA應(yīng)用能夠通過TENA-HLA網(wǎng)關(guān)充分利用HLA-RTI 和仿真應(yīng)用進(jìn)行交互。由于TENA對(duì)象建立在較復(fù)雜的TENA元模型、而非OMT的基礎(chǔ)上，所有TENA和HLA根本上是不同的，TENA可以看做是HLA的一個(gè)超集，同時(shí)在和仿真進(jìn)行交互時(shí)保留了HLA的兼容性。TENA-HLA網(wǎng)關(guān)直接解決了TENA需要與建模和仿真系統(tǒng)集成的驅(qū)動(dòng)需求。由于靶場(chǎng)組織使用TENA中間件作為標(biāo)準(zhǔn)高性能通信機(jī)制用于分布式TENA對(duì)象模型間的通信，需要一個(gè)橋接TENA中間件和HLA RTI的機(jī)制，目的是TENA靶場(chǎng)資源和HLA仿真之間能夠交互。這個(gè)橋梁就是TENA-HLA網(wǎng)關(guān)，如圖3所示。

由于TENA和HLA本質(zhì)上有許多差異，在TENA-HLA網(wǎng)關(guān)構(gòu)建過程中，需要解決以下兩類問題。

1） 元模型方面的差異：HLA元模型相對(duì)于TENA元模型有許多限制，這導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)產(chǎn)生一些問題。第一，將較復(fù)雜的TENA邏輯靶場(chǎng)對(duì)象模型定義翻譯為較簡單的HLA類是困難的，因?yàn)椴皇撬蠺ENA元模型中的特征都能被HLA對(duì)象合適的表示。第二，由于HLA元模型不支持可組合，將復(fù)雜的TENA組合層次結(jié)構(gòu)翻譯為一個(gè)合理的HLA對(duì)象模型是困難的。采用強(qiáng)制方法在HLA邊消除包含的TENA層次結(jié)構(gòu)是目前所能采用的方法，但是這種方法不一定能提供足夠的功能。第三，HLA元模型主要為類集合中的屬性，將TENA的SDO類定義和HLA類定義等同起來的傾向應(yīng)該被避免，因?yàn)檫@兩個(gè)構(gòu)造行為在運(yùn)行時(shí)是非常不同的。

2） 時(shí)間管理：HLA提供時(shí)間管理服務(wù)，可以將仿真時(shí)間相對(duì)于真實(shí)時(shí)間提前或者減慢。由于靶場(chǎng)試驗(yàn)運(yùn)行在真實(shí)環(huán)境下，TENA不提供時(shí)間管理功能。將運(yùn)行于仿真時(shí)間的仿真和運(yùn)行于真實(shí)時(shí)間的靶場(chǎng)設(shè)施集成起來也是一個(gè)主要的技術(shù)挑戰(zhàn)，需要進(jìn)行研究解決。

2.2 靶場(chǎng)協(xié)議網(wǎng)關(guān)

在當(dāng)前靶場(chǎng)中有許多的現(xiàn)成的儀器儀表、控制系統(tǒng)、以及設(shè)備接口，將這些設(shè)施集成到TENA體系中去是TENA需求規(guī)定中所必須要完成的事情。由于這些設(shè)施使用的通信協(xié)議各不相同，將這些設(shè)施中的每一個(gè)集成都可能需要?jiǎng)?chuàng)建特定的TENA網(wǎng)關(guān)。為了完成這些系統(tǒng)的集成，需要許多面向具體設(shè)施的TENA網(wǎng)關(guān)，總的來說，這些網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)形式大體上如上圖1和圖3差不多，具體轉(zhuǎn)換協(xié)議需要具體問題具體分析。

2.3 TENA-C4ISR系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)

C4ISR系統(tǒng)是一種特殊類型的系統(tǒng)，主要用于在戰(zhàn)爭中獲取制信息權(quán)。C4ISR系統(tǒng)將要開始在聯(lián)合技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（Joint Technical Architecture，JTA）和國防信息基礎(chǔ)設(shè)施公共運(yùn)行環(huán)境（Defense Information Infrastructure Common Operating Environment ，DII COE）的基礎(chǔ)上構(gòu)建成一組公共體系結(jié)構(gòu)。將這些體系結(jié)構(gòu)和TENA橋接以滿足TENA支持網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的驅(qū)動(dòng)需求是非常重要的。當(dāng)前有許多C4ISR系統(tǒng)，如GCCS， CEC， AFATDS， FAADC， ASAS， AGGS， AGCCS等，這些系統(tǒng)都需要集成到一個(gè)邏輯靶場(chǎng)中，每一個(gè)系統(tǒng)的集成都需要相應(yīng)的TENA網(wǎng)關(guān)。與許多靶場(chǎng)儀器儀表系統(tǒng)一樣，這些C4ISR系統(tǒng)使用基于消息的通信機(jī)制，但由于消息類型和內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)不充分，需要具體根據(jù)消息類型來設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)。

2.4 TENA實(shí)體網(wǎng)關(guān)

術(shù)語“實(shí)體”意指那些在靶場(chǎng)中用于訓(xùn)練和試驗(yàn)的系統(tǒng)（如艦船、車輛、飛機(jī)等）。這些系統(tǒng)或者是正在被試驗(yàn)的系統(tǒng)，或者是用于訓(xùn)練人員的設(shè)施。某種程度上，這些系統(tǒng)將要通過一個(gè)C4ISR網(wǎng)關(guān)使用C4ISR設(shè)備，完成他們之間的通信。這種情況下，這些“實(shí)體”和C4ISR系統(tǒng)通過C4ISR網(wǎng)關(guān)互聯(lián)構(gòu)成了一個(gè)TENA邏輯靶場(chǎng)。在大多數(shù)情況下，單獨(dú)的戰(zhàn)術(shù)接口網(wǎng)關(guān)，如JTIDS， Link-16， TADIL-J， Link-11等，在構(gòu)造邏輯靶場(chǎng)過程中也將被需要。與C4ISR系統(tǒng)和仿真一樣，也需要解決TENA和他們之間的轉(zhuǎn)換協(xié)議相關(guān)的問題。

3 TENA網(wǎng)關(guān)在TENA靶場(chǎng)部署中的作用

靶場(chǎng)組織持續(xù)的參與TENA研制是TENA能夠在靶場(chǎng)組織中最終使用的關(guān)鍵因素。從TENA的驅(qū)動(dòng)需求來看，TENA在整個(gè)靶場(chǎng)組織中的部署是一個(gè)漸進(jìn)的過程。這是因?yàn)閷?duì)許多靶場(chǎng)組織來說，每天都有許多重要的任務(wù)發(fā)生在靶場(chǎng)，絕不可能停止當(dāng)前他們的業(yè)務(wù)活動(dòng)，關(guān)閉靶場(chǎng)，徹底地部署TENA，然后再運(yùn)行完全基于TENA的靶場(chǎng)，只能在不影響靶場(chǎng)當(dāng)前活動(dòng)的前提下，逐步的通過使用TENA網(wǎng)關(guān)慢慢的部署TENA，所以漸近的方式是TENA能夠移植到靶場(chǎng)中的唯一的方式。圖4顯示了TENA怎樣通過使用TENA網(wǎng)關(guān)，以對(duì)現(xiàn)有靶場(chǎng)活動(dòng)影響最小的方式被部署。

圖4的上面第三層顯示了一個(gè)現(xiàn)時(shí)靶場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的組成，標(biāo)有TENA靶場(chǎng)網(wǎng)關(guān)的方塊提供靶場(chǎng)協(xié)議和一個(gè)新的正在測(cè)試或者已經(jīng)被部署的TENA應(yīng)用之間的轉(zhuǎn)換功能。新的TENA應(yīng)用能夠在對(duì)靶場(chǎng)運(yùn)作沒有任何負(fù)面的或侵入性的影響下被部署。endprint

中間一層顯示了在一些重要的靶場(chǎng)資源應(yīng)用已經(jīng)被重新架構(gòu)達(dá)到TENA兼容情況后的靶場(chǎng)資源抽象布局。重要的功能現(xiàn)在已經(jīng)存在于TENA邊了，新的TENA兼容的靶場(chǎng)應(yīng)用和重新架構(gòu)的靶場(chǎng)應(yīng)用一起構(gòu)成邏輯靶場(chǎng)。網(wǎng)關(guān)仍然起著橋接那些TENA尚不兼容的應(yīng)用的作用。

底層顯示了在TENA已經(jīng)完全被部署后的靶場(chǎng)資源抽象布局。在這種情況下，大部分靶場(chǎng)活動(dòng)被TENA兼容的應(yīng)用所執(zhí)行，也有可能出現(xiàn)一些情況，由于花銷或者復(fù)雜性方面的原因，遺留的系統(tǒng)仍然是TENA不兼容的。在這種情況下，網(wǎng)關(guān)仍然起著連接到邏輯靶場(chǎng)的橋梁作用?？梢栽O(shè)想的是大部分靶場(chǎng)資源應(yīng)用最終會(huì)做到TENA兼容，因?yàn)檫@樣它們能夠獲取TENA所帶來的所有功能。

4 結(jié)論

TENA網(wǎng)關(guān)在TENA能否最終成功的在靶場(chǎng)組織中部署起著重要作用，該文研究了TENA網(wǎng)關(guān)及其具體實(shí)現(xiàn)涉及的相關(guān)問題，對(duì)我國未來靶場(chǎng)建設(shè)提供參考作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 楊磊，武小悅，美軍裝備一體化試驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)發(fā)展[J].國防科技，2010，31（2）：8-14.

[4] J. Russell Noseworthy. Providing Interoperable Real-Time Data Communication with TENA[C].The 2011 in Military Communications Conference-Track 4 - Middleware Services and Applications： p1598-p1603.endprint

中間一層顯示了在一些重要的靶場(chǎng)資源應(yīng)用已經(jīng)被重新架構(gòu)達(dá)到TENA兼容情況后的靶場(chǎng)資源抽象布局。重要的功能現(xiàn)在已經(jīng)存在于TENA邊了，新的TENA兼容的靶場(chǎng)應(yīng)用和重新架構(gòu)的靶場(chǎng)應(yīng)用一起構(gòu)成邏輯靶場(chǎng)。網(wǎng)關(guān)仍然起著橋接那些TENA尚不兼容的應(yīng)用的作用。

底層顯示了在TENA已經(jīng)完全被部署后的靶場(chǎng)資源抽象布局。在這種情況下，大部分靶場(chǎng)活動(dòng)被TENA兼容的應(yīng)用所執(zhí)行，也有可能出現(xiàn)一些情況，由于花銷或者復(fù)雜性方面的原因，遺留的系統(tǒng)仍然是TENA不兼容的。在這種情況下，網(wǎng)關(guān)仍然起著連接到邏輯靶場(chǎng)的橋梁作用?？梢栽O(shè)想的是大部分靶場(chǎng)資源應(yīng)用最終會(huì)做到TENA兼容，因?yàn)檫@樣它們能夠獲取TENA所帶來的所有功能。

4 結(jié)論

TENA網(wǎng)關(guān)在TENA能否最終成功的在靶場(chǎng)組織中部署起著重要作用，該文研究了TENA網(wǎng)關(guān)及其具體實(shí)現(xiàn)涉及的相關(guān)問題，對(duì)我國未來靶場(chǎng)建設(shè)提供參考作用。

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中間一層顯示了在一些重要的靶場(chǎng)資源應(yīng)用已經(jīng)被重新架構(gòu)達(dá)到TENA兼容情況后的靶場(chǎng)資源抽象布局。重要的功能現(xiàn)在已經(jīng)存在于TENA邊了，新的TENA兼容的靶場(chǎng)應(yīng)用和重新架構(gòu)的靶場(chǎng)應(yīng)用一起構(gòu)成邏輯靶場(chǎng)。網(wǎng)關(guān)仍然起著橋接那些TENA尚不兼容的應(yīng)用的作用。

底層顯示了在TENA已經(jīng)完全被部署后的靶場(chǎng)資源抽象布局。在這種情況下，大部分靶場(chǎng)活動(dòng)被TENA兼容的應(yīng)用所執(zhí)行，也有可能出現(xiàn)一些情況，由于花銷或者復(fù)雜性方面的原因，遺留的系統(tǒng)仍然是TENA不兼容的。在這種情況下，網(wǎng)關(guān)仍然起著連接到邏輯靶場(chǎng)的橋梁作用?？梢栽O(shè)想的是大部分靶場(chǎng)資源應(yīng)用最終會(huì)做到TENA兼容，因?yàn)檫@樣它們能夠獲取TENA所帶來的所有功能。

4 結(jié)論

TENA網(wǎng)關(guān)在TENA能否最終成功的在靶場(chǎng)組織中部署起著重要作用，該文研究了TENA網(wǎng)關(guān)及其具體實(shí)現(xiàn)涉及的相關(guān)問題，對(duì)我國未來靶場(chǎng)建設(shè)提供參考作用。

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[4] J. Russell Noseworthy. Providing Interoperable Real-Time Data Communication with TENA[C].The 2011 in Military Communications Conference-Track 4 - Middleware Services and Applications： p1598-p1603.endprint