馬超逸,瞿連政

(國(guó)防信息學(xué)院,湖北 武漢 430014)

基于SOA架構(gòu)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬超逸,瞿連政

(國(guó)防信息學(xué)院,湖北 武漢 430014)

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)系統(tǒng)為戰(zhàn)場(chǎng)指揮員提供態(tài)勢(shì)訂閱、推送和查詢等服務(wù),為指揮員快速掌握戰(zhàn)場(chǎng)情況,科學(xué)分析戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)提供場(chǎng)景支撐。針對(duì)已有系統(tǒng)存在的問(wèn)題,基于面向服務(wù)架構(gòu)的理念,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)原型系統(tǒng)。重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)部署及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述,可為態(tài)勢(shì)服務(wù)相關(guān)系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)用提供借鑒和參考。

SOA; 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì); 態(tài)勢(shì)服務(wù)

瞿連政(1976-),男，博士,副教授。

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)系統(tǒng)能夠?qū)⒎彪s的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)通過(guò)計(jì)算機(jī)可視化的形式向指揮員表現(xiàn)出來(lái),并且通過(guò)一系列的人機(jī)交互手段完成指揮員對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的各種操作需求,使指揮員能夠清晰直觀地了解戰(zhàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)、獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息，從而把精力投入到戰(zhàn)場(chǎng)決策中。各指揮層級(jí)、各軍兵種雖然都有自己專業(yè)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)系統(tǒng),但是由于歷史原因,系統(tǒng)之間互聯(lián)互通互操作大都基于橋接模式或基于公用操作環(huán)境的平臺(tái)建立,雖具有一定的態(tài)勢(shì)共享分發(fā)能力,但較多獨(dú)立開發(fā),接口封閉,難以進(jìn)行高效信息交互,且對(duì)硬件要求高,體積龐大,安裝部署及系統(tǒng)維護(hù)比較困難,影響了系統(tǒng)的易使用、易拓展和易維護(hù)等特性。

為解決上述問(wèn)題,進(jìn)一步提升軟件開發(fā)和使用的靈活性、擴(kuò)展性和可操作性,減少軟件的體積和生產(chǎn)代價(jià),提高軟件的穩(wěn)定性、可靠性。本文基于面向服務(wù)的理念,提出了基于SOA構(gòu)架的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念和思路,并對(duì)原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述。該系統(tǒng)具有松耦合、可重用、多通信以及高度的靈活性和開放性的特點(diǎn),能夠?yàn)槁?lián)合作戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)相關(guān)系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)用提供借鑒和參考。

1 面向服務(wù)架構(gòu)SOA

SOA(Services Oriented Architecture)是一組通過(guò)統(tǒng)一定義的Web Services的集合[1]。它的核心思想是將各種應(yīng)用封裝成標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù),這些服務(wù)能夠自我描述和互相通信。所謂的服務(wù)其實(shí)就是系統(tǒng)提供一組統(tǒng)一接口,讓用戶通過(guò)接口使用系統(tǒng)提供的功能。這些服務(wù)定義精確、封裝完善,獨(dú)立于其他服務(wù)[2]。各個(gè)服務(wù)之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通信,即可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下的共享與相互調(diào)用。開發(fā)人員可以使用任何平臺(tái)和語(yǔ)言進(jìn)行編程,只要遵從服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)服務(wù)的查詢和訪問(wèn)。

在基于SOA架構(gòu)的系統(tǒng)中,將不同的服務(wù)之間定義功能良好的接口和規(guī)范按松耦合方式整合到一起,即將多個(gè)現(xiàn)有應(yīng)用軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)整合成一個(gè)新的系統(tǒng)。[3]因此,基于SOA提供的這種整合的概念,系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能夠根據(jù)自身的業(yè)務(wù)需求將各種服務(wù)自由組合,這種系統(tǒng)構(gòu)架有著其他系統(tǒng)構(gòu)架不可比擬的靈活性,能夠讓系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)更新需求更加迅速地進(jìn)行響應(yīng),從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重用性,加快系統(tǒng)的開發(fā)周期。

2 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)能為指揮員按需提供文字、聲音、視頻、圖形及多種形式的戰(zhàn)場(chǎng)信息,即在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間、恰當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn),采用恰當(dāng)?shù)氖侄?為恰當(dāng)?shù)闹笓]員提供恰當(dāng)?shù)膽B(tài)勢(shì)服務(wù),以確保其對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)做出最正確的決策判斷,形成決策優(yōu)勢(shì)。

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)的功能模塊設(shè)計(jì)如下:

1)態(tài)勢(shì)產(chǎn)品制作功能設(shè)計(jì)。系統(tǒng)能夠?qū)σ拥年?、海、空、天、網(wǎng)、電等信源進(jìn)行分類、篩選、融合、處理,制作成為態(tài)勢(shì)產(chǎn)品。

2)態(tài)勢(shì)顯示功能設(shè)計(jì)。以可視化形式為用戶直觀呈現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。允許用戶在客戶端對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小、漫游等操作,以恰當(dāng)?shù)牧６葹橛脩麸@示態(tài)勢(shì)信息。

3)態(tài)勢(shì)訂閱分發(fā)功能設(shè)計(jì)。允許用戶從服務(wù)端加載態(tài)勢(shì)產(chǎn)品,并能按需、按權(quán)限訂閱態(tài)勢(shì)產(chǎn)品。允許服務(wù)端對(duì)用戶的訂閱申請(qǐng)進(jìn)行審批。

4)態(tài)勢(shì)查詢功能設(shè)計(jì)。允許用戶以終端或調(diào)用的方式按需查找指定的態(tài)勢(shì)信息集合,包括作戰(zhàn)單位、武器平臺(tái)、地形信息、社會(huì)狀況、氣象水文等。為用戶提供相關(guān)軍事文獻(xiàn)與技術(shù)文獻(xiàn)查詢。

5)態(tài)勢(shì)回放功能設(shè)計(jì)。允許用戶對(duì)當(dāng)前時(shí)間節(jié)點(diǎn)一段時(shí)間之內(nèi)的態(tài)勢(shì)信息進(jìn)行回放與查詢。從而更好地對(duì)當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析與決策。

6)輔助分析功能設(shè)計(jì)。包括地圖測(cè)繪、模型的相關(guān)計(jì)算功能。

7)態(tài)勢(shì)管理功能設(shè)計(jì)。包括態(tài)勢(shì)用戶管理、態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)運(yùn)行管理、系統(tǒng)安全管理。

2.2 系統(tǒng)部署設(shè)計(jì)

在態(tài)勢(shì)服務(wù)系統(tǒng)中,每一種資源都被看成是服務(wù),它能夠提供與實(shí)現(xiàn)技術(shù)和語(yǔ)言無(wú)關(guān)的接口供上層應(yīng)用調(diào)用,上層應(yīng)用可以根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求來(lái)組織服務(wù)訪問(wèn)與交互關(guān)系,這種方式很好地解決了各個(gè)系統(tǒng)之間的交互與協(xié)同問(wèn)題,各個(gè)系統(tǒng)之間由傳統(tǒng)的靜態(tài)集成向動(dòng)態(tài)集成轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)部署分為三個(gè)部分:態(tài)勢(shì)服務(wù)提供者(服務(wù)端)、態(tài)勢(shì)服務(wù)請(qǐng)求者(客戶端)和態(tài)勢(shì)服務(wù)注冊(cè)中心(注冊(cè)中心),如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)部署設(shè)計(jì)

服務(wù)端主要包括參數(shù)編碼與解碼工具、服務(wù)部署工具、服務(wù)調(diào)用接口、服務(wù)調(diào)用引擎和服務(wù)端服務(wù)調(diào)用代理。服務(wù)調(diào)用接口是服務(wù)端開發(fā)的主體,主要包括地圖訪問(wèn)接口、情報(bào)源訪問(wèn)接口、態(tài)勢(shì)訪問(wèn)接口、態(tài)勢(shì)產(chǎn)品服務(wù)接口等。服務(wù)調(diào)用接口按照接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一開發(fā),然后通過(guò)服務(wù)部署工具集成至服務(wù)容器中供客戶端調(diào)用。服務(wù)調(diào)用服務(wù)端代理最先收到客戶端的調(diào)用請(qǐng)求,通過(guò)調(diào)用請(qǐng)求中服務(wù)名稱、接口函數(shù)等找到相應(yīng)的服務(wù)調(diào)用引擎,服務(wù)調(diào)用引擎會(huì)獲取到服務(wù)調(diào)用的接口對(duì)服務(wù)進(jìn)行調(diào)用,并最終返回調(diào)用結(jié)果。

客戶端主要包括參數(shù)編碼與解碼工具和客戶端服務(wù)調(diào)用代理。客戶端可以以用戶的形式訪問(wèn)服務(wù)端數(shù)據(jù)服務(wù),也可以采用調(diào)用的形式調(diào)用服務(wù)端提供的接口?？蛻舳朔?wù)調(diào)用代理在收到態(tài)勢(shì)服務(wù)請(qǐng)求者的服務(wù)調(diào)用請(qǐng)求后,在服務(wù)注冊(cè)中心和本地的服務(wù)描述文件中按照服務(wù)名稱查找服務(wù)提供者的傳輸協(xié)議和地址標(biāo)識(shí),并將服務(wù)請(qǐng)求發(fā)送給服務(wù)端。這樣,服務(wù)調(diào)用者就無(wú)須知道服務(wù)提供者的傳輸協(xié)議與地址標(biāo)識(shí),保證了服務(wù)調(diào)用的協(xié)議與地址無(wú)關(guān)性。

注冊(cè)中心主要包括服務(wù)注冊(cè)業(yè)務(wù)與服務(wù)查找發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)兩大功能。服務(wù)提供者在服務(wù)注冊(cè)中心若要?jiǎng)?chuàng)建新的服務(wù)類型,要先向其管理員進(jìn)行申請(qǐng)創(chuàng)建。而后服務(wù)注冊(cè)中心會(huì)在目錄服務(wù)中創(chuàng)建新服務(wù)類型的描述屬性,為服務(wù)查找和發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)增加新的服務(wù)類型,這樣態(tài)勢(shì)服務(wù)請(qǐng)求者就能夠通過(guò)服務(wù)名稱、服務(wù)參數(shù)等查找到服務(wù)提供者的相關(guān)信息了。

2.3 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)展現(xiàn)的是態(tài)勢(shì)服務(wù)端、用戶端和注冊(cè)中心之間的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系,是系統(tǒng)信息交互設(shè)計(jì)和功能模塊實(shí)現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)。以用戶端陸情態(tài)勢(shì)服務(wù)請(qǐng)求者(簡(jiǎn)稱態(tài)勢(shì)客戶)訪問(wèn)服務(wù)端戰(zhàn)場(chǎng)陸情態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)服務(wù)者(簡(jiǎn)稱態(tài)勢(shì)服務(wù)者)為例說(shuō)明三者之間的業(yè)務(wù)關(guān)系,如圖2所示,主要包括三個(gè)步驟:1)陸情用戶為獲取與己方作戰(zhàn)地域有關(guān)的空情信息,到態(tài)勢(shì)注冊(cè)中心注冊(cè),并通過(guò)服務(wù)目錄查找到陸情態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)服務(wù)接口,獲取接口描述和授權(quán)要求等信息,并將接口以引用的方式添加至自己的程序,并展開和調(diào)試;2)態(tài)勢(shì)服務(wù)者對(duì)陸情客戶的調(diào)用請(qǐng)求進(jìn)行級(jí)別、類型、時(shí)效和權(quán)限等驗(yàn)證,驗(yàn)證通過(guò)后為其提供業(yè)務(wù)處理服務(wù),按需返回查詢或處理后的態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)信息;3)陸情客戶將獲取的態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)與自己的態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加顯示,生成具有特定編號(hào)的情報(bào)產(chǎn)品,隨時(shí)響應(yīng)指揮及參謀人員的訪問(wèn)需求。

3 系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)基于面向服務(wù)的思想,采用目前流行的ApacheCXF框架進(jìn)行開發(fā),ApacheCXF是一個(gè)開源的服務(wù)框架,能夠幫助開發(fā)者利用Frontend編程API來(lái)進(jìn)行構(gòu)建和開發(fā)服務(wù)[3]。開發(fā)平臺(tái)選擇Windows7操作平臺(tái),開發(fā)環(huán)境采用集成開發(fā)環(huán)境J2EE進(jìn)行開發(fā),編程語(yǔ)言為JAVA語(yǔ)言,數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Service2008。

基于SOA的系統(tǒng)的本質(zhì)就是把功能模塊封裝為服務(wù)。利用CXF實(shí)現(xiàn)服務(wù)的步驟分為以下幾步：首先服務(wù)提供者定義服務(wù)接口,并為該接口實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的函數(shù)功能,同時(shí),該函數(shù)功能應(yīng)該對(duì)消費(fèi)者隱藏實(shí)現(xiàn)；其次,用Spring配置聲明發(fā)布服務(wù)；最后在用戶端加載Spring配置并調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù),就能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)提供者所提供的功能。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)流程

CXF的注冊(cè)和發(fā)布都是使用其自帶的容器Servlet,要能夠更好使用現(xiàn)有的Web服務(wù)器無(wú)疑必須與Spring進(jìn)行整合而采用通用的IOC容器[4]。這樣可以大大減少系統(tǒng)的代碼編寫量,加快系統(tǒng)的開發(fā)與更新速度,有利于系統(tǒng)的維護(hù)與擴(kuò)展。

系統(tǒng)開發(fā)部署流程如下圖3所示。

3.3 服務(wù)端開發(fā)

3.3.1 接口設(shè)計(jì)

服務(wù)接口是客戶端與服務(wù)端進(jìn)行信息交互的基礎(chǔ),SOA通過(guò)一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,為不同應(yīng)用提供語(yǔ)法互操作的支持。在服務(wù)端定義接口的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范后,用戶只需要遵從相應(yīng)服務(wù)接口,就能對(duì)態(tài)勢(shì)服務(wù)進(jìn)行調(diào)用,從而實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)功能。

主要服務(wù)接口設(shè)計(jì)如表1所示。

3.3.2 開發(fā)步驟

服務(wù)端開發(fā)的主要工作是對(duì)各服務(wù)接口進(jìn)行定義以及對(duì)服務(wù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。利用JAX-WS規(guī)范定義服務(wù)接口,完成對(duì)服務(wù)的注冊(cè)和發(fā)布。以實(shí)體查詢服務(wù)的實(shí)現(xiàn)為例,該接口是實(shí)現(xiàn)對(duì)模型實(shí)體的查詢功能,首先用JAX-WS規(guī)范聲明此接口,具體操作步驟如下:

@Web Service ∥服務(wù)聲明

public interface ModelSearchService{

public string GetModAttr(@WebParam(name=”modelsearch”)ModelSearch modelsearch);

∥服務(wù)操作變量傳遞

public class Service2()…

public class Service3()… ∥其他方法定義

}

在對(duì)服務(wù)進(jìn)行聲明,也就是接口的定義后,服務(wù)端的另一個(gè)工作就是對(duì)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵诜?wù)端和客戶端之間利用SOAP消息傳遞,而SOAP消息包裝了一段XML代碼,所以無(wú)論是哪一端,都需要對(duì)XML進(jìn)行轉(zhuǎn)化。發(fā)送時(shí)將Java Object轉(zhuǎn)換為XML,接收時(shí)將XML轉(zhuǎn)換為Java Object。因此需要用JAX-WS來(lái)告訴系統(tǒng)如何在XML和Java Object之間進(jìn)行處理。

@XMLRootElement(name=” modelsearch”)

@XMLAccessorType(XMLAccessType.FIELD)∥將此類對(duì)象自動(dòng)綁定為XML

@XMLType(name=””) ∥XML類型

Public class ModelSearch{…} ∥類中基本方法的定義

接下來(lái),利用JAX-WS提供的服務(wù)工廠完成服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)布。

public class Server{

public static void main(String[] args){∥創(chuàng)建WebService服務(wù)工廠

JaxWsServerFactroyBean factory=new JaxWsServerFactroyBean();

factory.setServiceClass(ModelSearchImpl.class);∥注冊(cè)服務(wù)接口

factory.setAddress("http:∥localhost:8080/ModelSearch"); ∥發(fā)布服務(wù)

factory.create();}∥服務(wù)創(chuàng)建完成

值得注意的是,ModelSearchImpl是為實(shí)體查詢服務(wù)ModelSearch創(chuàng)建的實(shí)現(xiàn)其服務(wù)接口的一個(gè)類,它能夠根據(jù)用戶的請(qǐng)求完成處理與響應(yīng)。http:∥localhost:8080/ModelSearch?wsdl就是訪問(wèn)這個(gè)服務(wù)的地址,它通過(guò)WSDL來(lái)完成。

3.4 客戶端調(diào)用

客戶端的調(diào)用讓用戶能夠通過(guò)服務(wù)接口進(jìn)行服務(wù)的訪問(wèn)。在CXF中,用戶需要使用某個(gè)服務(wù)時(shí),通過(guò)服務(wù)注冊(cè)中心得到服務(wù)提供者暴露的WSDL地址來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。用JaxWsProxFactoryBean客戶端代理工廠調(diào)用服務(wù)。

public class Client{

JaxWsProxyFactroyBean factory=new JaxWsProxyFactroyBean(); ∥獲得代理工廠

Factory.setserviceClass(ModelSearch.class);

∥注冊(cè)服務(wù)接口

Factory.setAddress("http:∥localhost:8080/ModelSearch");

∥設(shè)置服務(wù)地址

ModelSearch ms=(ModelSearch)factory.create();

∥獲得服務(wù)

ms.function1();

ms.function2();

} ∥用ms對(duì)象調(diào)用服務(wù)方法

3.5 系統(tǒng)功能界面

對(duì)指揮決策人員(客戶端)來(lái)說(shuō),其所需要的只是對(duì)態(tài)勢(shì)的相關(guān)操作即可。如地圖和態(tài)勢(shì)查看、態(tài)勢(shì)查詢、態(tài)勢(shì)推送等。能夠直觀和及時(shí)地了解態(tài)勢(shì)信息才是客戶的需求。用戶功能界面設(shè)計(jì)如圖4所示。

而態(tài)勢(shì)服務(wù)端的功能界面重點(diǎn)關(guān)注用戶信息和態(tài)勢(shì)產(chǎn)品管理。其功能界面設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖4 客戶端功能界面設(shè)計(jì)

圖5 態(tài)勢(shì)服務(wù)端功能界面設(shè)計(jì)

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)態(tài)勢(shì)服務(wù)系統(tǒng)集成現(xiàn)狀和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)服務(wù)系統(tǒng)功能需求,確定了基于SOA的態(tài)勢(shì)服務(wù)原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路,并對(duì)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)部署、接口設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)流程等進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。利用SOA架構(gòu)可以使得用戶更好地使用各種態(tài)勢(shì)服務(wù),也能夠使開發(fā)人員更加靈活、方便地部署和開發(fā)整個(gè)應(yīng)用軟件，也使得態(tài)勢(shì)服務(wù)能夠根據(jù)指揮員需求的變化進(jìn)行靈活調(diào)整和重組,為部隊(duì)縮短戰(zhàn)斗響應(yīng)時(shí)間、提高指揮決策的有效性提供了支持。

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Design and Implementation of Battlefield Situation Service Prototype System Based on SOA Architecture

MA Chao-yi,QU Lian-zheng

(Academy of National Defense Information,Wuhan 430014,China)

The battlefield situation service system provides battlefield commander services of situation by subscribing,pushing or searching and provides scene supporting for them to grasp the battlefield quickly and to analysis battlefield situation scientifically.In this paper,the problems of the existing system are analyzed and the prototype of system is designed and implemented which based on the concept of service and oriented architecture.The function designing,system architecture,system deployment and system implementation of the system are described in detail,which can be used as reference for the construction and application of the situation service system.

SOA; battlefield situation; situation service

TP311.5；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.05.022

1673-3819(2017)05-0104-05

2017-05-26

2017-06-22

馬超逸(1993-),男,湖南湘潭人，碩士,研究方向?yàn)橄到y(tǒng)建模與仿真。