栅格网资源协同态势展现技术及实现方法

于跃，代杰，郭成昊

（信息系统工程重点实验室，南京210007）

栅格网资源协同态势展现技术及实现方法

于跃，代杰，郭成昊

（信息系统工程重点实验室，南京210007）

针对目前我军缺乏对于栅格网资源协同态势的描述以及展现技术研究的现状，提出了栅格网资源的概念，并以此为基础对栅格网资源进行分类，设计了系统资源标号，在此基础上，提出了多粒度、动态展现资源协同态势的方法，以及资源协同关系的描述方法，最后，设计并实现了栅格网资源协同态势显示软件。

栅格网资源，态势图，标号

0　引言

栅格网是一种汇集和共享空间上分布的海量信息资源，对其进行一体化组织与处理，从而具有按需服务能力的信息基础设施。栅格网是一个分布的网络化环境，连接数据资源、计算资源、存储资源、处理工具和软件以及用户，能够协同组合各种信息资源，完成相应的应用与服务［1］。

任务共同体是指为完成同一个任务目标和系统功能要求，在一定范围和条件下的特定时间段内，由分布在栅格网上的，各种功能、不同粒度的资源紧密耦合、相互协同工作而形成的具有生命周期的功能体，其在任务执行的不同阶段，采取不同的运作机制，对外表现不同的行为能力。通过协同实现系统在时间、空间、功能上的有序运作，提高网络上系统资源协同、重组和自同步能力，是一种适应栅格网环境、实现关键能力鲁棒性的系统资源运用模式［2］。

协同就是各个组织、实体、智能体通过交互协作，达到个体难以达到的效果。拥有各种不同功能的实体必须以特定结构组合，并以特定的顺序协同工作，才能实现“整体大于部分总和”的目的，完成单个实体所不能完成的任务［3］。栅格网的资源协同包含两个层面的含义，一是不同功能的资源通过协同，各自发挥自己所独有的能力，共同完成一项综合性的大任务；二是相同功能的资源通过负载均衡、毁伤接替等手段，满足任务中对某一项功能的需求。协同的前提条件就是对于栅格网上的资源状态能够实时地监控，同时，对协同关系的监控则是推动协同演化的基础，资源协同态势正是为了完成资源状态和协同态势监控而产生的。资源协同态势的展现技术也是研究资源协同和任务共同体运作的关键问题［4］。

目前国内外对于资源协同态势展现的相关问题还处在探索阶段，而查阅近两年的国外军事文献，也未发现有关资源协同态势展现的研究。因此，目前迫切需要对这个问题进行深入研究。

1　栅格网资源概念与分类

随着新一代信息系统的构建，以往的系统单元已经不能满足信息系统构建中的粒度要求，更细粒度的栅格网资源的出现一定程度上解决了这个问题。

资源是执行活动或者为活动执行提供支持的物质因素。栅格网上的资源是一个多粒度、多层次的非常宽泛的概念，资源的分类方法也颇为驳杂，因此，有必要对本文中的栅格网资源重新定义。本文中的栅格网资源是指在栅格网中能够为其他节点提供服务的个体。

栅格网上的资源一般是隶属于系统单元的，例如一个航空兵师指挥所是一个系统单元，而航空兵引导资源、航空兵实时监控资源、航空兵任务规划资源等是该指挥所中的资源，它们彼此协作完成作战任务，甚至能够单独为栅格网上的其他单元或者资源提供服务。

从提供服务的主体为出发点，本文将栅格网资源分为存储资源、传输资源、计算资源、感知资源、信息资源五大类，每一大类下又分为若干层子类。

存储资源为信息保存提供物质条件，主要包括存储设备、服务和空间等。

传输资源为不同用户之间信息交换与共享提供支撑，主要包括通信信道，以及长、短、实时报文传输服务等，它又分为有线传输资源和无线传输资源两个子类。

计算资源主要用于加工处理信息，为用户提供符合业务需要的信息形式，它又分为软件计算资源和硬件计算资源两个子类。

感知资源是对战场环境、战场实体等信息进行侦察获取的手段，它又分为航天侦查资源、航空侦查资源、海上侦查资源、地面侦查资源4个子类。

信息资源包括情报信息、气象水文信息、上级指挥命令等。

2　栅格网资源协同态势标号设计

2.1我军与美军军标的比较

目前针对栅格网资源协同态势的展现没有相关标号设计，本文通过借鉴我军以及美军现有的军标规范，设计栅格网资源的标号。

美军军标设计规则MIL-STD-2525C（发布于2008年11月17日）较为完善和规范，由于篇幅原因，这里主要用一个实例说明其军标展现情况，如图1所示。

图1　美军军标实例

从图中可以看到，该军标所包含的信息主要有两类，即表示军标类型的“a”部分以及附加信息“b”部分。图中的军标类型是“重机枪”，附加信息则包括阵营、维度、数量、位置、运输方式、移动方向、任务细节等信息。

如图2所示，我军目前的军标只是简单表示节点种类，并且军标较为简明，这样的好处是便于辨认，容易记忆和实现，但是信息量略显不足；而美军军标则用同样简明的符号表现了更多的信息，这点值得借鉴。

图2　我军部分军标标准实例

2.2栅格网资源协同态势标号设计

本文在设计栅格网资源军标时，将资源按照五大基类展现为5种不同的形状，每个形状又被划分为3个区域，这3个区域分别填写是资源的子类型、资源的可用情况、资源的隶属情况，形状下面是该资源的机动方式。图3是五大基类的资源军标形状。

图3　五大基类的资源军标形状

图4　栅格网资源军标实例

图4是一个计算资源的实例。其中：

①外形，表示资源的五大类（传输、存储、计算、感知、信息），外形的颜色表示敌我，其中红色为我方、蓝色为敌方、绿色为友军、黄色为中立。

②表示资源的子类型，一般用类型首字母表示，例如图中的“S”表示软件计算资源(software)，如果该资源没有子类型，该区域空白，资源子类型的代号对照表如表1所示。

③表示资源可用情况。可以是“可用”或者“不可用”，也可以是负载量，资源的负载情况用数字表示。

④表示资源的隶属情况，可以是单元的ID或者名称，本例中为“11师指挥所”。

⑤表示资源的机动方式，本例中为“铁路运输的”。机动方式如表2所示。

⑥表示资源名称。

图5是其他类型资源的实例，其中左上为存储资源，右上为传输资源，左下为感知资源，右下为信息资源。

图5　其他类型资源的实例

表1　栅格网资源子类代号

3　资源态势显示软件的设计与实现

3.1态势图软件架构

图6是态势图软件的架构，它包括以下几部分：

①数据库模块，提供静态的资源节点数据，这些数据包括资源的名称、ID、IP地址、上级单元、端口号等不会变化的资源属性。

表2　资源机动方式对照表

图6　态势图软件架构

②数据操作接口模块，为数据库模块进行资源注册、注销、修改、查询提供相应接口；

③数据管理模块，包括资源静态信息加载模块、资源动态信息监听模块、资源数据存取管理模块、资源协同关系管理模块。用于连接数据库模块，读取资源静态数据，以及接收外部发送的资源动态数据，维护资源的信息以及资源协同关系；其中的动态数据包括资源当前位置、资源负载、当前承担任务这些可变的属性；

④地图引擎模块，用于加载背景地图，提供资源态势上图、态势更新以及地图操作的功能和接口；

⑤态势管理模块，包括界面响应逻辑模块、态势信息加载驱动模块、态势信息更新模块。用于管理资源态势，调用数据管理模块以及地图引擎模块的接口，完成资源态势的加载和动态刷新，以及响应用户的地图界面操作；其中的资源态势包括资源的静态信息、实时状态以及资源间的协同关系；

⑥用户界面模块，用于用户的人机交互，提供友好的用户界面，资源的静态信息、动态信息、协同关系均反映在界面上，用户通过界面操作地图以及资源的显示方式，查看资源属性以及资源协同关系。

3.2资源状态上图过程

图7是资源状态上图的过程，资源状态分为资源静态信息、资源动态信息以及资源间协同关系。

图7　资源状态上图过程

资源数据存取管理模块会维护一个资源状态表，记录每个资源的静态、动态信息，资源协同关系管理模块则维护一个协同关系表，用于记录所有的协同关系。

软件首先从数据库中读取资源静态信息，并加载到资源状态表中，态势信息更新模块读取资源状态表中的数据并在界面上绘制资源信息。资源静态信息是一次性加载的，一般在软件启动时完成。

资源实时监控模块是广泛部署在栅格网上的传感器，或者与栅格网上的资源一对一绑定的状态监控模块，它们可以感知资源的状态，并将这些状态数据发送给资源态势图软件。

静态信息加载完毕后，软件开始接收和解析动态数据报文以及协同关系数据报文，解析后的报文数据分别存入资源状态表和协同关系表中。态势信息更新模块会周期性地读取资源状态表，在界面上刷新资源状态，从而实现资源态势的动态显示。

3.3资源协同关系描述

资源协同关系有以下要素：

①协同关系涉及的资源集合，一般为两个资源，但也可能是多个资源；②协同关系的类型，例如同步协同关系或异步协同关系；③协同关系的通信报文类型，例如控制命令类或者信息交互类；④协同关系所属的任务集，描述了该关系是何任务引发的，一般为一个任务，也可能是多个任务；⑤协同关系的描述信息，描述了该关系所涉及的资源是如何进行协同的。

将这些要素整理并结构化得到下面的数据结构：

3.4资源态势显示规则

为了使栅格网资源态势能够更好地显示，本文提出了若干展现规则。

规则1：资源与所属单元间的关系展现。

节点图标下方排列着它包含的资源图标，资源图标和其所属的节点之间用表示隶属关系的虚线连接，节点与其下属的资源被一个包络线包裹，表示该包络线中的图标来自一个节点，且这些资源与节点的地理位置相同。

这条规则的提出是考虑到在多数情况下，若干个资源隶属于同一个节点，但同时在地理位置上，这些资源则是重叠的，如果按照传统的战场态势软件上图方法，这些资源军标会在地图上重叠显示。例如某一个指挥所中有若干计算资源、存储资源、信息资源，而指挥所本身是一个建筑群，甚至只是一个野战帐篷。这条规则保证了同一个经纬度上的资源不会互相遮挡地显示。

规则2：资源态势的显示分为3个粒度。

第1个粒度，并不显示资源，地图上只有节点以及节点名称，资源隶属于这些节点。由于这些节点可以使用我军现有的军标表示，故而与现有的态势图软件相似；

第2个粒度上，资源用一个小圆点以及资源名称表示，资源与它的所属节点之间有关系连线，资源排列在所属节点的下方，节点和它的下属资源外有一圈包络线，该粒度主要展现资源与其节点之间的隶属关系；

第3个粒度上，资源不再用小圆点表示，而是使用本文提出的栅格网资源军标方式，其他部分与第2粒度相同。

3个粒度随着地图的放大、缩小操作进行切换，也可以直接选择粒度进行切换。这条规则使得资源态势的展现与系统单元-栅格网资源的粒度划分相一致。

规则3：资源间协同关系的展现。

资源间协同关系的展现在3个粒度下有所不同，第1粒度下，由于不显示资源，所以同样不显示资源间协同关系；

如图8所示，2、3粒度下，资源间协同关系开始正常显示，若两个资源建立了协同关系，则用一条黑色虚线连接两个资源军标，当这个关系正在运作或者收发协同相关的信息时，用动态的实线连接两个节点，不同的连线颜色表示不同的协同种类。

规则4：资源异常状态的展现。

如图8所示，资源异常状态主要有超负载以及毁伤等，如果资源超负载，则3粒度的资源军标上出现红色叹号标志；

图8　栅格网资源超负载

如图9所示，如果资源毁伤，则3粒度的资源军标上出现红叉，同时资源军标颜色变灰，在2、3粒度下连接该资源的协同关系连线都变灰。

图9　栅格网资源毁伤

3.5资源态势图软件展现效果

如图10所示，是态势图软件的界面截图，图中上方是菜单栏，包括地图操作菜单、显示设置菜单以及视图菜单；左边是一颗栅格网资源树，它将所有的栅格网资源按照分类列出；地图左上角是全局态势导航窗口，它提供了导航功能，并显示了栅格网的所有节点以及资源的分布情况；下方是资源属性窗口；中间是一粒度的部分态势信息，该粒度下只有节点图标以及它们的名称。

图10　态势图软件界面

如图11所示，是2、3粒度的态势图效果截图，其中左边为第3粒度，只显示资源与其所属节点间的关系；右边是第3粒度，显示前文所提出的栅格网资源军标。

图112　、3粒度的态势图效果

4　结束语

本文针对目前我军缺乏对于栅格网资源协同的描述以及协同态势显示的现状，提出了栅格网资源的概念，并以此为基础对栅格网资源进行了分类，设计并实现了系统资源军标，以及二维的栅格网资源态势显示软件。提出了多粒度、动态展现资源协同态势的方法和资源协同关系的描述方法。软件运行结果证明了本文设计的栅格网资源态势显示方案的合理性和可行性，达到了预期的效果。

本文所设计的栅格网资源态势显示方案还有改进和扩展的地方。资源的图标区域目前划分为3个，实际上可以根据属性显示的需求重新划分区域，并定义每个区域的显示内容；资源态势显示软件目前只是在二维的态势图软件上的实现，未来还可以在三维的态势图软件上实现；资源间协同关系的描述还可以深入研究，例如进行更加详细的分类和详尽的要素描述。

［1］陈彬，陈超.基于UML的态势显示软件构件设计与应用［J］.指挥信息系统与技术，2013，4（1）：33-37.

［2］陈超，金晶.态势显示软件人机界面建构方法研究［J］.指挥信息系统与技术，2011，2(4)：66-70.

［3］裴晓黎.美军战场态势一致性对海战场态势图体系构建的启示［J］.指挥控制与仿真，2012，34（3）：15-16.

［4］丁昊，张亚军，张晓楠.三维态势图符号以及表达的研究［J］.测绘工程，2012，21（4）：22-25.

Display Technic and Realize of Network Resource Collaborative Situation

YU Yue，DAI Jie，GUO Cheng-hao
（Science and Technology on Information Systems Engineering Laboratory，Nanjing 210007，China）

Aim at the lack of research on description and display of grid network resource collaborative situation in our army，the definition of grid network resource is given，and grid network resource is sorted based on the definition.To design the system resource symbol，based on this,the method of multi-granularity and dynamic display the resource collaborative are proposde，and describing the resource collaborative relation.In the end，grid network resource collaborative situation map software are designed and realized.

grid network resource，situation map，symbol

P208

A

1002-0640（2015）08-0164-05

2014-08-08

2014-07-07

于跃（1987-），男，山东文登人，硕士。研究方向：战场态势可视化技术。