摘要：當(dāng)前氣象水文數(shù)據(jù)共享主要采取傳統(tǒng)C/S模式的集中式控制結(jié)構(gòu)，存在靈活性、抗毀性低的缺點(diǎn)，為此提出把對(duì)等網(wǎng)（P2P）技術(shù)應(yīng)用于戰(zhàn)時(shí)氣象水文信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。介紹了基于現(xiàn)有軍地信息基礎(chǔ)設(shè)施，在復(fù)雜電磁環(huán)境下構(gòu)建氣象水文數(shù)據(jù)共享對(duì)等網(wǎng)的總體構(gòu)想，目的是建立具有高度靈活性、擴(kuò)展性、健壯性的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)有集中式氣象水文數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)相輔相成，以謀求最大限度地生存并獲取最大信息優(yōu)勢(shì)。
 

    關(guān)鍵詞：對(duì)等網(wǎng),氣象水文,數(shù)據(jù)共享,信息優(yōu)勢(shì),復(fù)雜電磁環(huán)境,分布式水文模型論文
 

    0　引言

    復(fù)雜電磁環(huán)境下分布式氣象水文數(shù)據(jù)共享有多種策略，而現(xiàn)有的氣象水文環(huán)境數(shù)據(jù)共享的解決方案，如全軍氣象水文網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用，都是基于傳統(tǒng)的C/S模式實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)C/S模式采用了集中式控制，比較成熟，對(duì)于數(shù)據(jù)共享具有良好的可控性，但是這種方式在復(fù)雜電磁環(huán)境下的惡劣戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中隱藏著諸多問(wèn)題[1]：數(shù)據(jù)的提供者和使用者嚴(yán)格區(qū)分，數(shù)據(jù)提供者只是局限在個(gè)別節(jié)點(diǎn)上，不利于形成信息柵格，無(wú)法建立扁平的數(shù)據(jù)共享方式；數(shù)據(jù)集中在某個(gè)或某幾個(gè)服務(wù)器上，單點(diǎn)“數(shù)據(jù)信息中心”在作戰(zhàn)中容易成為敵人攻擊的戰(zhàn)略目標(biāo)，一旦被摧毀，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰；系統(tǒng)控制權(quán)集中在服務(wù)器端，造成客戶端對(duì)服務(wù)器端過(guò)度依賴，缺乏靈活性，無(wú)法適應(yīng)靈活多變的復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。

    復(fù)雜電磁環(huán)境下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)對(duì)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生存、運(yùn)行性能等提出多種要求[1]：具有足夠的健壯性和抗毀性，以保證能夠在激烈的軍事對(duì)抗環(huán)境中穩(wěn)定地發(fā)揮性能；作戰(zhàn)部隊(duì)和各類保障單元能夠通過(guò)衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信及戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)等各種技術(shù)手段，迅速聯(lián)入戰(zhàn)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，獲取“即需即聯(lián)”的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)端到端的“互聯(lián)、互通、互操作”，使數(shù)據(jù)提供者和使用者密切協(xié)同、高度融合；能夠?yàn)闅庀笏谋Ｕ虾洼o助決策過(guò)程提供共享戰(zhàn)場(chǎng)氣象水文環(huán)境要素的多維數(shù)據(jù)信息的能力，無(wú)論是空中氣象要素還是戰(zhàn)場(chǎng)水文資料，實(shí)時(shí)探測(cè)數(shù)據(jù)還是歷史數(shù)據(jù)，都應(yīng)該包括在系統(tǒng)當(dāng)中；在組織形式上要求能夠在信息柵格上提供一種橫向的、扁

    平的氣象水文數(shù)據(jù)共享應(yīng)用。通過(guò)分析這些要求，提出把對(duì)等網(wǎng)（P2P，PeerToPeer）技術(shù)應(yīng)用于戰(zhàn)時(shí)氣象水文信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，對(duì)等網(wǎng)能適應(yīng)于復(fù)雜電磁環(huán)境下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)需求。

    1　一體化聯(lián)合作戰(zhàn)需求下對(duì)等網(wǎng)技術(shù)特性

    與傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)相比，對(duì)等網(wǎng)技術(shù)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有廣闊的應(yīng)用前景。微軟公司在新一代操作系統(tǒng)WindowsVista中也加入了P2P技術(shù)，以加強(qiáng)協(xié)作和應(yīng)用程序之間的通信；美陸軍在未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)（FCS）中已采用基于P2P技術(shù)的JXTA平臺(tái)，用來(lái)在作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)上檢索和發(fā)現(xiàn)各種武器平臺(tái)[2]；美國(guó)諾思羅普•格魯曼（NorthropGrummanIT）公司采用P2P技術(shù)用于組件現(xiàn)在和未來(lái)的通用作戰(zhàn)圖（COP）[2]；挪威國(guó)防研究院采用P2P分布式技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中心指揮控制系統(tǒng)[3]。

    P2P技術(shù)擁有C/S模式所不具備的一些特點(diǎn)，這些特點(diǎn)在某些方面能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的特點(diǎn)和要求，具體如下：

    1）P2P架構(gòu)可以提供更為健壯的數(shù)據(jù)共享應(yīng)用。復(fù)雜電磁環(huán)境下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)對(duì)于數(shù)據(jù)共享應(yīng)用最基本的要求，就是能夠在激烈的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下具有良好的抗毀性和健壯性。在大部分指揮系統(tǒng)遭到電子壓制或物理打擊后，由于P2P技術(shù)是將服務(wù)分散在各個(gè)結(jié)點(diǎn)上的，只要能夠保證在局部區(qū)域的P2P服務(wù)器能夠正常運(yùn)行，仍能保證這一區(qū)域的信息交流正常進(jìn)行，因此部分結(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)遭到破壞對(duì)其它部分的影響很小。

    2）P2P技術(shù)能夠更靈活適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜多變的環(huán)境。在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，作戰(zhàn)或保障單元會(huì)因?yàn)閼?zhàn)場(chǎng)情況變化而頻繁地進(jìn)入和退出數(shù)據(jù)共享應(yīng)用系統(tǒng)，P2P網(wǎng)絡(luò)通常都是以自組織的方式建立起來(lái)的，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬、結(jié)點(diǎn)數(shù)、負(fù)載等變化不斷地做自適應(yīng)式的調(diào)整，可以較好地適應(yīng)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)加入和退出。

    3）在結(jié)構(gòu)上，P2P技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中扁平的邏輯結(jié)構(gòu)，它打破了C/S模式下縱向的組織結(jié)構(gòu)，為數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了橫向的、扁平的共享方式。這種方式恰好吻合了一體化聯(lián)合作戰(zhàn)中所強(qiáng)調(diào)的數(shù)據(jù)組織方式，即將氣象水文數(shù)據(jù)分散在扁平的信息柵格的節(jié)點(diǎn)上。

    4）基于P2P技術(shù)的數(shù)據(jù)共享可以提供海量的數(shù)據(jù)存貯。一體化聯(lián)合作戰(zhàn)中的氣象水文數(shù)據(jù)支持要求數(shù)據(jù)是詳盡的、全面的，數(shù)據(jù)量非常龐大。而P2P存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量是所有節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)出來(lái)的空閑磁盤空間的總和，且隨著加入系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量線性增長(zhǎng)，能夠很好地滿足和適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)對(duì)海量氣象水文環(huán)境數(shù)據(jù)存貯的要求。

    5）P2P技術(shù)為用戶提供了一個(gè)高性價(jià)比的數(shù)據(jù)集成和共享方案。使用P2P技術(shù)用戶無(wú)需為建立一個(gè)大容量、高性能的存儲(chǔ)系統(tǒng)而投入高額的資金購(gòu)買專用服務(wù)器和路由器等設(shè)備，或租用高速網(wǎng)絡(luò)通道，只需要利用現(xiàn)有的計(jì)算設(shè)備，將閑散的存儲(chǔ)資源整合起來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)。P2P技術(shù)在靈活性、擴(kuò)展性、健壯性及組織方式等方面，均符合一體化聯(lián)合作戰(zhàn)對(duì)氣象水文數(shù)據(jù)共享應(yīng)用的要求。

    2　氣象水文數(shù)據(jù)共享對(duì)等網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)想

    2.1　對(duì)等網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)概述

    系統(tǒng)的基本思想是基于軍地現(xiàn)有信息基礎(chǔ)設(shè)施，在不影響現(xiàn)有各業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，建立新的以P2P組織方式的應(yīng)用系統(tǒng)，將網(wǎng)絡(luò)中所有擁有氣象水文數(shù)據(jù)資源的計(jì)算機(jī)納入到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，其中包括大型機(jī)、工作站及個(gè)人計(jì)算機(jī)等，整合這些計(jì)算機(jī)上存貯的氣象水文數(shù)據(jù)資源，形成一個(gè)擴(kuò)展性好、高可靠、高性能、廉價(jià)的對(duì)等的分布式氣象水文數(shù)據(jù)資源共享系統(tǒng)，并且可以通過(guò)該系統(tǒng)為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)中的各數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)具有自治性，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的同時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)共享應(yīng)用仍保持自己的應(yīng)用特性、完整性和安全性控制。用戶可以通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)這些異構(gòu)數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，如同操作一個(gè)單一的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一樣。系統(tǒng)是現(xiàn)有數(shù)據(jù)共享應(yīng)用的補(bǔ)充和擴(kuò)展，它可以很好地兼容現(xiàn)有的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)。

    2.2　系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享模式特點(diǎn)

    在一體化聯(lián)合作戰(zhàn)條件下的氣象水文數(shù)據(jù)共享應(yīng)用中，現(xiàn)有的氣象水文共享應(yīng)用仍然起著重用作用，是一體化聯(lián)合作戰(zhàn)中氣象水文保障的主要數(shù)據(jù)來(lái)源。本文提出的系統(tǒng)是在現(xiàn)有應(yīng)用基礎(chǔ)之上構(gòu)建的一種基于P2P技術(shù)的氣象水文數(shù)據(jù)共享應(yīng)用，是現(xiàn)有氣象水文數(shù)據(jù)共享應(yīng)用的補(bǔ)充和擴(kuò)展。

    本系統(tǒng)采用的是一種更為扁平的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，擁有氣象水文數(shù)據(jù)資源的計(jì)算機(jī)都可以自主地加入到系統(tǒng)當(dāng)中。從數(shù)據(jù)的服務(wù)者和使用者這一角度來(lái)看，這些計(jì)算機(jī)都是平等的，不論這個(gè)計(jì)算機(jī)所處的位置是總部級(jí)、戰(zhàn)區(qū)級(jí)還是臺(tái)站級(jí)的，它們都平等地進(jìn)行數(shù)據(jù)資源的發(fā)布和共享。數(shù)據(jù)的交換和共享操作是在任意2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間直接進(jìn)行的。

    系統(tǒng)采用了分布式的P2P拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將進(jìn)入到系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)分為邊緣節(jié)點(diǎn)和超級(jí)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，邊緣節(jié)點(diǎn)可以是P2P網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它為P2P網(wǎng)絡(luò)提供最基本的資源，同時(shí)通過(guò)超級(jí)節(jié)點(diǎn)向整個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源查詢。將具有較多資源的相對(duì)比較穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)作為P2P網(wǎng)絡(luò)中的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，其作用除了為P2P網(wǎng)絡(luò)提供資源之外，還要實(shí)現(xiàn)P2P網(wǎng)絡(luò)中的資源信息索引，為與其連接的邊緣節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。

    系統(tǒng)數(shù)據(jù)是分散在網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之上的，數(shù)據(jù)信息的發(fā)布與共享都是通過(guò)P2P網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即請(qǐng)求者通過(guò)P2P網(wǎng)絡(luò)找到數(shù)據(jù)信息的發(fā)布者，通過(guò)氣象水文數(shù)據(jù)信息完成與數(shù)據(jù)持有者之間的數(shù)據(jù)共享。因此系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流向是從網(wǎng)絡(luò)中的1個(gè)節(jié)點(diǎn)直接到另外1個(gè)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)的流向始終是從數(shù)據(jù)的擁有者到數(shù)據(jù)的使用者，這樣，可以認(rèn)為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向在邏輯上是“扁平的”數(shù)據(jù)共享應(yīng)用。只要擁有氣象水文數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)都可以作為系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到系統(tǒng)當(dāng)中，將自己所擁有的氣象水文數(shù)據(jù)資源信息發(fā)布出來(lái)，使得整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源更加廣泛。系統(tǒng)通過(guò)所依托的P2P網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)。由于P2P網(wǎng)絡(luò)是建立在應(yīng)用層上的，因此具體的物理網(wǎng)絡(luò)形式可以是多樣的，其對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源是通過(guò)P2P網(wǎng)絡(luò)提供的。

    本系統(tǒng)用戶對(duì)象的范圍很廣，可以是臺(tái)站級(jí)、戰(zhàn)區(qū)級(jí)或是總部級(jí)的任何一個(gè)氣象保障單位，也可以是某個(gè)單兵或者某臺(tái)數(shù)據(jù)終端，都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入系統(tǒng)獲取所需的氣象水文數(shù)據(jù)。

    2.3　系統(tǒng)應(yīng)用特性

    廣泛性：系統(tǒng)可以部署在網(wǎng)絡(luò)的任一節(jié)點(diǎn)上，只要存在網(wǎng)絡(luò)的地方都可以使用，可以為一體化聯(lián)合作戰(zhàn)中的氣象水文保障單位、作戰(zhàn)部隊(duì)提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。

    經(jīng)濟(jì)性：系統(tǒng)可以運(yùn)行在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和設(shè)備之上，無(wú)需再建立一套新的硬件設(shè)施，同時(shí)，該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分布在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，有效地利用了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間，降低了存儲(chǔ)成本。

    可靠性：系統(tǒng)降低了單點(diǎn)失敗的可能性，當(dāng)某一個(gè)或某幾個(gè)節(jié)點(diǎn)遭到破壞時(shí)，由于數(shù)據(jù)資源是散落在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的，不會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難。

    高效性：隨著系統(tǒng)用戶和數(shù)據(jù)擁有者的增加，系統(tǒng)的性能也會(huì)不斷提升。當(dāng)一種數(shù)據(jù)被其它節(jié)點(diǎn)共享并下載后，該數(shù)據(jù)將會(huì)在本地進(jìn)行備份，并且將這一數(shù)據(jù)資源的信息發(fā)布出去，這樣該數(shù)據(jù)就會(huì)擁有更多的數(shù)據(jù)源，使得對(duì)于較為流行和用戶關(guān)注性較高的數(shù)據(jù)文件的搜索效率大大提高，保證了系統(tǒng)的可用性。

    靈活性：系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)即是數(shù)據(jù)消費(fèi)者也是數(shù)據(jù)注入端，每個(gè)節(jié)點(diǎn)（尤其是機(jī)動(dòng)、便攜和手持終端）都可以通過(guò)增加探測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)地氣象水文數(shù)據(jù)的采集與發(fā)布，同時(shí)也可以將氣象水文數(shù)據(jù)信息發(fā)送到戰(zhàn)場(chǎng)的最前端，為作戰(zhàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)保障。

    兼容性：可以將已有的氣象水文數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的某一個(gè)客戶端或服務(wù)器作為本系統(tǒng)中的Peer，為系統(tǒng)提供氣象水文數(shù)據(jù)資源�？梢院芎玫貙�(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容，并且能夠很好地利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源。

    3　結(jié)語(yǔ)

    戰(zhàn)場(chǎng)信息空間是由傳感器、交戰(zhàn)和信息等網(wǎng)絡(luò)組成，涵蓋戰(zhàn)場(chǎng)所有信息。它是指揮決策和作戰(zhàn)行動(dòng)的OODA（發(fā)現(xiàn)、鎖定、決策、行動(dòng)）能力的信息基礎(chǔ)。信息網(wǎng)格技術(shù)則是戰(zhàn)場(chǎng)信息空間的骨架，是軍事氣象水文信息化建設(shè)的發(fā)展方向。P2P帶給我們的不僅僅是技術(shù)上的應(yīng)用，更為重要的是對(duì)下一代分布式計(jì)算的啟發(fā)，因此應(yīng)該充分挖掘它在軍事應(yīng)用上的潛力，用于作為構(gòu)建未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)信息空間的關(guān)鍵技術(shù)之一。

    P2P網(wǎng)絡(luò)策略是一種戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)下的特殊應(yīng)用，不能簡(jiǎn)單地復(fù)制和代替平時(shí)的應(yīng)用需求,可以作為現(xiàn)有氣象水文數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和補(bǔ)充。作為本系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的氣象水文數(shù)據(jù)資源共享元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、氣象水文數(shù)據(jù)的信息發(fā)布與搜索、P2P網(wǎng)絡(luò)安全控制等問(wèn)題還需要進(jìn)一步深入探索。

    參考文獻(xiàn)：

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