战术云环境服务支撑系统架构

李荣宽　贲婷婷　汪　敏　丁　乙　朱子杰

（中国电子科技集团公司第二十八研究所　南京２１０００７）

摘　要：针对战术环境网络带宽受限、前线部队无法按传统模式访问云中心以及信息服务保障不 充分等问题，结合云计算和服务化等技术，提出了一种战术云环境服务支撑系统架构，并研究了云 环境下服务高效调用、轻量容器调度、数据同步和服务抗毁接替等关键技术，以形成高效和稳定的 战术服务支撑能力。

关键词：战术云环境；服务支撑；轻量容器调度；服务抗毁

中图分类号：ＴＰ３１９　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７４－ ９０９Ｘ（２０１７）０３－ ００３３－ ０５

０　引　言

随着云计算技术的日趋成熟，云架构正向着战 术前沿延伸应用。将云计算技术和战术特点结合， 形成战术云技术并提供高效和稳定的作战服务支撑 能力，以解决前线作战服务的“最后一公里”问题，正 成为各军事强国研究重点。目前，美军正投入巨资 发展战术云计算。 战术环境下，由于网络弱连接及数据传输时断时 续等原因，导致前线部队无法按传统模式访问中心 云，从而无法得到充分的服务保障。将云技术与战术

环境相结合，以提高战术环境下云服务保障能力，但 需优先解决战术云服务架构构建及战术云环境服务 持续提供等问题。针对上述问题，结合我军现阶段战 术特点与未来发展趋势，提出了一种战术云环境服务 支撑架构，并重点分析了关键战术服务功能项。

１　总体架构

１． １　系统架构 　　

目前，战区和战役级云平台采用集中式云中心 架构。虽然集中式云平台具备诸多优点，但战术级 业务系统节点如果仅依靠自身建立集中式云中心，将会受信息资源、人力、信息设备和通信条件等限制 无法满足军事行动需求，主要表现为部队通信带宽 受限，尤其是基层部队在电子对抗环境中使用卫星 和电台通信时，基于集中式云中心的服务易出现中 断。另外，战斗需求频繁变化且难以预测，需更多带 宽和不断提高的响应能力。因此，战术云平台设计 应是可机动伸缩的，并能适用于各种作战环境。本 文根据战术级系统单元多且机动分散等特点，建立 机动战术云中心［ １］，可向上对接战区和战役等各级 云平台，使战区固定云中心与战术机动云中心形成 有效互补，同时为战术级作战用户节点（如单兵便携 和嵌入式等云终端）提供相对集中的服务，形成一个 完备的体系性战术云服务环境。

战术云采用云＋端分布式架构，主要由各级战 术云中心及各类战术终端组成，战术云环境系统架 构示意图如图１所示。

战区级以上的云平台均采用固定式服务中心， 通过集成部署大量的服务器形成具备海量数据处理 能力的云平台，从而为所属地域（如一个战区或集团 军范围内）的所有用户按需提供全局服务。

战术云平台基于车载平台构建，用于支持一定 地域内的小规模服务信息访问和处理需求。一个合 成师（旅）范围内可根据需要部署多个云中心机动 车，保障不同方向的使用需求。战术云中心车采用 车载／携行一体化集成方式，上装服务器等可在车上 运行使用，也可下车开设部署。

各级指挥机构，包括战术合成指挥机构（如师和 旅指挥所）和战术分队级（营和连级）指挥机构（如分 队指挥车），可集成部署机动云中心。该中心与合成 师（旅）范围内的机动云中心相比，其计算存储服务能力较弱，可采用本地云方式为本指挥所及下级其 他终端提供服务。 在各级指挥机构的席位终端及战术末端（包括 武器平台、单兵系统和侦察平台等）部署战术级服务 终端。各终端具备一定计算存储能力，也可根据需 求部署一些功能应用。在战术通信网络顺畅时，可 就近从机动战术云中心上获取服务；在通信网络受 到干扰无法连接服务器时，利用自身部署应用具备 一定的自主能力。

１． ２　服务架构

战术云平台面向战术级系统应用需求，提供车 载集群、机动分队和单兵系统服务运行环境，支持服 务即插即用和共享，确保用户从云上快速获取服务， 并实现系统快速部署、功能迭代升级和灵活组配使 用等功能。

根据战术云平台应用需求，分析系统间信息交 互类型、内容及特点，底层依托战术云网络进行服务 运行和通信，结合网络化和服务化等技术，建立适应 机动通信网络的战术云环境服务架构，如图２所示， 为用户提供一体化的服务开发、运行、管理、调度、部 署和监控环境［ ２］，确保服务调用的时效性和适应性， 支撑业务系统在战术环境中能有效支撑指挥控制， 主要分为以下３层：

１）服务运行支撑层：为用户提供战术云平台的 基本部署和运行环境，通过轻量化容器提供服务快 速部署手段和统一服务运行环境，为服务调度提供 支撑能力；

２）服务调度管理层：提供服务注册发现能力和 多策略服务调度机制，根据网络状态实现自动服务 路由寻址，提供战术信息服务单元及云中心间的服 务调度能力，为构建战术云平台提供重要保障；

３）服务调用层：针对联合战术环境各类业务信 息系统，为用户提供服务的同步调用、异步调用和订 阅推送等功能。

２　关键技术

与常规服务支撑框架不同，战术云环境服务架 构应针对战术环境进行以下适应性能力设计： １）服 务高效调用：满足战术环境窄带条件； ２）轻量级服 务容器调度：减少服务资源消耗，提升部署效率； ３）服务抗毁接替：不间断提供服务； ４）多策略数据 同步：提升系统可用性。

２． １　服务高效调用

战术云服务在服务调度过程中应建立服务交互 协议压缩算法和服务重连重发及服务请求响应报文 校验机制以增强服务可达性，并研究服务协议实用 消息标准和压缩编码等技术提高服务传输速率。

１）服务交互协议压缩算法

对服务请求和响应数据进行编解码是实现服务 远程调用的核心。为了满足战术云服务高效调用需 求，参考 Ａｐａｃｈｅ　Ｔｈｒｉｆｔ等开源算法协议实现二进 制报文压缩算法。该算法可极大压缩传输数据量并 提高效率，高效实现服务调用数据的编码与解码。 协议消息主要信息应包括：（ １）接口方法：包括接口 名和方法名；（ ２）方法参数：包括参数类型和参数 值；（ ３）调用属性：包括调用属性信息，如调用超时 时间等；（ ４）返回结果：包括接口方法中定义的返回 值；（ ５）返回码：包括执行状态的标识码；（ ６）异常 信息：包括调用的异常信息；（ ７）控制信息：与底层 通信协议集成实现数据报文传输层优先级以及未来 可能的扩展［ ３］。

２）服务重连重发机制及报文校验机制 服务过程调用实质上是一种可靠的请求－应答 消息流，服务间应使用断连重连、超时重发、异常重发和服务方报文校验等手段确保在断连和丢包情况 下正确处理请求，保障服务请求和响应的高效和有 序传输。服务重连重发及报文校验机制原理如图３ 所示。

为了提供服务重连重发能力，客户端利用线程 池对服务调用请求处理过程进行切分，建立请求优 先级队列、编解码线程池和连接线程池对服务请求 的接入、读写和发送进行处理。重连重发机制主要 在连接线程池中实现，提供连接检测和超时机制。 断连时，尝试重连；请求超时时，进行报文重发；在服 务端增加报文校验功能，验证接收报文的完整性，若 报文不完整，则抛出异常，客户端接收该异常后执行 报文重发等处理策略。

２． ２　轻量级服务容器调度

战术环境中，网络断连或服务器宕机将导致服 务实例无法正常访问，并造成其他服务实例访问量 骤增，运行效率和稳定性下降等问题，因此需采用动 态服务调度来解决服务质量（ＱｏＳ）问题。依托战术 云环境服务架构，采用轻量级服务容器调度技术建 立服务自动扩容调度框架［ ４］，如图４所示。

服务自动扩容调度框架包括以下２部分：第 １部分由服务集群管理、服务注册中心和服务监控 中心组成。其中，服务注册中心接收服务实例注册 信息，服务监控中心和服务集群管理实时获取服务 运行状态，建立动态监测模型，并根据不同场景建立 服务资源动态扩容和服务资源调用权重分配等算法 模型，动态产生服务部署任务；第２部分由部署任务 管理、部署执行管理和各服务器节点组成，其中，部 署任务管理接收部署任务，同时选择任务执行管理节点进行任务执行，任务执行管理支持主备部署，管 理所有服务器节点，负责服务部署任务下发到合适 的服务器节点执行新服务实例的部署加载。

２． ３　服务抗毁接替

战术级服务因其运行环境的复杂性和可能面临 的战争威胁，其可用性和鲁棒性设计更重要，故战 术云中心应多于１个，且中心之间为对等关系，并具 有互为备份的能力。服务抗毁接替示意图如图５ 所示。

战术中心内采用容器技术实现服务的动态部署 和快速启动，实现中心内服务多实例冗余抗毁接 替［ ５］。服务客户端进行服务访问前先进行服务发 现，若本地有存活服务，则直接进行访问；否则通过 服务容器管理查询服务镜像仓库，并将对应的业务 服务镜像部署到容器集群中，业务服务启动后进行 服务注册供客户端服务发现。监控中心进行服务和 容器的状态监控，根据实际需求，通过服务容器管理 动态部署、启动、挂起和删除服务镜像实例，不使用 时不占用ＣＰＵ 和内存资源，以缓解战术环境服务 器资源受限情况。

战术中心间的服务接替支持代理和直连２种模 式。战术中心间通过广播或上级中心指定等方式进 行服务目录同步，当战术云中心 Ａ的部分服务不可 用时，一旦客户端发现服务由战术云中心Ｂ提供， 则战术云中心 Ａ 将服务访问通过服务代理转发到 战术云中心Ｂ，由战术云中心Ｂ服务代理执行服务 容器管理及业务服务访问等操作，实现本地与其他 中心服务调用可接替；当战术云中心 Ａ节点被毁完全不可用时，也可通过事先在服务客户端配置的战 术云中心Ｂ的地址进行服务发现和接替访问。

２． ４　多策略数据同步

战术云环境中节点间主要通过无线方式进行通 信，在链路环境相对开放、带宽窄及误码率高的环境 中，可采用主题订单及发布订阅机制进行数据同步。 同时，对数据进行压缩优化以减轻网络压力［ ６］，实现 断点续传以确保极端情况下数据的可靠性，数据同 步原理示意图如图６所示。战术级云中心是战术级 系统区域性信息数据汇聚之处，对上接入战区级服 务中心，同时对所辖区域内的系统提供各类信息数 据服务。战术云中心间多为对等结构关系，并具备 互为备份、信息同步和互为替代能力。战术环境中， 根据网络带宽和性能等因素的动态调整，基于订阅 发布的多 ＱｏＳ策略（定时、实时和手动推送拉取等） 同步模式，可较好适应战术云网络，提高战术云终端 对战术热点信息数据自动获取同步能力，实现作战 数据在各战术作战单元节点的分布式缓存，提高战 术云的数据响应时间，减少战术云中心访问压力。

３　结束语

本文分析了战术环境中提供高效和稳定的作战 信息服务保障支撑能力问题，设计了战术云服务环 境体系结构及功能组成，阐述了战术云环境中服务 高质量调用和抗毁接替等关键功能。本文提出了云 ＋端的分布式战术云构建理念，采用高效调用、服务 容器和数据同步等技术，解决了资源消耗大和时效 要求高等问题，实现了云服务按需调度、动态调整和 抗毁接替等能力，形成端云覆盖范围可弹性伸缩的 应用支撑环境，从而提升战术环境中体系快速构建 及动态重组能力。

战术云环境服务支撑架构可应用于未来战术级 应用系统构建，为网络信息体系在各军兵种战术级 建设奠定基础，对基于云的战术作战系统设计与开 发具有指导意义和参考价值。战术云服务环境是一 个分布式的云，可根据作战任务形成多个联邦自治 的战术云，既支持独立运行，又能互连互通形成协同 支撑环境。在战场环境变化时，战术云也可动态演 化，云规模可弹性伸缩，云组成可动态调整。后续将 对战术云的快速聚合分解和按需协同等方面进行 研究。

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：

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ｓｔａｔｉｃ ／ ｆｉｌｅｓ ／ ｔｈｒｉｆｔ －２００７０４０１．ｐｄｆ．

［ ４］　Ａｐａｃｈｅ　ｍｅｓｏｓ　ｄｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ［ＥＢ／ＯＬ］． ［２０１６ －１１

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ｈｔｔ ｐ：／／ｄｏｃｓ．ｄｏｃｋｅｒ．ｃｏｍ．

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（来源：指挥信息系统与技术 ２０１７年６月　）