开放式体系架构——实现装备互操作协同应用的赋能基础

礼维

前言

开放式体系架构是实现装备互操作协同应用的赋能基础，也是装备采购降本增效的重要手段，在美国、欧洲等经历了多年快速发展，但面向多领域的推广应用仍然面临着诸多挑战。

1 开放式体系架构的内涵

1.1开放式体系架构的定义
开放式体系架构是基于标准成熟的共性技术和规范，是实现构件的模块化、协议标准的开放化、规模可扩展化的系统架构，从而实现软件与硬件解耦、开发与集成解耦，通过局部升级、改造和新技术快速嵌入，提升整个系统的运行效能，减少系统运行环境、设备维护等方面的制约。

1.2开放式体系架构的等级
以美国“开放式架构计算环境（OACE）”为参考框架，可将开放式体系架构分为五个等级：
第1级为硬件适配级：开发适合开放式架构计算环境标准的适配器，桥接在非通用的旧系统和应用程序之间，实现硬件互联。该等级通常适用于旧系统的延寿升级，主要工作对象为系统的接口规范等。

第2级为接口级：借助适配层，物理隔离非开放式基础设施和开放式基础设施，为系统运行提供功能组件、模块组件、接口等，为非开放式架构的应用程序提供调用便利。
第3级为标准级：这是开放式体系架构的基线等级，使用符合开放式体系架构标准的基础设施，实现软件构件的复用，可明显降低商用货架产品（COTS）的使用成本，最大程度减少对程序架构的改动，此外可支持无约束计算量的增长需求、改善系统固有性能等，但没有使用开放式体系架构公共服务和公共功能。

第4级为公共功能级：采用开放式体系架构的基础设施和基于开放式体系架构的应用程序。所有应用程序必须使用开放式体系架构的公共服务（如时钟同步、导航、数据提取）和公共功能。
第5级为公共计算环境级：在第3级、第4级的基础上，增加资源动态管理能力，实现应用程序透明化和软件基础设施资源的一体化共享。公共计算环境级开放式架构面向公共算力支持，采用标准化、统一化的数据计算、处理、存储基础设施，满足系统抗毁、容错需求，同时降低维保压力和运行成本。

2 开放式体系架构发展情况

为实现复杂装备系统的软件硬件解耦、开发与集成解耦，国外在开放式体系架构方面投入大量资金，设置多个研究方向和重大项目，如开放式任务系统（OpenMissionSystems，OMS）、传感器开放系统架构（SensorOpenSystemsArchitecture，SOSA）、未来机载能力环境（FutureAirborneCapabilityEnvironment，FACE）等，驱动开放式体系架构技术不断迭代演变，满足不断变化的应用需求。

2.1任务系统开放式体系架构
任务系统开放式体系架构技术（MOAST）是美国空军提出的一个开放式架构项目，旨在将开放式任务系统（OMS）、无人机指挥倡议（UCI）等两种新兴的开放式体系架构标准推广到下一代武器系统研发中。该项目主要开展开放式体系架构的统一标准、开放式体系架构的网络弹性、开放式体系架构的新概念和新技术、开放式体系架构风险释放研究、开放式体系架构的高级技术演示等技术研究。

2.2开放式任务系统
开放式任务系统（OMS）是美国空军提出的一种通用型任务系统体系架构标准，基于开放式体系架构的构件复用，最大程度降低系统集成的技术风险。该架构采用“基线+增量”的开发模式，基于小增量快速迭代演变，实现新能力的快速集成。
2.3传感器开放式系统架构
传感器开放系统架构（SOSA）技术是构建一套陆、海、空等各军种高度通用的模块化传感器体系架构及业务模型，它实现了软件、硬件的跨军种、跨传感器的复用与集成，包括雷达系统、通信系统、信号情报系统、电子战系统、光电红外系统等。该技术采用最优的开放式体系架构与系统集成，具有很好的系统扩展性，并已在多个情报侦察监视系统中得到应用。

2.4未来机载能力环境
未来机载能力环境（FACE）是美国海军提出的一种通用型公共计算环境，实现软件资源的动态灵活配置、软件重构和移植。FACE采用严格的开放式标准集，通过架构开放、模块集成等手段，最大程度实现系统组件与应用软件的互联互通互操作性，提高关键计算操作的鲁棒性、互操作性和安全性。
FACE的软件架构包括操作系统、输入输出服务单元、特定服务单元、传输单元和可移植组件单元，并与外部设备和接口硬件耦合。

2017年，FACE3.0版本的标准集正式发布，进一步提高了应用系统、应用程序的可移植性和互操作性，增强了组件之间的数据交互能力。此外，FACE还限定了系统之间、组件之间必须使用标准化接口，从而保证接口的可重用性。

2.5联合通用架构联合
通用架构（JointCommonArchitecture，JCA）旨在为美国陆军的垂直起降飞机的任务计算机开发可复用的软件组成和航电功能标准。与其他开放式体系架构相比，联合通用架构的设计更为顶层，更加抽象，重点开展应用软件模块和航空电子系统的标准定义。
在联合通用架构中，功能参考体系架构（FunctionalReferenceArchitecture，FRA）规定了各组件和各单元的接口功能、约束条件，为其他任务系统的开放式体系架构提供了软件操作环境。

目前，开放式架构标准规范、装备应用、作战能力提升等方面已经取得显著成果。本文对开放式体系架构的整体情况进行了简要研究，分析了开放式架构面临的挑战以及未来发展趋势，对我国未来开放式架构建设和应用存在一定的借鉴意义和参考价值。

来源：http://www.yidianzixun.com/article/0mcHzhVO
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