云計算賦能馬賽克戰(zhàn)的技術(shù)應(yīng)用探析

云計算賦能馬賽克戰(zhàn)的技術(shù)應(yīng)用探析

馬賽克戰(zhàn)是美軍為貫徹“從反恐重返大國競爭”的國防戰(zhàn)略，重建美軍力量體系而采用的新作戰(zhàn)方式，它是一個以決策為中心的系統(tǒng)作戰(zhàn)兵力設(shè)計概念，通過靈活重組作戰(zhàn)力量，為己方創(chuàng)造適應(yīng)性，為敵方制造復(fù)雜性或不確定性。 馬賽克戰(zhàn)是指由人類指揮官負(fù)責(zé)指揮、由AI 賦能的機器負(fù)責(zé)控制，對己方高度分散的部隊快速組合和重組，使得戰(zhàn)場態(tài)勢復(fù)雜化，在提升己方適應(yīng)性和靈活性的同時，讓敵方難以判斷戰(zhàn)爭形勢，進而陷入決策困境。

一、馬賽克戰(zhàn)的介紹

1. 馬賽克戰(zhàn)的目標(biāo)和缺陷

馬賽克戰(zhàn)的軍力設(shè)計思想是將目前美軍的作戰(zhàn)平臺分解為數(shù)量更多、規(guī)模更小的作戰(zhàn)單元，其現(xiàn)有作戰(zhàn)平臺主要是飛機、艦艇、部隊編隊等獨立或一體化集成的多任務(wù)單元，這些單元目前存在配置不靈活的缺陷，會出現(xiàn)部隊適應(yīng)力不強、行動易被預(yù)測等問題。將這些多任務(wù)單元進行分解、組合和重組，可以更好地獲取決策優(yōu)勢。

馬賽克戰(zhàn)按照具體沖突需求，通過快速、智能、戰(zhàn)略性地分解或組合各種系統(tǒng)，生成成本較低的具有多樣性和適應(yīng)性多域殺傷鏈的彈性組合，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)并生成一系列的效果鏈。這些效果鏈?zhǔn)欠蔷€性的，可以在戰(zhàn)術(shù)、作戰(zhàn)及戰(zhàn)役層面組合生成“效果網(wǎng)”。

最終實現(xiàn)4 個目的：一是讓分散化的作戰(zhàn)單元更易融入新技術(shù)和新戰(zhàn)術(shù)；二是提高部隊在不同環(huán)境的適應(yīng)性，擁有更多的組合方式應(yīng)對更多威脅；三是通過引入大量分布式作戰(zhàn)單元，使對手難以判斷和應(yīng)對戰(zhàn)場態(tài)勢；四是為了擴大作戰(zhàn)行動范圍、適應(yīng)不同的作戰(zhàn)任務(wù)，可以精準(zhǔn)調(diào)配合適的作戰(zhàn)單元。

但是馬賽克戰(zhàn)思想并非完美無瑕。由于現(xiàn)代戰(zhàn)爭中體系對抗具有信息化、節(jié)奏快和致命的特性，所以在馬賽克戰(zhàn)體系中，若將指控系統(tǒng)部署在整個結(jié)構(gòu)的后端，會導(dǎo)致信息收集延時高、指令下達速率慢，以及各分布式單元接受指令后無法保障其行動一致性等問題。

為了及時滿足響應(yīng)需求，需要將指揮和控制的分布式單元建立在最前沿的結(jié)構(gòu)中，但這樣的做法無疑會削弱指控中心的安全性。另外，馬賽克戰(zhàn)在提高整體態(tài)勢感知的情況下，降低了系統(tǒng)的可執(zhí)行性、靈活性。

馬賽克要上云，需將機載系統(tǒng)、業(yè)務(wù)部署到云端，以此提高資源配置效率、降低信息化建設(shè)成本、加快新舊動能轉(zhuǎn)換，其對象包括計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源、安全防護、協(xié)同桌面和邊端設(shè)備。這些對象不僅數(shù)據(jù)量龐大，而且存在許多不好解決的問題，馬賽克戰(zhàn)希望實現(xiàn)迅速自我拆解和聚合，就需要各種數(shù)據(jù)在所有作戰(zhàn)領(lǐng)域自由流動，各作戰(zhàn)單元實時共享。

這其中涉及3 個方面的問題：一是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一困難，美國國防部、各軍種間和軍種內(nèi)部數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)繁多、格式多樣且不同標(biāo)準(zhǔn)之間缺少高效的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，導(dǎo)致各作戰(zhàn)單元難以有效整合，在共享數(shù)據(jù)、相互聯(lián)通、動態(tài)組合時經(jīng)常出現(xiàn)問題，美軍將領(lǐng)此前也指出，除非建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)框架，否則美軍將無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一；

二是數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證，馬賽克戰(zhàn)若將上述所有資源部署在云端，則到達指控中心反饋的數(shù)據(jù)來源復(fù)雜、種類繁多、難辨真?zhèn)危?/p>

三是數(shù)據(jù)傳輸易受制約，分散的馬賽克碎片依靠無線傳輸相互聯(lián)通，但無線通信易受干擾破壞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸受阻中斷，除人為干擾外，無線傳輸還易受地形、天氣等多種因素影響。此外，馬賽克碎片通過數(shù)據(jù)鏈編織成網(wǎng)，而美軍使用的數(shù)據(jù)鏈型號眾多、互不兼容且數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捰邢?，在進行海量數(shù)據(jù)傳輸時，將面臨數(shù)據(jù)擁堵、鏈路癱瘓等問題。

2. 馬賽克戰(zhàn)引入云計算架構(gòu)的好處和條件

美軍馬賽克戰(zhàn)的設(shè)計架構(gòu)如圖1所示。美軍希望能通過云計算技術(shù)去分解有人/ 無人單元的各項能力，在事件發(fā)生時能夠適應(yīng)動態(tài)威脅并進行快速定制，通過云計算搭建的云管理平臺做多域指揮與控制節(jié)點操作，讓有人/ 無人系統(tǒng)等低成本、低復(fù)雜系統(tǒng)靈活組合，創(chuàng)建適用于任何場景的交織效果，系統(tǒng)可以根據(jù)需要立即作出反應(yīng)，達到理想的整體效果，形成不對稱優(yōu)勢。

2021年1月5日，美國蘭德公司發(fā)布《分布式殺傷鏈：免疫系統(tǒng)和海軍對馬賽克戰(zhàn)的啟示》，報告指出，近年來云計算不斷發(fā)展并成熟，在運營業(yè)務(wù)方面要比以往更加迅速，也更加靈活。

馬賽克戰(zhàn)引入云計算架構(gòu)后，可以有效提升有人/ 無人集群作戰(zhàn)的安全穩(wěn)定性和連續(xù)性，還可以提升多域協(xié)同作戰(zhàn)體系中的態(tài)勢感知程度。

部署馬賽克戰(zhàn)體系的基礎(chǔ)條件需要考慮到存儲計算資源上云、內(nèi)容業(yè)務(wù)安全上云，以及辦公協(xié)同、人資行政管理等問題，除此之外，還需要著重去考慮以下幾個方面問題。

一是高可靠的安全通信。馬賽克戰(zhàn)的基礎(chǔ)是在不同的武器、功能單元之間，通過安全可靠的通信，實現(xiàn)面向復(fù)雜甚至極端環(huán)境下自適應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸，于此同時還需要避免被敵方探測，需要具有很好的抗干擾和抵抗網(wǎng)絡(luò)攻擊的能力。

二是優(yōu)秀的資源管理與調(diào)度能力。在馬賽克戰(zhàn)體系中，由于各個模塊更加專注自身所提供的功能，所以各項功能都被微模塊化，且通過統(tǒng)一的協(xié)議即可與其他系統(tǒng)進行通信。但微模塊化所帶來的服務(wù)發(fā)現(xiàn)、負(fù)載均衡、限流、熔斷、服務(wù)追蹤等問題會在馬賽克戰(zhàn)體系中被放大。所以需要優(yōu)秀的資源管理和調(diào)度能力，使整個系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)相互調(diào)用。

三是敏捷且安全的開發(fā)運維能力。由于戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，事件也分為可預(yù)見和不可預(yù)見兩種，所以一些基礎(chǔ)功能被常規(guī)地部署在各個系統(tǒng)上，同時也需要能有一套完善的敏捷開發(fā)流程，確保當(dāng)不可預(yù)見事件發(fā)生時能快速地作出針對性開發(fā)，并通過云平臺管理調(diào)度同步的功能，迅速將程序部署在子系統(tǒng)上。

在馬賽克戰(zhàn)體系中，除了敏捷開發(fā)，還需要去考慮安全的問題（這里特指開發(fā)運維環(huán)境的安全）。許多研究表示，在開發(fā)階段對敏捷開發(fā)的安全進行系統(tǒng)設(shè)計，可以為整個系統(tǒng)部署節(jié)省大量的時間、人力和財力。

四是整個系統(tǒng)的擴張能力。面向不確定的未來局勢，馬賽克戰(zhàn)需要擁有比普通的上云系統(tǒng)更加靈活的擴張能力。這里的擴張不僅僅指的是業(yè)務(wù)規(guī)模和系統(tǒng)容量，也需要整個系統(tǒng)能實現(xiàn)更良好的控制管理和擴張更多平臺功能。因此，馬賽克系統(tǒng)需要引入容器的相關(guān)技術(shù)。

二、云計算機下的馬賽克戰(zhàn)

1. 云計算架構(gòu)

云計算架構(gòu)（見圖2）一般來說分為應(yīng)用層、中間層、基礎(chǔ)架構(gòu)層、管理層。

在應(yīng)用層中，主要是給用戶提供友好的交互體驗，包括內(nèi)容查詢、UI設(shè)計、本地存儲等功能；中間層則起到承上啟下的作用，在基礎(chǔ)架構(gòu)層所提供資源的基礎(chǔ)上增加了多種服務(wù)；基礎(chǔ)架構(gòu)層旨在為上面的中間層或者用戶準(zhǔn)備其所需的計算和存儲等資源，以實現(xiàn)虛擬化、分布式存儲；管理層是為了更好地管理和維護橫向3個層級而存在的。

與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式相比，云計算應(yīng)用了虛擬化技術(shù)，主要包括以下4 個特點：一是良好的可擴展性，云計算提供了比傳統(tǒng)應(yīng)用模式更加強大的運算能力，隨著計算速度的提高，達到對應(yīng)用進行擴展的目的；

二是按需部署，計算機里面有許多的應(yīng)用和程序，其需要對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)資源庫，而云計算平臺能夠通過強大的運算能力根據(jù)不同用戶的不同需求快速分配計算能力及資源；

三是可靠性高，在云計算部署環(huán)境中，單點的服務(wù)器出現(xiàn)故障可以通過虛擬化技術(shù)將故障服務(wù)器上面部署的應(yīng)用進行恢復(fù)，或是利用動態(tài)擴展功能將受影響的應(yīng)用遷移到正常運行且有運行空間的服務(wù)器進行計算，這樣大大提升了系統(tǒng)的可靠性；

四是性價比高，當(dāng)資源逐漸增多，用戶需要存儲空間大的昂貴主機，但是將資源放在云資源池中統(tǒng)一管理，在一定程度上可優(yōu)化物理資源，所以選擇相對廉價的電腦組成云不僅可以減少費用成本，而且計算性能不遜于大型主機。

2. 基于云計算改造當(dāng)前系統(tǒng)架構(gòu)

將云計算引入馬賽克戰(zhàn)后，系統(tǒng)架構(gòu)在原先基礎(chǔ)上做了更加細化的升級，如圖3所示。主要對馬賽克戰(zhàn)的設(shè)計架構(gòu)做了優(yōu)化：

一是引入微服務(wù)治理框架，服務(wù)的顆粒度被劃分的越來越細，要實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的功能拆分，就需要引入微服務(wù)治理。微服務(wù)治理引入后，可以對請求網(wǎng)關(guān)進行統(tǒng)一；在信息采集方面，可以通過工具實現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)日志存儲、服務(wù)鏈路追蹤等功能；在整體系統(tǒng)分析方面，可以搭建良好的監(jiān)控平臺，其中包括時序統(tǒng)計監(jiān)控、系統(tǒng)監(jiān)控報警框架等；從整個系統(tǒng)的治理策略來看，微服務(wù)治理的引入，有助于使系統(tǒng)完成負(fù)載均衡、請求限流、容錯、熔斷等操作。

二是引入容器技術(shù)，容器技術(shù)通常和服務(wù)治理是相結(jié)合的，兩者共同形成一站式的自動化調(diào)度治理平臺。容器可以提供一種高效和高粒度的機制，將軟件的各個組件組合到各個應(yīng)用程序和服務(wù)堆棧中，這樣對組件的更新維護都變得十分容易。提到容器技術(shù)，不得不提及容器調(diào)度技術(shù)，容器調(diào)度技術(shù)是使用容器的根本。通過容器調(diào)度引擎，對容器做靈活調(diào)度，增加了系統(tǒng)整體的可擴展性，還可以在調(diào)度引擎之上設(shè)置不同權(quán)限，以此達到資源權(quán)限管理的作用。

三是引入研發(fā)運維一體化平臺，在馬賽克戰(zhàn)中引入云計算技術(shù)，需要同時考慮整個系統(tǒng)的更新迭代，整個系統(tǒng)被容器和微服務(wù)治理框架拆分成細小的部分，可以很好的調(diào)用管理。一套完善的開發(fā)運維安全一體化的平臺不僅可以協(xié)助完善軟件的生命周期管理，而且可以更迅速適應(yīng)環(huán)境變化，在應(yīng)對或者主動行動中都能占得先機。

3. 改造后系統(tǒng)功能指標(biāo)

改造后的整個系統(tǒng)是基于云計算的設(shè)計模式架構(gòu)，系統(tǒng)具備更好的可擴展性，能夠支持在架構(gòu)上開發(fā)部署不同的SaaS 平臺。在容器調(diào)度引擎部分，能夠在500ms 內(nèi)啟動容器，同時，容器調(diào)度引擎支持負(fù)載均衡功能，當(dāng)節(jié)點資源使用緊張時，可自動或手動將節(jié)點上的部分應(yīng)用在1s 內(nèi)轉(zhuǎn)移到其他節(jié)點上。

容器調(diào)度引擎支持分層集群調(diào)度，支持上層集群將任務(wù)調(diào)度至下層集群并運行，以及支持直接對程序二進制可執(zhí)行文件的調(diào)度和分發(fā)管理。在微服務(wù)治理平臺部分能支持多種內(nèi)置負(fù)載均衡算法，支持服務(wù)自動注冊和發(fā)現(xiàn)功能、調(diào)用熔斷、提供服務(wù)降級訪問，以及黑白名單設(shè)置功能。

除此之外，微服務(wù)治理平臺還可以提供服務(wù)調(diào)用鏈路、服務(wù)訪問延時、服務(wù)相互調(diào)用次數(shù)、服務(wù)調(diào)用出錯次數(shù)、服務(wù)訪問成功/失敗概率、服務(wù)負(fù)載均衡次數(shù)、服務(wù)熔斷機制生效次數(shù)等指標(biāo)項的統(tǒng)計。

研發(fā)一體化平臺部分能夠支持常用的開發(fā)測試運維工具的集成，還能夠具備問題跟蹤系統(tǒng)，可對需求、開發(fā)、交付過程中產(chǎn)生的問題進行記錄并知會相關(guān)責(zé)任人。

研發(fā)一體化平臺具備流水線引擎，可實現(xiàn)持續(xù)集成、持續(xù)構(gòu)建、并行構(gòu)建、分布式構(gòu)建等操作。當(dāng)需求發(fā)生變更時，對需求變更進行控制、管理和追蹤，對圖3基于云計算改造馬賽克戰(zhàn)后的架構(gòu)變更請求和客戶反饋進行響應(yīng)。

平臺還提供依賴項檢查功能，對應(yīng)用程序中使用的所有依賴項進行分析，檢查依賴項是否存在由于缺少安全補丁而引起的漏洞，保證系統(tǒng)安全。

4. 改造后面臨的難題

美國國防部高級研究計劃局（DARPA）在2020財年中，關(guān)于馬賽克相關(guān)的項目數(shù)占總研究項目數(shù)的20%，經(jīng)費高達35%。馬賽克戰(zhàn)從概念到實施還存在許多技術(shù)問題，其主要包括環(huán)境的高可靠、高負(fù)載的通信技術(shù)，基于開放式架構(gòu)中的資源管理和調(diào)度技術(shù)，基于協(xié)同的自主決策與智能任務(wù)規(guī)劃技術(shù)。 馬賽克戰(zhàn)的目的是根據(jù)場景的變化, 組成靈活機動的作戰(zhàn)系統(tǒng)體系，而云計算能提供快速靈活便捷的服務(wù)拆分組合。這套先進的作戰(zhàn)體系從概念到實踐的過程中有很多技術(shù)問題需要解決，其可以借鑒和研究互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)中成熟的經(jīng)驗，盡快探索出適合我國的馬賽克作戰(zhàn)體系。

審核編輯 ：李倩