中国指挥与控制学会会刊 
军事训练考核旨在检验部队军事训练落实情况,促进部队训练提高质量效益,推动部队战斗力建设。训练考核系统作为信息化手段,在考核中发挥了重要作用[1]。但是,长期以来,大多数系统还存在以下问题[2]:一是远程组训困难,考核终端不受控制;二是系统与指挥信息系统实装脱节,导致相关指挥训练课目缺乏自动化的考核手段,制约了指挥训练水平的提升;三是系统负载能力较弱,无法支撑大规模的网络考核。这些问题导致指挥训练考核系统应用停留在较低的层次上,影响了军事训练考核的效果。
针对指挥训练考核系统,从考核内容上看,其以战训一致为原则,涉及指挥信息系统多样化功能组件运用;从应用上看,系统涉及范围广,各部队考核保障条件不尽相同;从使用规模上看,多个考场的大量参考人员给服务器承载带来压力。多元化军事需求给系统设计带来了很大的挑战,本文提出一种可伸缩拓展的指挥训练考核系统体系架构,一方面围绕实战化课目考核需求,打破考核系统和指挥信息系统之间的壁垒, 在不更改实装指挥信息系统的前提下,通过对其部分功能组件进行调用以及集成链接,构建“战训一致”的操作环境;一方面通过多层级服务端设计以及考核云平台部署,进一步完善考核模式,解决安装部署复杂、远程异地的大规模网络组训难题。
系统体系架构的设计思路是针对现有系统进行改造:1)采用组件集成技术链接指挥信息系统相关组件,实现考核界面和各课目相关组件的定制化加载,同时区分课目特点,实现计算机评判、人机融合评判的一体化评判方法;2)采用多层级服务器技术,根据考核需要设置服务器层级,满足多个考场同时考核的需要;3)基于考核云平台技术[3-4]实现对考核终端的严格管控,可采用更为灵活的系统部署模式,适应复杂的考核保障条件,为网络化组训提供支撑。
在某次远程异地考核运用中,系统基于考核云平台环境,于主考场分发指挥技能各课目考题;各考场参考人员基于统一的界面进行登录,组训端实时监控考核终端状态以及参考人员答题情况,各课目试卷提交后,由考核服务器自动评判成绩。较以往考核相比,新考核系统大大减少了人为因素,设置了防作弊壁垒,不仅实现了指挥技能课目的自动评判,而且提高了远程异地考核的安全性和可靠性。
1 可伸缩的各应用组件集成框架
根据考核课目的不同,考核系统客户端都有相应的操作界面、控制逻辑,为了使逻辑更加清晰,并实现客户端的组件化以及可扩展性,指挥信息系统各组件应用[5]采用了如图1 所示的框架。
1.1 各课目相关应用组件集成调用
根据考核任务需求,界面显示层在统一登录入口和界面风格的情况下,定制化提供考核操作界面,系统可显示参考人员姓名、图片、考核时间、考核课目等考核信息。其主要显示的是试题信息,根据集成控制逻辑提供的信息,定制化调用指挥信息系统相关组件诸如作战计算、地形分析、文书拟制、要图标绘等进行集成显示,从而达到战训一致的考核目的。在运行机制上,一方面,参考人员可将答卷信息实时保存到系统,另一方面,界面操作可传递至集成控制逻辑层[6]。
应用集成管理层采用组件集成技术,按需组合加载相关功能组件,根据某次考核课目的具体情况,解析配置的功能模块信息,传入应用管理器,按需调用功能模块接口,进而在用户界面显示。而用户在界面层的操作,是通过与集成管理层交互,调用相应的功能,其主要分为以下模块。
1)模块配置解析:不同的指挥技能考核课目需要集成调用的指挥信息系统组件模块不同,可采用配置文件和数据库的方式实现可伸缩性的功能定制。一方面,相对固定的配置可通过配置文件进行定制。另一方面,将可动态调整的配置信息存储在数据库中。考核服务端针对客户端需要调用的模块进行信息解析,并将解析结果回传到考核客户端,继而通过应用集成管理器实现不同类型功能模块的集成调用。
2)模块接口插槽:负责包括指挥信息系统功能组件在内的各组件的动态加载及初始化,实现与组件的动态挂接。
3)模块注册管理:负责组件的注册和查询,加载完成的组件在系统中通过唯一标识进行注册,并可通过标识查询注册过的插件。
4)模块消息管理:负责系统和各组件间交互消息的订购及发布,集成框架向各组件传递消息,通知组件执行对应的操作。
5)模块调用管理:负责维护需调用的组件相关信息集合。集成框架调用定制化功能组件,将其加载至用户界面时需要特定的信息,以标图作业模块为例,需要加密的用户标识、窗口句柄、菜单的隐显设置等信息。
指挥信息系统某组件加载流程如图2 所示,步骤为:1)获取试题类型;2)读取配置文件,获取试题类型与组件路径匹配列表,通过试题类型获取组件路径;3)根据试题类型获取指挥信息系统组件的接口信息;4)获取组件调用所需的组件路径和接口信息;5)系统通过组成集成框架加载组件;6)模块调用管理器获取加载的组件信息,方便进行管理;7)在调用过程中,若出现组件异常,可通过组件显示管理器销毁,然后通过保存的组件信息进行再次调用,从而大大增强系统的稳定性。
1.2 各课目一体化评判
具体考核任务包含不同的考核课目,并且每一课目涉及的功能模块不同,调用的信息系统接口不同,结合各课目考核要求,应用集成管理器调用相应的指挥信息系统功能组件,实现对各组件的界面集成和功能控制,以及统一登录入口、统一界面框架下差异化组件调用、统一考核作业提交的考核操作方式。
不同类型的考核课目处理方式不同,在参考人员答案统一提交到考核服务端后,采用不同的评判方式。针对地形分析、作战计算、要图标绘等课目采取基于评判知识库的即时评判,现场回传考核成绩;针对战例分析和想定作业等人工评判的课目[7],利用DES加密人员信息并生成二维码融入参考人员试卷,实现自动化匿名评判;针对文书拟制等课目,在定量化评判格式要素的同时,采用人工评判的方式针对内容进行评判。
1.3 面向“管理器”的设计模式
为更便捷地管理系统中的逻辑对象,本文采用面向“管理器”的设计模式,实现了对象的灵活拓展,如图3 所示。
系统中逻辑对象都由相应的Manager进行管理,“管理器”之间是组合关系,但不是继承关系。在该设计模式的指导下,对象主要分为两类:逻辑(Logic)类和显示(Display)类。逻辑类对应系统中的业务功能,例如试卷抽取、人员管理、试题管理等。显示类对应考核系统的界面显示,包括登录页面、答卷页面、监控界面、自定义组件等。单独抽象出界面类的优点在于减少了冗余,比如自定义组件,可作为指挥信息系统相关功能组件的父界面,这样就实现了对于多种功能组件的统一管理。基于以上实例化策略,Exam Manager主要管理两类Manager:Logic Manager和UI Manager。UI Manager根据具体界面展示又可以分为login Manager(登录界面)、User Control Manager(自定义组件)等。同样,LogicManager管理多个具体对象Manager,例如Select Unit Manager、Question Manager、Data Manager、Score Manager等。User Control Manager是可定制组件管理者,管理组件集成调用和管理的所有事务。
2 多层级灵活的考核服务端架构
系统支撑理论知识、业务技能和指挥技能等大纲课目的训练考核,其中,战例分析、想定作业等课目考核涉及的数据量达到20 MB以上,服务端和客户端之间的数据传输压力较大。当客户端的链接数量超过一定规模时,无法保证可靠的网络数据传输;同时,在远程异地组训模式下,单层级服务端架构无法支撑多个考场数据传输的需要。
系统设计了多层级服务端结构,将网络传输和计算负担协调分配,根据具体需要调整服务端层级。在两层服务端模式下设置一台总服务端和若干台二级服务端,即可实现数千台客户端以上规模的考核。具体结构如图4 所示。
以两层服务端为例,其工作原理为:在局域网内,启动若干个考核服务端,利用UDP组播技术考核客户端发现服务端,根据获取的信息自动与考核服务端建立TCP连接,服务端可获取客户端的网络远程对象,解析获取所需的考生信息、试卷信息等,针对考核客户端提交的考核信息进行精简过滤,减轻考核客户端和服务端之间的数据传输压力。
二级服务端与一级服务端建立TCP连接,在一级服务端中自动维护二级服务端信息列表,定时更新,服务端之间利用远程对象调用技术传递信息;在二级服务端上对客户端的信息进行加工处理,可以同步将客户端考核的全部信息转发至一级服务端,也可以仅将精简过的评判结果信息,传递给一级服务端,这样大大降低了一级服务端的数据处理压力,提高了支撑的考核客户端数量。
3 基于虚拟化集群的多样化部署模式
为适应部队训练考核复杂的保障环境,系统基于超融合系统、物理网络和支撑软件,设计了可进行大规模并行计算的云平台系统[8-9]。系统分为服务器集群、虚拟机集群、管理系统三个层次。服务器集群中包含存储节点和元数据节点,可构建高IO的云存储并以此为基础构建虚拟化平台,可在其中建立虚拟机集群,具有在线备份复制和扩展伸缩的能力。通过在集群化虚拟机中部署Apache Spark大数据处理框架[10],完成了算法的并行化处理,提高了算法速度,提升了大规模数据处理的能力。每个虚拟机作为一个计算节点,分配一个IP地址,采用一个主节点Master进行管理。除了采用虚拟化平台管理虚拟机,还利用Docker进行集群部署,采用Kubernates管理Docker集群的运维方法,构建考核云平台,实现考核系统的多样化部署工作模式。如图5 所示。
部署模式一:训练考核现地不具备服务器配置环境时,可以依托临时组建的局域网,利用多个作业终端进行组网,在任意一台终端上运行系统服务端程序,其他终端运行客户端程序,实现对作业考核全流程的基础保障。
部署模式二:训练考核现地具备服务器和局域网络配置环境时,可依托服务器部署超融合系统,运行虚拟化服务和云存储服务,任意参训人员利用个人作业电脑通过接入局域网,访问虚拟化作业终端,即可实现对包含作业提交、考核监控、成绩评判、安全审计等系统的全部功能的支撑保障。
部署模式三:训练考核现地具备服务器集群和广域网配置环境时,可依托服务器集群实现云计算中资源组织与管理,提升云平台服务质量,保证系统运行的持续稳定,同时,利用广域网可实现远程接入,使得远程组训、异地同步组训考核、临机多点抽考等组训模式得以顺利实施。
4 结束语
本文提出的可伸缩拓展的指挥训练考核系统体系架构为考核系统的深化运用提供了有效的技术支撑。文中详细分析了先前的考核系统在设计和应用上存在的一般问题,采用系统综合集成技术,从考核云基础设施、多层级考核服务器、考核客户端组件调用等方面分别给出了具体的解决方案。下一步将深入研究主观类试题的智能评判方法,减少考核评判中的人为因素,促进考核实施的公平公正。