將分布式仿真和工具集成到可互操作的系統聯盟中是一項復雜而耗時的任務，需要對單個組件、接口和綜合解決方案進行廣泛測試。為了支持這項任務，北約依靠標準和協議以及它們的一致應用。在整合解決方案以支持北約和國家仿真和訓練時，提高建模和仿真（M&S）的互操作性、重用性和成本效益，是一個長期的目標，有幾個挑戰。需要采取漸進和迭代的方法來協調分布式仿真聯盟協議，以應對與遺留系統、多種架構、信息技術（IT）和軟件技術的新進展、行業標準的采用、新的商業模式以及開發開放標準的過程有關的問題。

標準、聯盟協議、符合性測試和認證是重要的工具，可以減少集成時間，降低風險，增加現有系統的重復使用，并支持采購新的可互操作的仿真組件。新的和更新的仿真互操作性標準，如高級架構（HLA），要求北約仿真認證服務持續維護和更新，以使用適用標準的最新版本管理更復雜的測試案例。仿真組件的認證需要在核心HLA服務接口之外進行額外的測試，還應該包括符合聯盟協議的測試。

在M&S界，人們普遍認為系統之間的技術互操作性不再是一個基本問題。然而，高水平的互操作性仍然被認為是建立可靠和可信的分布式仿真聯盟的一個主要挑戰。所需的互操作性程度不僅取決于仿真系統的目的和目標，而且還取決于聯盟設計和具體系統組件的互操作能力。早期識別互操作性問題可以降低風險，以及減少與互操作性系統組件相關的成本。高度的互操作性允許更靈活的聯合設計，以及仿真系統的可組合性，而不會大大增加與測試和集成有關的風險和成本。

根據參與的仿真組件之間的互操作性程度，將聯合體集成到復雜的聯合體中可能是一項耗時且雄心勃勃的任務。支持早期檢測互操作性問題的工具、流程和服務將大大減少集成時間和成本。符合標準和接口的驗證不僅與支持認證有關，而且對系統集成商和仿真系統開發商也有價值。

對系統組件進行符合互操作性標準和協議的測試是驗證互操作性的基礎。測試和驗證仿真組件的互操作能力是實現異構分布式仿真系統快速設計和集成的基礎。隨時可用的、最新的、可信賴的工具是支持合規性測試的關鍵。

認證服務可以根據一套基于一致性聲明的互操作性要求（IR），對被測系統（SuT）提供無偏見的符合性測試。證書由授權的認證機構（CE）提供，是符合互操作性要求的標志。根據STANAG 4603的規定，仿真組件必須擁有或獲得證書才能成為采購或驗收測試的候選者。

MSG-134的任務是根據現有的標準和使用以前的工具和認證程序的經驗，建立一個北約仿真互操作性測試和認證服務。MSG-134項目的重點和優先事項是提供基于HLA和北約教育和培訓網絡（NETN）聯邦架構和FOM設計（FAFD）的認證服務工具。該服務由工具、流程和組織組成，管理和提供仿真組件的測試、驗證和認證，以實現高效集成。

2016年，MSG-134建立了認證服務，并在CWIX 2017實驗中首次使用，證明了其功能能力。

認知方法在幾乎所有方面可提高現有雷達的性能，這導致了近年來研究的激增，空軍雷達建模和仿真（M&S）工具的一個關鍵差距是缺乏針對分布式全適應雷達（FAR）系統的全面、動態分布式雷達情景生成能力。截至2015年初，所有的研究都是在理論上推進概念，并通過模擬檢驗其性能，或者最多使用預先錄制的數據。沒有關于實驗驗證概念的報告，主要是因為還沒有開發出測試它們的必要硬件。然而，為了確定應用認知處理方法的真正性能潛力，這一步驟是至關重要的。為了解決這個問題，俄亥俄州立大學（OSU）電子科學實驗室（ESL）的認知傳感實驗室（CSL）與Metron公司、空軍研究實驗室（AFRL）和空軍科學研究辦公室（AFOSR）一起，已經開始了一項研究計劃，從分析和實驗上開發和檢驗認知雷達處理概念。

CSL設計并建造了認知雷達工程工作區（CREW），這是世界上第一個專門用來測試完全自適應和認知算法的雷達測試平臺，Metron和OSU開發了一個認知FAR系統的理論框架，在單一傳感器和目標的目標探測和跟蹤范圍內確定了關鍵的系統組件并進行了數學建模。我們一直在開發建模、模擬、分析和實驗能力，以證明FAR系統比傳統的前饋雷達（FFR）系統取得的性能改進。我們從OSU的軟件定義雷達（SDR）系統的模擬場景和預先記錄的數據開始。我們現在有能力利用CREW演示認知雷達跟蹤系統的實時操作。

這個項目的目標是為分布式FAR雷達開發一個基于MATLAB的M&S架構，從而能夠在模擬的、以前收集的和實時的流式數據上進行算法開發和測試。在第一階段，我們開發了一個基線FAR M&S架構，該架構采用面向對象編程（OOP）方法在MATLAB中編碼。它包括一個控制感知-行動（PA）周期運行的FAR引擎和確定下一組傳感參數的軟件對象；從傳感器獲取數據；處理數據以跟蹤目標；存儲和顯示傳感和跟蹤過程的結果。我們開發的模塊實現了模擬和預先錄制的SDR數據實例，以及實時和模擬的CREW數據實例。

第一階段開發的FAR M&S架構允許在模擬和實驗CREW數據源之間，以及在驅動傳感的FAR算法之間進行透明切換。輕松交換傳感和處理對象的能力將允許快速開發和測試認知雷達算法，通過構建M&S功能來避免重復工作和 "單點 "解決方案。它將使工業界、學術界和空軍的研究人員之間的合作成為可能，因為不同研究人員開發的算法可以使用一致的模擬、收集的數據和實驗室條件進行測試和比較。

執行摘要

未來的北約聯合部隊將納入自主和半自主的地面、空中和海上平臺，以提高部隊的實效性和敏捷性。這些自主系統將作為力量倍增器部署在從班到旅的所有戰隊梯隊中。它們將幫助指揮官發展和保持對局勢的了解，在更廣泛的和人類操作者無法進入的地區提供持久的監視和偵察。蜂群機器人/傳感器可以提供一個協作的、多機器人/傳感器的系統，提供所需的集群行為，以實現系統能夠覆蓋這些更大的區域，共享信息，并提供單個系統無法實現的先進行為。

RTG SET-263 "用于情報監視和偵察的蜂群系統"分析了蜂群系統的運用和系統問題，這些問題可以從運用、系統和技術的角度促進它們與當前戰場戰術系統的整合。這份最終報告為以蜂群為中心的ISR系統（SS4ISR）提供了一個高水平的參考架構，它整合并擴展了SET-263前兩年研究的成果。該參考架構同時解決了以下問題：

• 1）運用問題，即片段式描述的相關運用場景、關鍵能力目標和支持每個目標的一套能力，以及與每個能力相關的SS4ISR作戰運用活動。

• 2. 系統問題，在SS4ISR提供的關鍵系統服務方面，支持系統服務的一套系統節點。
• 3. 技術，在當前和預期的標準和算法方面，以實現預期的系統能力；和

• 4）在聯合/多國聯盟中采用蜂群系統的系統級互操作性設計指南，以及它們與傳統系統的整合。

該文件還通過一組關系矩陣提供了運用和系統問題之間的主要關系，該矩陣提供了以下映射：

• 1）目標與能力的映射。

• 2）能力與作戰活動映射。

• 3. 能力與服務映射；以及

• 4）"蜂群系統 "節點與系統節點的關系。

SET-263研究報告涉及以下研究課題：探測和跟蹤，分析了采用蜂群系統來探測和跟蹤感興趣的區域；人類與蜂群互動，確定了蜂群與人類操作者之間共生團隊的能力和服務；蜂群控制和導航，分析了配置和操作模式，最終目標是解決動態和不確定環境中蜂群必須克服許多挑戰，包括快速規劃/重新規劃和對突發威脅的復原力，這是任務成功的基本要求。機器人與機器人的互動，提供了基于網絡中心、自主決策范式的多Agent系統設計，作為機器人和自主系統（RAS）的新興設計方法；蜂群系統的定位和繪圖，解決了蜂群系統采用同步定位和繪圖能力的問題；數據交換服務，分析了采用以信息為中心的架構作為蜂群系統數據交換的支持；網絡，解決蜂群系統的網絡架構和協議。

第1章 - 簡介

1.1 描述

1.1.1 背景

未來的北約聯合部隊將納入自主和半自主的地面、空中和海上平臺，以提高部隊的實效性和敏捷性。這些自主系統將作為力量倍增器部署在從班級到旅級的所有戰斗梯隊中[1]。它們將幫助指揮官發展和保持對局勢的了解，在更廣泛的地區和人類操作人員無法進入的地區提供持久的監視和偵察[1]。蜂群機器人/傳感器可以提供一個協作的、多機器人/傳感器的系統，提供所需的集群行為，以實現系統能夠覆蓋這些更大的區域，共享信息，并提供單個系統無法實現的先進行為[2]。將平臺數量從幾臺、幾十臺到幾百臺進行擴展并采用以蜂群為中心的行為能力將提高北約部隊的能力：1）在戰場上建立并保持優勢；2）防止敵人做出有效的反應。北約部隊與這些以蜂群為中心的系統的整合，將是實現和保持戰術優勢和作戰效率的關鍵要求。共生的人類-蜂群團隊[3]將使部隊能夠在不確定的場景和條件下有效地理解、適應、戰斗和獲勝。

分布式協作自主系統與士兵合作，提供了一種戰術抵消戰略：一種在復雜的城市和其他領域以高節奏運作的手段，大大降低了風險和士兵數量[4]。將智能系統整合到未來的部隊中，將實現以下關鍵能力：在復雜的地形中提高態勢感知能力；面對對手有爭議的環境進行彈性作戰；增加對峙距離和進入有人系統無法到達的區域；提高作戰安全性；在有爭議的城市環境、前沿作戰基地和車隊行動中，通過提高士兵和指揮官對敵人陣型的了解，使他們能夠通過常規的遠程武器或特定的武裝蜂群元素做出早期反應，從而提高指揮官的反應時間。采用以蜂群為中心的行為將進一步提高智能系統的實效性，因為它允許大量的系統以協調的方式工作和移動，并減少通信和控制要求。它還將使大量的系統能夠以分散的方式運作，然后集中在特定區域，以壓倒潛在的威脅。智能系統和蜂群能力的整合將擴大北約部隊的行動時間和空間，提高機動性和在反介入/區域封鎖（A2AD）環境中克服障礙的能力，使指揮官有能力承擔以前單純的載人編隊所無法想象的行動風險[2]。由于人類暴露在危險中的次數減少，欺騙行動、滲透到敵人防線后面以及開發和追擊行動所固有的風險變得更小，給了指揮官更大的選擇和更可靠的機動自由[2]。除了這些基于陸軍的應用，在港口保護、海上監視發射器定位和反潛戰（ASW）監視方面也可以看到這樣的場景，在北約層面采用水下或水面無人系統群可以1）以一定的持久性來探測潛艇的過境或存在，2）允許北約國家之間共享跟蹤，減少不確定性和接觸的損失。這既可以改善北約空間的安全，又可以作為國家的勸阻力量。

1.1.2 目標

機器人和自主系統（RAS）對于確保機動自由和完成任務，并盡可能減少士兵的風險來說越來越重要。在未來的北約聯合部隊中加入自主和半自主的地面、空中和海上平臺群，將提高部隊的安全性、有效性和敏捷性。

用于ISR的蜂群系統影響到以下作戰能力：

• 收集有關建議行動的持久性ISR數據。

• 部隊保護和攔截；以及

• 反進入區域拒止（A2AD）行動。

如下所述，采用蜂群系統會給ISR行動帶來附加值：

• ISR行動的現狀：

  • 部署具有有限觀察能力的實體，提供準靜態數據；以及

  • 操作員與機器人的控制比例效率低下。

• 蜂群系統對ISR行動的附加值：

  • 部署人工智能驅動的蜂群系統，能夠：

    • i) 臨時、自主觀測；

    • ii) 優化的廣域覆蓋；

    • iii) 動態態勢感知。

  • 動態確定感興趣的相關目標，以提供及時的交戰信息，具有高精度和高保真度。

  • 優化的人機互動，以減少操作者的工作量，提高工作效率。

  • 使用具有相關機載處理和高性能多傳感器套件的未來低SwaP（空間、重量和功率）無人機系統，減少后勤足跡。

1.2 范圍

本文件描述了用于ISR（SS4ISR）的以蜂群為中心的系統的高層次參考架構。該參考架構涉及：

-作戰運用作問題，在以下方面：

• 片段式描述的相關操作場景，見第2章。

• 關鍵能力目標和支持每個目標的能力集，見第3章。

• 與每個能力相關的SS4ISR操作活動，見第4章。

• 系統問題，在以下方面：

  • 由SS4ISR提供的關鍵系統服務，見第5章。

  • 支持系統服務的系統節點和相關組件的集合，見第6章。

  • 實現預期系統能力的關鍵技術和算法，見第7章。

  • 系統級的互操作性，見第8章。

該文件還規定了一套關系矩陣，規定了關鍵架構元素之間的以下映射關系：

• 能力目標與能力映射。

• 能力與運營活動映射。

• 能力與服務映射。

• "蜂群系統 "節點與系統節點的關系。

該文件的組織結構如下：

• 第1章 - 引言，關于該文件的基本信息，以提高其可讀性。

• 第2章 - 用例小結，通過小結描述一組相關的作戰運用場景。

• 第3章 - 能力，描述了能力目標和支持這些目標的一系列部隊能力。還提供了一個矩陣，定義了能力目標和部隊能力之間的關系。

• 第4章 - 業務活動，描述了3.2節中確定的一套能力的關鍵SS4ISR業務活動。

• 第5章 - 服務視圖，描述了系統提供的一系列相關服務。

• 第6章 - 系統視圖，描述了實現每個服務的可能設計方案。

• 第7章 - 技術視圖，確定一組技術和/或算法，這被認為是某項服務的關鍵。

• 第8章 - 互操作性，描述了實現系統級互操作性的可能方法，作為蜂群系統適應性和進化發展的基礎。

• 第9章 - 關系矩陣，規定了本架構的關鍵元素之間的映射關系，即能力目標、能力、作戰場景、服務和系統節點。

1.3 鑒定

本文件代表可交付的D3：SET-263：RTG SET-263的最終報告。

來自以下組織的SET-263團隊成員編輯了本文件：

• Leonardo SpA, ITA.

• Aselsan, tur.

• 挪威國防研究機構（FFI），NOR。

• 美國海軍空戰中心，武器部（NAWCWD），美國。

• 美國國家海洋情報集成辦公室（NMIO），美國。

來自以下組織的SET-263小組成員修改了該文件：

• 美國海軍水下作戰中心（NUWC）分部。

• 美國防物資組織（DMO），NLD。

摘要

北約和各國都面臨著聯合集體訓練的迫切需求，以確保任務準備就緒：當前和未來的行動都是多國性質的，任務和系統都變得更加復雜，需要詳細的準備和快速適應不斷變化的環境。由于可用資源較少，訓練范圍有限，防止對手觀察第五代戰術和系統能力，以及政治決策和部署之間有限的準備時間，多國背景下的實戰訓練和任務準備機會減少。仿真已經成為解決軍隊訓練需求的一個重要工具，各國都在朝著采用分布式仿真的國家任務訓練（MTDS）能力發展。聯軍正在尋找一種在實戰和模擬訓練和演習之間新的平衡，以提供兩個世界的最佳效果。

北約建模與仿真小組（NMSG）的一些倡議為北約MTDS愿景和行動概念的發展提供了寶貴的意見（MSG-106 NETN、MSG-128 MTDS、MSG169 LVC-T）。在這些成果的基礎上，最近的NMSG活動（MSG-163北約標準的演變，MSG-165 MTDS-II，MSG-180 LVC-T）涉及為聯合和集體行動開發一個通用的MTDS參考架構（MTDS RA）。最近完成的MTDS RA版本以構件、互操作性標準和模式形式定義了指導方針，用于實現和執行由分布式仿真支持的集體訓練和演習，與應用領域（陸地、空中、海上）無關。此外，MSG-164（M&S即服務II）開發了一個技術參考架構（MSaaS TRA），其中包括實現所謂的MSaaS能力的構件。這些構件可以與MTDS的RA結合起來，以包括作為服務進行集體訓練和演習的準則。

當前版本的MTDS RA提供了一個基線，以詳細說明和確定應該發生進一步要求/技術開發的領域。未來更新的主題包括網絡戰和影響、危機管理、現場系統集成和多域戰或混合戰，僅舉幾例。

聯合MTDS對北約和國家的準備工作至關重要。本文提供了MTDS RA的背景、目標和原則，以及實現北約范圍內持久的集體訓練能力的途徑。聯合MTDS RA的維護和持續發展將是北約多個國家、伙伴國和組織在NMSG主持下的共同方向。

1.0 引言

北約和各國都有一個共同的需求，那就是進行聯合集體訓練，以確保任務準備就緒。然而，存在著重大的挑戰：當前和未來的行動都是多國性質的，需要多方協調以追求共同的目標；新的系統和平臺正變得越來越復雜，需要更多的準備時間才能使用。同時，由于可用資源較少，政治決策和部署之間的時間跨度有限，在多國背景下進行實戰訓練和任務準備的機會減少。成本、復雜性、環境限制和敵方（電子）監測能力往往使得在現實環境中不可能完全用實戰系統進行訓練。

仿真已經成為滿足軍隊訓練需求的一個重要工具，各國正在朝著采用國家MTDS能力的方向發展。隨著時間的推移，北約建模與仿真小組（NMSG）的一些倡議（見[1]）已經為北約MTDS愿景和行動概念的發展提供了寶貴的投入，如MSG-106北約教育和訓練網絡（NETN）和MSG-128 MTDS。到目前為止，由于缺乏一個共同的技術框架和準備集體訓練活動的復雜性，這些導致北約范圍內沒有持久形成有意義的合成集體訓練能力。這種復雜性既是由于技術方面（例如，不同的、遺留的國家仿真資產和用戶界面），也是由于組織方面（例如，行為者和學科的數量）。此外，仿真資產可能使用不同的安全域，數據的交換受制于國家安全政策。根據演習的范圍和復雜性，合成集體訓練活動的準備工作可能需要幾個月的時間，有時甚至需要一年的時間，包括最初的規劃會議。因此，合成集體（和聯合）訓練或任務演練只是零星地發生，而實際任務越來越多地在國際聯盟中進行，而且準備時間很短。

北約MTDS應該關注現有訓練安排中沒有涉及的領域，并在這些領域提供最大的價值和效率。因此，它不尋求復制通過現有國家活動提供的訓練，而是提供額外的聯盟合成訓練能力。北約MTDS能力旨在將國家或北約的模擬資產整合到一個分布式的合成集體訓練環境中，這些資產通過一個共同的模擬基礎設施連接。在以往成果的基礎上，正在進行的NMSG活動（MSG-165 MTDS-II，MSG-169 LVC-T）旨在為聯合和聯合行動開發一個MTDS參考架構（以下稱為 "RA"）。該參考架構以構件、互操作性標準和模式的形式概述了實現和執行由獨立于應用領域（陸地、空中、海上）的分布式仿真支持的合成集體訓練和演習的要求。

該要求涉及多個利益相關者的觀點：

• 對于在其組織內實施合成集體訓練的國家和北約，以及參加北約合成集體訓練活動的國家和北約，RA應被用來說明標準能力、構件、模式和其他屬性，以評估一致性。

• 對于產品供應商，RA應提供一套足夠具體的要求和標準，使供應商能夠開發產品并評估其產品與這些要求和標準的一致性。

• 對于集成商來說，RA應該是一個參考來源，以確定實施合成集體訓練環境的具體限制和方向。

• 對于NMSG來說，RA應該提供一個參考，在此基礎上可以開發技術和要求，確定標準，提供指南，并定義更詳細的具體水平。

本文概述了RA以及用于劃分不同類型架構的概念。

2.0 架構概念和MTDS的框架

架構可以在不同的抽象層次上進行設計，人們可以區分不同類型的架構。一般來說，對各種抽象層次或如何命名它們沒有什么共識。例如，北約架構框架（NAF）[2]提到了不同種類的架構和導致這些架構的活動。架構的不同種類或類型如圖1所示。

圖1：架構的種類。

在這個圖中，企業架構是由企業層活動開發的，參考架構是由領域和方案層活動開發的，而系統架構是在項目層活動中開發的。本文遵循同樣的結構，領域和計劃層的活動由NMSG旗下的任務組執行，而項目層的活動由國家或北約的項目執行。

各種架構有不同的利益相關者和用戶，需要采用各種方法來完善一個抽象級別的架構。架構抽象級別的范圍和這種方法就是這里所說的架構框架[3]。MTDS的架構框架如圖2所示。

圖2：MTDS的架構框架。

圖中的方法指的是（a）任務組活動和（b）工程流程，如DSEEP[4]。架構開發工作是在指導原則下進行的，后面將簡要討論。

2.1 企業架構

為了MTDS RA的目的，北約協商、指揮和控制（C3）分類法[5]被視為企業架構。在圖2中，用分類圖的圖像和類別的層次來說明。北約C3分類法提供了一個北約C3能力的分類（包括標準和要求），通過超類型-次類型的關系組織了一個概念的層次。該分類法由北約ACT開發和維護，可以通過C3分類法的企業管理Wiki網站查看和修改。C3分類法定義了幾個適用于MTDS的能力類別。例如，集體訓練和演習（CTE）過程；教育、訓練、演習和評估（ETEE）應用；以及技術服務，包括M&S服務。這些類別是MTDS參考架構中各組成部分的參考來源。它們為MTDS參考架構的構件提供了結構和要求。

2.2 MTDS參考架構

這種類型的架構是MTDS架構開發工作的重點。MTDS參考架構（RA）是在NMSG的框架下通過任務小組開發和維護的，它定義了實現合成集體訓練環境所應考慮的構件和模式。在圖2中，構件用綠色方框表示，模式用灰色方框表示，包括構件和它們之間的關系。構建模塊既涉及過程構建模塊，也涉及技術構建模塊。過程構件包括，例如，開發、計劃和進行CTE活動的參考過程，而技術構件包括支持這一過程的CTE和M&S應用，以及連接培訓系統和合成集體培訓環境的CTE和M&S服務。

2.3 MTDS項目架構

一個特定的合成集體訓練活動的架構被稱為MTDS項目架構。該項目架構在圖2中由橙色的解決方案構件和它們之間的關系來說明。字母指的是參考架構中由解決方案構建塊實現的構建塊。例如，一個項目架構是由美國駐歐洲空軍（USAFE）戰士準備中心組織的斯巴達戰士活動[6]或瑞典武裝部隊組織的維京活動[7]的訓練環境架構。由于RA提供了合成集體訓練環境的構件，項目架構中使用的解決方案構件的許多要求原則上可以從RA的構件中得到。但是，一般還是需要細化以滿足項目（即訓練活動）的要求和限制。這可能包括對RA中定義的參考培訓流程進行調整；增加安全要求；選擇特定的中間件解決方案；選擇網關和橋梁組件、跨域解決方案、數據記錄解決方案以及環境數據產品和格式。參考模擬數據交換模型，如北約AMSP-04[8]中的定義，通過RA提供，但項目架構仍然需要就這些參考數據交換模型中的哪些具體部分進行約定。

因此，從同一個參考架構中，可以開發出不同的項目架構，每個項目架構都指定了符合參考架構中設定的標準和要求的合成集體訓練環境的特定實現。項目架構可能涉及一個持久的訓練環境，也可能是一個只為特定訓練活動而臨時存在的環境。

2.4 架構原則

架構原則指導MTDS參考架構和MTDS項目架構的開發、維護和使用過程。原則是持久性的一般規則和指導方針，告知并支持北約和伙伴國家如何完成任務。在圖2中，"指南 "箭頭說明了這一點。

架構原則的屬性是用The Open Group Architecture Framework (TOGAF) [9]定義的，包括：

名稱 代表規則的本質。

聲明 應該簡潔明了地傳達基本規則。

理由 應該強調遵守該原則的商業利益。

影響 應該強調執行該原則對業務和IT的要求--在資源、成本和活動/任務方面。

MSG-165為RA制定了十個主要的架構原則（見MSG-165 RA技術報告[10]）。以下是其中一項原則：

1.名稱：遵守北約的政策和標準

2.聲明：MTDS應符合北約在M&S互操作性和標準方面的政策和協議。

3.原理：這些政策和協議的目的是促進所有3級（指揮和參謀）、2級（戰術）和1級（個人和機組）建模與仿真（M&S）系統內部和之間的系統級互操作性。這些政策和協議的范圍包括用于操作、訓練和分析的M&S系統。這適用于由不同的北約國家和北約組織開發的、位于這些國家的M&S系統。

4.影響：以下基準政策和協議應適用于MTDS：AMSP-01: M&S標準簡介，STANREC 4815[11]。STANAG 4603：技術互操作性的建模和仿真架構標準：高層架構（HLA）[12]。AMSP04：NETN聯盟架構和FOM設計，STANREC 4800 [8]。AMSP-03: 北約和多國計算機輔助演習中分布式模擬的M&S標準指南，STANREC 4799 [13]。

在MTDS背景下，架構原則被用來獲取關于北約國家和北約組織應如何使用和部署M&S資源和資產進行合成集體訓練的信息。除其他外，這些原則推動了架構構件中功能需求的定義，指導了項目架構的評估，并通過理由說明提供了動機。

2.5 架構模塊和架構模式

架構模塊（ABB）和架構模式（AP）這兩個概念被用來描述RA中的模塊以及這些模塊如何被組合。這些概念在圖3和圖4中得到了說明，其中第一個圖還顯示了作為對比的概念--解決方案模塊（SBB）。

圖3：架構模塊與解決方案模塊。

一個ABB具有指定其目的、功能和所需技術接口的屬性，以及任何適用的標準。一個ABB并不意味著是一個具體解決方案的規范，而是為開發合成集體訓練環境的架構，即項目架構提供要求、標準和指導。另一方面，SBB與可能被采購或開發的具體解決方案（以及項目架構）有關。SBB規定了培訓活動所需的功能、特定的接口、實際性能值和施工約束。ABB和SBB的概念來源于TOGAF[9]。

圖4：架構模式。

一個AP可以作為項目架構的參考，提供已被證明可以為某個問題提供解決方案的ABB的組合信息。模式屬性包括對模式所幫助解決的問題的描述，對模式如何提供問題解決方案的描述，以及幫助描述模式的圖示。其他模式屬性規定了功能和非功能要求，列出了適用的標準，并提供了參考和例子。

RA描述使用AP圖示，如圖5。這個簡化的插圖顯示了兩個相互作用的ABB，交換具有相關接口要求和標準的數據對象。例子在第3.0章中提供。

圖5：架構模式的插圖。

3.0 參考架構（RA）層和模塊

圖6提供了RA中各層的概述，按照北約C3分類法的主要層次組織。

• 行動能力：在流程、信息產品、角色和組織方面的集體訓練和演習能力。在C3分類法中，相關類別位于作戰能力 > 業務流程 > 啟用 > ETEE > CTE下。

• 面向用戶的能力：支持CTE過程的能力，以及培訓受眾使用的能力。在C3分類法中，相關的CTE類別位于面向用戶的能力 > 用戶應用 > ETEE應用 > CTE應用下。而相關的M&S類別位于面向用戶的能力 > 用戶應用 > M&S應用。

• 后端能力：啟用或支持面向用戶的能力的能力。C3分類法中的相關類別在后端能力 > 技術服務 > COI服務 > COI特定服務 > ETEE功能服務下，以及后端能力 > 技術服務 > COI服務 > COI啟用服務 > M&S服務下。另外，核心和通信服務包括與管理和保障合成集體訓練環境中的技術組件有關的幾個類別。

• 服務管理和控制（SMC），以及CIS安全被描述為RA中的兩個交叉層。在C3分類法的最新版本中，這些交叉層已從概覽中刪除，但基本類別存在于分類法的每一層。為了RA的目的，我們在概述中保留了這些層次，以強調集體訓練和演習中SMC和安全的交叉問題。

圖6：主要MTDS架構構件的層級和聚類。

下面的章節描述了RA的每個層次，最后一節介紹了MTDS技術框架。更多的細節包括在MSG-165 RA技術報告[10]中。

3.1 業務能力

這一層定義了集體訓練和演習（CTE）過程。這些定義了在進行合成集體訓練時應遵循的一般過程步驟，以及在此過程中應開發的信息產品。集體訓練和演習過程在北約Bi-SC 75-3集體訓練和演習指令中有所描述[14]，提供了參考過程以及關于規劃、執行和評估北約集體訓練和軍事演習的綜合指南。

CTE過程還包括合成集體訓練環境本身的發展或調整。AMSP-05北約計算機輔助演習（CAX）手冊[15]提供了額外的M&S相關準則，補充了Bi-SC 75-3附件N（演習的合成環境支持）。這本手冊包括了對基于模擬的訓練活動的更專業的流程描述。

設計、開發、實施和測試訓練環境的技術組件的工程流程也包括在這一層。這包括分布式仿真工程和執行流程（DSEEP）、環境數據和流程的再利用和互操作（RIDP）以及V&V活動：

• DSEEP[4]是一個流程模型，定義了設計、開發、集成、測試仿真環境和執行仿真的七個步驟。DSEEP允許用戶根據他們的具體應用要求定制流程模型，即合成集體訓練環境。

• RIEDP[16]定義了環境數據產品共享所需的組件。它包括一個參考過程模型、一個抽象數據模型和一個元數據規范，以支持資源庫和目錄要求。作為項目架構開發活動的一部分，環境數據產品的開發至關重要。因此，在合成集體訓練環境的工程中，將RIEDP活動與DSEEP步驟和活動相結合是至關重要的。

• 如果合成集體訓練環境需要驗證和/或核實，那么應該考慮FEDEP[17]的VV&A疊加，或驗證和核實的通用方法指南（GM-VV）[18]。

所有這些參考程序通常都需要定制，以滿足國家或多國的培訓要求和項目的具體限制。影響定制的因素包括：培訓環境的變化；風險；解決方案的成熟度、規模和復雜性；培訓活動的時間；技術準備度（新興技術或傳統技術）；預算；系統和人員的可用性；對核查和驗證的要求；以及安全相關的要求。

3.2 面向用戶的能力

這一層包含了訓練系統，以及用于支持合成集體訓練的M&S和CTE應用。這些是用戶與之互動的應用，因此是 "面向用戶的"。

M&S和CTE應用包括（但不限于）。場景開發應用（用于開發概念性和可執行的場景），合成物理環境應用（用于開發環境數據產品），以及演習控制應用（用于控制場景的執行）。

訓練系統是國家資產，但也包括在這一組中，因為從RA的角度來看，這些被認為是面向用戶的能力。訓練系統的范圍從相對簡單的單元素系統，如專用的CGF應用程序，到更復雜的多元素系統，如完整的任務模擬器。討論訓練系統本身并不在本報告的范圍之內，而是討論這些能力如何在一個合成的集體訓練環境中聯合起來。

訓練系統與其他層的一些服務相互作用，例如。

• 后端能力:

  • M&S面向消息的中間件（MOM）服務協調訓練系統和M&S/CTE服務之間的模擬數據交換。

  • 仿真門戶服務進行仿真數據協議轉換，使不兼容或部分兼容的訓練系統能夠與M&S MOM服務連接。

  • 場景分配服務為訓練系統提供場景初始化數據，使訓練系統的場景初始化協調一致。

• CIS的安全性:

  • CDS服務提供了控制模擬數據從一個安全域向另一個安全域釋放的方法。

  • M&S MOM服務實現了模擬數據在站點之間的安全交換。

• 服務管理和控制:

  • SMC服務能夠有序地啟動和停止訓練系統，并提供對訓練系統進行測量和監控的能力。

3.3 后端能力

這一層包含了幾個構件。本層的M&S和CTE服務定義了MTDS的具體能力。培訓系統和應用與這些后端能力進行交互，如模擬門戶服務，將培訓系統與M&S面向消息的中間件服務進行連接。

這一層的核心服務定義了一些一般的能力，這些能力對于任何合成的集體訓練環境來說都是需要到位的。同樣，通信服務是一般的通信能力，對于任何合成的集體訓練環境都是必不可少的。這些服務包括在這里作為參考，并沒有進行深入的討論。

本層的M&S和CTE服務包括以下內容

• 仿真門戶服務。在許多合成集體訓練環境中，會有混合的訓練系統，每個系統都支持不同的（版本）仿真標準、戰術數據鏈和/或HLA FOM模塊，例如DIS版本7、IEEE 1516.2000（HLA）、IEEE 1516.2010（HLA進化版）、RPR-FOM、NETN-FOM模塊，或不同的戰術數據鏈仿真標準。RA定義了仿真門戶服務，以執行最常見的轉換，將使用非HLA（如DIS）或傳統HLA（如HLA 1.3）的訓練系統連接到M&S面向消息的中間件服務中。

• M&S面向消息的中間件（MOM）服務。這些服務使M&S和CTE應用程序和服務以及培訓系統具有互操作性。面向消息的中間件服務符合NATO STANAG 4603和NATO標準AMSP-04。NATO STANAG 4603規定使用IEEE 1516?-2010 (HLA Evolved)標準，用于分布式仿真環境的高層架構。AMSP-04（NETN）定義了一套（連貫的）HLA FOM模塊，以及架構和設計指南，見圖7。NETN的FOM模塊旨在最大限度地提高仿真組件之間的重復使用和互操作性。

圖7：AMSP-04版B中的NETN FOM模塊。

• 場景分配服務。這些服務為模擬執行提供初始模擬場景（如作戰順序（ORBAT）數據），由場景開發應用程序開發。初始模擬場景包括關于單位、設備項目及其關系的信息，以及關于初始建模責任的信息。即哪些訓練系統負責哪些單位和設備項目的建模和模擬。

• 仿真服務。這些服務產生地面真實和非地面真實數據，用（模擬的）空中、陸地或海上平臺或綜合信息刺激訓練系統，如敵機、導彈、誘餌、陸地單位、空中交通和海上船只交通。仿真服務由演習控制應用程序控制。

RA還包括架構模式，提供了關于如何組合架構構件的信息。以下是兩種模式的說明。

圖8展示了一個演習控制模式，模擬實體由演習控制應用發出任務。M&S MOM服務在模擬服務和訓練系統之間分配任務，對于演習控制應用來說，模擬實體所在的位置是透明的，因此哪個組件有建模的責任。AMSP-04 NETN-ETR是戰爭領域中模擬實體任務和報告的標準。

圖8：模擬實體的任務分配和報告模式。

圖9提供了一個場景初始化的模式，其中初始模擬場景由演習控制應用提供給場景分配服務。場景分配服務使用M&S MOM服務在運行時將場景分配給訓練系統。場景元素的建模責任對場景分配服務是透明的。培訓系統需要對模擬環境協議中約定的指定元素的建模負責。這種模式使用AMSP-04 NETN-ORG作為場景初始化的標準。場景分配服務支持HTTP，用于發布MSDL數據等。

圖9：場景初始化的模式。

3.4 通信和信息系統（CIS）安全

該層是一個交叉層，定義了與合成集體培訓環境中不同安全領域之間的數據交換、信息安全脆弱性評估以及發布政策對培訓目標的影響評估有關的構建模塊和模式。鑒定過程也是這個交叉層的一部分。此外，其他層的構件也可能包括CIS安全要求。例如，對于M&S MOM服務來說，要支持在聯合合成集體訓練環境中各站點之間安全地交換數據的機制。

這一層的構件提供了安全執行、管理和監控的功能。這些構件在實施M&S CDS解決方案的要求方面提供了指導和考慮，并促進了為SBB選擇適當的技術。構建模塊包括

• 安全策略配置管理應用：提供配置本套系統中其他構件的方法。

• M&S防護服務：提供連接國家模擬安全域和北約MTDS安全域的能力，并根據一套預定的發布策略規則控制國家域的模擬數據的發布。

• M&S調解服務：提供訓練系統或M&S MOM服務與M&S防護服務之間的模擬數據交換的調解手段。

圖10提供了一個跨域信息交換的簡化模式。M&S調解服務將數據轉換為M&S防護服務可以解釋的格式。M&S調解服務和M&S防護服務之間的接口是特定的解決方案，但通常涉及XML或純文本格式的消息，供M&S防護服務檢查和過濾。M&S防護服務的實施大多是國家（機密）和專有的解決方案，并且由于與模擬數據的延遲和吞吐量有關的M&S要求，被認為是M&S特定的。訓練系統位于國家站點，在這個例子中是X站點和Y站點，通信服務（如CFBL-Net）提供跨站點的IP單播/多播網絡服務。此外，加密設備（如果使用，未在圖中顯示）確保站點之間的數據通信是加密的。

圖10：跨域信息交換的模式。

3.5 服務管理和控制

服務管理和控制（SMC）集群也是一個跨域層，因為它影響到所有其他層。

這一層定義了一系列的構件，以便在一個（聯合的）合成集體訓練環境中連貫地管理各部分。這涉及到流程和技術能力。

SMC能力提供了以下手段：

• 測試訓練系統和測試MTDS技術框架中的應用和服務（見下一節）。

• 初始化和啟動MTDS技術框架中的應用和服務。

• 監督MTDS技術框架中的應用和服務的健康和運行狀態。

• 監測培訓系統的狀態。

• 終止MTDS技術框架中的應用和服務，該組的應用和服務包括。

• 系統初始化和終止服務：協調一致地初始化和終止培訓系統，以及MTDS技術框架中的應用和服務。這些服務對組件的初始化和終止進行協調。一旦一個組件成功啟動，進一步協調初始化和與其他組件的同步，例如，由該組件自己決定。

• 監測、計量和記錄應用程序和服務：收集和提供關于MTDS技術框架中應用程序和服務的健康和性能的信息。例如，監測組件的有效性，從組件中收集指標（如CPU使用率，交換的消息數量），并從組件中收集日志數據（如控制臺日志）。這些服務是任何分布式仿真環境中的基本功能。

圖11展示了一種模式，平臺監控服務監測M&S服務的有效性和準備性。準備就緒表示服務已經準備好參與仿真執行的狀態。有效性表示服務正按計劃執行的狀態。平臺監控服務可以向M&S服務發出有效性請求，以確定其狀態，例如通過HTTP GET探測。平臺監控服務是非M&S特定的服務，定義在RA的核心服務層。

圖11：監測M&S服務的模式。

• 測試管理應用：驗證CTE/M&S應用和服務以及訓練系統的解決方案是否正常運行；也就是說，符合商定的模擬互操作性要求。北約IVCT[19]是一個解決方案，可用于測試HLA仿真組件的互操作能力，并支持聯合仿真的整合。

3.6 MTDS技術框架

為支持合成集體訓練和演習所需的通信和信息系統能力構成了所謂的 "MTDS技術框架"。該技術框架如圖12所示。它由前幾節所討論的技術構件（不包括訓練系統）組成，被歸納為一套連貫的技術能力。

總之，MTDS技術框架支持CTE過程中的活動，提供在不同地點的訓練系統之間安全和一致地交換信息的能力，提供收集、存儲和處理訓練和演習相關數據的能力，并提供用M&S應用或M&S服務產生的信息激勵訓練系統的能力。技術框架中的構件和模式共同提供了在（聯合）合成集體訓練環境中整合訓練系統的技術要求。

圖12：MTDS技術框架的模式。

4.0 總結和結論

本文對MTDS參考架構（RA）進行了概述。RA為MTDS的合成集體訓練環境的設計、開發和實施提供了參考和方向來源。參考架構是以架構基石（ABBs）和架構模式（APs）分層描述的。每個ABB提供了要求和標準，每個AP提供了關于ABB如何組合的信息。架構塊和模式為開發或獲取ABB和AP的解決方案提供了方向。此外，RA還定義了架構原則來指導RA的開發、維護和使用。

RA與北約C3分類法有很強的聯系，提供了與北約通信、指揮和控制（C3）能力的可追溯性，以及一個共同的結構，以北約C3用戶群體可識別的方式命名和組織構建塊。

RA提供(1)一個框架和結構，(2)其內容(即ABB和AP描述)可以隨著需求和見解的變化而不斷改進和充實。目前MSG-165開發的RA版本已經提供了一個有幾個ABB和AP的基線。然而，我們發現了一些差距，應該為這些差距開發ABBs和APs，并添加到RA描述中（見MSG-165 RA技術報告，[10]）。此外，還有機會利用正在進行的科學和技術工作，這些工作應與RA相整合并保持一致。

5.0 建議

對各國和北約:

• 將RA作為在組織內實施合成集體訓練的參考，并參與北約的合成集體訓練活動，以獲得實際經驗，發展技術能力，并提供業務培訓價值。

對NMSG來說:

• 將RA作為合成集體訓練的參考，在此基礎上開發技術和要求，確定標準，提供指南，并確定更詳細的具體水平。

• 確保歷屆工作組對RA進行維護并保持更新。

• 將MTDS相關的主題（見MSG-165 RA技術報告，[10]）組織在一個路線圖中，用于逐步發展RA的內容。

• 采用RA并促進各國在實施MTDS時使用它。

• 評估RA在AMSP-03[13]中的整合情況，更新和發展該簡介，使之成為聯合MTDS的簡介。

對集成商和產品供應商:

• 使產品與RA中列出的要求和標準保持一致。

本報告描述了北約STO RTG IST-149無人地面系統和C2內互操作性能力概念演示器的研究和實驗工作。無人地面車輛（UGVs）在現代戰斗空間中正變得越來越重要。這些系統可以攜帶大量的傳感器套件，從前線提供前所未有的數據流。另一方面，這些系統在大多數情況下仍然需要遠程操作。重要的是要認識到，如果沒有適當的方式在聯盟伙伴之間交換信息和/或將其納入C2系統，ISR數據在很大程度上將是無用的。該小組的主要目的是找到改善這種情況的方法，更具體地說，調查從操作員控制單元（OCU）控制UGV和接收數據的可能標準，并在現實世界的場景中測試它們。

該項目的努力有兩個方面。比利時的貢獻是在歐盟項目ICARUS中所做的工作。這個項目涉及一個用于搜索和救援的輔助性無人駕駛空中、地面和海上車輛團隊。互操作性在幾個不同的實驗中得到了驗證。ICARUS聯盟由幾個國際合作伙伴組成，其中比利時是這個小組的鏈接。第二項工作是該小組的聯合努力，在小組內進行實驗，展示UGV和OCU之間的互操作性。該小組于2018年在挪威的Rena進行了最后的演示。

這兩項工作都使用了無人系統聯合架構（JAUS）和互操作性配置文件（IOP），以成功實現系統間的互操作性。試驗表明，有可能相當容易地擴展系統，并在相對較短的時間內實現與部分標準的兼容。弗勞恩霍夫FKIE和TARDEC都開發了軟件，將信息從IOP域傳遞到機器人操作系統（ROS），并從該系統中獲取信息。ROS是一個廣泛使用的軟件，用于開發UGV和其他類型機器人的自主性，并被該小組的許多合作伙伴所使用。Fraunhofer FKIE和TARDEC提供的軟件對試驗的成功至關重要。

報告還討論了如何在采購前利用IOP標準來定義系統的要求。該標準本身定義了一套屬性，可以在采購新系統時作為要求來指定，可以是強制性要求，也可以是選擇性要求。這使得采購部門更容易定義要求，供應商也更容易符合要求，同時也明確了OCU在連接到系統時，在控制系統和可視化系統中的數據方面需要具備哪些能力。

該小組2018年在挪威瑞納的試驗重點是對UGV進行遠程操作，以及接收UGV的位置和視頻反饋。由于這是一次成功的試驗，下一步將是使用更高層次的控制輸入和反饋來測試互操作性，例如，向UGVs發送航點，并根據系統的感知接收系統周圍環境的地圖。

引言

本文件是北約 IST-151 研究任務組 (RTG) 活動的最終報告，題為“軍事系統的網絡安全”。該 RTG 專注于研究軍事系統和平臺的網絡安全風險評估方法。 RTG 的目標如下：

? 協作評估軍事系統的網絡安全，并在 RTG 的北約成員國之間共享訪問權限；

? 在 RTG 的北約成員國之間共享風險評估方法和結果；

? 將 RTG 的北約成員國使用的評估方法整合到一個連貫的網絡安全風險評估方法中，以使北約國家受益。

軍事平臺比以往任何時候都更加計算機化、網絡化和受處理器驅動。他們大量使用數據總線，如 MIL-STD-1553A/B、CAN/MilCAN、RS-422/RS-485、AFDX 甚至普通以太網，以及戰術通信的舊標準，如 MIL-STD-188C 和 Link 16。此外，捕獲器、傳感器、執行器和許多嵌入式系統是擴展攻擊面的額外無人保護的潛在輸入。結果是增加了網絡攻擊的風險。然而，這些平臺的持續穩定運行對于軍事任務的成功和公共安全至關重要。

軍事系統和平臺是網絡攻擊的首選目標，不是因為它們像消費電子產品那樣普遍，而是因為它們潛在的戰略影響。一旦受到影響，就可以實現各種短期和長期影響，從拒絕能力到秘密降低其有效性或效率。因此，軍隊必須在各個層面解決網絡安全問題：戰略層面，同時獲取平臺和系統；作戰層面，同時規劃軍事任務和戰術。

北約國家擁有大量可能面臨網絡攻擊的軍事平臺和系統。因此，北約將受益于利用當前的流程和方法來設計更安全的系統并評估當前系統的網絡安全。

本報告介紹了針對軍事系統和平臺量身定制的網絡安全評估方法，該方法由 RTG 團隊成員合作開發，并建立在他們的經驗和專業知識之上。團隊成員已經使用的流程被共享、分析、集成和擴充，以產生本報告中描述的流程。本報告的目標受眾是愿意評估和減輕其軍事系統的網絡安全風險的決策者。

圖一：網絡安全評估過程的五個主要步驟。

報告結構

第 2 節介紹了 RTG 團隊在其存在的三年中用于開發流程的方法。第 3 節列出了可以應用該過程的系統的一些特征。最后，第 4 節描述了評估流程，而第 5 節總結本報告。

執行總結

軍事平臺比以往任何時候都更加計算機化、網絡化和受處理器驅動。這導致增加了網絡攻擊的風險。然而，這些平臺的持續穩定運行對于軍事任務和公共安全的成功至關重要。

絕對的網絡安全是不存在的。必須通過迭代風險評估持續管理網絡安全。傳統 IT 系統存在許多網絡安全風險管理框架和流程。然而，在軍事平臺和系統方面，情況遠非如此。本文檔介紹了針對軍事系統量身定制的網絡安全風險評估流程。該流程由北約 IST-151 研究任務組 (RTG) 活動的團隊成員開發，該活動名為“軍事系統的網絡安全”。該過程可以應用于傳統的 IT 和基于固件的嵌入式系統，這些系統在軍事平臺和系統中無處不在。

第一章 引言

在北約內部和成員國使用建模和仿真 (M&S) 對支持國防訓練、能力發展、任務演練和采購過程中的決策支持提出了越來越高的要求 [1]。因此，M&S 是聯盟及其國家的一項重要能力。然而，當前的 M&S 系統對高度動態的軍事作戰環境的代表性有限，其中物理環境的狀態會影響部隊的行為（例如，天氣對地面車輛機動性的影響）以及軍事物理（動能）行為會影響環境狀況（例如，彈藥對建筑物、基礎設施等的破壞）。目前在仿真系統中實現動態元素時，它們通常以定制和預先編寫好的方式執行，這限制了仿真互操作性的能力和范圍。

圖 1-1：任務期間遭遇的動態環境

?2016 年，北約 MSG 探索小組 ET-045“分布式仿真的動態合成自然環境”成立，以調查分布式仿真中相關動態合成環境的主題是否需要進一步研究。這確定了實現相關動態地形的主要挑戰 [2]。結論是存在許多與相關動態合成環境 (DSE) 相關的未解決問題，這些問題將限制未來北約分布式仿真的可用性。這些問題中的大多數都屬于技術性質，包括沒有開放標準或未經過驗證的方法來實現跨分布式 M&S整合天氣、天氣影響和物理（動力）戰爭對環境的影響。為響應 ET-045 的調查結果，一項為期 3 年的任務組 (TG) 技術活動提案 (TAP) 已提交給 2017 年春季的北約 MSG 商務會議，即MSG-156，于 2017 年 9 月開始。

1.1 定義

本報告包含由 ET-045 定義的幾個常用術語，即：

? 合成環境 (SE) 是代表物理世界的元素集合，系統的（模擬）模型在其中存在并相互作用（即地形、天氣、海洋、空間）。它包括表示環境的元素、它們對系統的影響，以及系統對環境變量影響的模型數據。

? 動態合成環境(DSE) 是一種在模擬過程中元素可以改變的SE，例如雨水對地形表面的影響。這可能是由于環境內的交互（例如，影響地形條件的天氣）、來自模擬實體的交互（例如，武器效果或單位挖掘）或由于外部交互（例如，教練驅動的變化）。

ET-045 和 MSG-156 并不認為 SNE 一詞涵蓋了 SE 中的所有環境方面，因為還存在需要表示的非自然元素。因此，MSG-156 TG 決定在本報告中采用 SE。在此之后，TG 已經意識到，在下一版 AMSP-01 [3] 中，SNE 一詞將被合成物理環境 (SPE) 取代，這樣可以更好地捕捉范圍。由于 MSG-156 已經使用 SE 一詞撰寫了幾篇出版物和大部分報告，因此決定在本報告中繼續使用 SE。

圖 3-9：DSE 的概念解決方案架構

1.2 目標

MSG-156 任務組 (TG) 的目標定義為：

1. 定義最佳實踐、所需方法、技術，并為在未來分布式仿真練習中實現相關動態 SE 所需的標準提供信息；

2. 通過概念實驗，評估方法和技術。

1.3 工作計劃

為實現上述目標，MSG-156 定義了一個工作計劃，其中包括以下活動（見圖 1-2）：

圖1-2：MSG-156工作計劃

a. 識別DSE要求：確定分布式仿真中 DSE 的功能要求，包括現實世界操作的哪些方面對于在仿真中表示至關重要；這將在第 2 章中討論。

b．調查現有解決方案：了解 DSE 的當前最先進技術，以確定需要解決的差距以實現相關 DSE；這將在第 2 章中進一步討論。

c．定義用例：確定相關的操作場景，作為評估支持 DSE 架構的方法和技術的基礎；這些用例將在第 3 章中進一步討論。

d. 定義解決方案概念：定義解決方案概念以在分布式仿真中實現相關 DSE。第 3 章介紹了一些相關動態效果的選定用例和概念圖，例如可通行性，小組將其用作開發解決方案概念的架構基礎。第 4 章和第 5 章更詳細地介紹了該小組討論的兩個主要主題，即動態地形和動態天氣，涵蓋相關的動態效果、數據源和現有標準。第 6 章將所有這些發現結合到 MSG-156 提出的 DSE 解決方案架構中。

e. 概念論證：對解決方案概念進行（部分）實施，使其可行性得到論證，并吸取實踐經驗，以及解決方案概念是否有效并滿足確定的要求，以及哪些領域需要進一步研究。第 7 章將更詳細地討論概念演示。

f. 撰寫技術報告：最后一項活動是撰寫這份報告，并將所有經驗教訓結合起來，為 M&S 社區提供實現相關 DSE 的建議；這包括確定合適的技術和方法，并就應制定的標準提出建議。

圖 3-5：地形和天氣對車輛通行性影響的概念模型圖

圖 3-6：由于武器效應引起的地形和物體變形的概念模型圖

圖 3-7：受天氣影響的飛行器飛行動力學概念建模圖

圖 3-8：受天氣影響的傳感器性能的概念建模圖

圖 8-1：動態綜合環境架構

執行總結

建模和仿真 (M&S) 的使用是北約聯盟及其伙伴國家在國防聯合、集體和聯盟訓練、能力發展、任務規劃和戰備以及決策支持方面的一項重要能力。防御作戰環境是高度動態的，其中物理環境狀態會影響部隊行為（例如，天氣對地面車輛機動性的影響），而物理（動力）作戰行為會影響環境狀態（例如，彈藥損壞建筑物、基礎設施等）。目前 M&S 的實踐、標準和技術主要是基于公共環境數據集和重復使用環境數據庫，在分布式仿真中實現外部世界環境的靜態表示。在當前仿真系統中表示動態元素的情況下，它們通常以預先編寫好的方式實現，并且特定于給定系統。這限制了分布式異構仿真系統的互操作性的能力和范圍，并影響了 M&S 在聯合訓練等應用中的使用，這需要對作戰環境進行通用和一致的表示，以確保公平的戰斗條件。

MSG-156 始于 2017 年，作為一個為期 3 年的任務組 (TG)，旨在解決代表 M&S 系統中現實世界操作環境挑戰的需求與現有技術能力之間的差距，目的是研究如何將相關聯的動態合成環境 (DSE) 可以在未來的分布式模擬中表示。 TG 由來自北約伙伴國政府、研究機構和行業的主題專家 (SME) 組成，包括模擬和合成環境 (SE) 的開發者（提供者）和消費者（用戶）。

MSG-156 TG 開展的研究活動將為北約 M&S 總體規劃的主要目標之一提供信息，即“為仿真應用和支持材料開發一個北約標準互操作性架構”。

在調查了仿真系統中動態環境的現有功能，并調查了仿真和娛樂游戲中最先進的技術和算法之后，TG 開發了基于用例的概念建模圖，以確定 DSE 環境中所需的關鍵交互。建模和仿真即服務 (MSaaS) 概念構成了 DSE 概念解決方案架構的基礎。TG 研究了動態地形和真實天氣的細節，以將概念方法改進為詳細的解決方案架構，允許跨異構分布式模擬系統一致表示動態合成環境。

該解決方案架構的關鍵概念是共同服務負責在模擬練習中管理和分發環境數據。這意味著 M&S 聯盟將使用 Terrain Service 來獲取有關地形的信息，并使用 Wea??ther Service 來獲取有關天氣的信息。通過讓一項服務負責管理這些數據，可以緩解許多相關問題。此外，當對操作環境的合成表示進行動態更改時，特定的專業服務負責執行修改，從而消除在每個單獨系統中本地實施此類修改時可能出現的相關問題。這些數據修改服務將其更改傳達給地形服務，允許所有聯邦成員從那里訪問更新的數據。

隨著 DSE 概念架構的開發，MSG-156 進行了概念驗證演示，使用該體系結構部署、集成和執行了聯邦模擬和服務，這些模擬和服務由參與國使用不同行業合作伙伴提供的工具和產品進行。盡管可用的聯邦模擬和服務的數量有限，但演示證明了解決方案架構是可行的，并且這種架構將有助于確保可以在分布式模擬中以一致的方式進行動態更改和表示。概念演示還有助于確定架構的哪些方面需要進一步研究以達到技術準備水平 (TRL) 以支持操作模擬練習。

由于時間和規模的限制，在提議的基于 MSaaS 的 DSE 架構中使用的技術目前還沒有被證明足夠成熟以實施到操作模擬系統中。因此，任務組建議應該進行更大規模的實驗，以評估解決方案架構在更真實的測試用例中服務受到壓力的環境中的執行情況。

DSE 架構依賴于不同服務之間的標準化接口。盡管其中一些接口已經成熟，例如用于分發地理信息的 OGC 接口，但作為未來開放標準的一部分，還需要考慮進一步開發其他接口。此外，應探索新格式的選項，以共享 3D 內容，支持將 3D 模型內容分發和流式傳輸到仿真系統，或在仿真執行期間對 3D 模型內容進行動態更改。

事實證明，獲取真實世界的天氣數據對 TG 來說是一個挑戰。無法免費獲得所需的更高分辨率數據，國家 MOD 和氣象局之間的現有合同不包括為研究項目提供此類數據。如果未來的模擬演習需要天氣數據，則需要將這一要求包含在現有的國家合同中，或者最好讓北約為所有參與者提供對此類數據的訪問。

建議將 MSG-156 的輸出提交給新的 SISO 研究組 (SG)，以評估和確定如何解決 DSE 的特定方面。這應包括審查現有的 SISO“環境數據和流程的重用和互操作 (RIEDP)”產品開發組 (PDG) 活動和“基于云的 M&S”(CBMS)，因為這些可能已經涵蓋了一些所需的標準。 MSG-156 的輸出還應用于為作為 NATO MSG-193 專家組“聯邦任務網絡 (FMN) 中的建模和模擬標準”的一部分開展的活動提供信息。

最后，建議北約和/或成員國應考慮提供和托管 DSE 所需的關鍵服務。提供地形服務、氣象服務和各種修改服務將顯著減輕建立由 DSE 支持的未來分布式模擬練習的負擔。