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。

目前的做法、標準和技術旨在實現分布式仿真系統中的國防作戰環境的相關靜態合成表示。然而，現實世界的作戰環境是動態的。天氣隨時間和地點的變化而變化，地形受到自然影響（如暴雨、雪、洪水）以及部隊行為的影響，如彈藥對建筑物和基礎設施的破壞。在多個模擬系統聯合的情況下，作戰環境的靜態和動態表現都需要保持一致。

本文描述了北約科技組織MSG-156任務組（TG）正在進行的工作，研究仿真架構、流程和標準，旨在實現改進和一致的跨仿真系統的動態環境表示。這包括氣象數據在模擬中的表現，動態修改地形的過程和仿真系統檢索仿真作戰環境的當前狀態的協議。建模和仿真服務（MSaaS）被認為是實現這一目標所需的一個關鍵的推動因素。

本文描述了一組用例和從這些用例中得出的概念模型。本文還包括一個用于實現一致的動態合成環境的擬議架構，以及對評估擬議解決方案的計劃實驗的描述。

應用案例

MSG-156采用的技術方法是基于四個用例，這些用例將被用作與部署、整合和執行模擬場景有關的方法和原型方法的實驗基礎，其中包括天氣的相關表現和干擾（即天氣影響）對部隊行為的影響。

• 近距離空中支援（CAS）。
• 現實天氣下的空中交戰。
• 受天氣影響的交通能力。
• 地形修改。

建議的初始架構

北約MSG最近的一項發展是提出MSaaS作為分布式軍事仿真的前瞻性方法。M&S服務是一種特定的M&S相關能力，由提供者根據明確的合同，包括服務級協議（SLA）和接口，提供給一個或多個消費者。分布式仿真是由現有的、可重復使用的或新實施的專用服務組成。

MSaaS方法的一些優勢已經在相關工作部分有所闡述。TG最初也考慮過遵循一種更傳統的方法，基于使用現有的基礎設施和協議（即DIS和HLA），來實現相關的動態SE。然而，使用更傳統的方法有很多限制，特別是當不使用集中式的SE模型，而是由每個聯盟維護自己的SE實例時，在所有聯盟中維持一個相關的SE是很困難的。這就需要采用標準化的變形算法，以及動態效應的預期結果（例如，軟土上的彈藥爆炸）。過去已經進行過實驗，基于在動態交互發生后發送完整的SE數據層的delta，打包成DIS協議數據單元（PDU）或HLA消息。然而，這些方法并沒有得到很大的支持。此外，DIS/HLA的設計并不是為了向聯盟的模擬分配大量的動態數據層，通常更有效的做法是讓聯盟只提取與他們的模擬和感興趣的領域相關的數據層。

考慮到上述情況，為了提出未來的證明概念，并與其他正在進行的MSG活動保持聯系，包括MSG-131/MSG-136（"建模和仿真即服務（MSaaS）--快速部署可互操作和可信的仿真環境"）和MSG-164（"建模和仿真即服務--第二階段"），小組決定采用MSaaS方法。理想情況下，新的服務組件，可重復用于其他實驗，將從該小組的工作中產生。

高級服務架構

• 靜態地形和天氣

只要不考慮動態地形和天氣方面，高水平的服務架構看起來很簡單。在本技術小組正在進行的工作中，地形和天氣數據被轉移到一個數據存儲庫中，該存儲庫向地形服務和天氣服務提供經過質量驗證和優化的數據。這兩個服務使用服務接口將數據傳遞給連接的聯盟。圖5顯示了這個架構。

• 動態地形和天氣

為了處理動態地形，該架構必須被擴展。靜態部分仍然保留并提供最初的數據供應。動態地形方面意味著地形數據可能會由于天氣或聯合模擬（如空對地導彈）的影響而改變。例如，大雨造成無法通行的道路，或者武器撞擊產生彈坑或摧毀建筑物。

為了支持動態地形效應，引入了地形交互和修改服務（TIMS）。這種服務的任務是接收事件，計算對地形的影響，最后使用地形服務更新地形。為了完成這個任務，TIMS提取感興趣區域的地形數據，處理修改并將修改后的數據送回給地形服務。此外，地形服務還必須推送變更通知，以通知其他聯盟成員。圖6顯示了由此產生的架構。

為了清楚起見，有兩類TIMS。聯盟-地形交互和修改服務負責聯盟引起的修改，天氣-地形交互和修改服務負責處理天氣相關的影響。從技術上講，它們應該使用相同的接口。

1 引言

1.1 云服務的未來

英國防部數字骨干網的一個重要組成部分是跨所有分類的超大規模云功能。路線圖闡述了明確意圖，即協調和加速整個英國防部最雄心勃勃的超大規模云計算采用計劃。

英國防部將數據作為一種戰略資產，使其未來能夠比對手更快地行動。英國防部將擁有無與倫比的能力來消費、匯總、分析和利用數據，這將適合未來在所有領域的全球綜合作戰。

英國防部正在制定一個強大的愿景，并制定支持計劃和方案，以凝聚和授權消費先進云服務。

將整合現有的能力，同時設計和提供新的能力，通過交付工具--Cirrus組合，為整個英國防提供單一的服務。將與世界領先的供應商合作，并與那些已經在美國軍隊中提供類似能力的供應商合作。

• 查理-福特，英國防部首席信息官，數字功能負責人

1.2 目的

本國防云戰略路線圖的目的是闡述英國防部使用更多世界級云計算能力所需的愿景和變革。云是實現英國防部數字骨干和數據戰略的關鍵推動因素。建立正確的云平臺將極大地提高事業內部和戰術邊緣的用戶體驗質量，加速數據的利用，并提供更復雜的方式來提供國防產品。

該路線圖闡明了戰略成果、緊密相連的依賴關系以及加速英國防部超大規模云服務的交付和利用的漸進步驟。該路線圖將"方法"與"手段"結合起來，以實現英國防部的云計算目標，重點是消費超大規模的平臺即服務（PaaS）和基礎設施即服務（IaaS）產品，并輔之以MODCloud軟件即服務（SaaS）服務。英國防部需要投資于徹底的文化轉變、流程和云技能，以在數字時代進行轉型和競爭，并與我們更廣泛的國防數字戰略保持一致。

1.3 受眾

該文件為英國防部的所有職能部門、指揮部和授權機構提供了明確的意圖、方向和指導。本路線圖面向廣大讀者，包括云計算的用戶、所有者和客戶、政府和國際盟友的決策者和合作伙伴。該路線圖將對能力發起人、SORs、采購組織和運營當局；FLCs、TLBs和國防客戶的領導人；實現數字骨干的CIO和項目團隊；國防數字架構和安全團隊以及正常業務團隊特別感興趣。

1.5 與數字戰略的映射

國防云戰略路線圖應與其他國防戰略一起閱讀，包括數字戰略、數據戰略、網絡彈性戰略、技術戰略，以及任何相關的即將出臺的數字功能子戰略。

國防數字戰略。國防數字戰略概述了國防數字功能將如何通過提供一個安全的、單一的、現代的數字骨干來進行轉變。云是它的基礎技術。

數據戰略。數據戰略闡述了國防部利用數據作為戰略資產所需的數據愿景和轉型變化。

網絡彈性戰略。網絡彈性戰略闡述了建立網絡彈性國防所需的原則和轉變。

國防技術戰略。技術戰略制定了泛國防數字技術的愿景，指導實現國防數字戰略的轉型變革，并提供數字骨干。

國防云戰略路線圖。該文件概述了采用更多現代云平臺和實現數字骨干的過程。

云技術在國防領域的未來

英國防部的數字戰略概述了國防部利用數字和數據作為促進更快、更好決策的手段所需的步驟變化。作為數字主干的一個重要推動者，云是一個支撐平臺，它將 "通過適當的決策者，將傳感器和效應器連接起來"。

云將提供一個基礎，在此基礎上建立和提供所需的未來能力。它支持并實現了所需的先進應用和服務的速度，因此可以跟上對手的步伐，并成功戰勝對手。它將促成并提供易于獲取和快速擴展的按需服務和應用。反過來，這將使部署的用戶能夠在戰場上迅速和安全地檢索和處理數據，并使商業用戶能夠從任何地方訪問企業系統。

自助服務和自動云服務將為國防用戶帶來共同的合同、共同的定義和共同的直接認證方式。

• 自助服務--易于使用的和標準化的
• 自動化--用戶可以更快地利用和存儲數據
• 無縫--通過改善連接

定義防御架構

由參考架構、通用模式和公認標準支撐的云服務，使利用云服務更加安全、一致和可互操作，并在整個國防部提供一致的云部署。

通用技術架構（CTA）是一個框架和架構方法，在此框架和方法下，可以開發數字骨干及其基礎組件和服務的詳細技術定義。它也是政策、標準和參考模式的框架，可以指導和管理數字骨干的交付和采用。

支撐CTA的政策和標準將確定內部和外部合作伙伴需要遵循的規則，以確保整個技術領域的一致性，并使國防部能夠充分實現其無縫數據共享、整合和互操作性的愿景。

在正確的時間提供正確的架構

由于云計算的采用在相互依賴、網絡整合、數據分散、安全和保證方面的復雜性，在為云計算設計時，獲得正確的架構指導是非常重要的，它可以傳達最佳實踐并提示常見陷阱。

英國防部的架構師將與FLCs、TLBs和行業合作伙伴合作，確保正確的CTA構件可用，以支持實施符合要求的適當的云功能，并支持利益相關者在遷移到云的過程中采用云服務。這些人工制品包括模式、參考架構和標準，隨著時間的推移，將提供一個不斷發展的 "積木 "參考庫，可用于整個國防。

云能力3年計劃

建模與仿真即服務（MSaaS）體現了這樣一個理念：仿真應該由松耦合的共享組件、仿真服務在基于云的環境中為手頭的任務快速組成。然后，這些模擬作為組成的模擬服務，提供給人類和技術消費者。這方面的重要功能是讓仿真操作員發現和組合仿真服務并執行組合。我們用我們所說的MSaaS基礎設施能力來描述這一功能。按照逐步完善的理念，仿真服務的發現和組合可以在設計時使用與實施無關的仿真服務信息，在實施時使用與實施有關的仿真服務信息。執行環境也可以在設計時和實施時進行設置。因此，我們在描述MSaaS基礎設施的能力時，要說明它們是如何用于獨立于實施的和特定于實施的服務信息的。通過做這些闡述，我們打算更深入地了解如何進行模擬服務的發現、組成和執行。我們的結論是，盡管MSaaS基礎設施所需的大部分功能都可以通過現有的平臺和框架獲得，但為了實現MSaaS的愿景，有必要將這些功能作為服務，與（組成）仿真服務一起提供。

圖 1. 建模和仿真即服務 (MSaaS) 聯合框架，具有 MSaaS 門戶功能（發現、組合、執行）和用于數據管理、組合以及服務管理和控制的 MSaaS 基礎設施功能。

引言

對行動、訓練和演習的模擬支持具有很大的潛力，它可以支持和增強行動過程，并通過新的方面和擴展的接觸來加強訓練。隨著多國部隊的相互聯系越來越緊密，對國防活動的模擬支持被認為將變得越來越重要。

然而，建立和執行分布式模擬是一個漫長的過程，根據所涉及的系統的復雜性和特點，有各種障礙。由于系統的版本和設置可能在這期間被更新或改變，因此每次行動或演習都必須重復這一過程。跨網絡的系統連接也帶來了自己的一系列問題。所有這些挑戰使得在分布式模擬的生命周期中，有必要在每個地點配備熟練的技術人員，這增加了已經很復雜的后勤工作和有時漫長的操作和演習計劃。

建模與仿真服務（MSaaS）--尤其是北大西洋公約組織（NATO）的MSaaS聯盟框架--提出了一個愿景，即為行動、演習和培訓設置仿真應該是快速和容易的。該服務概念通過通用功能的標準化體現了可重用性，并通過松散耦合和標準化的服務描述體現了可組合性。

圖1說明了這一理念，供應商在云環境中共享仿真服務。仿真操作員使用一個基于網絡的門戶來發現并將仿真服務組合成一個仿真組合來執行。組成的仿真本身可以作為服務提供，以便重復使用。云環境促進了 "按需、隨地 "的模擬訪問。事實上，基于云的模擬和MSaaS被認為是 "巨大的挑戰"，對模擬軟件提出了新的要求，特別是對服務描述、服務發現和服務組合的需求。

門戶網站中發現、組成和執行模擬的功能是由MSaaS基礎設施能力的集合提供的，這些能力分為數據管理、組成以及服務管理和控制（SMC）的能力（圖1）。討論的主線是闡述這些MSaaS基礎設施能力應該是什么，目的是為了更好地理解在面向服務的環境中處理模擬的基本機制。我們的闡述是建立在早期的MSaaS經驗之上的。

在MSaaS的參考架構中，服務目前被稱為是獨立實施的。也就是說，服務是由其獨立于實施的服務描述來識別的，參考架構中列出了一些與建模和仿真相關的服務。當獨立于實施的服務描述被標準化并以機器可讀的格式表達時，可以建立工具來支持某種程度的自動發現和組成。這就支持了MSaaS快速仿真部署的愿景，并進一步支持了仿真操作員（圖1）在未來可能成為非技術培訓師或其他操作人員的愿景。

然而，為了對面向服務的標準和仿真協議世界中的開發者有用，這些標準和協議中的每一個都可能處于不同的特定實現抽象水平，MSaaS參考架構需要包括相應的抽象水平。此外，從概念建模到設計再到實現的步驟中所表達的逐步細化原則，進一步激勵了擁有多個抽象層次的服務概念。

因此，在闡述MSaaS基礎設施能力時，我們在考慮這些能力如何在模擬服務抽象的幾個層次上運作的同時，進行了闡述。這樣就能更好地理解服務抽象層次本身，以及基礎設施能力如何通過這些抽象層次進行逐步細化。

MSaaS依賴于北約國家和組織之間以及民用基礎設施之間共享的云基礎設施。這意味著模擬服務和它們的組合，以及基礎設施的能力，必須在適當的云應用成熟度水平的軟件中實現；例如，見Kratzke的云準備、云友好、云彈性、云本地分類。然而，我們在本文中的重點是了解功能層面的基礎設施能力（Kratzke參考模型中的服務構成和應用層）。確定MSaaS的適當的云應用成熟度水平是下一個重要步驟，在本文中沒有討論。

在認識論上，我們在這里的工作相當于建立格雷戈爾所說的分析型理論和設計與行動型理論。前者由 "是什么 "的概念化組成；在我們的案例中，"是什么 "不是一個物理實體，而是一個概念實體；即一個參考架構。后一種類型的理論描述了 "如何做 "事情，包括設計原則。這兩種類型的理論都不支持理論本身所表達的預測，這些預測可以用傳統的方式進行反駁。相反，可以說，它們通過假設概念化和設計有利于各種目的而暗示了元預測。我們提出的概念化是有益的，這可以通過從業者和研究者發現它有多大用處、它在解析性方面有多好、它有多有趣以及理論的其他質量方面來進行分析和經驗性的驗證。這種驗證必須由其他研究者和實踐者長期進行，并與不斷發展概念化的研究者合作。

在第2節中，我們回顧并闡述了MSaaS參考架構的服務概念，在這個概念中，服務可以在幾個抽象層次上被聲明--使用服務描述，從獨立于實施到具體實施。然后，我們在第3節中介紹了MSaaS的基礎設施能力，并在第4-6節中分別闡述了與服務抽象層次有關的組成數據、組合和SMC能力。我們在第7節中得出結論。

圖7. 建模和仿真即服務基礎設施功能之間的關系。

這項合作研究描述了與當前聯合作戰方式相關的挑戰，包括將作戰司令部作為作戰總部，以及聯合特遣部隊在應對危機方面的不足。對聯合特遣部隊的分析包括反應時間、人員配置、訓練和準備問題。此外，該研究還討論了聯合作戰的挑戰，包括單一服務和聯合作戰之間的關鍵差異以及聯合指揮和控制的獨特方面。隨后，作者提出了一個替代性的常設聯合作戰總部，暫時稱為美國遠征軍（AEF）。對美國遠征軍的討論包括一個潛在的組織結構，關鍵要素在聯合行動過程中的作用，以及該組織框架如何在選定的作戰司令部內應用。最后，本研究討論了擁有常設總部的意義，這些總部可以分析和試驗當前的服務和聯合行動概念，以便為未來的沖突做好準備。

美國軍隊將如何在未來的戰爭中保持競爭優勢？由于其對手正在發展更迅速的作戰和取勝能力，美軍必須比其對手更早地成為一支卓越和可持續的聯合部隊，并朝著建立常設遠征軍總部而不是聯合特遣部隊（JTF）的方向發展，作為其主要作戰總部。美軍應將美國遠征軍正式確定為主要的聯合作戰總部，以應對需要軍事干預的危機。成功的實施需要這些總部與聯合作戰的性質相一致，利用各軍種的優勢，盡量減少額外的部隊結構要求，并協助目前的聯合和軍種概念發展。

現有的作戰司令部并不是最佳的聯合作戰總部，因為它們將大部分時間用于軍事外交、戰區安全合作和對大國競爭的支持。目前依靠聯合特遣部隊來填補這一空白是有問題的，因為危機后啟動這種編隊需要大量的組建時間，而且聯合特遣部隊總部主要來自單一軍種的總部，他們缺乏進行復雜的聯合行動所需的經驗和訓練。

美軍應建立美國遠征軍，作為主要的聯合作戰總部。這些總部應該是常設的；有編號的；在區域上與地域作戰司令部保持一致；并從現有的、在區域上保持一致的軍種總部和編隊中挑選。擬議的美國遠征軍將與美國遠征軍組成部分的指揮官一起，在與美國遠征軍指揮官組成的指揮委員會中進行聯合指揮決策；以職能人員組織，而不是按J代碼組織；并采用聯合作戰行動程序，由指揮委員會及其職能人員制定聯合行動方法，組成部分的指揮人員參與詳細規劃和命令的制定。

美國遠征軍概念的一個主要好處是，除了在緊急情況下的聯合作戰外，還能夠調整和試驗軍種和聯合行動概念，以實現部隊管理。常備的美國遠征軍非常適合試驗、評估和發展聯合作戰概念和特定服務概念，并在聯合作戰中整合空間和網絡領域。作為區域性的、持續建立的聯合編隊，美國遠征軍可以針對潛在對手的理論和能力最有效地測試這些概念。

在未來，美軍快速、有效和聯合應對對手行動的能力將成為一種戰略威懾力。盡管建立以目前聯合特遣部隊組織為模式的常設作戰總部將有助于解決目前方法在效率和有效性方面的一些不足，但這種解決方案并不完整。此外，在不增加部隊結構的情況下，得到軍種的支持，與當前的聯合概念發展倡議保持一致，或者成功實施，都是不太可能的。因此，美軍應將美國遠征軍正式確定為主要的聯合作戰總部，以應對需要軍事干預的危機。

摘要

一系列因素（射程空間減少、空域限制、武器系統可用性、缺乏目標模擬能力、敵對能力監測）正在推動北約向分布式合成訓練過渡。為了幫助實現這一轉變，北約科技組織（STO）成立了MSG-165任務組，負責為聯合和聯盟空中行動通過分布式仿真（MTDS）執行任務訓練。

MTDS能力的發展并不局限于MSG-165的工作；事實上，它是北約的智能防御計劃之一，由美國贊助，因此在各個層面都有很好的知名度，但仍然未能取得必要的進展。雖然仍有一些挑戰，但該小組迄今為止所開展的工作已經為北約現有的其他合成訓練問題提供了解決方案。這些都體現在文件中，包括：

• 建立共同的空中訓練目標，幫助確定聯盟的訓練要求，幫助調整適當的訓練媒體。

• 制定參考架構原則，為聯合MTDS能力的使用提供基礎。

• 建立MTDS能力驗證演習，稱為 "斯巴達勇士20-9"（SW 20-9）。SW20-9是對以前“斯巴達勇士”方案的修改，是一個由美國空軍-非洲作戰中心（UAWC）協調的多邊參與機會，通過北約機密級別的聯合戰斗實驗室（CFBL）網絡為聯盟伙伴提供持續的連接，進行日常的、以聯盟為中心的、由單位領導的訓練。

• 制定MSG-165關于如何利用MTDS來支持北約空中作戰訓練的設想。在開發這個愿景時采用的方法顯示了更廣泛的效用，并有可能用于幫助其他部門確定他們自己的未來培訓愿景。

本文將強調在建立一個共同的北約聯合MTDS環境方面所取得的成就。

關于作者

Arjan Lemmers是英國皇家海軍陸戰隊的高級項目經理。他是北約MSG-165任務組MTDS的聯合主席，在國際分布式任務訓練計劃方面有長期經驗。Arjan也是機載嵌入式訓練系統和LVC互操作性方面的專家。Arjan領導著這個領域的幾個研發項目，并且是幾個國際社區中這些主題的主要參與者。

Clark Swindell是美國空軍作戰中心（UAWC）的建模和仿真主管。他在通過聯合模擬提供分布式訓練方面有豐富的經驗，是NMSG-165的美國國家負責人。克拉克的經驗主要集中在大規模演習，使用聯合模擬，如JLVC，JLCCTC和BLCSE，這些都是使用分布式仿真和玩家的位置，以及整合LVC互操作性和合成環境。

Richard Hemmings是亨廷頓-英格爾斯工業公司（HII）的承包商，是美國空軍作戰中心（UAWC）的LVC集成和開發負責人。最初，他在UAWC作為操作主題專家（SME）和多國LVC演習的項目官員工作，后來他被調到 "未來計劃 "工作，負責整合和開發。作為專家加入北約MSG-165任務組，理查德幫助領導UAWC的工作，主持驗證演習。

1 引言

北約和各國都需要進行聯合的集體訓練，以確保任務準備就緒。一系列的因素（射程空間的減少、空域的限制、武器系統的可用性、目標模擬能力的缺乏、敵對能力的監測）促使北約向分布式合成訓練過渡。為了幫助實現這一轉變，北約科技組織（STO）成立了MSG-165任務組，負責為聯合和聯盟空中行動通過分布式仿真（MTDS）執行任務訓練的增量實施。

本文將強調在建立一個共同的北約聯合MTDS環境方面取得的成就。它首先解釋了北約MTDS能力的背景，以及之前為實現這一能力所做的努力。然后，它提出了訓練目標，并描述了實現這一即將到來的重要訓練能力的步驟。隨后是MTDS原則的定義，為多個利益相關者的觀點提供要求和標準。這促成了MTDS參考架構，它提供了一個符合上述架構原則的通用和可重復使用的描述。在下一部分中，考慮了為聯盟集體訓練部署MTDS跨域安全解決方案時應考慮的安全問題。本文最后對斯巴達勇士20-9演習進行了展望，該演習被用作北約MTDS能力的驗證演習。

2 北約MTDS研究的背景

合成能力已經成為滿足北約軍事力量作戰訓練需求的一個重要工具。新的系統和平臺正變得越來越復雜，需要更多的準備時間來使用。技術能力的提高和成本的降低，再加上環境限制的增加和對實戰活動的敵對（電子）監控能力的提高，使得合成訓練的使用更具吸引力。因此，通過分布式仿真任務訓練（MTDS）實現的集體訓練（CT）對北約和成員國的準備工作變得越來越重要。許多成員國正朝著更多地使用先進的模擬進行任務訓練和采用國家MTDS能力的方向發展，但北約目前還沒有一個集體的MTDS能力來利用這些發展進行聯盟CT。

過去，北約在這一領域采取了一些舉措，從2000年開始進行了關于MTDS的SAS-013研究（NATO RTO SAS-013, 2004）。這項研究確定了參與國的空勤人員任務訓練的做法和局限性，并確定了先進的分布式仿真是否能加強北約飛行員和空勤人員的訓練。它提出了未來的方向，將促進北約空勤人員培訓和任務演練的分布式仿真能力的發展。這在2004年的培訓示范演習First WAVE中得到了推進，即 "虛擬環境中的第一個作戰人員聯盟"（NATO RTO SAS-034，（2007）。第一次波浪演習沒有遇到不可克服的技術障礙，并證實MTDS可以提供一個重要的新能力來滿足北約的任務培訓需求。MTDS工作組建議，北約和聯合國應認可MTDS的潛力，并共同努力將MTDS推進到作戰能力。第一波倡議的后續是北約SMART（2007年）、北約現場、虛擬、建設性（LVC）（2010年）項目，以及2011-2012年北約工業咨詢小組（NIAG）關于空中聯合任務訓練的分布式仿真研究小組（NIAG SG 162，2012）。這些研究為北約MTDS行動概念（CONOPS）的發展提供了越來越清晰的思路。然而，沒有一項研究提供了持久的MTDS能力，目的是支持作戰人員為未來行動實現任務準備。鑒于演習預算的減少，可用于實戰演習的資產的減少，以及現實模擬復雜威脅環境的難度的增加，北約缺少一種具有成本效益的手段來提高未來聯合作戰的集體行動準備能力。

北約建模與仿真小組（NMSG）的任務是 "開發和利用建模與仿真（M&S），使聯盟及其合作伙伴受益"。上述考慮是NMSG在2013年啟動MSG-128任務組 "通過分布式作戰逐步實施北約任務訓練"（NATO STO MSG-128, 2018）的動機。MSG-128研究已經驗證了連接異構作戰訓練模擬器的技術可行性，以便為多國空中任務演習提供真正的訓練價值。它已經起草了MTDS參考架構，為多國訓練演習提供了一個初步的基線，即使在促進MTDS演習就業方面仍有許多差距。多國MTDS演習的成熟將是一個漫長的過程。MSG-128小組建議，為達到這一成熟度，有以下幾個努力的軸心（Lemmers和Faye等人，2017）：

1. 在小型/中型演習的操作成熟度方面取得進展，為上述確定的差距提供技術解決方案。

2. 繼續在作戰演習環境中驗證這些解決方案，并將這些解決方案整合到MTDS最佳實踐文件中。

3. 將MTDS演習的可擴展性擴展到大型和聯合演習，包括空軍、海軍和陸軍之間的空域互操作性，以及包括聯合情報、監視和偵察（JISR）。這一行動將是LVC發展和MTDS在多國聯盟演習中使用的一個助推器。

MSG-128在2018年被后續任務組MSG-165 "通過分布式仿真為聯合和聯盟空中行動逐步實施任務訓練 "所接替，該任務組將持續到2021年初。其目標是為北約持久的MTDS環境建立基本要素，并通過初步的操作測試和評估來驗證這些要素。MTDS能力的發展并不局限于MSG-165的工作；事實上，它是北約的智能防御計劃之一，由美國贊助，因此在各個層面都有很好的可見度，但可悲的是仍然未能取得必要的進展。雖然仍有一些挑戰，但該小組迄今為止所開展的工作已經為北約現有的其他合成訓練問題提供了解決方案。這些都體現在文件中，包括

• 建立共同的空中訓練目標，幫助確定聯盟的訓練要求，幫助調整適當的訓練媒體。

• 制定參考架構原則，為聯合MTDS能力的使用提供基礎。

• 建立空中MTDS能力驗證演習，稱為 "斯巴達勇士20-9"（SW 20-9）。SW20-9是由美國空軍非洲作戰中心（UAWC）協調的一個多邊參與機會，為聯盟伙伴提供北約機密級別的聯合戰斗實驗室（CFBL）網絡的持續連接，以進行日常的、以聯盟為重點的、單位領導的訓練。

• 制定MSG-165關于如何利用MTDS來支持北約空中作戰訓練的設想。在開發這個愿景時采用的方法顯示了更廣泛的效用，并有可能用于幫助其他部門確定他們自己的未來培訓愿景。

3 共同的空中訓練目標

為了提供最大的價值和效率，北約MTDS必須關注現有訓練安排中沒有涉及的領域。因此，它不尋求復制通過現有國家或北約活動提供的訓練，而是提供額外的聯盟合成訓練能力。北約有能力提供作戰航空部門指揮能力的合成集體訓練（CT）。然而，它還沒有能力對空中指揮部（ACC）以下的戰術能力進行綜合訓練。在合成提供 "從輪子到輪子 "的空中活動方面的這一差距，是北約MTDS提供訓練的主要重點。然而，為了實現端到端的合成訓練，任何未來的系統都應該能夠連接到現有的北約合成訓練能力，特別是支持（NATO STO MSG-165, 2019）：

• 合成傳播和執行空軍司令部（ACC）訓練衍生的空中任務指令（ATO）、空域控制指令（ACO）和特別指令（SPINS）。

• ACC執行階段的訓練，將合成訓練的任務與ACC戰術人員聯系起來，支持其動態訓練。

空中訓練的要求可以分成三個日益復雜和具有挑戰性的層次，如圖1所示，并在下文中描述：

• 第1級：個人能力，涵蓋人員的個人訓練和貨幣，安全地發揮作用。

• 第2級：戰術團隊訓練，訓練分隊的 "基石"，為個人和隊員的作戰戰術和程序做準備。

• 第3級：戰術集體訓練，為復雜的空中行動提供訓練，需要多種空中能力和單位來完成一個行動任務。

在這三個級別中，1級和2級培訓將仍然是國家的責任。然而，3級戰術集體訓練是北約MTDS的關鍵多國要求；這源于許多國家難以實現這一級別的現實訓練所需的密度和能力范圍。盡管如此，在北約MTDS剩余能力允許的情況下，作為次要的優先事項，MTDS將用于2級訓練，作為提高這種訓練的真實性和復雜性的一種手段。

圖1：空中訓練的級別

為確保任何未來的MTDS能力能夠滿足必要的作戰訓練和演練要求，必須確定MTDS將提供的作戰訓練類型。因此，通過與MSG-165行動小組代表協商，制定了北約聯盟反恐目標（CCTO）（NATO STO MSG-165，2019）。這項工作提供了50個CCTVO。這些CCTVO被分組，以提供MTDS解決方案必須能夠支持的廣泛任務集，并幫助未來的培訓設計。以下任務集被確定。攻擊、進攻性反空、防御性反空、空中C2、空中機動性、空中情報監視和偵察、戰斗支援、空地一體化和空海一體化。

在第1級和第2級活動中的個人和構件訓練中，重點是確保機組人員能夠在駕駛艙內采取必要的行動來有效地打擊他們的平臺。然而，在第三級培訓中，雖然正確的機組人員行動仍然很重要，但概念上的重點卻發生了微妙的變化。第三級培訓必須提供培訓機會，以確保在通常大型和復雜的編隊中，控制人員和機組人員之間發生正確、及時的C2互動，如圖2所示。

圖2：將在CT環境中復制的操作互動

與1級和2級培訓相比，3級培訓的重點發生了微妙的變化，允許更加關注合成培訓的交付。因此，雖然大型實戰演習仍然是實現訓練真實性、建立信心和戰略信息的重要手段，但北約空中訓練的更大比例可以在合成環境中常規實施。這一假設已經在MSG-165行動小組中進行了討論和測試，主要的結論是，對于3級多國訓練，對于任務集，超過50%的訓練可以以合成方式進行。

4 參考架構

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。仿真資產一般通過網關或門戶連接到該基礎設施。合成訓練環境的一致性也是參與集體合成訓練和演習的模擬資產的互操作性的關鍵。含有合成環境數據的數據庫的制作可能是整個M&S成本的重要組成部分，這意味著應該促進重復使用。仿真資產提供者通常使用相同的高級流程來生成他們的環境數據產品，但詳細的數據生成流程因生產商或集成商的不同而略有不同。這些差異使數據重用變得復雜，并危及目標應用的最終互操作性。

為了實現MTDS的合成集體訓練環境，能夠快速響應新的訓練需求，需要為訓練環境的開發和工程制定共同的流程和技術協議。由于技術協議通常是在每次演習中制定的，因此仍然缺少一個具有相關工程流程和技術協議的共同認可的模擬基礎設施。這就是MTDS參考架構（RA）發揮作用的地方（van den Berg, Huiskamp, et al., 2019）。該參考架構以構件、互操作性標準和模式的形式概述了MTDS的要求，用于實現和執行由分布式仿真支持的合成集體訓練和演習，與應用領域（陸地、空中、海上）無關。MTDS RA的重點是合成集體訓練和演習，因此將包括具有MTDS特定功能和接口的構件和模式。由于RA是在北約范圍內開發的，它也將利用北約的模擬互操作性標準。

用于特定訓練或演習活動（如 "斯巴達勇士 "演習系列）的模擬環境架構被稱為解決方案架構。由于MTDS的RA為合成集體訓練環境提供了一個 "模板解決方案"，因此解決方案架構中使用的許多元素的要求原則上應來自RA。但是，可能還需要進行一些改進，以滿足特定事件的要求。這可能包括選擇仿真協議和特定的中間件解決方案（DIS、HLA）、網關組件、跨域解決方案、數據記錄工具，以及代表合成物理環境（SPE）的協議和格式。參考數據交換模型是通過RA提供的，但解決方案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將在具體事件中使用達成協議。

通常情況下，各套原則形成一個層次結構，即架構原則將被企業原則所告知、闡述和約束。架構原則定義了使用和部署資源和資產的基本一般規則和準則。它們反映了企業各要素之間的某種程度的共識，并形成了做出未來決策的基礎。在MSG-165中，為MTDS定義了10個主要的架構原則。下面將討論這些原則。

1.支持北約行動的合成集體訓練和任務演練 MTDS工作的主要預期應用是在北約范圍內的合成集體訓練。應為單一服務和聯合行動開發一個共同的技術和程序解決方案。就技術要求而言，任務演練被認為與任務訓練密切相關。

2.啟用（混合的）現場、虛擬和建設性資產 MTDS應（在未來）支持（混合的）現場、虛擬和建設性的模擬玩家。聯合行動和聯合行動的集體訓練需要有許多模擬實體的復雜訓練場景。訓練對象通常會在實戰、虛擬和混合的LVC環境下進行訓練。解決方案應支持LVC的混合集成。

3.提供靈活性和發展能力 許多國家已經使用模擬系統進行訓練。然而，這些現有的系統在技術上往往是非常不同的。MTDS RA應定義一個框架，該框架在技術上是先進的，沒有限制性（例如，可擴展新的模擬資產），并且不會不必要地阻礙訓練（例如，帶寬，穩健性）。應定義門戶或網關，以允許在MTDS中整合遺留系統，并允許MTDS所需的靈活性。

4.使用開放標準 北約提倡使用開放標準，因為它促進了成本效益的互操作性。開放標準可以被所有各方自由使用。對私人方（如供應商）的使用沒有任何限制。

5.遵守北約政策和標準 MTDS應遵守北約關于M&S互操作性和標準的政策和協議。偏離這一原則需要說明理由，包括對合適的北約標準的評估和與替代解決方案的比較。

6.支持在北約保密級別或最高級別使用 MTDS應支持北約行動的合成訓練和任務演練。系統、理論和任務執行的保密方面需要得到保護。應就系統、網絡、場地和能夠接觸上述內容的人員的實施和認證達成協議。

7.在一次演習中支持多個安全域或飛地 應就屬于不同飛地的系統、網絡、場地和人員之間的信息交流的實施和認證達成協議，可能通過使用CDS解決方案。每個國家和北約之間的CDS解決方案的認證將由每個國家承擔。

8.提供有代表性的訓練環境 MTDS應提供一個有代表性的集體訓練環境，以支持演習中所有參與者的公平競爭（或公平戰斗）。仿真系統性能的差異不應導致某些參與者獲得不現實的（不）優勢。

9.解決多個利益相關者的觀點 MTDS使用RA來提供對特定MTDS解決方案設計的通用和可重復使用的描述。RA是以架構構件的形式來描述的，對這些構件的解決方案有要求和適用標準。為了實施MTDS，將涉及不同的利益相關者。這些構件應該為不同利益相關者的觀點提供指導。

10.通過聯網模擬器為北約和國家的集體培訓提供具有成本效益的培訓解決方案，不得對用戶以及各中心及其工作人員施加不可接受的限制，因為這些限制不值得花費時間，也不能被行動上的好處所抵消。

MTDS原則為多個利益相關者的觀點提供了要求和標準。MTDS RA提供了一個符合上述架構原則的通用和可重復使用的描述。它使用了架構積木（ABB）和架構模式（AP）的概念來定義應用和服務的框架，使國家訓練系統能夠被整合到一個分布式的合成集體訓練環境中。圖3提供了該框架中主要ABB的概述。

圖3：MTDS框架的應用和服務

圖3中的應用是面向用戶的能力，與稱為服務的后端能力互動。例如，圖中顯示--在解決方案層面--將有一個或幾個用于場景準備的應用程序；這些軟件組件與后端服務實現（如威脅生成服務）互動，向這些服務提供模擬場景數據。框架應用和服務的一個子集（門戶服務、面向消息的中間件服務、威脅和跟蹤生成服務以及合成自然環境（SNE）服務）在（van den Berg, Huiskamp, et al., 2019）中有更詳細的討論。

5 跨域安全

北約國家有必要在北約MTDS演習中整合和操作其國家或主權機密模擬資產，以實現其共同的空中集體訓練目標。同時，北約國家希望保護這些最敏感或最機密的資產、其基礎數據和信息，防止因加入這種北約MTDS演習而受到（網絡）安全威脅。在不同國家敏感度、信任度或安全分類級別的模擬資產之間實現安全連接和互操作性，對于成功實施北約MTDS能力和演習至關重要。

M&S跨域安全（CDS）服務旨在滿足這一要求，使北約國家能夠通過共同共享的北約MTDS模擬主干，對位于其國家安全領域的模擬資產進行安全互操作。在這種情況下，安全域被定義為在一致的安全政策下運行的模擬資產，并由一個組織、國家和/或安全認證機構（SAA）擁有。安全政策定義了關鍵要素，如安全分類、可釋放性、利益共同體和任何其他對模擬資產中包含和處理的實際軍事系統和理論的數據和信息的特殊處理注意事項。

在這里，M&S CDS被定義為一個由安全強化服務組成的系統，該服務是為減輕在不同安全領域運行的模擬資產之間傳輸模擬數據的特定安全風險而定制的。這樣的M&S CDS可以被看作是一種網關環境的形式。與普遍應用的M&S（網絡）網關不同，M&S CDS提供了廣泛的安全控制，以提供全面的模擬數據過濾和深度防御，具有更高的保障水平。M&S CDS服務是保護整個北約MTDS基礎設施及其組成的模擬資產免受所有形式的安全威脅所需的整個安全措施的一個專門部分。除其他外，這包括：模擬資產和設施的物理和網絡邊界保護裝置，模擬資產或設施與網絡連接的物理安全，模擬資產和監測之間的加密通信保護，人員安全許可和意識培訓。這些常見的安全措施對于MTDS演習的安全執行也應到位。

理論上，可以設想許多通用的應用拓撲結構，其中部署M&S CDS解決方案，以確保在多個安全域之間進行受控和安全的模擬數據交換。然而，在實踐中，這種拓撲結構的實施必須符合具體的使用案例和威脅環境所施加的跨域安全要求和限制。這意味著分布式仿真環境的跨域安全不僅僅是孤立地關注M&S CDS設備（如數據節點、防護裝置或信息交換網關）。只有當每個連接的安全域內的模擬資產和網段滿足某些可信的安全政策、實踐和要求，并且其相關的安全風險被充分理解和接受時，才能保證整個分布式仿真環境的適當安全水平（反之亦然）。因此，在北約MTDS用戶背景和威脅環境下，在為聯盟集體訓練部署M&S CDS解決方案時，應考慮以下安全因素。

1.最重要的是，每個北約國家需要保持對其國家擁有的模擬數據和信息的完全控制，以及在MTDS訓練演習之前、期間和之后如何共享這些數據和信息。這意味著每個國家將始終通過本國擁有的CDS設備將其機密模擬資產與北約MTDS模擬主干連接起來，這些設備受本國的SAA和安全政策的約束。

2.所有將參加北約MTDS演習的北約國家都使用私營軍事網絡北約聯盟戰斗實驗室網絡（CFBLNet）作為共同的網絡基礎設施，以連接他們的機密模擬資產和其他相關的培訓應用，直至北約機密級別。這意味著參與的北約國家有一個共同的協議，在每個國家對這些資產或應用的安全等級執行方面相互信任，在此基礎上，他們可以通過這個網絡連接、共享數據和信息。因此，目前，從這個北約CFBL網絡到較低信任安全域的級聯連接對任何北約國家來說都是非常不可取的，甚至是不可接受的。

3.北約MTDS將部署符合北約STANAG和標準的仿真互操作性中間件服務（如HLA、DIS和TENA），以便在一個統一的分布式仿真環境中對國家仿真資產進行互操作，用于集體任務訓練和演習。目前，這些中間件標準通過一個共同的共享數據空間和模擬信息交換數據模型來交換模擬數據，而這并不提供任何安全措施。這意味著，任何國家只要能進入北約CFBL網絡，并被允許用正確的加密密鑰加入特定的MTDS演習，也可以直接訪問參與模擬資產之間交換的所有模擬數據。因此，這個集體模擬數據集是MTDS演習中所有參與國（即安全領域）的 "共享秘密"。

4.M&S CDS部署拓撲結構過于復雜，將使每個國家安全領域內的機密模擬資產的安全保障和操作復雜化，并可能增加攻擊面、轉換數據流渠道的風險以及與較低信任環境的級聯連接。這意味著過于復雜的部署拓撲結構可能會在整個MTDS演習準備、執行和匯報階段給北約國家帶來額外的成本和準備時間。因此，CDS的部署拓撲結構應該在滿足國家安全和培訓要求的前提下，設計得盡可能的簡單。

圖4描述了在北約MTDS演習中部署M&S CDS的參考拓撲，該拓撲是根據前面提到的安全考慮因素確定的（Roza，等人，2020）。

圖4：北約MTDS CDS部署的參考拓撲結構

該參考拓撲結構反映了這樣一種典型情況：參與北約聯盟級分布式仿真環境的仿真資產由不同的國家擁有，因此屬于受不同SAA管轄的安全領域。為了確保每個國家完全控制其國家擁有的機密模擬數據，以及如何與其他國家共享這些數據，每個國家通常應使用自己的CDS設備。在這里，每個國家的CDS首先將自己的主權機密模擬數據集轉換并映射成可釋放的數據集，然后根據商定的集體模擬信息交換模式將其發布到集體共享的模擬數據集中。這種共享數據受到共同商定的安全措施的集體保護，如數據加密，以確保通過第三方網絡基礎設施進行保密信息交流，并對每個國家的參與模擬設施采取安全措施，以獲得加入北約MTDS聯盟級演習的權限。反之，國家擁有的CDS設備可以保護單個或聯合的國家機密模擬資產免受來自北約CFBL網絡的網絡攻擊，包括因訂閱共享數據空間的數據而導致的未經授權的模擬數據入侵。

6 MTDS驗證演習

從UAWC的演習選項中選擇，"斯巴達勇士 "活動是通過分布式仿真進行的多國、以空中為重點的訓練。這次演習將在北約的CFBL網絡上進行，在四天的時間里使用每個國家的模擬或仿真器通過DIS和HLA進行連接。UAWC模擬/環境生成器將提供整體的合成環境、安全語音、聊天功能和紅色部隊來填充該領域。

為了建立支持大規模演習所需的行動區域，UAWC雇用了其他模擬中心的專家，包括空戰訓練中心（英國皇家空軍瓦丁頓空軍基地）、北約預警系統ASCOT控制員（北約蓋倫基興航空站）和萊昂納多公司（意大利）。此外，計劃中的參與包括法國空軍（FAF）、意大利空軍（ItAF）、北約預警系統、英國皇家空軍（UK）、加拿大皇家空軍（RCAF）、荷蘭皇家空軍（RNLAF）、西班牙空軍（SpAF）、美國空軍（USAF）和美國陸軍（USA）。因此，它還將通過采用嵌入盟軍控制和報告中心（CRC）和北約預警機的美國陸軍防空炮火控制官（ADAFCO）來實現聯合和北約的互操作性訓練。為了繼續提供互操作性的機會，演習還將通過北約預警機E-3、建設性的E-8 JSTARS和皇家空軍RC-135 "鉚釘 "聯合模擬器支持情報監視偵察（ISR）的 "鐵三角"。這種ISR融合能力模擬了關鍵的現實世界ISR整合，以提高跨平臺和機構的決策技能。這項培訓還將在盟軍CRC和聯合戰術空中管制員（JTAC）之間執行美國空軍支援行動中心（ASOC）的連接。最后，為了支持這項工作，將有多架反空和攻擊飛機，包括建設性的和有人駕駛的模擬器，通過故意瞄準（DT）、打擊協調和偵察（SCAR）以及近距離空中支援（CAS）來支持協調打擊。

由于有機會進行驗證演習，目前建立的基礎設施和系統得到了利用。由此產生的系統和網絡提供了探索規定的RA和CDS配置的混合機會。因此，支持演習的數據被記錄下來，用于進一步的參考架構測試和比較，這使得演習規劃者能夠專注于實現MTDS CONEMP（NATO STO MSG-165, 2019）中概述的聯盟集體訓練目標（CCTO）。通過在整個演習責任區（AOR）創造3級訓練機會，集中精力實現盡可能多的CCTVO，演習策劃者能夠將50個CCTVO中的37個作為計劃目標（NATO STO MSG- 165，2019）。

參照上圖2，不同的任務和飛機類型之間的相互作用有助于建立3級訓練的復雜性。為了開始建立所需的部隊互動過程，規劃者希望建立一個能夠支持現有參與者所需復雜性的戰斗空間。隨著四（4）個指揮和控制（C2）元素的使用，結構化的通道被分配給每個C2元素。有了這些通道，就需要控制戰斗機的進攻/防御行動，以及確保空中加油保持所需的CAPs的支持要求。這種最初的集體行動將戰斗機及其加油機與控制它們的C2機構聯系起來，以滿足聯合空中作戰司令部（CAOC）在規劃文件中制定的規定的區域防空計劃（AADP）。這種看似簡單的互動現在發生在四（4）個不同的元素之間，可以想象是在四（4）個不同的地點。對于 "斯巴達勇士 "20-9，意大利空軍（ItAF）的歐洲戰斗機在作為C2機構的北約預警機控制的航道上與作為建設性實體的UAWC控制的加油機之間的互動現在將3個不同的單位聯系在一起，以實現一個相對良性的集體訓練目標，AAR.02--在同一地點進行空對空加油。同樣地，一個集體可以通過綜合空中行動（COMAO）完成一個更復雜的舉措，以實現進攻性反空（OCA）目標OCA.01（護航），OCA.02（戰斗空中掃蕩）和SEAD.01（壓制敵人防空）。為了建立這個集體目標，規劃人員利用C2機構在機會窗口期間將屬于COMAO包的飛機組織到他們的集結點，然后提供空中掩護（護送），假設達到CAOC的規劃文件規定的可接受的風險水平（ALR）。這個目標給C2機構帶來了決策，他們有能力從以前的打擊中辨別出ALR（防空設施是否被充分壓制？）、COMAO包的狀態、護航OCA組的狀態以建立空中控制，然后是打擊發生后的戰斗損傷評估（BDA）信息。這些集體行動現在占了多個地點的多個小組，處理融合的情報（敵方防空狀態），以及打擊前和打擊后的有效信息交流。

對于MTDS事件的規劃者來說，場景的復雜性不應掩蓋手頭任務的復雜性。在這種情況下，規劃文件根據ALR定義了限制，并建立了已知的時間事件來創建這些打擊窗口。這就創造了機會，或缺乏機會，基于提供給決策者的輸入--在這種情況下，接受培訓的C2機構。對于演習策劃者來說，所需的CCTVO成為驅動特定場景的焦點。通過創建這些決策點，在多個平臺上收集相關信息，所有這些平臺都在為已知的事件進行協調，從而實現了集體訓練點。在更大的事件中，實現這些功能的機會可能會在細節和機會的海洋中消失，以引起更大的力量反應。然而，正是通過保持任務的簡單性來控制信息的流程和流動，才可以在不影響訓練對象或創造支持環境的白軍元素的情況下常規地實現CCTO。

最后，為了改變行動區的任務，特定的任務集在整個行動區被輪換使用。這種輪換使不同的C2機構能夠在四個演習日的每一天改變他們的重點。當一些機構負責支持CAS時，其他機構則負責協調COMAO包、SCAR資產或動態目標事件。此外，戰斗的性質在四天的演習中也有所改變。通過不保持時間線（演習第1天=第100天，演習第2天=第101天，等等），計劃者可以用較小的每日投入進一步構建演習事件。在這個例子中，演習日以10天為單位向前移動。這樣，雙方的補給都可以完成，但更重要的是，戰爭的基調可以得到調整。對于SW20-9來說，10天的增量提供了創造紅方部隊推進日、藍方部隊推進日、停火（以及隨后重新陷入戰爭）日和僵局日的機會。這些都會在對事件的整體解釋中產生色調和變化，從可能的叛逃者到自相殘殺的擔憂，都需要加以考慮。這些變化為所有玩家提供了一系列的事件和任務集，以解釋和建立他們的行動方案，從而增加集體的訓練機會。

7 結論和對北約聯合MTDS的建議

北約內部MTDS能力的發展并不限于MSG-165的工作。MSG-180工作組努力在海洋領域建立MTDS能力（名為LVC-T）（NATO STO MSG-169. 2019）。此外，這兩個小組的工作與MSG-164建模與仿真服務（MSaaS）有關（NATO STO MSG-164. 2018）。MTDS也是北約的智能防御倡議之一，由美國贊助，因此在各個層面都有很好的知名度，但遺憾的是仍然未能取得必要的進展。為了幫助這個問題，我們打算通過將海洋領域納入MTDS倡議，將智能防御的努力結合起來。雖然仍有一些挑戰，但迄今為止所開展的工作已經為其他現有的北約合成訓練問題提供了解決方案。這些問題包括：

• 分析未來的空中訓練需求，從而重新確認多國MTDS活動的好處。

• 建立共同的空中訓練目標，幫助確定聯盟的訓練要求，幫助調整適當的訓練媒體。

• 制定參考架構原則，為聯合MTDS能力的使用提供基礎。

• 制定MSG 165的愿景，即如何利用MTDS來支持北約空中業務培訓。在開發這個愿景時采用的方法顯示了更廣泛的效用，并有可能用于幫助其他部門確定他們自己的未來培訓愿景。

為了支持北約聯合MTDS的發展，我們提出了以下建議：

• 發展北約綜合演習要求，從北約贊助的年度MTDS演習開始。這將有助于提高整個北約對MTDS能力和好處的認識，并有助于為MTDS的培訓制定必要的優先次序。

• 正式確定聯盟對未來多國合成訓練的期望。我們相信，這將帶來巨大的好處，并提供必要的自上而下的方向和指導，以幫助推動MTDS能力的發展，這是一個初步要素。

鳴謝

本文介紹的工作是由以下北約國家和組織在MSG-165任務組中合作完成的。比利時、加拿大、法國、德國、意大利、荷蘭、挪威、西班牙、土耳其、英國、美國、歐洲航空集團（EAG）、北約工業咨詢集團（NIAG）和北約空中作戰卓越中心。所以這項工作的功勞應該歸功于這個MSG-165任務小組的所有參與者。本文的作者是MSG-165的聯合主席，并代表整個小組的作用。

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。

《軍事中的人工智能和自主:北約成員國戰略和部署概述》報告以及相關文件《附錄A -國家概況》提供了人工智能和自主技術在北約盟國軍事中的作用的高層視圖。這是第一個專門針對北約國家軍事人工智能的學術研究。

該報告概述了每個北約國家在軍事人工智能方面的觀點和雄心，并概述了它們目前對人工智能技術的使用。在附錄A中，報告探討了每個國家在軍事和國防背景下與人工智能的接觸程度，審查了國家人工智能戰略和當前人工智能技術使用的公開來源。

本研究的策略含義如下:

鼓勵負責任的人工智能規范:作為一個基于共識的聯盟，北約在促進安全和軍事人工智能討論方面處于獨特地位，并有機會協調成員國之間的規范建設活動。

人工智能的采用:北約是一個有價值的機制，通過該機制，可以按需向成員國提供能力建設指導和更廣泛的援助。

協作增強抵御能力:加強聯盟合作可能使各國能夠利用能力建設努力，更好地應對與人工智能技術相關的安全挑戰。

維持集體防御:人工智能技術的能力差距不斷擴大，可能導致一些成員國在應對更快的沖突環境方面裝備相對不足，在這種環境中，對手越來越多地利用人工智能和自主系統。

關注未來的互操作性: 豎井式創新為聯盟提出了未來的互操作性挑戰，例如在跨國運營中共享數據和AI應用。

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。