马辰, 张小凡, 李宁. 舰艇信息基础设施研究进展 [J]. 中国舰船研究, 2022, 17(6): 1–14. MA C, ZHANG X F, LI N. Development of ship information infrastructure[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(6): 1–14.
0 引 言
作为现代舰艇的指挥中枢，舰艇作战系统担负全舰传感器及外部通信数据的信息处理、融合及态势生成、威胁判断、战术计算、辅助战术决策 ，并控制武器完成对敌作战的使命任务。20 世纪初，美军新型驱逐舰 DDG 1000 中，全舰计算环境（total ship computing environment，TSCE）作为其十大关键技术中唯一的一项信息技术，用来整合作战系统信息基础设施，以发挥作战系统整体资源优势，极大推动作战系统的模块化、部件化设计，最终达到舰艇武器跨系统、跨平台甚至跨领域的协同作战能力。TSCE 基于开放式体系结构（OA）和商用现货产品（COTS），通过软硬件模块化、标准化和服务化的设计，解决了各应用系统独立运行、互操作困难、资源无法共享等问题。在 TSCE 中，首次将具备计算存储、人机交互、网络传输、边缘适配功能的计算机体系独立地作为舰艇信息基础设施提出来。
本文将根据不同阶段舰艇作战系统中信息基础设施的发展规律，结合云计算、微服务等新兴服务架构，定义舰艇信息基础设施的内涵与架构，提出舰艇作战系统和专业应用的集成优化模式，并根据舰艇专业应用模式、信息基础设施建设及信息电子前沿技术等 3 个方面，预测舰艇信息基础设施的发展趋势，供舰艇作战系统、专业应用和信息基础设施建设参考。
1 舰艇信息基础设施发展历程
1.1 传统舰艇作战系统中的信息基础设施
20 世纪 60 年代初期，国外舰艇开始配备作战指挥系统，随后发展为独立的舰艇作战系统。作为舰艇核心装备，作战系统集成了大量先进的电子武器装备及相关配属的信息电子装备。从系统组成与功能分配的角度，舰艇作战系统大体可以分为独立式、集中式、分开式（或联邦式）和 分布式 4 个发展阶段。而其中承担着显控、计算、网络等功能的信息基础设备，作为系统的信息基础设施，也经历了四代的发展。
1） 独立式作战系统中的信息基础设施。早期作战指挥系统和各种系统各自独立，采用单机单控的形式，使用各自的计算机，信息流程较为简单。在信息基础设施中，计算设备基于当时电子技术和计算机技术，主要使用晶体管计算机柜，功能和信息处理水平有限；作为计算机柜的一部分，尚未形成真正意义上的显控台；而子系统间计算机相互独立，无信息交换，故也不存在网络设备。
2） 集中式作战系统中的信息基础设施。20 世纪 60 年代的中后期，作战指挥系统进入到集中式的发展阶段。作战指挥和武器控制功能集中由一台（组）计算机实现，统一接收或处理原始数据，控制武器和传感器。信息基础设施随着大规模集成电路的发展，呈现专用化趋势，每艘舰艇都要专门设计软硬件系统，定制化程度高、软件复杂，系统的修改和扩充较为困难；系统的生命力依赖中央计算机，一旦出现故障，全系统无法正常运行。出现了专用计算机，以及“机柜+挂架”造型的显控台。
3） 分开式作战系统中的信息基础设施。20 世纪 70 年代以来，舰艇作战系统由集中式向分开式迈进，由多台相互独立的计算机组成，作战指挥系统和武器控制系统由各自的计算机实现，计算机之间有通信和部分功能延伸，构成松散的联邦形式。分开式系统克服了独立式的 2 个子系统的计算机功能完全隔离的缺陷，可在系统设计时尽量使总体性能最佳，从而使系统向系列化、模块化迈进了一大步；但分开式的计算 机仍是相对集中的，生命力还不够强；在资源利用上也有一定的局限；系统的模块化也难以做得很理想。在此阶段，超大规模集成电路的发展，使得计算机迈入小型化和通用化时代，并具备一定标准化的特征。在计算设备方面，采用了标准舰用计算机；在显控设备方面，出现了标准显控台，实现了硬件模块、外型尺寸、人机接口和通信 接口的标准化，但软件标准化程度较低，无法实现系统功能的灵活配置、动态重组、互操作等功能；出现了网络需求，但未有标准化的网络设备。
4） 分布式作战系统中的信息基础设施。自 20 世纪 70 年代后期，舰艇作战指挥系统开始转向分布式。在分布式作战系统中，将小型机或微机构成的计算机分布部署，并将应用功能分配到每一台设备，通过网络把分布于各处的设备本地资源变成系统全局资源，实现舰艇各战位的资源共享、分散处理，完成作战指挥和武器控制功能。分布式作战系统的特点是资源分布、功能分布和控制分布，生命力强，具备一定的容灾抗毁能力；采用标准化、通用化的硬件设备，制造成本和使用成本低；系统易于修改和扩充，自动化程度高，组织灵活迅速。
在分布式作战系统阶段，信息系统向综合集成方向发展，设备呈现出标准化的特点。在计算设备方面，随着处理器技术的发展，普遍应用M68020/30/40， i80386/486及RISC 指令集的高性能微处理器，从20 世纪 90 年代开始，美海军开始使用 COTS 产品来替代军用计算机；在显控设备方面，为适应全分布式作战系统的需求，研制了多功能显控台，使用模块化、通用化的 COTS 软硬件产品，采用商用处理器、操作系统、CORBA标准中间件，支持软件的即插即用和构件化开发，实现基于软件命令的功能动态重组。在网络设备方面，节点之间通过网络互联互通，应用系统之间通过网络进行信息交互，网络设备迎来了大发展阶段，最初采用总线型的 1553B 网络；在 20 世纪 80 年代初，美海军开始使用 10 Mbit/s 共享以太网 ；20 世纪 90 年代 ，开始采用 FDDI，ATM 等构建作战系统网络；但随着以太网技术的 日益成熟，100 Mbit/s，1000 Mbit/s 甚至更高带宽的以太网成为传输的主流。
1.2 全舰计算环境中的信息基础设施
21 世纪初，随着信息技术不断变化以及设备保障理念的更新，美海军在新型驱逐舰 DDG 1000 中首次使用 TSCE 来整合全舰的信息基础资源。TSCE 打破了单一作战系统集成的模式，整合了岸基保障、指挥控制、作战系统以及舰机电等全舰应用系统。在 TSCE 中，大量采用 COTS 产品， 贯彻开放式体系架构，以及认同开源软件产品，提高了舰艇信息基础设施的通用性，降低了集成代价。TSCE 成为美海军舰艇信息技术的一个重要标志，在 DDG 1000 后，美海军结合“宙斯盾” 现代化之机，将信息系统全面转向面向服务架构 （service-oriented architecture，SOA），并推广应用于新型核动力航空母舰（简称“航母”）、驱逐舰和濒海战斗舰等全部水面舰艇。
1.2.1 TSCE 架构
TSCE 提出了信息基础设施（TSCE infrastructure， TSCE-I）的概念。打破各应用系统先单独集成再横向连通的“烟囱式”全舰集成模式，将全舰任务系统整合为领域应用和基础设施两层，并横向集成，实现了领域应用与信息基础设施的分离。以前散落在各应用系统中的计算、存储、网络等信息资源，整合成为 TSCE-I，实现统一调度，为全舰任务提供统一公共的硬件和基础软件，形成一个开放、虚拟的计算环境。TSCE 的技术架构如图 1 所示。
基础设施层细分为硬件层、操作系统层、中间件层、基础服务层。硬件层与操作系统层包括计算设备、存储设备、网络设备和适配设备等硬件以及其配套的各类操作系统与驱动等软件；这些软硬件采用 COTS 产品，成为整个开放式体系架构的底座。中间件层和基础服务层 ，利用 CORBA，DDS 等中间件与 Web，FTP 等服务实现 了软件 SOA 架构下的开发服务环境。整个基础设施层为领域应用提供了信息系统的底座。应用领域层细分为通用服务层、应用软件层和人机界面层，主要实现领域专业所需要的软件、服务及交互功能。资源管理的作用范围涉及服务管理、 资源部署、配置管理、资源监控、虚拟化管理等各层内容，实现 TSCE 所有软硬件资源的统一分 配与管理。
1.2.2 TSCE 设备
TSCE-I 中的计算设备，主要实现各应用领域所需的统一计算、存储等支撑功能，由 IBM 公司以及主要系统集成商实现 ，交付的内容包括 IBM 刀片服务器 （操作系统 为 Red Hat Linux） 、IBM 实时应用服务器（websphere real time，WRT）， 以及 DDS，CORBA 等产品。其中，COTS 硬件产品部署于电子方舱中，能够将设备与恶劣环境隔离开，提高设备的适装性；DDS 中间件满足低延迟应用的消息传输需求；CORBA 实时中间件实现底层资源与应用的分离。TSCE-I 中的显控设备，除了传统多功能显控台的信息传递、信息转换、综合显示、远程操控、显控管理能力外，还需要支持台位的共用功能，以实现应用与显控的分离。在 TSCE-I 中，由通 用动力公司提供的公共显控系统（common display system，CDS）能够支持多任务系统，真正实现了随需显示的台位功能重定义和共用。
同时 ，TSCE-I 中还引进了 PDA 和便携笔记本等移动终端设备，丰富了舰艇显控的手段。TSCE-I 中的网络设备，为数据、语音、视频等功能提供大带宽网络支撑，实现全舰网络一体化。在体制上，采用光纤以太网，核心层具备30 Gbit/s 的交换能力，接入层具备 10 Gbit/s 和 1 Gbit/s 的交换能力，具有低延迟、高带宽和处理故障快的特点。TSCE-I 中首次纳入适配设备为基础设施，主要用于舰船机电控制系统（electric control system， ECS），实现电力和辅机控制自动化。适配设备包括分布式控制单元（distributed control unit，DCU）和远程终端单元（remote terminal unit，RTU）。它们作为与全舰机电设备之间的接口，用于监控和控制传感器、接触器、执行设备和电力设备等。
1.2.3 TSCE 与 CANES，FICS-CI
为减少网络种类、安装空间及舰员配置并提高信息共享与互操作能力 ， 美海军提出 了 “2016 海军网络环境（NNE2016）”战略，并将“综合海上网络与企业服务（CANES）”作为 NNE2016 战略的一部分，在保证现有网络完整性的同时，对网络进行现代化改造，提供更加安全和可靠的海上网络基础设施。CANES 采用开放式体系结构的战术网络基础设施，主要由公共计算环境 （common computing environment，CCE）、基于面向服务体系结构的海上核心服务（afloat core services， ACS） 和跨域解决方案 （ cross-domain solutions， CDS）等 3 个核心部件构成。2008 年 11 月，CANES 实质性开发决策获批 ；2012 年 12 月 ， 第 1 套 CANES 安装在 DDG 69 上 ；2016 年后，美海军将全舰计算环境逐步演化为整个海军的网络基础设施，即 CCE，成为 CANES 一部分。2020 年 8 月，美海军向其国防工业企业发布 “未来综合作战系统−计算基础设施（FICS-CI） ” 需求书，FICS-CI 使用标准的硬件产品，满足“通用、可扩展的连接边缘云架构”，作为第三方的云平台具备部署任意操作系统和应用软件的能力。
1.3 舰艇信息基础设施发展总结
根据每个阶段中舰艇信息基础设施的特点，可总结出其发展大致可以分为 3 个阶段：
1） 系统萌芽阶段。在独立式和集中式舰艇作战系统时期，信息设备以专用化计算设备为主，初步开始有显控台的概念。此阶段信息设备主要解决作战系统和武器系统的自动化控制问题，并未有明确的划分，功能不清晰。
2） 标准发展阶段。在分开式和分布式舰艇作战系统时期，信息设备朝着通用化、标准化发展，打通了软硬件接口，解决了系统间互联互通问题。此阶段计算设备、显控设备、网络附属于各武器和传感器系统，依然是自下而上独立发 展，连接成整个系统。
3） 集成优化阶段。在 TSCE 时期，信息基础设施从各武器、传感器系统中分离出来，集中采用商用现货产品，资源统一调度，面向服务的应用开发，实现系统一体化互联，优化各系统接口适配机制，形成自顶而下设计的信息基础设施。各阶段舰艇作战系统与信息基础设施的发展 历程如表 1 所示。
2 舰艇信息基础设施体系架构
2.1 舰艇信息基础设施内涵
2.1.1 基本概念
全舰计算环境诞生于 20 世纪 90 年代 ， 于 21 世纪初实现工程化，其中已初步提出服务化和虚拟化的概念。随着 21 世纪前 20 年信息技术和互联网行业的发展，以云计算、微服务、数据中台等技术为代表的分布式服务架构日臻成熟，为舰艇信息基础设施的发展提供了有力的支撑。
本文结合舰艇应用场景，参考我国云计算技术标准以及美国国家标准与技术研究院（NIST）云计算标准与架构，定义舰艇信息基础设施。舰艇信息基础设施（ship information infrastructure，SII）是指面向舰艇作战系统、平台系统等任务系统及其舰艇专业应用，构建弹性计算存储、 网络传输、人机交互、边缘处理等功能资源池，按自服务的方式进行计算、存储、网络、显控、边缘 资源供应和管理的电子信息系统。
2.1.2 参与方
舰艇信息基础设施的提出，将原来隶属于舰艇专业应用的功能资源剥离，归属于舰艇作战系统统一调配。系统中各参与方概念如下：
1） 服务提供方。舰艇信息基础设施，能够根据舰艇作战系统和舰艇专业应用需求，提供 IaaS， GPaaS（具体概念详见 2.2.1 节）等服务。
2） 服务使用方。舰艇专业应用，能够利用信息基础设施提供的服务，结合舰艇行业专用设备 及部署于舰艇信息基础设施的功能软件，以完成 相关应用的功能。
3） 系统集成方。舰艇作战系统，作为舰艇信息基础设施和舰艇专业应用的最终用户，利用集成框架，组织舰艇专业应用软件/服务，完成特定的任务流程。
2.2 舰艇信息基础设施架构
2.2.1 服务架构
舰艇信息基础设施服务指通过信息基础设施定义接口协议，向舰艇专业应用和作战系统提供服务的能力。舰艇作战系统中的服务一般含有 IaaS 和 PaaS 两层，服务架构如图 2 所示。
基础设施即服务（IaaS）：一般由舰艇信息基 础设施提供，为舰艇专业应用和作战系统提供配置和使用计算存储、网络传输、人机交互和边缘处理等资源接口的一类服务。
平台即服务（PaaS）：可由舰艇信息基础设施提供，也可由舰艇专业应用提供，为舰艇专业应 用和作战系统提供支持的编程语言和执行环境接口来部署、管理和运行舰艇专业应用软件/服务的一类服务。根据其对 IaaS 层的依赖程度以及是否为 COTS 产品 ，又可细分为 GPaaS 和 SPaaS。通用平台即服务（GPaasS），也被称为基础服务， 属于 PaaS，一般由舰艇信息基础设施提供，实现通用计算、存储、网络、显控资源调度管理功能， 为 COTS 产品。专用平台即服务（SPaasS），也被 称为专用服务，属于 PaaS，类似数据中台，一般由舰艇专业应用提供，如时间同步、情报态势、地理信息等服务，是为舰艇平台定制的专用服务。应用软件/服务：一般由舰艇专业应用提供， 实现舰艇某项专业功能，如探测感知、指挥控制、 武器交战等软件或服务。集成框架：一般由舰艇作战系统提供，实现基 于任务流程的舰艇应用软件、数据、显控等内容的编排。
其中，IaaS 服务是各类服务的基础，为各类服务提供物理资源、抽象资源等基础资源支撑 ；PaaS 服务是舰艇服务化的核心，根据需求可以有 不同颗粒度的划分，并随着技术的发展一直动态变化，对于系统集成的质量非常重要；GPaaS 和 SPaaS 中服务的归属，并没有严格意义上的区分，随着作战系统演进和信息技术的发展 ，部 分 SPaaS 服务可能会沉淀到 GPaaS 层；应用软件/服 务是各类舰艇专业应用功能的实现，是各类服务的用户；集成框架对专业应用软件/服务编排，实现任务流程。服务可以跨层提供，舰艇专业应用 和舰艇作战系统可以根据需求，选择相应的服务。
2.2.2 功能架构
在 TSCE-I 中，设备分为计算、网络、显控和适配 4 类。本文在此基础上，根据完成的功能，将舰艇信息基础设施划分为计算存储、人机交互、网络传输、边缘处理四大功能域，并通过实时控制总线和数据传输网络与应用前端及专用设备相连，满足舰艇作战系统和专业应用的使用需 求，功能架构如图 3 所示。
计算存储功能域，主要由商用的服务器及其 所承载的基础计算存储服务软件构成，是舰艇信 息基础设施的处理中心，提供高性能计算和大容量存储服务，舰艇专业应用软件/服务和舰艇作战系统软件集成框架、数据集成框架部署于此。
人机交互功能域，主要由显控台、移动终端、 可穿戴设备及相关的显控服务软件构成，是舰艇信息基础设施的交互中心，提供便捷的人机交互服务，舰艇专业应用的交互界面和舰艇作战系统显控集成框架部署于此。网络传输功能域，主要由有线和无线网络交换、总线设备及相关网络传输服务软件构成，是舰艇信息基础设施的网络中心。
网络传输功能域分为数据传输网络和实时控制总线。其中，数据传输网络由大容量接入设备、交换设备组成，能够实现大容量数据交互；实时控制总线能够提供确定的、低延时的控制信息传输。
边缘处理功能域，主要由软件定义可编程逻辑控制器（PLC）等边缘计算和边缘控制设备及相关服务软件构成，控制舰艇信息基础设施，提供分布式边缘计算和边缘控制服务。将部分自动控制服务及时在贴近前端的地方进行处理，提高作战系统的实时性。
通过 4 个功能域的划分，舰艇信息基础设施能够完整地实现服务功能，并且能够按功能域进行研制和升级迭代。
2.2.3 技术架构
参考云计算以及当前商用计算架构，舰艇平台应用舰艇信息基础设施的技术架构可以分为基础资源层、基础服务层、专用服务层、专业软件层和集成框架层，技术架构如图 4 所示。其中舰艇信息基础设施实现基础资源层和基础服务层， 舰艇应用实现专用服务层和专业软件层，舰艇系 统实现集成框架层。
基础资源层提供物理和抽象资源池，由物理 资源层和抽象资源层组成。物理资源层提供高性 能计算、大容量存储、高带宽传输、便携人机交 互、实时边缘处理等功能的物理支撑，主要由计算存储设备、网络传输设备、人机交互设备和边 缘处理设备组成，结合舰艇平台需求进行部署， 支持与运维设备、安全设备的集成。抽象资源层 提供物理资源的虚拟化抽象，通过支撑整合计算资源、存储资源、网络资源、显控资源、边缘资源，进行资源虚拟化，支持资源集成汇集调度与 服务，抽象资源层典型的技术如 KVM 虚拟化、容 器虚拟化和分布式存储等。
基础服务层通过组织调度各类资源和服务，提供动态、弹性、按需分配的基础资源服务能力，提供数据、软件等平台支撑服务环境，提供系统运维、安全服务能力，可以分为资源管理服务层和平台支撑服务层。资源管理服务层，实现对抽 象计算、存储、网络、显控、边缘等资源集成与调度服务，为各类应用提供虚拟主机服务、镜像服 务和云盘等服务。平台支撑服务层，提供面向结构化/半结构化/非结构化的数据存储、数据计算、数据检索分析等能力，提供微服务支撑能力，提供人机交互、边缘处理服务支撑能力。
专用服务层通过组织调度面向舰艇专业的服务，形成舰艇服务中台，提供时间同步、情报态势、地理信息等专用服务。专业软件层由舰艇作战系统实现特定功能的软件组成，同时支持专用设备与其协同交互。集成框架层由舰艇作战系统结合任务流程，对各层应用软件与服务实现软件、显控和数据的集成。
运维与安全体系分布于舰艇作战系统的各层，以分层的模式实现运维与安全功能，但同时又具备自上而下的体系规划。舰艇信息基础设施中，主要实现运维与安全设备接入及控制、资源管理，提供基础的运维与安全服务；在舰艇专业应用中，主要实现基于舰艇专业的运维与安全服务；在作战系统集成中，成体系地实现系统安全与运维管理。
2.3 舰艇专业应用与作战系统集成
2.3.1 专业应用集成优化
舰艇信息基础设施的出现，带来了应用开发和使用的变化。基于舰艇应用服务化改造的程度，可以分为独立式、托管式、IaaS 式和 PaaS 式等 4 种开发和使用模式，如图 5 所示。
独立式专业应用，使用专用的显控台、服务器等硬件设备，并基于此进行软件应用的开发，通过专用总线与前端和专用设备互联；与作战系统和其他应用通过网络互联，交互的信息较少；独立式应用在各层都需要进行研制和开发，设备独立发展升级。
托管式专业应用，使用标准硬件设备，由舰艇信息基础设施进行供电、网络、暖通、电磁防护 等统一部署和运维；部署专用操作系统及中间 件，专业应用软件基于此进行开发，通过网络及控制总线与前端和专用设备互联；通过网络接口与作战系统及其他应用进行信息交互。托管式专业应用已经开始减少基础设施硬件的投入，更加关注软件研发。
IaaS 式专业应用，使用标准硬件设备，部署 IaaS 服务，实现各类基础资源的池化共用，并在一定程度上兼容原有的应用软件。目前技术条件下，以虚拟化和容器两种实现模式为主。
1） 虚拟化模式。给专业应用分配一定 CPU、内存、硬盘、网络等配置的虚拟机平台，并安装操作系统，任务机中的应用软件直接部署到虚拟机 操作系统上；对虚拟网络进行设置，具备与人机 操控终端界面的互联互通。这种模式对于应用软 件/服务的改造较小，基本上能够直接兼容以往的软件。
2） 容器模式。给专业应用分配一定 CPU 和 内存的容器平台，任务机中的应用软件进行微服 务化改造后直接部署于容器中；同时对网络进行配置，具备人机交互能力。这种模式对于应用软件/服务的改造具有一定的工作量，能够兼容大部分软件。
PaaS 式专业应用，使用标准硬件设备，部署 IaaS，GPaaS 以及 SPaaS 服务，将应用改造为服务 化架构；应用软件/服务访问的服务既可以由舰艇 基础设施提供，也可以由其他应用专业服务提供。应用软件聚焦于专业本身，不用关注服务层以下的构建。这类开发属于全新应用模式，需要作战系统重新设计整个应用的功能及架构。
基于服务化的舰艇信息基础设施，具备提供多种服务的能力，也给了应用较多的发展模式。各舰艇专业应用需要根据作战系统对其定位，结合其发展阶段，选用合适的开发和运行模式，满足舰艇平台需求。
2.3.2 作战系统集成优化
舰艇作战系统的流程优化关注于功能集成， 指在分析功能系统需求的基础上，分析功能系统的组织与运用模式，确定业务流程和特定的信息处理要求，利用集成框架，组织满足需求的服务和软件，形成相互融合、满足功能和能力需求的功能系统。作战系统的集成优化可以分为任务流程、集成框架和应用软件 3 个层次。
任务流程是在舰艇信息基础设施、舰艇专业 应用/服务以及执行设备的支持下，由集成框架编 排组成的实现某一特定任务的工作流程，例如方面作战、综合指控等。分析和创建任务流程，使得指挥员更加聚焦于作战业务，而无需关注底层的实施过程。
集成框架是指资源服务的编排工具。根据编排的对象，可以分为软件集成框架、数据集成框 架和显控集成框架。软件集成框架，关注软件/服务流程，将各类软件/服务接口按照任务流程，进行统一编排；数据集成框架，关注系统数据，提供系统实时数据和历史数据的编排，实现数据的统一管理；显控集成框架，关注人机交互，提供统 一的集成界面编排，能够根据任务流程的需要，实现动态的人机交互和界面呈现。
应用软件是指舰艇公共计算服务设施、舰艇专业应用提供的服务和软件，一般为作战系统集成的最小颗粒。
舰艇信息基础设施为舰艇作战系统提供了新的集成方法，打破了原有各子系统/设备独立发展的格局。舰艇作战系统可采用系统分析和建模方 法，重新进行领域应用服务划分与服务建模，并利用集成框架，实现基于业务流程的系统集成，提高系统的灵活性。
2.4 舰艇信息基础设施技术特征
舰艇信息基础设施承担着整合基础资源、规范服务架构、联接作战要素等作用。在其设计和使用中具备“体系结构开放、服务按需集成、资源池化共享、云网边端协同、健壮可靠抗毁”等关 键技术特征，牵引舰艇信息技术转化应用。
1） 体系架构开放。舰艇信息基础设施基于云计算、微服务、数据中台等技术架构，实现“软件与硬件解耦、数据与应用解耦、专业与基础解耦”的开放式体系架构，综合统筹全舰信息基础设施功能范畴、体系集成等内容，按照网络化、服务化模式，构建统一服务框架和核心标准体系，形成体系架构开放格局。
2） 服务按需集成。舰艇信息基础设施遵循服务化技术体制，提供覆盖 IaaS 层和 GPaaS 层的 基础服务支撑，构建可灵活组织、按需弹性扩展 的 COTS 模块化产品系列。依据舰艇平台对计算、存储、网络、显控、边缘等资源需求，选配产品并进行系统集成。
3） 资源池化共享。舰艇信息基础设施以服务中心模式为依托，实现对计算、存储、网络、显控、边缘等基础资源的统筹管理，提供各类资源统一接口，具备统一池化管理能力，形成各类资源池，支撑作战系统与多种应用软件/服务的跨域 服务调用与资源协同，支撑形成覆盖全舰业务的信息服务模式。
4） 云网边端协同。舰艇信息基础设施以网络化服务实现全资源的互联互通，划分计算存储、网络传输、人机交互、边缘处理等 4 个功能域，明晰各域之间的功能与逻辑关系，重新构建舰艇信息基础设施产品体系，打造技术验证环境，支持产品的独立、快速升级和迭代更新。
5） 健壮可靠抗毁。舰艇信息基础设施强化基础资源保障的生命力，利用基于不同服务质量 的高可用策略实现对应用的热/冷备份、热/冷迁 移等能力，支撑在不同场景及战损条件下专业应用的抗毁接替策略，保障作战系统及应用的全局可用性。
3 舰艇信息基础设施发展趋势
舰艇信息基础设施的发展受多方面影响，本文尝试从舰艇专业应用模式、信息基础设施建设、信息电子前沿技术等 3 个方面进行研判。
3.1 舰艇专业应用模式
在智能化海战场景下，舰艇专业应用的组织使用流程也发生了变化，作为承载信息系统的基础设施和基础服务平台，发展趋势如下：
1） 智能边缘服务平台。随着“马赛克战”等 新型作战样式的发展，舰艇平台作为边缘指挥节点，需要舰艇信息基础设施能够支撑智能化指控决策、异构作战资源动态组合和管理；大数据、人工智能等基础服务也在作战筹划、态势感知、毁伤评估等各环节中充分应用；作为移动边缘平台，还需要支持无人系统、无人集群、有人−无人协同等新型作战样式。
2） 实时控制服务平台。随着智能远程驾驶和自主驾驶的兴起，信息基础设施还承担 着舰艇平台辅助操控等功能；而舰船电力系统的发展，亟需信息基础设施支撑动力系统实现对机电设备的状态监视和实时控制。
3） 数字孪生服务平台。2017 年 12 月，美海军启动虚拟宙斯盾实验性计划；2021 年 4 月，美 海军海上系统司令部寻求更加综合的工具实现数字孪生，并扩大使用范围[40] ；CANES 已作为美海军的数字孪生基础平台，承载相关的模拟任务；在我国，已开展面向舰船动力系统、平行航母等一系列的研究。信息基础设施作为基础平 台，需要支持数字孪生前端展示与后端处理，具备三维数据实时渲染与呈现等服务能力。
4） 跨平台服务平台。在海战场中，舰艇不是孤立的存在，跨平台的协作使得信息基础设施需要满足跨平台的资源感知、调度与服务，支撑编队等系统支持海战场海洋环境构建、综合态势协同构建、雷达协同探测等任务。
3.2 信息基础设施建设
下面围绕体系架构、集成模式、能力扩展、系统评估等多个方面对舰艇信息基础设施建设的新趋势开展分析。
1） 更开放的体系架构。在美国国防部模块化开放系统方法（modular open systems approach， MOSA）的牵引下，美军不同军种间相关嵌入式任务平台逐步统一到传感器开放系统架构（sensor open systems architecture，SOSA），用于设计、构建和部署新军事电子系统的硬件、软件和固件组件，用以提高装备产品互操作性、降低成本、推动技术升级、需求快速响应以及延长生命周期。
2） 更可靠的集成模式。传统的任务系统均是单业务系统，系统之间融合度较低，均为单系 统或单设备的串并联分析；舰艇信息基础设施作为多输入输出任务的承载平台，具有不同层级的高可用手段，需要参考商用云数据中心，从全局角度开展集成模式设计。
3） 更强大的能力扩展 。随着国产DPU， NPU 等智能芯片能力不断增强，使得信息基础设施需要不断升级迭代，以增强整个系统的计算密度；在资源调度服务中，利用云原生、智能运维（DevOps，AIOps）等技术增强系统的运维与调度能力，实现按需模块化扩展。
4） 更完整的系统评估。构建完整的评估体系，从芯片、设备、系统等多个层次，从可用度、标准化、智能化等多个维度，开展评估体系建设；并且开展测试基准、测试方法的科研，实现小型化的现场测试与评估。
3.3 信息电子前沿技术
随着在信息电子领域投入的不断增加，前沿的新技术、新材料都为舰船信息基础设施的发展 提供了有益的参考。
1） 国家战略方面。2017 年 6 月，美国国防部高级研究计划局（DARPA）启动了以先进新材料、系统架构、电路设计三大领域创新为核心的发展思路、从全行业进行谋划布局的电子复兴计划， 继续强化美国电子技术优势；2021 年 3 月，美国人工智能国家安全委员会召开线上会议，发布了最终版本的研究报告，建议美国政府使用人工智 能技术来保护美国人民和国家利益，并要赢得技术竞赛。我国于 2015 年相继实施“中国制造 2025”和“互联网+”战略，以增强国家在信息电子技术方面的竞争力。
2） 前沿技术方面。随着芯片工艺的不断演进，低功耗、高密度的计算芯片不断涌现，CPU+ GPU/TPU/ASIC 的架构日臻成熟；显控技术以增强现实/虚拟现实（VR）技术为代表，可穿戴设备逐步融入基础设施体系；随着5G的推广、6G 研发，无线通信技术在舰艇上有更加广阔的应用前景。
4 结 语
未来舰艇在遂行多样化的使命任务时，需要具备较高的信息化水平和综合的作战能力，通过舰艇信息基础设施的建立与发展，探索舰艇信息系统新的研制、集成与使用模式。在舰艇作战系 统方面，基于舰艇信息基础设施，实现软件定义流程、智能辅助决策；在舰艇专业应用方面，实现应用与基础设施的分离，聚焦于应用的主责主 业，实现应用软件/服务的独立升级。舰艇信息基础设施采用开放式架构，装备系列化、通用化、标准化、模块化设计，能支持新技术的快速引进，具有良好的灵活性和扩展性，能调配全局资源，增强系统可靠性。加快舰艇信息基础设施的高水平建设，能够提升舰艇作战系统和专业应用的效能，提高舰艇的战斗力。
