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一、发展背景 开放式系统架构（Open System Architecture，OSA）于20世纪80年代初期提出，概念提出与发展的目的是为了适应更大规模地计算机应用推广和计算机网络化的发展需求。目前，开放式架构概念随着电子信息系统技术的发展不断完善和丰富，特别地，对于不同用途、不同功能的电子信息系统，开放式系统架构的概念在具体定义存在一定差异，但是基本的概念仍保持大体相同。 开放式系统架构具有应用系统的可移植性和可剪裁性，各节点机间具有互操作性，可以从多方获得通用化软件。其基于松散耦合和高内聚性标准的模块化设计，允许独立获取系统组件；基于协作和信任机制，可最大限度地重用经验证的硬件系统；通过经验证的技术插入和软件产品升级技术，可保持软件密集型系统的生命周期；系统设计具有较高的透明度，可显著降低开发风险；战略性地使用数据权限，以确保在整个生命周期内有一个公平的竞争环境，并可采用替代解决方案和资源。发展到目前，OSA技术应用最成熟的是美国航空电子系统中的开放式架构应用。 二、典型项目 随着开放式架构的发展，美国防部迫切提出使用开放式系统架构，降低武器装备生命周期成本，并使现役及新型武器系统具备不断升级的能力。美国防部及其军事部门、研发机构积极参与开放式系统架构标准的开发。 （1）硬件开放系统技术（Hardware Open Systems Technologies，HOST）由美海军提出，主要基于现有商用技术开发可重用的硬件模块，减少计算系统对特定硬件平台的依赖，并利用行业标准实现接口的标准化，为多种应用（任务计算机、显示器、无线电）和平台（空中、海上和地面车辆）提供通用硬件基线。在体系架构上，HOST由逻辑域和物理域组成，物理域包括物理接口和硬件模块，逻辑域包括资源、传输接口（协议）等。 （2）未来机载能力环境（Future Airborne Capability Environment，FACE）的开发商包括美国空军、海军，目标是建立一个公共计算环境，支持航空电子软件在任意机载电子系统上的移植和部署。FACE技术标准是一种开放的标准，最新版本是2017年发布的FACE 3.0，构建的公共操作环境可进一步增强FACE组件之间的数据交换能力，提升应用程序的互操作性和可移植性，实现系统和组件之间的互操作性以及接口重用。 （3）开放式任务系统（Open Mission Systems，OMS）是为任务平台和载荷开发的通用可重用体系架构。OMS独立于平台，旨在通过开放式架构增强多平台之间的互联互通能力。美国空军于2015年开始为F-22和F-35战斗机增加OMS能力，包括F-22和F-35与其它四代机等平台的通信能力。OMS标准定义了飞机任务系统的体系架构，主要采用面向服务的体系架构，包括雷达、光电、红外、武器管理、通信等。美军将ISR、电子战、通信以及光电照相机等7种不同载荷（来自于7家不同的供应商）集成于U-2飞机，验证了其与四代机、五代机的互通能力。 （4）开放无线电架构（Open Radio Architecture，ORA）尚处于概念评估阶段，目标是将通信无线电模块化，实现硬件和软件模块化的可重用体系架构。 （5）传感器开放系统架构（Sensor Open Systems Architecture，SOSA）的开发商包括美空军和海军，目的是创建一个通用的传感器体系架构，开发可重用硬件和软件模块能够实现跨传感器重用，可持续运行30~40年。SOSA旨在为跨军种的各种多功能C4ISR平台开发模块化开放式系统架构标准。该项目基于FACE计算环境。集成的传感器包括雷达、信号情报、电子战、光电/红外和通信等。SOSA与OMS都涉及到多类型传感器的集成，但是OMS仅仅是基于计算环境对数据接口的定义，而SOSA的标准涉及到更底层的物理接口和硬件模块的标准定义，实现了从物理接口底层到应用软件模块的开放式架构标准定义。 （6）联合通用架构（Joint Common Architecture，JCA）开发目的是用于美国陆军的垂直起降飞机，为其任务计算机开发可复用的应用软件模块和航空电子系统功能标准定义。相较于其他开放式架构，JCA更为顶层、抽象，重点研究应用软件模块和航空电子系统的标准定义。JCA 基于FACE架构，后者为其提供计算环境和数据接口标准。 表1给出了各项目的总体发展情况，从发展阶段看，大部分为正在发展的新型架构方案，其中SOSA已经在发展中，OMS也开展了相关测试，但是ORA尚处于概念论证阶段。
三、对比分析 1. 逻辑视图
从逻辑层面看，各开放式架构与标准关系如图1所示，其中HOST、ORA、SOSA均涉及到硬件模块标准和物理接口标准，但是HOST更偏重于物理接口的基础开发，而ORA、SOSA更偏重于面向服务的数据接口标准，涉及到通信、雷达、光电等服务接口。FACE、OMS、ORA、SOSA均涉及到数据接口标准和计算环境标准，其中FACE更偏重于公共计算环境基础的构建，而SOSA作为传感器开放系统体系架构标准，直接贯穿了从物理接口标准到应用软件模块标准的全流程。总体上来说，美军开展的开放式架构项目已经覆盖了上述的全部6个层级，但是单个项目仅能覆盖其中的一部分，如FACE项目完成的是计算环境和数据接口标准，尚未有项目覆盖全部6个层级。其中，SOSA项目覆盖了从物理接口到应用软件模块标准，即从下到上的5个层级（唯一没包括的是航空电子系统功能）。 2. 功能视图从功能层面看，各开放式架构如图2所示。所有的显控、传感器、通信、平台管理、导航、武器及生存能力都与计算的标准息息相关。已经开展的与计算标准相关的项目有HOST、FACE、OMS和JCA，其中HOST更注重物理接口和硬件模块的开发，FACE重点开发计算环境标准，而OMS和JCA是面向服务的计算环境和数据接口的标准。显示与控制中用到了FACE和JCA标准，其中FACE主要提供计算环境的标准，JCA则包括了垂直起降飞机的航空电子设备的显示与控制标准。与传感器相关的标准包括SOSA、OMS、JCA三种，其中OMS仅处于概念阶段，SOSA是从物理接口到应用软件模块的标准，覆盖面较广，JAC则是基于应用软件模块开发的面向整个航空电子系统的标准定义。
四、结束语 开放式架构是技术发展的必然趋势。美陆军于2019年采用开放式体系结构之后，海军、陆军和空军的时任部长签署了一份联合备忘录，指示各军种开发模块化开放系统方法（MOSA），为未来武器系统采办建立通用标准。从上述分析看，美国海军、空军、陆军均有开发相应的开放式架构项目研究，但多以某个领域的应用为试点，涉及的电子设备贯穿了显控、传感器、通信、平台管理、导航、武器等各个方面。采用模块化和开放式体系架构方法，美军将能维持和提升其竞争优势，并确保未来的可升级性。 作者：4所 薛慧 END 世界军事电子领域2021年度十大进展  |
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