联合全域指挥和控制（JADC2）：一切都是数据问题

来源：网电空间战

作者：网络小子

萨姆·里奇曼（SAM RICHMAN）美国空军高级解决方案架构师

2020年9月1日

使用微服务构建并具有对数据的实时访问权限的国防应用程序可以满足作战人员在全球分布，多领域的现代作战的需求。

但是，在考虑实施联合全域指挥与控制的挑战时，很容易陷入战斗任务的细节之中，而忽视了JADC2必须解决的关键要素。具体来说，JADC2的目的是利用分布式的异构数据和应用程序，以在正确的时间从正确的传感器向正确的战斗人员获取正确的信息。退后一步，将挑战重新定义为“数据问题”，使我们能够适应和实现已经在类似用例中证明自己的架构。

尽管在非军事环境中，全球IT界已经解决了这一挑战。例如，当人们通过移动应用程序订购食物时，他们希望看到实时状态跟踪和映射，并且如果他们从杂货店订购，他们期望能够与他们指定的购物者实时通信并接收状态更新。同样，医疗保健行业正朝着越来越关注物联网的现实迈进，在这种现实中，必须收集、整合不同的数据并将其实时传送给医疗保健提供者，以帮助他们做出生死决策。

同样，关键任务应用程序必须在这种数据驱动战斗的新现实中满足作战人员的期望和要求。尽管赌注和任务不同，但商业和民用应用之间的相似之处很明显。在这两种情况下，重要的是首先了解应用程序为满足用户期望而必须克服的负担。

减少数据引力和摩擦力

数据和应用程序就像物理对象：具有引力和摩擦力。为了使它更具体，请想象一下尝试使用一堆三块砖而不是一堆3000的块砖。对三块砖移动和分类要容易得多。

相同的概念适用于数据和应用程序。一旦数据“堆”过大，或者应用程序变得单一而繁重，敏捷性就会迅速丧失，依赖于该数据和应用程序的服务通常将变得难以管理。如果没有以减少引力和摩擦力的方式来构建应用程序和数据，则它们将不可避免地失败，因为它们无法扩展或自由共享数据。

虽然服务中断在消费者应用中可能勉强可以接受，但对于作战行动而言这是站不住脚的，并且将大大抑制JADC2的目标。如果关键应用程序和数据无法以轻量级、模块化的方式进行架构，易于扩展并始终如一地部署在任何需要的地方（无论是在战术边缘，在飞机上还是在云环境中），都将成为责任。应用程序和数据体系结构的吸引性和摩擦性决定了如何轻松地调整它们以适合任务，并且随着需求的不断增长，必须将两者最小化以保持有效的功能。

创建现代应用程序以利用动态数据

在敏捷、可扩展的基础架构上托管的微服务架构中构建现代应用程序将有助于满足用户需求。该基础架构应消除存储和硬件平台的传统限制，并支持现代DevSecOps流程。与传统的单一系统应用程序不同，现代应用程序依赖于易于在所有数据生产者和消费者之间实时访问和集成的数据。它们不会因不固定的旧式存储库中的大量数据而负担。这种数据集成动态范例是构建现代应用程序的基础。

这种方法的好处在民用世界中是显而易见的，在民用世界中，应用程序可以实时提供结果。当贷款应用程序提示进行多源身份验证时，或者旅行应用程序允许从单个界面预订汽车租赁、酒店客房和航班时，这一点就显而易见。这两个应用程序都是实时使用的，对用户而言是不可察觉的，它使用读/写数据源，并且由多个松散耦合的微服务构建而成，这些微服务是在全球分布式体系结构中独立开发、部署和扩展的。没有移动数据集成解决方案和支持它们的敏捷体系结构，就无法实现这一惊人的壮举。

使用微服务构建的国防应用程序并具有对数据的实时访问权限，可以为全球作战的全球分布、多领域提供类似的好处。除此之外，这些收益将不会以一个人获得贷款申请批准的速度来衡量；他们将以作战人员能够做出决定的快慢来衡量，这可能意味着生与死之间的差异。

为未来构建JADC2

使用这些微服务架构和数据策略构建JADC2对于与马赛克战等战略保持一致至关重要，马赛克战将大型、复杂和昂贵的军事资产解构为更小、更敏捷和更便宜的元素，这种趋势似乎是未来战场必然发展的趋势。微服务和马赛克战的核心是通过将单片技术分解为更小、更易于管理的单件技术，并主张使用水平缩放、轻巧的组件（聚合为弹性和敏捷的体系结构）来解决复杂挑战的人类策略。任何JADC2实施都必须考虑到大量可细分的可分类资产的需求，所有必须以无摩擦力的方式在自己与C2资产之间交换的生产和消费数据。

这一挑战日益增加。新的传感器技术和战场能力正在扩大任务数据的数量、速度和种类，但是如果不能有效使用这些数据，则它们实际上是无用的。

JADC2必须在联合部队和联合部队中实施，以克服这一挑战并继续实现以数据为主导的战争的方式。幸运的是，可以在行业和政府中广泛采用的方法和技术来应对这一挑战，以在全球范围内构建关键任务应用程序和数据结构。

让我们开始构建吧。

JADC2和马赛克战争的未来：将微服务和CI / CD扩展到物理战场

萨姆·里奇曼，美国空军高级解决方案架构师

2020年12月17日

在夏威夷进行的PACMAN-I实验期间，一名士兵拿着PD-100小型无人机。

战争的性质正在发生变化，以满足现代时代大国竞争的需求。如今，大型精巧的武器平台已开始分解为遍布所有军事部门和领域的较小的、易耗/可使用的平台。考虑这一趋势与马赛克战策略概念的吻合程度，并探索其与当今在国防部范围内实现的现代软件应用程序微服务架构的相似之处，是一个值得做的方式。

我们今天围绕微服务体系结构和美国国防部中的联合全域指挥与控制（JADC2）开发的策略可能很好地促进了向未来可能由马赛克战策略和可重构战斗能力主导的未来的迁移。随着军事利益相关者探索构建JADC2的挑战，越来越明显的是，先验地定义每条杀伤链和C2路径对于在大国竞争中取得成功所需要的时间范围可能是一个巨大的挑战。相反，构建及时的、模块化的、可重构的功能可能为我们提供了一条更易于实现的途径，以应对所需的敏捷性和灵活性以及不可预测的对抗性困境。

对于本领域的我们来说，值得一提的是，将马赛克战视为美国空军和海军DevSecOps当前计划的自然演变，这些计划已经通过容器和微服务加速了作战软件的开发/部署能力部署。展望未来，随着材料科学和3D打印（增材制造）的发展，我们甚至可以开始看到马赛克“杀死网络”节点的物理构建/部署成为'持续集成/持续部署'（CI/CD）战斗管道中的一个阶段。

在探讨未来的前景之前，让我们比较一下微服务架构和马赛克战争的目标和定义，从微服务开始：

微服务是构建应用程序的一种架构方法。微服务架构与更传统的单一系统方法的不同之处在于，它如何将应用分解为核心功能。每个功能都称为服务，可以独立构建和部署，这意味着单个服务可以运行（并且可以失败）而不会对其他服务产生负面影响。”

现在，与马赛克战相比：

“功能能力，例如雷达、火力控制系统和导弹，曾经必须放在一个通用平台上，例如一架复杂的战斗机，现在可以分解为它们的最小实用要素。在马赛克战概念中，平台被“分解”为最小的实际功能，在网络杀伤网络中创建协作的“节点”，该网络具有很高的弹性并可以保持有效运行，即使对手消耗了网络的某些元素……功能分解也是一种将操作简化为实际功能和技术的方法，以阐明各个元素如何协同工作。”

这两个概念的核心都是解决复杂挑战的非常人性化的策略：将整体分解成更小、更易于管理的片段。在更深层次上，这两个概念都支持使用水平缩放的轻量级组件，这些组件的集合是一个灵活的体系结构。

建立分布式平台所产生的马赛克战的另一个方面是，由于每个“节点”非常专业，因此它们比大型且更复杂的“精致”平台轻巧，负担得起且消耗更多：

“即使是功能强大的平台，也比功能强大的平台更便宜，并且可以购买的数量更多……减少未来平台上传感器的数量可以帮助减小其尺寸、重量、复杂性和整体单位成本。较低的计划成本将使国防部能够购买更多新系统并增加其部队能力。 ”

进一步推动这一想法的发展，3D打印和材料科学的未来发展将使能够进行前期部署的“资产工厂”能够构建所需类型的廉价且可抛弃的按需资产，例如将ABMS attritableONE结构扩展到更易耗损的资产。例如，如果需要额外的“观察节点”，或者对手降低了其有效人数，那么JADC2的马赛克协调器组件将仅指示最近的资产工厂实例化新的物理节点，为它们配备必要的软件，然后进行部署。我们已经看到了近实时3D打印的开始，以及能量收集技术和自充电电池的进步 有一天可能会出现功率传感器或其他设备。

此外，如果发现节点的初始软件和/或硬件构建不适当或获取了新的情报，则可以轻松地将新的硬件/软件模板推送到资产工厂，并且可以对现有节点进行“滚动升级”。最终，这种“节点进化”将可能由AI / ML驱动，根据这些模型从对手那里学到的东西实时建立新功能。这些资产工厂最终可能无人值守，将几乎无限的集群生成功能放在任何需要的地方，而不会危及战士的生命。

这种策略与微服务和Kubernetes之类的软件容器协调器如何操作并与软件开发管道集成在一起密切相关，并且最终可能只是该管道中的又一个阶段，该阶段将3D对象模板与软件映像一起提升到资产工厂。美国空军已经开始进行3D打印的探索，尽管这仍是一个新兴领域，但新的技术革命可能使这一实现比我们期望的更快。

尽管我们距离完全自动化的工厂可能充满资产的潜在最终状态还有很长的距离，但我们应该考虑这一未来的好处，并朝着这个方向推动当前的举措，这是值得我们去做的。这种最终状态不仅需要对可损耗资产及其软件进行有计划的工程设计，而且还需要对这些资产进行通信和交换以不断增加的数量，品种和速度生成的数据的方式进行精心设计。