軍事網(wǎng)絡(luò)化初探

李相德 劉淑平

摘 要：分析網(wǎng)絡(luò)及其軍事化的機(jī)理，以期加深對(duì)軍事化理論研究的深度和廣度。

關(guān)鍵詞：實(shí)體 抽象 同步

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）007-070-02

網(wǎng)絡(luò)既是系統(tǒng)本身，又是系統(tǒng)整體性的標(biāo)志，因此討論網(wǎng)絡(luò)的概況，必須從整體入手，分析其節(jié)點(diǎn)，邊，網(wǎng)絡(luò)整體特性，而網(wǎng)絡(luò)的同步為討論重點(diǎn)，因?yàn)橥綇膭?dòng)態(tài)演化角度展示整體性。

網(wǎng)絡(luò)化，既有實(shí)體的，也有抽象的。先從實(shí)體開(kāi)始分析。

1 實(shí)體網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀概述

網(wǎng)絡(luò)有網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，先解釋一下網(wǎng)絡(luò)中的度。

度（degree）是單獨(dú)節(jié)點(diǎn)的屬性中簡(jiǎn)單而又重要的概念。有向網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的度分為出度和入度（out degree，in degree），該節(jié)點(diǎn)指向其他節(jié)點(diǎn)的邊的數(shù)目為出度，其他節(jié)點(diǎn)指向指向該節(jié)點(diǎn)的邊的數(shù)目為入度。節(jié)點(diǎn)的的度越大，該節(jié)點(diǎn)越重要。冪率分布也稱(chēng)為無(wú)標(biāo)度分布（scale-free），具有冪率度分布的網(wǎng)絡(luò)也稱(chēng)為無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接度如沒(méi)有明顯的特征長(zhǎng)度，可稱(chēng)為無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。

從實(shí)體網(wǎng)絡(luò)的角度看，可以美軍為例。美軍早在20世紀(jì)初就已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)部隊(duì)，其他國(guó)家甚至都還沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)部隊(duì)建制。美國(guó)網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)司令部司令亞歷山大于2013年3月12日在國(guó)會(huì)宣布，還要新增40支網(wǎng)絡(luò)部隊(duì)，這40支部隊(duì)中，13支確定是用來(lái)進(jìn)攻的，而此前，美國(guó)官方和軍方論及該國(guó)網(wǎng)絡(luò)政策時(shí)，基本都是宣稱(chēng)要保護(hù)美國(guó)免遭外國(guó)黑客攻擊，而不是主動(dòng)去攻擊。除了位于馬里蘭州的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)司令部總部917名人員之外，還有來(lái)自所有4個(gè)軍種的超過(guò)1.1萬(wàn)人參與網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)司令部。美國(guó)有多少網(wǎng)軍？美國(guó)《外交政策》雜志報(bào)道說(shuō)，從公開(kāi)數(shù)據(jù)估計(jì)，包括海陸空總?cè)藬?shù)約為5.3-5.8萬(wàn)人。預(yù)計(jì)未來(lái)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)將成為軍事交戰(zhàn)的正式戰(zhàn)場(chǎng)，美國(guó)精心設(shè)局，公開(kāi)尋求互聯(lián)網(wǎng)霸權(quán)，估計(jì)將引發(fā)互聯(lián)網(wǎng)軍備競(jìng)賽。

美軍的網(wǎng)絡(luò)化部隊(duì)建立的網(wǎng)絡(luò)，屬于典型實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，功能影響到上述三種情況。對(duì)于第三種情況（社會(huì)網(wǎng)絡(luò)），科學(xué)家做過(guò)實(shí)驗(yàn)（在世界范圍內(nèi)，郵寄信件：轉(zhuǎn)手六個(gè)朋友就基本可以達(dá)到目的的），對(duì)于人類(lèi)社會(huì)的抽象網(wǎng)絡(luò)而言，六度分離假說(shuō)基本是符合實(shí)際的。但對(duì)于軍隊(duì)來(lái)說(shuō)，不管是實(shí)體電子信息還是抽象網(wǎng)絡(luò)，能達(dá)到二度接觸，P2P將是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化部隊(duì)信息聯(lián)絡(luò)的目標(biāo)。對(duì)于實(shí)體網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)， P2P（peer-to-peer）模式正在發(fā)展成為一種便捷高效的聯(lián)系方式。個(gè)人計(jì)算機(jī)之間可以直接進(jìn)行資源和服務(wù)的共享，而不像傳統(tǒng)的客戶(hù)端/服務(wù)器（client/server，C/S）結(jié)構(gòu)需要經(jīng)過(guò)服務(wù)器的介入和服務(wù)。在P2P結(jié)構(gòu)中，每臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)同時(shí)充當(dāng)服務(wù)器和客戶(hù)端的角色，當(dāng)需要其他計(jì)算機(jī)的文件或者服務(wù)時(shí)，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)直接建立聯(lián)系，本機(jī)是客戶(hù)端。而當(dāng)響應(yīng)其他計(jì)算機(jī)的資源要求時(shí)，本機(jī)又成為提供資源與服務(wù)的服務(wù)器。通常這些資源和服務(wù)包括：文件的共享與交換，計(jì)算資源如CPU的共享使用等。

2 抽象網(wǎng)絡(luò)特性

抽象網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐环N系統(tǒng)哲學(xué)思想，還是要以實(shí)體網(wǎng)絡(luò)所達(dá)到的功能作為基礎(chǔ)來(lái)思考。

對(duì)比社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，軍事網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)依然有以下幾條：

（1）非中心化；（2）可擴(kuò)展性；（3）魯棒性；（4）高性?xún)r(jià)比；（5）安全性；（6）負(fù)載均衡。

其中富有軍事特色的略作解釋?zhuān)褐笓]信息的P2P高效結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致傳統(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)解體，代之以扁平的節(jié)點(diǎn)式結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)小世界無(wú)標(biāo)度特點(diǎn)，即：從平均意義上來(lái)說(shuō)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅通過(guò)幾步的跳躍就可達(dá)到網(wǎng)絡(luò)中其他任何一個(gè)點(diǎn)。無(wú)標(biāo)度的冪律分布主要闡述抽象網(wǎng)絡(luò)，即與社會(huì)聯(lián)系起來(lái)的大系統(tǒng)。

中心化向功能化轉(zhuǎn)變，在分形式擴(kuò)展中，聯(lián)系及作用的魯棒性體現(xiàn)在軍民共享通信電纜，在戰(zhàn)時(shí)能對(duì)付大范圍毀壞，但如此一來(lái)，信息安全的矛盾無(wú)法徹底解決，也可能徹底解決信息安全的方案永遠(yuǎn)不存在，這在以后的章節(jié)中將從技術(shù)角度予以闡述。網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)信息負(fù)載也可以通過(guò)調(diào)節(jié)達(dá)到均衡，以此解決擁塞，因此，無(wú)論從實(shí)體、管理、作戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)都具有極高效率。另有，增長(zhǎng)特性：網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模是不斷擴(kuò)大的；新的節(jié)點(diǎn)更傾向于與那些具有較高連接度的大節(jié)點(diǎn)相連接（Matthew effect）。

網(wǎng)絡(luò)本身就是系統(tǒng)，如果用節(jié)點(diǎn)表示系統(tǒng)各個(gè)組成部分，即系統(tǒng)的元素，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連線(xiàn)表示系統(tǒng)相互作用，那么網(wǎng)絡(luò)就為研究系統(tǒng)提供了一種新的描述方式，以此也洞開(kāi)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)之門(mén)。原則上說(shuō)，任何包涵大量組成單元（或子系統(tǒng)）的復(fù)雜系統(tǒng)，當(dāng)我們把構(gòu)成單元抽象成節(jié)點(diǎn)，單元之間的相互作用抽象為邊時(shí)，都可以當(dāng)做復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)來(lái)研究。在軍事領(lǐng)域，可以憑以透視。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)有自相似性：相似分形以維數(shù)來(lái)度量，層次嵌套的自相似性與無(wú)規(guī)則性、破碎性、混亂性有機(jī)結(jié)合，部分與整體既相似又不嚴(yán)格相似，是因?yàn)榉磸?fù)迭代過(guò)程中不時(shí)有隨機(jī)因素侵入，但又是不可預(yù)料的，才導(dǎo)致嚴(yán)格自相似性的破缺，不能用確定論方法描述，但也不能全用統(tǒng)計(jì)方法描述，因?yàn)樵谶^(guò)程中有些規(guī)則在不斷重復(fù)，具有明顯的尺度（層次）變換下的不變性，即規(guī)律性。軍事信息網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)典作戰(zhàn)中具有形體的相似性，上個(gè)世紀(jì)70年代后，軍事天網(wǎng)的使用破壞了實(shí)體相似，可以說(shuō)，在征服和跨越中導(dǎo)致破缺，引起競(jìng)賽，建立新型信息網(wǎng)絡(luò)，新型網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)性導(dǎo)致復(fù)雜性、不可確定性加劇，在其中尋找規(guī)律也日趨復(fù)雜。

3 網(wǎng)絡(luò)同步分析

網(wǎng)絡(luò)的同步現(xiàn)象最能展示系統(tǒng)特色，其實(shí)是其自組織性的表現(xiàn)。下面重點(diǎn)予以分析。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)同步具有混沌特點(diǎn)，早在300年前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)同步現(xiàn)象，物理學(xué)家惠更斯發(fā)現(xiàn)的鐘擺同步，荷蘭旅行家發(fā)現(xiàn)的螢火蟲(chóng)發(fā)光同步，青蛙鳴叫同步等。對(duì)于人體來(lái)說(shuō)，有心肌細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的同步，大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步，群眾鼓掌由散亂漸趨同步等。

在自然界，混沌同步，既大勢(shì)所趨，又參差耦合，既有外部驅(qū)動(dòng)，又有內(nèi)部要求，這種規(guī)律非常微妙。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的同步，在信息傳輸領(lǐng)域，有要進(jìn)行避免的：傳輸控制協(xié)議窗口的增加，Internet通信網(wǎng)絡(luò)信息擁堵，周期路由信息的同步，等，有要進(jìn)行加速與牽引的，如傳統(tǒng)軍事領(lǐng)域的整齊劃一，信息化背景下的文化戰(zhàn)，心理戰(zhàn)。

避免同步與加速同步其實(shí)可以一體化研究，是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面。主要應(yīng)該研究其動(dòng)力學(xué)行為及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)性能，假使P2P結(jié)構(gòu)成立，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，那么同步不可避免，如何提高（反面即避免）亟待解決。以下一些措施，漸成共識(shí)：

（1）調(diào)低網(wǎng)絡(luò)最大介數(shù)（介數(shù)：網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)對(duì)最短路徑中經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的條數(shù)占所有最短路徑條數(shù)的比例）。

無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)負(fù)載分布差異大，平均距離就會(huì)非常?。ㄆ骄嚯x越小，網(wǎng)絡(luò)同步能力越好，與此同時(shí)，有的學(xué)者也舉出相反地例子，目前這個(gè)問(wèn)題爭(zhēng)議激烈，改變網(wǎng)絡(luò)平均距離時(shí)，網(wǎng)絡(luò)同步改變，其他結(jié)構(gòu)特征也發(fā)生變化，因此很難判定是否是平均距離的因素，受影響的多少），限制同步能力則為最大介數(shù)。為達(dá)目的，首先可以用結(jié)構(gòu)微擾來(lái)處理：對(duì)于一個(gè)大介數(shù)節(jié)點(diǎn)，添加（N-1）個(gè)輔助節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行相互連接，隨機(jī)選擇這N個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)與中心節(jié)點(diǎn)連接邊連接。進(jìn)行N次分割后，信號(hào)負(fù)載被均勻分配到N節(jié)點(diǎn)中，從而降低最大介數(shù)。在實(shí)踐中計(jì)算網(wǎng)絡(luò)介數(shù)幾乎不可能，可近似利用度的排序代表介數(shù)，因?yàn)槎咦兓烧壤卣鳌Ｊ紫?，?duì)節(jié)點(diǎn)度排序，然后對(duì)中心度大節(jié)點(diǎn)進(jìn)行N分割，對(duì)度再排序，繼續(xù)第二輪；循環(huán)執(zhí)行直到網(wǎng)絡(luò)一定比例m的節(jié)點(diǎn)被分割，比較分割前后耦合矩陣的特征值比即可。具體是：設(shè)q為原網(wǎng)絡(luò)耦合矩陣特征比，Q為進(jìn)行分割后耦合矩陣的特征值比。只要觀察比較m=q/Q即可看到分割對(duì)網(wǎng)絡(luò)同步能力的干涉程度。

（2）無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)上去耦合的方法。

不均勻信息傳輸過(guò)程中，大介數(shù)節(jié)點(diǎn)和邊會(huì)出現(xiàn)擁塞或過(guò)載，如何分?jǐn)偦蛉サ魮砣倪?，學(xué)者殷傳洋給出這樣的計(jì)算，很值得采納。定義邊E的貢獻(xiàn)W為這條邊所連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)V1和V2度的乘積，即W=K1K2，計(jì)算所有邊的貢獻(xiàn)后，將所有的W從大到小排列，然后按照順序逐一切斷這些邊，也就是去掉邊所連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的耦合。這樣當(dāng)耦合強(qiáng)度一致且對(duì)稱(chēng)時(shí)，所得到的新網(wǎng)絡(luò)的耦合矩陣的特征值比與原始網(wǎng)絡(luò)相比有明顯降低，即網(wǎng)絡(luò)的同步能力可以得到顯著提高，并且網(wǎng)絡(luò)的度分布沒(méi)有明顯的變化。

（3）通過(guò)全局優(yōu)化算法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)同步能力。

首先，更換網(wǎng)絡(luò)中的一條邊。如果該邊造成網(wǎng)絡(luò)中斷，就拒絕這次更換，并重新開(kāi)始，計(jì)算更換后前后網(wǎng)絡(luò)特征值比的差值：特征值比下降則網(wǎng)絡(luò)同步能力增強(qiáng)，如果特征值比增加，就以一定的的概率接收這次更換（差異越大，接收概率越小，拒絕概率也就遠(yuǎn)大），重新開(kāi)始。從而尋找到具有很強(qiáng)同步能力的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以此還可以認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與同步能力之間的微妙關(guān)系。但是全局優(yōu)化算法也有局限性，不能計(jì)算較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。

其他的幾種方法：無(wú)序擾動(dòng)改進(jìn)同步特性，通過(guò)改變時(shí)滯提高網(wǎng)絡(luò)同步特性，加權(quán)耦合提高網(wǎng)絡(luò)同步等，不再贅述。

4 小結(jié)

同步能力對(duì)軍事網(wǎng)絡(luò)較之其他有著異同尋常的作用，同步代表著協(xié)同能力與團(tuán)體最高的效率，能否同步，也是衡量軍事網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定及功能正?；臉?biāo)志，因此同步的加強(qiáng)與削弱是軍事網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)之一。

平均距離越小的網(wǎng)絡(luò)，直觀感覺(jué)同步能力應(yīng)該越好，但是邏輯理論推理不足以證實(shí)。

但度和介數(shù)的變化能很好預(yù)示同步能力，一般，網(wǎng)絡(luò)的度和介數(shù)分布趨向均勻，網(wǎng)絡(luò)的同步能力則加強(qiáng)。介數(shù)增大，同步能力減弱，網(wǎng)絡(luò)的最大介數(shù)趨小，同步能力反而強(qiáng)。但是最近學(xué)者發(fā)現(xiàn)，介數(shù)反映網(wǎng)絡(luò)間的同步能力也有局限，截止現(xiàn)在還沒(méi)有一種方法能夠保證只改變網(wǎng)絡(luò)某一單獨(dú)特性就能完全改變同步狀況。因?yàn)閱我粎?shù)無(wú)法改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這也可能是網(wǎng)絡(luò)魯棒性的表現(xiàn)。

21世紀(jì)，學(xué)者們又研究了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的集聚系數(shù)、度度相關(guān)性和模塊化程度等對(duì)同步能力的作用。但由于人為無(wú)法精確控制，耦合機(jī)制又需要智能形式模型出現(xiàn)，因此無(wú)法因果性宏觀控制，一些具體方法，僅作為一種特殊情境下的參考方法。

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