網(wǎng)絡(luò)信息體系的成熟度評估

劉俊先 曹江 張維明 高嵐嵐

網(wǎng)絡(luò)信息體系作為一類復(fù)雜巨系統(tǒng),任務(wù)多樣,所處的環(huán)境也比較復(fù)雜,體系經(jīng)常會遇到任務(wù)變化、環(huán)境變化、威脅變化等情況.體系的適應(yīng)性評估衡量體系調(diào)整自身以適應(yīng)任務(wù)和環(huán)境變化的能力.體系適應(yīng)變化的方式既包括改變體系自身的組成結(jié)構(gòu)、信息流程,也包括提升體系的性能等.

體系的適應(yīng)性是一種能力.目前能力評估方法主要有3類.一類是解析法,主要通過建立能力的解析模型或給出能力的顯式表達(dá)式來計算能力值.這類方法只對某些特殊的單項能力有效,對大部分能力難以找到其解析表達(dá)式,對于適應(yīng)性而言更是難以建立適應(yīng)性的解析模型.第2類是基于仿真模擬的方法,主要借助仿真模擬開展大量試驗,通過試驗數(shù)據(jù)挖掘分析得到能力評估值.這類方法與第1類方法類似,能解決部分能力評估中指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取的問題,但對能力指標(biāo)合成等工作并沒有給出解決手段.第3類是綜合評估法,通常是通過能力的逐層分解細(xì)化,最終用性能指標(biāo)來代替能力指標(biāo).傳統(tǒng)的基于層次分析法等的能力評估都是這種思路.從本質(zhì)上講,性能指標(biāo)會影響能力指標(biāo)或決定能力指標(biāo)的表現(xiàn),但性能指標(biāo)不是唯一的決定因素,因此用“性能代能力”是不合理的.

能力是在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和條件下,采用多種方式方法執(zhí)行一組活動并達(dá)到期望效果的本領(lǐng).能力由活動產(chǎn)生,活動產(chǎn)生活動效果,體系能力通過活動效果得以實現(xiàn),能力評估的對象是活動效果.因此能力評估應(yīng)從活動出發(fā),通過效果來落地,建立能力和效果的映射關(guān)系,通過評估活動效果來評估能力.

本文首先研究網(wǎng)絡(luò)信息體系適應(yīng)性的概念,在分析網(wǎng)絡(luò)信息體系組織運用方式基礎(chǔ)上,從“信息優(yōu)勢-決策優(yōu)勢-行動優(yōu)勢”入手,提出網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式的概念和互操作、互理解、互遵循3個表征維度,并最終提出評估網(wǎng)絡(luò)信息體系適應(yīng)性的成熟度模型.

表1 體系適應(yīng)能力指標(biāo)體系

1 網(wǎng)絡(luò)信息體系的適應(yīng)性

1.1 體系適應(yīng)性概念及評估方法

從生物學(xué)角度說,適應(yīng)是生物體調(diào)整自身以適應(yīng)環(huán)境的過程.以此類推,對一個個體、公司、系統(tǒng)或體系,適應(yīng)是一個主體調(diào)整自身的組織、結(jié)構(gòu)、流程以更好地適合外部挑戰(zhàn)的過程.體系的適應(yīng)性造就了復(fù)雜性[1].體系適應(yīng)能力越強(qiáng),體系就會越復(fù)雜,就會給體系的設(shè)計、建設(shè)和運行管理帶來更大的困難和更多的風(fēng)險.因此,從降低體系復(fù)雜性和運行風(fēng)險的角度考慮,對體系適應(yīng)性能力的要求應(yīng)該是有限度的,不能一味追求高適應(yīng)性.

國外學(xué)術(shù)界近幾年來針對體系評估開展了一些探索性工作[2?8].針對體系互操作能力,卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的軟件工程研究所建立了一種體系互操作能力模型并從計劃互操作性、構(gòu)建互操作性、業(yè)務(wù)互操作性和互操作環(huán)境等方面進(jìn)行了深入分析[2].在體系的適應(yīng)性評估方面,美國的Sandia國家實驗室開展了較深入的研究,從魯棒性、變化能力、重配置能力、組合能力、組織能力和性能5個方面提出了一組體系適應(yīng)能力指標(biāo)(如表1所示),給出了指標(biāo)量化的方法和模型,特別是提出了體系適應(yīng)性指數(shù)的指標(biāo),用于綜合各單項指標(biāo)以給出體系適應(yīng)能力的綜合度量[3?4].

此外還有研究針對體系數(shù)據(jù)共享能力,提出了基于體系使命任務(wù)分解和數(shù)據(jù)生成共享功能建模的分析方法;針對體系魯棒性,提出了一種基于組成系統(tǒng)類型和接口所提供能力的定義體系的模糊評估方法;針對體系的彈性,提出了一種基于相互依賴關(guān)系的建模方法,通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析對體系彈性進(jìn)行評估,并結(jié)合近岸作戰(zhàn)艦船體系進(jìn)行了案例研究.

1.2 網(wǎng)絡(luò)信息體系適應(yīng)性的概念及內(nèi)涵

網(wǎng)絡(luò)信息體系的適應(yīng)性是網(wǎng)絡(luò)信息體系調(diào)整自身組成要素、流程關(guān)系、運行規(guī)則等,以適應(yīng)各類任務(wù)和戰(zhàn)場環(huán)境變化的能力,是體系敏捷性的重要部分.在體系適應(yīng)性評估中,要根據(jù)體系可能的使命任務(wù)集和環(huán)境變化范圍,確定合適的評估內(nèi)容、指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn).

對網(wǎng)絡(luò)信息體系而言,適應(yīng)性等體系質(zhì)量特征刻畫的是體系在不確定任務(wù)環(huán)境下的應(yīng)變水平,衡量體系是否對未來可能的風(fēng)險有所準(zhǔn)備,反映體系的內(nèi)在本領(lǐng).體系質(zhì)量特征不直接體現(xiàn)為能力效果,但會從總體上提升功能性能力的水平,發(fā)揮類似“倍增器”的作用.以信息系統(tǒng)特別是C2系統(tǒng)為核心的網(wǎng)絡(luò)信息體系,其適應(yīng)多樣化任務(wù)和環(huán)境變化的水平,可以從3個方面來衡量:一是體系互操作水平,主要是指通過信息活動的信息交互,使體系最終達(dá)成信息優(yōu)勢;二是體系互理解水平,主要是體系要素間通過態(tài)勢理解、計劃和決策等的交互共享,使體系達(dá)成決策優(yōu)勢;三是體系互遵循水平,主要是體系要素在任務(wù)執(zhí)行過程中通過協(xié)同以及共同準(zhǔn)則的遵守,達(dá)成整體上的行動優(yōu)勢.可以認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)信息體系的互操作、互理解和互遵循是體系運行時,在信息域、認(rèn)知域和社會域的層面為提高適應(yīng)性而采取的活動.互操作、互理解和互遵循是手段,信息優(yōu)勢、決策優(yōu)勢和行動優(yōu)勢是效果.

決定網(wǎng)絡(luò)信息體系適應(yīng)性評估值高低的因素有兩類.第1類是外部因素,即體系所服務(wù)的多樣化任務(wù)和快速變化的不確定環(huán)境.第2類是內(nèi)部因素,主要是體系組成要素、體系要素關(guān)系、文化、準(zhǔn)則等內(nèi)容.在外部因素不變時,體系組成、結(jié)構(gòu)和運行方式越靈活、越合理,體系的適應(yīng)性評估值越高.在內(nèi)部因素不變時,外部因素的變化影響著體系的適應(yīng)性評估值,但是不管外部因素怎么變,體系的適應(yīng)能力是不變的,因為適應(yīng)能力決定于體系的內(nèi)部因素.在外部因素和內(nèi)部因素都不變時,網(wǎng)絡(luò)信息體系所采用的組織運用方式會決定體系的適應(yīng)性評估值.

2 網(wǎng)絡(luò)信息體系的融合模式

2.1 網(wǎng)絡(luò)信息體系的組織運用

體系的運轉(zhuǎn)或運行通常是自動的,因此,網(wǎng)絡(luò)信息體系的組織運用一般是指在完成任務(wù)過程中所體現(xiàn)出來的體系要素的運行方式,以及體系要素之間的關(guān)聯(lián)、交互、協(xié)作等模式.為了描述這些模式的特點和規(guī)律,可以根據(jù)體系要素所屬的域,分析不同域的體系要素的運行方式、域內(nèi)要素之間的關(guān)系以及不同域要素之間的各種關(guān)聯(lián)、交互、協(xié)作等關(guān)系.這些方式、關(guān)系可以歸結(jié)為兩個方面:

一是體系要素運行時的自主程度.網(wǎng)絡(luò)信息體系作為復(fù)雜系統(tǒng),體系要素的自主性程度相比于系統(tǒng)組成單元而言要大得多,因此,體系要素在多大程度上能夠自主運行是衡量體系要素運行方式的主要方面.用軍事領(lǐng)域的語言來講,體系要素運行的自主程度反映了體系中指揮決策權(quán)力的分配程度,如各域的要素有完全自主的指揮決策權(quán),還是完全被集中指揮,還是介于兩者之間.

二是體系要素之間的關(guān)聯(lián)程度.不同域的要素關(guān)聯(lián)的內(nèi)涵是不同的,如聯(lián)合感知域要素的關(guān)聯(lián)本質(zhì)上更多反映了信息在體系內(nèi)的共享分布,聯(lián)合決策域的要素的關(guān)聯(lián)更多反映了認(rèn)知和理解在體系內(nèi)的共享情況.

網(wǎng)絡(luò)信息體系要素運行的自主程度和體系要素之間的關(guān)聯(lián)程度,反映了網(wǎng)絡(luò)信息體系運行時的融合水平,即體系要素在完成任務(wù)時互相聯(lián)系、交互、協(xié)作的緊密程度,本文將這種情況定義為網(wǎng)絡(luò)信息體系的融合模式.

2.2 網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式的表征維度

顯然,不同的任務(wù)和環(huán)境下,需要的網(wǎng)絡(luò)信息體系的融合模式是不一樣的.有的任務(wù)需要聯(lián)合感知域的體系要素廣泛共享信息,而有的任務(wù)則更強(qiáng)調(diào)聯(lián)合感知域的體系要素要及時共享信息而不是在域內(nèi)進(jìn)行共享.為了區(qū)分網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式,從體系適應(yīng)性特征出發(fā),將前面的體系要素運行自主程度和體系要素關(guān)聯(lián)程度具體化為體系互操作、互理解和互遵循3個維度.

體系互操作維度從信息的角度衡量體系要素所完成的信息活動之間的各種關(guān)系,以判斷體系要素之間的信息共享水平.傳統(tǒng)上互操作是指不同平臺或編程語言之間交換和共享數(shù)據(jù)的能力.美國國防部將互操作界定為在執(zhí)行一組指定任務(wù)時通過協(xié)作完成的活動,或系統(tǒng)、裝備間直接交換信息、服務(wù)[9].廣義的理解,互操作是通過信息交換達(dá)成協(xié)調(diào)工作的能力[10].網(wǎng)絡(luò)信息體系的互操作指的是體系要素在完成任務(wù)時,通過信息交換來協(xié)作其他要素執(zhí)行相應(yīng)的信息活動,以滿足任務(wù)的需要.體系互操作的關(guān)鍵是信息交換,效果是信息優(yōu)勢.

體系互理解維度從認(rèn)知的角度衡量體系要素之間通過交互形成對當(dāng)前態(tài)勢的一致認(rèn)識、判斷和預(yù)測,并作出一致決策的水平.理解是領(lǐng)會、了解、懂得的一種心理思維過程,是對事物的意義形成了結(jié)構(gòu)化的知識表達(dá)[10].互理解是協(xié)作各方遵循標(biāo)準(zhǔn)的概念框架和活動流程,從而為達(dá)成對事物的一致理解創(chuàng)造條件.互理解與覺知(Awareness)、理解(Understanding)和決策(Decision)等活動相關(guān),它們都發(fā)生在認(rèn)知域.覺知與態(tài)勢相關(guān),是先驗知識和當(dāng)前認(rèn)識折衷的結(jié)果.理解是基于充分的知識對態(tài)勢的可能結(jié)果進(jìn)行推理,并預(yù)測態(tài)勢的發(fā)展[11].態(tài)勢覺知關(guān)注過去發(fā)生了什么、當(dāng)前情況如何,理解關(guān)注態(tài)勢如何發(fā)展、不同的行動對態(tài)勢有什么影響.決策就是選擇要執(zhí)行的任務(wù).互理解與共享理解間存在因果關(guān)系,互理解是實現(xiàn)共享理解的必然途徑,共享理解則為體系要素的決策提供了統(tǒng)一基礎(chǔ),是形成一致決策、獲得決策優(yōu)勢的重要影響因素.

體系互遵循維度從執(zhí)行的角度衡量體系要素之間在執(zhí)行任務(wù)時是否遵循統(tǒng)一的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)則、文化,以通過協(xié)作實現(xiàn)任務(wù)同步執(zhí)行、達(dá)成作戰(zhàn)優(yōu)勢的水平.協(xié)作是衡量互遵循效果的重要手段,通過協(xié)作的效率、效能可以間接衡量體系要素是否遵循了統(tǒng)一的規(guī)范和準(zhǔn)則,是否遵循了相互的要求和行動方案.

2.3 網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式空間

以體系互操作、互理解和互遵循的水平為3個參量來表征網(wǎng)絡(luò)信息體系的融合模式,則所有的網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式形成了一個空間,即網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式空間,如圖1所示.

圖1 網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式空間

體系互操作水平的取值介于孤立和完全互操作之間,孤立代表體系要素之間不存在交互,完全互操作表示任何體系要素只要有需要就可以進(jìn)行互操作.體系互理解水平的取值介于沖突的理解和完全一致理解之間.體系互遵循水平的取值介于完全自主行動與自發(fā)同步之間.原則上圖1立方體中的每一個點都代表了一種網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式.但是由于體系的互操作、互理解和互遵循是遞進(jìn)的關(guān)系,前者是后者的基礎(chǔ),因此,在圖1的立方體中,立方體去除三角錐OABC的區(qū)域里一般不會存在可行的融合模式,常見的體系融合模式基本位于三角錐OABC里.

3 網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度評估模型

3.1 成熟度概念和等級模型

成熟度是一個耳熟能詳?shù)母拍?如軟件能力成熟度、技術(shù)成熟度、管理成熟度等.軟件能力成熟度模型是一種對軟件組織在定義、實施、度量、控制和改善其軟件過程的實踐中各個發(fā)展階段的描述形成的一種標(biāo)準(zhǔn).技術(shù)成熟度是指科技成果的技術(shù)水平、工藝流程、配套資源、技術(shù)生命周期等方面所具有的產(chǎn)業(yè)化實用程度.

成熟度的評估通常采用等級模型,如美國防部將技術(shù)成熟度分為9個等級:1)基本原理被發(fā)現(xiàn)和闡述;2)形成技術(shù)概念或應(yīng)用方案;3)應(yīng)用分析與實驗室研究,關(guān)鍵功能實驗室驗證;4)實驗室原理樣機(jī)組件或?qū)嶒灠逶趯嶒灜h(huán)境中驗證;5)完整的實驗室樣機(jī),組件或?qū)嶒灠逶谙嚓P(guān)環(huán)境中驗證;6)模擬環(huán)境下系統(tǒng)演示;7)真實環(huán)境下的系統(tǒng)演示;8)定型試驗;9)運行與評估[12].軟件能力成熟度模型(CMM)用于評價軟件承包能力以改善軟件質(zhì)量,側(cè)重于軟件開發(fā)過程管理及工程能力的提高與評估,分為初始級、可重復(fù)級、已定義級、已管理級和優(yōu)化級5個等級[13].

DSAlberts博士提出了一個衡量網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)(NCW)成熟度的模型(如圖2所示)[14],該模型將NCW的成熟度分為5層,從態(tài)勢覺知和指揮控制兩個維度給出了NCW成熟度的演進(jìn)途徑,分析了各層成熟度的概念內(nèi)涵,以及在實現(xiàn)信息共享、一致認(rèn)知等目標(biāo)方面,系統(tǒng)和組織之間需要的互操作能力水平.

圖2 NCW成熟度模型

網(wǎng)絡(luò)賦能C2成熟度模型(NATO NEC C2 maturity model,N2C2M2)是北約SAS-065研究組所提出的衡量C2方式成熟度水平的模型[15].N2C2M2根據(jù)決策權(quán)的分配、參與對象的交互模式和信息分布情況,定義了一組指揮控制方式,包括沖突式指揮控制(Conflicted C2)、去沖突式指揮控制(De-Conflicted C2)、協(xié)調(diào)式指揮控制(Collaborative C2)、協(xié)同式指揮控制(Coordinated C2)和邊緣式指揮控制(Edge C2)[16].所有指揮控制方式的集合形成指揮控制方式空間.N2C2M2將C2成熟度分為5個層次,每個層次對應(yīng)的指揮控制方式如圖3所示.

圖3 N2C2M2的成熟度與指揮控制方式

3.2 網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度的定義

網(wǎng)絡(luò)信息體系的成熟度是網(wǎng)絡(luò)信息體系為適應(yīng)任務(wù)和環(huán)境的變化,而切換自身運行時的融合模式的能力.參考N2C2M2,可以從3個方面入手定義網(wǎng)絡(luò)信息體系的成熟度水平:一是體系要素能采用的融合模式,二是識別最滿足要求融合模式的能力,三是從當(dāng)前融合模式轉(zhuǎn)換為最合適模式的能力.

網(wǎng)絡(luò)信息體系的成熟度水平與一組特定的體系能力相關(guān),而且高水平的成熟度所對應(yīng)的能力一定涵蓋了低水平成熟度的相關(guān)能力.每種網(wǎng)絡(luò)信息體系的成熟度對應(yīng)一組體系融合模式,在該成熟度水平下,體系能夠根據(jù)需要從這組體系融合模式中選擇合適的模式,并切換到該模式下運行.每種網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度水平內(nèi)能選擇的體系融合模式的數(shù)量和在這些融合模式間轉(zhuǎn)換的能力,是網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度模型的兩項重要內(nèi)容.體系能力水平、體系成熟度水平和體系融合模式之間的邏輯關(guān)系如圖4所示.

圖4 體系能力、成熟度與融合模式的關(guān)系

為了評估網(wǎng)絡(luò)信息體系的成熟度,需要以網(wǎng)絡(luò)信息體系能力需求為依據(jù),制定網(wǎng)絡(luò)信息體系的成熟度水平,并確定每種成熟度水平對應(yīng)的體系融合模式.

3.3 網(wǎng)絡(luò)信息體系能力等級

網(wǎng)絡(luò)信息體系能力多種多樣,水平各有高低,總體能力等級描述了作戰(zhàn)對網(wǎng)絡(luò)信息體系能力的要求.體系的最重要特征就是能力的涌現(xiàn)特性,通過能力涌現(xiàn),可以完成單一要素不能完成的任務(wù).體系能力涌現(xiàn)的機(jī)理極其復(fù)雜,目前尚不清晰,但有一點是至關(guān)重要的,即體系要素要通過協(xié)作、交互和聯(lián)合,才有可能形成新能力.

網(wǎng)絡(luò)信息體系要素在執(zhí)行任務(wù)時既要有自主性,又要根據(jù)需要服從指揮、接受控制,并與其他要素進(jìn)行協(xié)作以聯(lián)合完成任務(wù).網(wǎng)絡(luò)信息體系的組成要素根據(jù)能力的不同可以分為多種類型,相同類型的體系要素形成網(wǎng)絡(luò)信息體系的域,如聯(lián)合感知域、聯(lián)合決策域和聯(lián)合控制域等.不同域的網(wǎng)絡(luò)信息體系要素協(xié)作、交互和聯(lián)合水平的高低,代表了網(wǎng)絡(luò)信息體系能力的總體水平.本文把體系能力水平分為6個層級,具體如表2所示.每種等級下體系要素在指揮、控制和聯(lián)合協(xié)作方面的特征是不同的.

表2 網(wǎng)絡(luò)信息體系能力等級及其特征

隨著能力等級的提升,體系內(nèi)要素的指揮、控制和協(xié)作的范圍逐漸從域內(nèi)擴(kuò)展到跨域、再到全域,最后具備靈活、按需、適應(yīng)等特性.

3.4 網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度等級模型

對每一種網(wǎng)絡(luò)信息體系能力等級,都可以映射到相應(yīng)的體系成熟度,如圖5所示.

每種網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度都對體系的互操作、互理解和互遵循水平有特定的要求,因此,每種成熟度等級都對應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式間中的一個區(qū)域,這些區(qū)域可能相交,也可能不相交,如圖6所示.每個區(qū)域都代表了一系列網(wǎng)絡(luò)信息體系的融合模式.

在后續(xù)研究中,將具體分析網(wǎng)絡(luò)信息體系每種能力等級的具體特點和要求,進(jìn)而明確每種網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度等級的要求.在分析每種成熟度的網(wǎng)絡(luò)信息體系互操作、互理解和互遵循特點后,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息體系域的劃分和域特點分析,提出一組典型的網(wǎng)絡(luò)信息體系融合模式,進(jìn)而明確每種網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度對應(yīng)的體系融合模式集,并分析各融合模式轉(zhuǎn)換的前提條件和具體方式.對網(wǎng)絡(luò)信息體系的互操作、互理解和互遵循,也將從使能手段和外在效果兩方面,結(jié)合信息優(yōu)勢、決策優(yōu)勢和行動優(yōu)勢的研究成果,建立網(wǎng)絡(luò)信息體系互操作、互理解、互遵循的具體等級評定模型,提高網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度評估的可實現(xiàn)程度.

圖5 網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度水平與能力水平的對應(yīng)

圖6 網(wǎng)絡(luò)信息體系成熟度對應(yīng)的融合模式區(qū)域