網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合機(jī)理研究

易侃 汪霜玲 王珩 張杰勇

網(wǎng)絡(luò)信息體系自2014年提出以來(lái),國(guó)內(nèi)各研究院所對(duì)其概念內(nèi)涵、發(fā)展建議等方面展開(kāi)了研究.在國(guó)外,沒(méi)有與“網(wǎng)絡(luò)信息體系”完全等同的概念,與其相類(lèi)似的概念主要就是“體系(System of Systems,SoS)[1?2]”.本文在體系工程研究的基礎(chǔ)上,對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合的概念、框架、及關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討.

網(wǎng)絡(luò)信息體系是以網(wǎng)絡(luò)為中心,將探測(cè)裝備、指揮系統(tǒng)、信息化武器等各類(lèi)作戰(zhàn)資源聯(lián)為一體,以信息為主導(dǎo),進(jìn)行相互融合、全網(wǎng)共享,最終形成全軍一體化聯(lián)合作戰(zhàn)體系能力.其概念內(nèi)涵概括起來(lái)說(shuō)就是“網(wǎng)絡(luò)中心、信息主導(dǎo)、體系能力”.

網(wǎng)絡(luò)是中心.與傳統(tǒng)概念不同,這里的網(wǎng)絡(luò)不僅是信息的載體,而是能夠支撐全網(wǎng)形成最大化作戰(zhàn)能力的信息基礎(chǔ)設(shè)施.網(wǎng)絡(luò)解決的不僅僅是簡(jiǎn)單的信息傳輸問(wèn)題,而是為全網(wǎng)資源優(yōu)化調(diào)度、作戰(zhàn)單元自主協(xié)同、作戰(zhàn)能力高度聚合提供基礎(chǔ)和支撐.

信息是主導(dǎo).與過(guò)去相比,首先信息主導(dǎo)作戰(zhàn)力量的形成,各種信息化武器所具備的情報(bào)偵察、通信聯(lián)絡(luò)、指揮控制、精確打擊等能力均依賴(lài)于信息的獲取、處理、融合和利用;其次信息主導(dǎo)作戰(zhàn)力量的流向,戰(zhàn)場(chǎng)的物質(zhì)流和能量流的移動(dòng)都要受到信息流的控制;再次信息主導(dǎo)作戰(zhàn)力量的協(xié)調(diào),信息是各作戰(zhàn)力量間互聯(lián)互通、有機(jī)結(jié)合、相互協(xié)作、形成整體作戰(zhàn)能力的橋梁,同時(shí),信息也對(duì)各作戰(zhàn)力量間應(yīng)當(dāng)形成怎樣的協(xié)作結(jié)構(gòu)和指揮控制結(jié)構(gòu)起到?jīng)Q定作用.

體系是能力.與系統(tǒng)相比,體系是由一組相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)構(gòu)成的有機(jī)整體.體系中的各個(gè)系統(tǒng)在發(fā)揮各自能力的同時(shí),能夠通過(guò)高效協(xié)作,形成結(jié)構(gòu)力,從而形成系統(tǒng)間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),實(shí)現(xiàn)整體能力的最大釋放.

從上述體系能力的概念來(lái)看,體系的能力并不是單個(gè)系統(tǒng)或單個(gè)作戰(zhàn)單元能力的簡(jiǎn)單累加和互連,而是圍繞作戰(zhàn)使命和任務(wù)需求,按照信息賦能、網(wǎng)絡(luò)增能、體系聚能的要求,將各種作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)單元、系統(tǒng)資源有機(jī)融合,所達(dá)成的聯(lián)合作戰(zhàn)能力.研究體系能力的生成過(guò)程,需要研究如何基于作戰(zhàn)任務(wù)將體系內(nèi)的各種作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)單元、系統(tǒng)資源有機(jī)融合,如何基于作戰(zhàn)任務(wù)使得體系成為高效運(yùn)轉(zhuǎn)的整體,如何實(shí)現(xiàn)體系能力的聚合等.以上問(wèn)題概括起來(lái)都是網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合機(jī)理的問(wèn)題,本文旨在對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行初步的探索和思考.

圖1 網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合的整體框架

1 網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合的整體框架

網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合的過(guò)程是指體系中的各類(lèi)作戰(zhàn)單元和系統(tǒng)資源圍繞作戰(zhàn)任務(wù),在實(shí)現(xiàn)偵察預(yù)警、決策指揮和武器打擊能力最大基礎(chǔ)上,基于監(jiān)視、識(shí)別、決策、打擊過(guò)程,生成閉環(huán)作戰(zhàn)殺傷鏈.其中:

作戰(zhàn)任務(wù)是網(wǎng)絡(luò)信息體系為完成作戰(zhàn)使命而實(shí)施的系列作戰(zhàn)行動(dòng),這些作戰(zhàn)行動(dòng)一般由網(wǎng)絡(luò)信息體系中某一個(gè)或多個(gè)作戰(zhàn)單元協(xié)同完成.

作戰(zhàn)單元是各種軍事能力的載體,為執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)提供火力打擊能力、偵察監(jiān)視能力、信息處理能力以及指揮決策能力等,作戰(zhàn)單元一般包括探測(cè)單元、火力單元、決策單元等.

系統(tǒng)資源是信息系統(tǒng)內(nèi)各類(lèi)計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸、軟件、服務(wù)等軟、硬件資源的統(tǒng)稱(chēng).

2 網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合機(jī)理分析

針對(duì)機(jī)理中作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)單元的優(yōu)化匹配、作戰(zhàn)單元間協(xié)作結(jié)構(gòu)的優(yōu)化生成、作戰(zhàn)單元間指揮控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)化生成、系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置等關(guān)鍵步驟的內(nèi)涵進(jìn)行分析,并提出亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題.

2.1 作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)單元的優(yōu)化匹配

作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)單元的優(yōu)化匹配是對(duì)任務(wù)和作戰(zhàn)單元之間的任務(wù)分配關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),生成任務(wù)執(zhí)行方案的過(guò)程.首先需要將作戰(zhàn)任務(wù)分解成可執(zhí)行的子任務(wù),并確定子任務(wù)之間的時(shí)序關(guān)系,即子任務(wù)的執(zhí)行順序[3?4].其次分析各子任務(wù)的能力需求和各作戰(zhàn)單元能夠提供的能力支撐,這里的能力包括對(duì)空防御能力、反導(dǎo)能力等.最后根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)單元間的能力供給關(guān)系,建立兩者之間的映射關(guān)系,如圖2所示.

任務(wù)與作戰(zhàn)單元的優(yōu)化匹配中的關(guān)鍵問(wèn)題有:

1)尋求合適任務(wù)的分解依據(jù)和分解粒度.分解依據(jù)表示在將任務(wù)分解成各可執(zhí)行的子任務(wù)時(shí)所遵循的原則.分解依據(jù)的種類(lèi)多樣,包括以作戰(zhàn)目標(biāo)為依據(jù)、以作戰(zhàn)單元的能力為依據(jù)、以戰(zhàn)場(chǎng)區(qū)域劃分為依據(jù)、以混合方式為依據(jù)等.由于分解依據(jù)的確定較大程度上依賴(lài)主觀的判斷和分析,因此,其準(zhǔn)確性和合理性較難保證.分解粒度表示任務(wù)細(xì)化的程度,一方面任務(wù)分解的越細(xì)越有利于提高任務(wù)的可執(zhí)行度;另一方面較細(xì)的任務(wù)分解粒度會(huì)增加任務(wù)規(guī)劃計(jì)算的復(fù)雜度,因此,存在計(jì)算復(fù)雜度和匹配精確度之間的折中問(wèn)題.

圖2 任務(wù)集合與作戰(zhàn)單元集合之間的映射關(guān)系

2)尋求合適的能力分解粒度和度量標(biāo)準(zhǔn).能力分解粒度用于描述能力的細(xì)化程度.在選取能力粒度時(shí),存在任務(wù)到作戰(zhàn)單元間映射關(guān)系的計(jì)算復(fù)雜度和匹配精確度之間的折中問(wèn)題.能力的度量標(biāo)準(zhǔn)解決“如何度量能力大小”的問(wèn)題.使用哪些能力的指標(biāo),又如何利用這些指標(biāo)來(lái)計(jì)算能力的大小是制定度量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)需解決的難題.

3)任務(wù)分配優(yōu)化問(wèn)題的建立和求解.為了獲得作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)單元的優(yōu)化匹配方案,需要建立任務(wù)分配優(yōu)化問(wèn)題并采用有效的優(yōu)化算法.任務(wù)分配通常以整個(gè)任務(wù)流程完成的時(shí)間最短、或以作戰(zhàn)單元的充分利用等直接的需求作為優(yōu)化的目標(biāo),所構(gòu)成的優(yōu)化問(wèn)題通常是NP完全問(wèn)題[5?6].如何充分利用先驗(yàn)信息(如任務(wù)間的關(guān)聯(lián)等),針對(duì)具體任務(wù)和需求,尋找等價(jià)的優(yōu)化問(wèn)題(例如找到與“令整個(gè)任務(wù)流程完成的時(shí)間最短”等價(jià)的問(wèn)題),采用間接的方法來(lái)描述直接的需求,從而避免NP完全問(wèn)題是下一步可考慮的研究思路.

2.2 作戰(zhàn)單元間協(xié)作結(jié)構(gòu)的優(yōu)化生成

作戰(zhàn)單元協(xié)作結(jié)構(gòu)優(yōu)化生成是依據(jù)作戰(zhàn)單元與任務(wù)之間的映射關(guān)系,對(duì)體系內(nèi)參與任務(wù)執(zhí)行的作戰(zhàn)單元進(jìn)行有效管理組織,以提高任務(wù)執(zhí)行效率的過(guò)程.當(dāng)多個(gè)作戰(zhàn)單元相互合作共同完成同一個(gè)任務(wù)時(shí),各作戰(zhàn)單元間存在著協(xié)作的關(guān)系.作戰(zhàn)單元間協(xié)作結(jié)構(gòu)優(yōu)化生成機(jī)理中的關(guān)鍵問(wèn)題有:

1)如何度量作戰(zhàn)單元聚類(lèi)分組的有效性.為了提高協(xié)作的效能,需要根據(jù)各作戰(zhàn)單元的屬性和相互關(guān)系對(duì)作戰(zhàn)單元進(jìn)行合理的聚類(lèi)或分組.面對(duì)復(fù)雜作戰(zhàn)任務(wù)和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,如何采用相應(yīng)的準(zhǔn)則和指標(biāo)來(lái)度量作戰(zhàn)單元聚類(lèi)分組方案是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題.

2)群組數(shù)量大小控制.在對(duì)作戰(zhàn)單元聚類(lèi)分組時(shí)需要控制群組的數(shù)量,一方面增加群組數(shù)量會(huì)加大群組間協(xié)調(diào)的難度,另一方面群組數(shù)量較少時(shí)群組間的負(fù)載較高,如何綜合考慮兩方面因素選擇合適的群組數(shù)量是一個(gè)難點(diǎn).

2.3 作戰(zhàn)單元間指揮控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)化生成

作戰(zhàn)單元指揮控制結(jié)構(gòu)生成是指在確定作戰(zhàn)單元協(xié)同關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)作戰(zhàn)單元的隸屬關(guān)系進(jìn)行設(shè)置,確定作戰(zhàn)單元之間的層次型指揮控制關(guān)系,從而形成完全意義上的作戰(zhàn)指揮控制體系.指揮控制關(guān)系設(shè)置是戰(zhàn)場(chǎng)指揮決策的需要[7],在網(wǎng)絡(luò)信息體系內(nèi),這種指揮控制關(guān)系是一種任務(wù)驅(qū)動(dòng)下的臨時(shí)的虛擬的關(guān)系,而非傳統(tǒng)意義上的等級(jí)指揮層次與組織(編制體制)[8].其中關(guān)鍵問(wèn)題為:

1)優(yōu)化樹(shù)的生成問(wèn)題.為了提高指揮效率,通常需要將指揮控制結(jié)構(gòu)變?yōu)闃?shù)狀結(jié)構(gòu).在生成優(yōu)化樹(shù)的過(guò)程中,一方面要考慮樹(shù)的層次問(wèn)題,要盡可能實(shí)現(xiàn)扁平化的結(jié)構(gòu),從而提高指揮的及時(shí)性;另一方面要盡可能均衡整個(gè)指揮體系的工作負(fù)載,保證決策質(zhì)量.如何同時(shí)考慮這兩方面的效果,是下一步要研究的關(guān)鍵問(wèn)題.

2)工作負(fù)載的度量問(wèn)題.對(duì)于不同的需求和目的,需采用不同的指標(biāo)對(duì)指揮體系的工作負(fù)載進(jìn)行度量.工作負(fù)載的度量指標(biāo)包括指揮時(shí)間、信息交互的數(shù)據(jù)量、交互頻率等.如何根據(jù)具體問(wèn)題選取合適的指標(biāo)計(jì)算工作負(fù)載的大小是一個(gè)難點(diǎn).

2.4 系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置

系統(tǒng)資源優(yōu)化配置是在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下,根據(jù)作戰(zhàn)單元間指控結(jié)構(gòu),為指揮節(jié)點(diǎn)配備所需系統(tǒng)資源的過(guò)程.網(wǎng)絡(luò)信息體系系統(tǒng)資源優(yōu)化配置過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題有:

1)建立有效的系統(tǒng)資源模型.系統(tǒng)資源模型是對(duì)通信、計(jì)算、存儲(chǔ)、服務(wù)、軟件等資源的外在和內(nèi)在特征的刻畫(huà),是根據(jù)指揮節(jié)點(diǎn)優(yōu)選系統(tǒng)資源的基礎(chǔ).難點(diǎn)包括如何對(duì)網(wǎng)上的各類(lèi)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分類(lèi),建立粒度合理的系統(tǒng)資源分類(lèi)體系;采用何種形式化、可擴(kuò)展的方式表征各類(lèi)資源的外在和內(nèi)在特征,例如系統(tǒng)資源對(duì)外提供的功能、性能、功能關(guān)系,資源內(nèi)部流程等.

2)形成系統(tǒng)資源需求清單.系統(tǒng)資源需求清單描述的是指揮節(jié)點(diǎn)對(duì)各類(lèi)資源的種類(lèi)、數(shù)量、能力大小的需求列表,例如對(duì)某個(gè)存儲(chǔ)資源的存儲(chǔ)類(lèi)型、容量等需求.系統(tǒng)資源需求清單將任務(wù)對(duì)系統(tǒng)資源的需求具體化、量化,從而為指揮節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)資源配置提供依據(jù).難點(diǎn)包括如何根據(jù)指揮所節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的任務(wù)、指揮控制、協(xié)同關(guān)系確定合適的系統(tǒng)資源.

3)系統(tǒng)資源優(yōu)化調(diào)度.在系統(tǒng)資源配置過(guò)程中需要根據(jù)系統(tǒng)資源的需求清單,根據(jù)網(wǎng)上各類(lèi)系統(tǒng)資源的狀態(tài),優(yōu)選調(diào)度相應(yīng)的資源,形成系統(tǒng)資源調(diào)度、運(yùn)行的方案.難點(diǎn)包括各種并發(fā)任務(wù)條件下,根據(jù)對(duì)系統(tǒng)資源的需求,優(yōu)化調(diào)度網(wǎng)上各類(lèi)系統(tǒng)資源,以及在外部因素和內(nèi)部因素的驅(qū)動(dòng)下,動(dòng)態(tài)調(diào)整指揮所節(jié)點(diǎn)內(nèi)的系統(tǒng)資源等.

3 應(yīng)用設(shè)想

網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合機(jī)理主要為作戰(zhàn)單元和系統(tǒng)資源在作戰(zhàn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)下的優(yōu)化使用和配置提供過(guò)程和方法支撐.應(yīng)用點(diǎn)主要包括:支持面向任務(wù)的作戰(zhàn)體系的優(yōu)化生成、支持聯(lián)合作戰(zhàn)的指揮信息系統(tǒng)的快速構(gòu)建等.

應(yīng)用設(shè)想一:支持面向任務(wù)的作戰(zhàn)體系的優(yōu)化生成

基于某一作戰(zhàn)任務(wù)(如:聯(lián)合登島作戰(zhàn)任務(wù)),結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息體系內(nèi)可用的作戰(zhàn)單元情況,運(yùn)用作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)單元的優(yōu)化匹配,形成網(wǎng)絡(luò)信息體系執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的分配方案,運(yùn)用作戰(zhàn)單元間協(xié)同結(jié)構(gòu)和指揮控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)化生成方法,形成與作戰(zhàn)任務(wù)執(zhí)行相匹配的協(xié)同結(jié)構(gòu)和指揮控制結(jié)構(gòu),從而形成面向作戰(zhàn)任務(wù)的優(yōu)化的完整作戰(zhàn)體系.

應(yīng)用設(shè)想二:支持聯(lián)合作戰(zhàn)的指揮信息系統(tǒng)的快速構(gòu)建

根據(jù)指揮所中運(yùn)行的各種軍事業(yè)務(wù)(如:飛機(jī)指揮引導(dǎo)、導(dǎo)彈目標(biāo)跟蹤、空海域管控等),結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息體系中廣域分布的系統(tǒng)資源,對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行優(yōu)化配置,快速在指揮所中調(diào)用軍事業(yè)務(wù)運(yùn)行所需的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、傳輸資源以及相應(yīng)的軟件和服務(wù),形成能夠支持指揮所中各種軍事業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的指揮信息系統(tǒng).

4 結(jié)論

本文在深入分析網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合的基礎(chǔ)上,提出了網(wǎng)絡(luò)信息體系作戰(zhàn)層面和系統(tǒng)層面能力聚合的總體框架,并對(duì)其中的任務(wù)分配、協(xié)作結(jié)構(gòu)和指控結(jié)構(gòu)生成,以及資源配置過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題作了初步思考,為網(wǎng)絡(luò)信息體系研究提出了可能的發(fā)展方向.網(wǎng)絡(luò)信息體系能力聚合機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的優(yōu)化運(yùn)行過(guò)程,其中的關(guān)鍵問(wèn)題還有待未來(lái)更多相關(guān)學(xué)者深入挖掘和研究.