基于動態(tài)多重網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)體系建模與分析

朱承 江小平 肖開明 張維明

隨著信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起與發(fā)展,體系作戰(zhàn)成為了新的戰(zhàn)爭形態(tài).從目標(biāo)選擇的角度看,敵方作戰(zhàn)體系規(guī)模龐大,各要素之間深度互聯(lián),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并具有魯棒性和適應(yīng)性.如何結(jié)合作戰(zhàn)意圖對目標(biāo)體系進(jìn)行建模和分析,支持科學(xué)合理的目標(biāo)選擇,成為具有重要理論意義和實(shí)際價(jià)值的問題.

目標(biāo)體系分析的本質(zhì)就是在目標(biāo)體系模型的基礎(chǔ)上,尋找并利用其中的脆弱性,找到可以有效削弱對方戰(zhàn)場目標(biāo)體系的關(guān)鍵目標(biāo)或目標(biāo)集合.已有針對目標(biāo)體系建模與分析的研究大多針對單層、靜態(tài)網(wǎng)絡(luò),對現(xiàn)實(shí)中大量存在的多重網(wǎng)絡(luò)間的耦合影響關(guān)系、動態(tài)反應(yīng)等特性缺乏描述和求解能力,而網(wǎng)間耦合影響及動態(tài)特性恰恰是現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的核心特點(diǎn).例如,基礎(chǔ)設(shè)施中的電網(wǎng)、交通網(wǎng)、信息網(wǎng)、物流網(wǎng)之間存在復(fù)雜的網(wǎng)間耦合關(guān)系:2003年9月28日意大利電網(wǎng)的一個(gè)發(fā)電站的關(guān)閉直接導(dǎo)致了互聯(lián)網(wǎng)的通訊節(jié)點(diǎn)失效,而通訊節(jié)點(diǎn)的失效反過來進(jìn)一步導(dǎo)致了更多發(fā)電站的關(guān)閉,最終引起了波及整個(gè)電力和信息基礎(chǔ)設(shè)施的級聯(lián)失效[1].類似的,在軍事類目標(biāo)中,通信網(wǎng)絡(luò)、指揮與控制網(wǎng)絡(luò)、火力網(wǎng)絡(luò)之間也存在大量的復(fù)雜耦合關(guān)系.除了網(wǎng)間耦合關(guān)系外,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的備份與接替、路由關(guān)系調(diào)整等動態(tài)行為進(jìn)一步增加了目標(biāo)體系的建模與分析難度.

因此,面對現(xiàn)實(shí)世界中越來越多的呈現(xiàn)動態(tài)、多重網(wǎng)絡(luò)特性的目標(biāo)體系,如何刻畫其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)間耦合關(guān)系與動態(tài)調(diào)整行為,如何對其進(jìn)行分析,成為亟待解決的重要問題.本文描述了目標(biāo)體系的多重結(jié)構(gòu)及動態(tài)特性,提出了基于動態(tài)多重網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)體系建模方法,包括目標(biāo)體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)間依賴關(guān)系以及動態(tài)恢復(fù)機(jī)制等要素.在此基礎(chǔ)上,給出了綜合考慮目標(biāo)體系多重結(jié)構(gòu)及動態(tài)特性的目標(biāo)體系分析框架,討論了模型的擴(kuò)展.

1 目標(biāo)體系

對目標(biāo)體系尚且沒有統(tǒng)一的概念.《中國人民解放軍軍語》中近似的概念只有作戰(zhàn)體系的定義:由各種作戰(zhàn)系統(tǒng)按照一定的指揮關(guān)系、組織關(guān)系和運(yùn)行機(jī)制構(gòu)成的有機(jī)整體[2],文獻(xiàn)[3]將目標(biāo)體系解釋為:是由多個(gè)目標(biāo)、多個(gè)子系統(tǒng)相互協(xié)作,相互依賴,為完成特定的統(tǒng)一的整體功能而組成的復(fù)雜系統(tǒng).因此,從目標(biāo)選擇的角度看,目標(biāo)體系即敵方的作戰(zhàn)體系,是我方打擊的對象.

現(xiàn)實(shí)中的目標(biāo)體系往往具有多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).例如,在防空反導(dǎo)目標(biāo)體系中,通信網(wǎng)是遍布整個(gè)戰(zhàn)場空間的物理網(wǎng)絡(luò),可能有多種通信方式,每種通信方式既可以單獨(dú)成網(wǎng),又互為補(bǔ)充,組成了一個(gè)復(fù)雜的、異構(gòu)程度較高的戰(zhàn)場通信網(wǎng).預(yù)警、指揮與控制、火力等戰(zhàn)場目標(biāo)以通信網(wǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行信息交換,形成了互相關(guān)聯(lián)和依賴的邏輯子網(wǎng),可視為建立在通信網(wǎng)之上的重疊網(wǎng)絡(luò)(Overlay network)[4],如圖1所示.

圖1 防空反導(dǎo)目標(biāo)體系多重結(jié)構(gòu)示意

預(yù)警、指揮與控制與火力節(jié)點(diǎn)間的信息關(guān)系建立在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上,相關(guān)節(jié)點(diǎn)通過接入通信網(wǎng)絡(luò),利用通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立彼此之間的信息傳遞、指揮控制等關(guān)系.圖2給出了一個(gè)物理意義上的防空反導(dǎo)體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(可想象為將多重網(wǎng)絡(luò)壓縮到一個(gè)平面).其中,虛線代表預(yù)警、指揮與控制與火力節(jié)點(diǎn)對通信節(jié)點(diǎn)的接入,實(shí)線代表通信節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系.以一個(gè)簡單的“發(fā)現(xiàn)即摧毀”過程為例,預(yù)警節(jié)點(diǎn)1發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后向?qū)⑶閳?bào)上報(bào)至指揮與控制節(jié)點(diǎn)5,指揮與控制節(jié)點(diǎn)5指揮火力節(jié)點(diǎn)9與10對目標(biāo)進(jìn)行火力打擊,其中情報(bào)上報(bào)關(guān)系經(jīng)由1-16-17-5完成,指揮與控制關(guān)系經(jīng)由5-17-16-9和5-17-18-10完成,該過程體現(xiàn)了邏輯關(guān)系與物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的映射關(guān)系.在上述例子中抽象出情報(bào)關(guān)系:1-5,指揮與控制關(guān)系:5-9,5-10.

除多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)外,目標(biāo)體系中的結(jié)構(gòu)和關(guān)系還具備動態(tài)特性.例如,防空反導(dǎo)體系中通信、預(yù)警、指揮與控制、火力等各類目標(biāo)間的數(shù)據(jù)路由、信息傳遞、指揮與控制關(guān)系等關(guān)系在體系運(yùn)行機(jī)制的控制下可動態(tài)調(diào)整,具備一定的抗毀性.通信網(wǎng)絡(luò)往往采用多種手段,目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的通信可隨時(shí)切換;重要節(jié)點(diǎn)均有冗余備份,可隨時(shí)進(jìn)行接替;指揮關(guān)系、信息傳遞關(guān)系可動態(tài)定義和重構(gòu).隨著軟件定義網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的發(fā)展,基于任務(wù)、狀態(tài),對結(jié)構(gòu)、關(guān)系進(jìn)行實(shí)時(shí)適應(yīng)性調(diào)整的能力,將成為各類系統(tǒng)、體系的基本特征.

圖2 防空反導(dǎo)目標(biāo)體系物理結(jié)構(gòu)示意

在目前的相關(guān)研究中,從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建模與抗毀性角度出發(fā)的研究側(cè)重于分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)、小世界網(wǎng)絡(luò),BA網(wǎng)絡(luò)等)的拓?fù)涮匦?如連通性、度分布、平均路徑長度等)對網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響[5].對單層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)研究已逐漸被推廣至多重網(wǎng)絡(luò),并成為網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的前沿與熱點(diǎn)[6].從決策優(yōu)化角度出發(fā)的研究側(cè)重于構(gòu)建、求解帶有博弈特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化(阻斷)數(shù)學(xué)模型,優(yōu)化目標(biāo)包括最大流、最短路、連通度、服務(wù)成本、時(shí)間等[7?8],并開始向多重網(wǎng)絡(luò)的阻斷建模與求解拓展[9].從目標(biāo)價(jià)值評價(jià)與排序出發(fā)的研究主要從關(guān)鍵性、脆弱性、修復(fù)性、威脅程度等方面考慮指標(biāo)體系的構(gòu)造,并利用灰色理論、模糊聚類、TOPSIS法、層次分析法等綜合評估方法通過多維度的目標(biāo)價(jià)值計(jì)算和綜合排序來選擇目標(biāo)[10],但缺乏結(jié)合多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及動態(tài)特性開展的研究.

綜上,對多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其特性研究已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn),但針對目標(biāo)體系的多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其動態(tài)特性開展的建模和分析研究目前仍然處于起步階段.

2 基于動態(tài)多重網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)體系建模

美軍聯(lián)合目標(biāo)選擇手冊中明確指出:成功進(jìn)行目標(biāo)選擇的關(guān)鍵之一就是理解目標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)部及相互之間的關(guān)系,以便找到其能力、需求和弱點(diǎn)[5].因此,目標(biāo)體系建模的目的就是要在組成體系的眾多系統(tǒng)、目標(biāo)之間建立聯(lián)系,反應(yīng)出內(nèi)部及相互的依賴關(guān)系,查明它們?nèi)绾巫鳛橐粋€(gè)集合體支持體系的能力.

目標(biāo)體系模型包括體系的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制.結(jié)構(gòu)包括對體系的組成元素、組成元素間相互組合集成的層次關(guān)系和體系的各種內(nèi)外部環(huán)境的相互關(guān)聯(lián)等進(jìn)行描述,它所體現(xiàn)的是體系的組成以及這些組成元素在某個(gè)時(shí)刻所處的狀態(tài).體系的運(yùn)行機(jī)制主要描述體系在行使功能過程中,對外部環(huán)境變化或體系任務(wù)及過程變化的適應(yīng)性.本文主要考慮目標(biāo)體系的動態(tài)恢復(fù)機(jī)制.

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建模

從目標(biāo)間所傳遞對象的形態(tài)看,目標(biāo)間的結(jié)構(gòu)可對應(yīng)為物質(zhì)、信息、能量3種形態(tài).

物質(zhì):指目標(biāo)(系統(tǒng))間存在著物質(zhì)傳遞的關(guān)系.如,基礎(chǔ)設(shè)施中物流網(wǎng)、輸油管網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)之間存在物資、石油的流動;

信息:指目標(biāo)(系統(tǒng))間存在信息交互,如預(yù)警體系中雷達(dá)站與指揮所存在雷情上報(bào)關(guān)系,各級指揮所、作戰(zhàn)單元之間存在指揮控制關(guān)系;

能量:指目標(biāo)(系統(tǒng))間存在能量依賴,如發(fā)電站給雷達(dá)站或通信站進(jìn)行電力輸送.

從結(jié)構(gòu)的特征看,層次可能是物理的,也可能是邏輯的.

具有物理依賴關(guān)系的多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)較為常見,其特點(diǎn)是不同網(wǎng)絡(luò)層的節(jié)點(diǎn)之間存在單向或雙向的物理鏈接,物質(zhì)或信息通過物理連接在網(wǎng)絡(luò)層間傳遞,維持多重網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn).例如,智能電力系統(tǒng)中的電力網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)(SCADA網(wǎng)絡(luò)),電路網(wǎng)絡(luò)中某些供電節(jié)點(diǎn)為通信網(wǎng)絡(luò)提供電力供應(yīng),而通信網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)控,二者間的物理連接形成了相互依賴關(guān)系.

具有邏輯上層次關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)被稱為重疊網(wǎng)[4].重疊網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的概念,也可稱為覆蓋網(wǎng)或疊加網(wǎng).所謂重疊網(wǎng)是一種建立在另外一種網(wǎng)絡(luò)上的虛擬網(wǎng)絡(luò),重疊網(wǎng)的目標(biāo)與目標(biāo)之間的鏈接也不是實(shí)際的物理鏈接,而是依據(jù)特定的邏輯關(guān)系定義的關(guān)系,物理上可能對應(yīng)多條物理鏈路并跨越不同的網(wǎng)絡(luò)類型.

多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建模是多重網(wǎng)絡(luò)理論研究的基礎(chǔ),也是相關(guān)應(yīng)用研究的重要方面.多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)既存在區(qū)別又有緊密的聯(lián)系,因此,現(xiàn)有多重網(wǎng)絡(luò)建模方法的研究通常借鑒傳統(tǒng)單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建模方法,并結(jié)合多重網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn).主要的方法有超鄰接矩陣建模[12?15]、張量建模[16?17]以及超網(wǎng)絡(luò)建模[18?19]等.

2.2 網(wǎng)間依賴關(guān)系建模

復(fù)雜的網(wǎng)間依賴關(guān)系使得多重網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)行為表現(xiàn)出諸多新的特性,如滲流特性(Percolation),層間級聯(lián)與反饋(Cascading and feedback)[2]等.因此,網(wǎng)間依賴關(guān)系是多重網(wǎng)絡(luò)建模的重點(diǎn).

Steven[21]等人給出了網(wǎng)間依賴關(guān)系的定義:“兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間,一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)影響或者關(guān)聯(lián)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的雙向連接或者關(guān)系”,并將這種依賴關(guān)系劃分為4類:物理的、信息的、地理的和邏輯的.物理上的依賴關(guān)系是指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)依靠另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的物質(zhì)產(chǎn)品,信息上的依賴關(guān)系是指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)依賴另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的(控制)信息,地理上的依賴關(guān)系是指網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際空間上的物理鄰近,剩余的依賴關(guān)系大多可以歸類到邏輯上的依賴關(guān)系.Wallace[22]等則將層間網(wǎng)絡(luò)依賴關(guān)系劃分為5類:輸入關(guān)系、共享關(guān)系、排斥關(guān)系、相互依賴關(guān)系和地理重疊關(guān)系.

本文以反饋關(guān)系為例,給出網(wǎng)間依賴關(guān)系的建模思路.網(wǎng)間反饋關(guān)系(Feedback relation)是多重網(wǎng)絡(luò)中的物質(zhì)、能量、信息在不同網(wǎng)絡(luò)層間的交替?zhèn)鬟f過程,是一類重要的網(wǎng)間依賴關(guān)系.在目標(biāo)失效過程中,這一關(guān)系主要表現(xiàn)為失效在網(wǎng)絡(luò)各層節(jié)點(diǎn)間的交替?zhèn)鬟f.

圖3為雙層網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)失效反饋關(guān)系(“或”型)示意圖. 雙層網(wǎng)G(2)（Gα,Gβ,Aαβ,Aβα）由網(wǎng)絡(luò)Gα與網(wǎng)絡(luò)Gβ通過網(wǎng)間耦合邊的聯(lián)合構(gòu)成,兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)部均由內(nèi)部邊連接以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各自的功能,本文約定由節(jié)點(diǎn)a1指向節(jié)點(diǎn)b1的耦合邊表示節(jié)點(diǎn)b1的正常運(yùn)轉(zhuǎn)依賴于節(jié)點(diǎn)a1的正常運(yùn)轉(zhuǎn),即節(jié)點(diǎn)a1的失效或者故障將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)b1的失效或者故障.如圖3描述了節(jié)點(diǎn)a1失效后,雙層網(wǎng)絡(luò)G(2)中節(jié)點(diǎn)失效在網(wǎng)間反饋傳遞的過程:網(wǎng)絡(luò)Gα中節(jié)點(diǎn)a1失效后通過耦合邊(a1,b1)傳遞至Gβ網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)b1,進(jìn)而通過耦合邊(b1,a2)傳遞至節(jié)點(diǎn)a2,繼而經(jīng)過Stage0-Stage4等步驟完成失效在網(wǎng)絡(luò)Gα與Gβ中的交替?zhèn)鬟f,并形成失效反饋路徑:a1→b1→a2→b3→a5.

圖3 雙層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效反饋關(guān)系(“或”型)示意圖

根據(jù)網(wǎng)間依賴關(guān)系在失效或故障傳播方面的不同性質(zhì),上述反饋關(guān)系可以分為兩類:“或”型反饋關(guān)系、“與”型反饋關(guān)系,具體定義如下:

定義1.依賴節(jié)點(diǎn):在多重網(wǎng)絡(luò)G(m+1)中,若存在有向邊(a,b),其中a∈Nα,b∈Nβ,α , β,則稱網(wǎng)絡(luò)層Gα中的節(jié)點(diǎn)a為網(wǎng)絡(luò)層Gβ中的節(jié)點(diǎn)b的依賴節(jié)點(diǎn)(Dependent Node).

定義2.“或”型反饋關(guān)系:若在多重網(wǎng)絡(luò)中,某網(wǎng)絡(luò)層中任意節(jié)點(diǎn)的所有依賴節(jié)點(diǎn)中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效或故障,此時(shí)該節(jié)點(diǎn)因此失效或故障,則稱該多重網(wǎng)絡(luò)中存在“或”型反饋關(guān)系.

定義3.“與”型反饋關(guān)系:若在多重網(wǎng)絡(luò)中,某網(wǎng)絡(luò)層中任意節(jié)點(diǎn)的所有依賴節(jié)點(diǎn)均失效或故障,此時(shí)該節(jié)點(diǎn)因此失效或故障,則稱該多重網(wǎng)絡(luò)中存在“與”型反饋關(guān)系.

定義4.混合型反饋關(guān)系:若在多重網(wǎng)絡(luò)中,某網(wǎng)絡(luò)層中任意節(jié)點(diǎn)的失效與其依賴節(jié)點(diǎn)的失效情況的關(guān)系為上述“或”、“與”型反饋關(guān)系的組合,則稱該多重網(wǎng)絡(luò)中存在混合型反饋關(guān)系.

定義5.反饋階段,反饋穩(wěn)態(tài)階段:令初始狀態(tài)時(shí)多重網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)失效(被攻擊或故障所致)節(jié)點(diǎn)的集合為階段 0(Stage 0);此后,?s∈ {1,2,···,S},記反饋階段s(Feedback Stages)為包含屬于階段s?1的所有節(jié)點(diǎn)及由于階段s?1失效節(jié)點(diǎn)的反饋關(guān)系而失效的節(jié)點(diǎn)集合.同時(shí),根據(jù)失效反饋的動力學(xué)特性,令N(s)表示階段s的節(jié)點(diǎn)數(shù)目,則有N(0)

根據(jù)上述定義,圖3中節(jié)點(diǎn)a2的依賴節(jié)點(diǎn)有兩個(gè){b1,b2},僅當(dāng)b1失效或故障時(shí),節(jié)點(diǎn)a2失效或故障,因此其網(wǎng)間反饋關(guān)系為“或”型反饋關(guān)系,圖中以顏色標(biāo)示出各反饋階段,其反饋穩(wěn)態(tài)階段為Stage4,穩(wěn)態(tài)失效節(jié)點(diǎn)數(shù)為5.

由此,依賴關(guān)系建模轉(zhuǎn)換為定義網(wǎng)間反饋關(guān)系的依賴函數(shù).由于存在邏輯約束,此類約束本身具有非線性特征,因此,需要將邏輯約束進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換才有利于后續(xù)規(guī)劃模型的求解.可以采用將邏輯約束轉(zhuǎn)換為線性不等式約束的方法實(shí)現(xiàn)線性化,以簡化處理.

2.3 動態(tài)恢復(fù)機(jī)制建模

目標(biāo)體系不是靜止的,在受到打擊后,體系會進(jìn)行動態(tài)恢復(fù).例如,當(dāng)目標(biāo)被毀傷后,其他節(jié)點(diǎn)對其進(jìn)行接替,以維持體系正常運(yùn)轉(zhuǎn).或適用其他目標(biāo)單元備份、接替該毀傷目標(biāo)單元.

幾種典型的恢復(fù)類型,包括備份、接替、修復(fù)等,如圖7所示.

圖4 目標(biāo)體系動態(tài)恢復(fù)機(jī)制示例

備份:當(dāng)目標(biāo)單元(系統(tǒng))點(diǎn)毀傷后,備份目標(biāo)單元(系統(tǒng))從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài),彌補(bǔ)功能節(jié)點(diǎn)毀傷造成的體系效能降低.例如當(dāng)預(yù)警雷達(dá)被摧毀后,機(jī)動雷達(dá)能機(jī)動到預(yù)定陣地,及時(shí)承擔(dān)預(yù)警雷達(dá)的預(yù)警任務(wù).

修復(fù):當(dāng)目標(biāo)單元(系統(tǒng))毀傷后,由自身或者其他目標(biāo)單元(系統(tǒng))對毀傷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修復(fù).例如當(dāng)?shù)缆纺繕?biāo)被摧毀后,敵方工程部隊(duì)對道路實(shí)施搶修,以恢復(fù)正常通行.

接替:當(dāng)目標(biāo)單元(系統(tǒng))毀傷后,其功能由接替目標(biāo)單元(系統(tǒng))所替代.接替目標(biāo)單元(系統(tǒng))本身是已運(yùn)行狀態(tài),在執(zhí)行原有任務(wù)的基礎(chǔ)上又增加運(yùn)行了毀傷目標(biāo)單元(系統(tǒng))的任務(wù).例如在作戰(zhàn)時(shí)當(dāng)公路運(yùn)輸手段被摧毀,可通過航空、鐵路等其他運(yùn)輸手段接替運(yùn)輸.

目標(biāo)體系的恢復(fù)機(jī)制將影響目標(biāo)間的信息、指揮等關(guān)系等.如,在圖5所示的指揮與控制網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)指揮所6失效后,指揮所5進(jìn)行接替,接替以后的指揮關(guān)系發(fā)生變化.由于指揮與控制關(guān)系的改變,預(yù)警信息到達(dá)火力單元的最短時(shí)間、態(tài)勢處理和指揮決策能力、火力單元的有效攔截距離等均發(fā)生了改變,從而影響到體系的整體狀態(tài)和效能.

圖5 邏輯關(guān)系動態(tài)調(diào)整示意

3 基于動態(tài)多重網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)體系分析

目標(biāo)體系分析的核心問題包括:

1)如何基于目標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)制分析目標(biāo)價(jià)值(如何分析)

目標(biāo)打擊行動生成決策不是簡單地根據(jù)目標(biāo)屬性對目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)先排序.在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,目標(biāo)間具有復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系,并體現(xiàn)出一定層次關(guān)系和整體能力,完成特定的任務(wù)使命.

因此,目標(biāo)價(jià)值需要根據(jù)該元素(集合)對目標(biāo)組成部分的作用判定,是對這些元素在目標(biāo)系列或系統(tǒng)中的相對重要性的衡量,可以通過缺失目標(biāo)(集合)前后的體系狀態(tài)變化、能力差異、從目標(biāo)破壞到對系統(tǒng)的產(chǎn)生影響所需時(shí)間等進(jìn)行衡量刻畫.體系的恢復(fù)的時(shí)間和能力也是一個(gè)重要因素,它是對體系遭到破壞以后重新獲得能力所需時(shí)間和代價(jià)的衡量.

2)如何在分析的基礎(chǔ)上結(jié)合作戰(zhàn)意圖和各類約束來合理選擇目標(biāo)(如何選擇)

目標(biāo)選擇除了從對方(目標(biāo)體系)角度考慮外,還需要從己方的角度考慮,考察目標(biāo)選擇的有效性、可行性和代價(jià).在滿足有效性和可行性的基礎(chǔ)上,需要對目標(biāo)集合進(jìn)行優(yōu)選,從效果和代價(jià)等方面確定所選擇的目標(biāo)集合.

這一問題是一個(gè)面向目標(biāo)選擇的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題,難度在于兩個(gè)方面的復(fù)雜性:1)目標(biāo)體系狀態(tài)空間的復(fù)雜性.狀態(tài)空間的復(fù)雜性一方面來源于目標(biāo)體系中的多重結(jié)構(gòu)對應(yīng)的復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系,另一方面,來源于目標(biāo)體系在遭受打擊后的接替、修復(fù)等動態(tài)行為.2)目標(biāo)選擇方案空間的復(fù)雜性.目標(biāo)選擇方案空間的復(fù)雜性來源于目標(biāo)選擇組合的多樣性、目標(biāo)毀傷效果等因素.組合的多樣性使得可能的目標(biāo)選擇集合隨著目標(biāo)單元數(shù)量的增加而急劇增加.在多階段的目標(biāo)打擊過程中,不同階段的目標(biāo)選擇組合也大大增加了選擇空間.

針對以上問題,本文提出面向目標(biāo)選擇的目標(biāo)體系分析框架,假設(shè):1)目標(biāo)體系的目標(biāo)間關(guān)系、能力、失效及恢復(fù)機(jī)制已知;2)只考慮目標(biāo)體系受打擊后的(應(yīng)激)恢復(fù)行為,不考慮目標(biāo)體系的長期演化.

分析框架如圖6所示:以目標(biāo)體系能力下降為標(biāo)準(zhǔn)刻畫毀傷效果;從目標(biāo)體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)間依賴關(guān)系、動態(tài)恢復(fù)機(jī)制3個(gè)層面構(gòu)建目標(biāo)體系模型,以有效性、可行性、費(fèi)效比3個(gè)方面為目標(biāo)選擇的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),分析的目的是選擇最佳目標(biāo)集合,以實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)意圖.具體流程為:采用多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建模方法對目標(biāo)體系進(jìn)行建模,同時(shí)在模型中反映多重網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)間依賴關(guān)系;在目標(biāo)分析時(shí),考慮動態(tài)恢復(fù)機(jī)制等體系響應(yīng),以刻畫其動態(tài)性;以此為基礎(chǔ)對體系能力的下降進(jìn)行評估,通過迭代選擇最佳目標(biāo)集合.

4 結(jié)論

本文描述了目標(biāo)體系的多重結(jié)構(gòu)及動態(tài)特性,提出了基于動態(tài)多重網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)體系建模方法,包括目標(biāo)體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)間依賴關(guān)系以及動態(tài)恢復(fù)機(jī)制等要素.在此基礎(chǔ)上,給出了綜合考慮目標(biāo)體系多重結(jié)構(gòu)及動態(tài)特性的目標(biāo)體系分析框架.

模型的進(jìn)一步擴(kuò)展包括考慮對目標(biāo)的打擊時(shí)序、博弈行為(反制)、多階段行動、分布式?jīng)Q策等.此外,在目標(biāo)體系信息不完全或不確定條件下,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)識別、網(wǎng)絡(luò)鏈路預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)挖掘等技術(shù)[23?25]對于目標(biāo)體系的建模和分析也具有重要意義.

圖6 目標(biāo)體系分析框架