目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分層描述與自修復(fù)機(jī)制研究?

張明星，楊 垚，程光權(quán)，劉 忠

（國防科技大學(xué)信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙湖南 410073）

目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分層描述與自修復(fù)機(jī)制研究?

張明星，楊 垚，程光權(quán)?，劉 忠

（國防科技大學(xué)信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙湖南 410073）

針對(duì)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分層建模與自修復(fù)機(jī)制問題展開研究。首先建立了分層次的作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型，在此基礎(chǔ)上提出六種維度的指標(biāo)以評(píng)價(jià)作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)在攻擊前后能力的變化情況；其次，從預(yù)警網(wǎng)絡(luò)層、火力網(wǎng)絡(luò)層、指控網(wǎng)絡(luò)層分析探索作戰(zhàn)目標(biāo)體系在遭受攻擊后的最優(yōu)自修復(fù)策略；最后，通過模擬攻擊實(shí)驗(yàn)仿真分析上述自修復(fù)機(jī)制的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的自修復(fù)機(jī)制相比傳統(tǒng)方法，能夠更好地發(fā)揮剩余節(jié)點(diǎn)的作戰(zhàn)效能。

作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；自修復(fù)機(jī)制；負(fù)載分配

網(wǎng)絡(luò)的自修復(fù)機(jī)制是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在遭受攻擊的情況下能夠維持系統(tǒng)本身特性和穩(wěn)定狀態(tài)的機(jī)制。將自修復(fù)機(jī)制引入到作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的分析中，就是需要研究作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在對(duì)組織任務(wù)發(fā)生變化或外界發(fā)生干擾的情況下，網(wǎng)絡(luò)性能的變化。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)角度對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的自修復(fù)機(jī)制進(jìn)行研究是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)遭遇故意攻擊或者隨機(jī)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間連接程度所受到的破壞以及網(wǎng)絡(luò)中傳輸行為（如數(shù)據(jù)包傳輸、負(fù)載分配等）所受到的影響［1?2］。另外一個(gè)目前比較熱門的研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)機(jī)制的思路是基于過載節(jié)點(diǎn)是失效過程的網(wǎng)絡(luò)上的動(dòng)力學(xué)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的耦合，其中一個(gè)重要的概念是級(jí)聯(lián)失效模型。作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)同樣如此。作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多層次結(jié)構(gòu)多機(jī)制的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，是包括預(yù)警偵查系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)、火力打擊系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等相互關(guān)聯(lián)依存組成的多層次網(wǎng)絡(luò)。本文針對(duì)作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模與自修復(fù)機(jī)制分析，研究當(dāng)網(wǎng)絡(luò)遭受攻擊時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間的影響程度。

1 作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的分層描述及效能測(cè)度指標(biāo)

1.1 預(yù)警網(wǎng)絡(luò)層

預(yù)警網(wǎng)絡(luò)是由預(yù)警節(jié)點(diǎn)集合V（radar）和預(yù)警協(xié)助連接邊集合E（radar）構(gòu)成的有向網(wǎng)絡(luò)N（radar）（V（radar），E（radar））。節(jié)點(diǎn)i∈V（radar）代表作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)預(yù)警任務(wù)的目標(biāo)實(shí)體。預(yù)警節(jié)點(diǎn)i擁有負(fù)載和延時(shí)等屬性。

若預(yù)警節(jié)點(diǎn)i與預(yù)警節(jié)點(diǎn)j的裝備型號(hào)能力區(qū)域之間有重疊，則在構(gòu)建一條由節(jié)點(diǎn)i指向節(jié)點(diǎn)j的有向連接邊（i，j），（i，j）∈E（radar），稱為預(yù)警協(xié)助連接邊，該邊表示節(jié)點(diǎn)i能夠協(xié)助節(jié)點(diǎn)j進(jìn)行預(yù)警。值得注意的是，預(yù)警協(xié)助連接邊是有向邊，但又是成對(duì)出現(xiàn)的，即若（i，j）∈E（radar），則（j，i）∈E（radar）。預(yù)警協(xié)助連接邊（i， j）也擁有屬性，并稱為協(xié)助容量，表示節(jié)點(diǎn)i能夠協(xié)助節(jié)點(diǎn)j預(yù)警偵察的剩余面積。例如，節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j裝備型號(hào)能力重疊區(qū)域面積為S，若預(yù)警節(jié)點(diǎn)i當(dāng)前已經(jīng)負(fù)責(zé)了該區(qū)域內(nèi)Si面積的預(yù)警偵察任務(wù)，則

1.2 火力網(wǎng)絡(luò)層

火力網(wǎng)絡(luò)是由火力節(jié)點(diǎn)集合V（fire）和火力協(xié)助連接邊集合E（fire）構(gòu)成的有向網(wǎng)絡(luò)N（fire）（V（fire），E（fire））。節(jié)點(diǎn)i∈V（fire）代表作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)火力打擊任務(wù)的目標(biāo)實(shí)體?；鹆?jié)點(diǎn)i擁有負(fù)載和火力打擊延時(shí)等屬性。

1.3 指控網(wǎng)絡(luò)層

指控網(wǎng)絡(luò)是由指揮節(jié)點(diǎn)集合V（cmd）和通信連接邊集合E（cmd）構(gòu)成的有向網(wǎng)絡(luò)N（cmd）（V（cmd），E（cmd））。節(jié)點(diǎn)i∈V（cmd）代表作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)指揮控制任務(wù)的目標(biāo)實(shí)體。指控節(jié)點(diǎn)i∈V（cmd）擁有指揮控制延時(shí)屬性，取決于該節(jié)點(diǎn)指控的預(yù)警節(jié)點(diǎn)和火力節(jié)點(diǎn)數(shù)量。本文按照式（3）計(jì)算指控節(jié)點(diǎn)的延時(shí)

其中，E（r-c）表示預(yù)警節(jié)點(diǎn)到指控節(jié)點(diǎn)有向連接邊的集合，E（c-f）表示指控節(jié)點(diǎn)到火力節(jié)點(diǎn)的有向連接邊集合，τk表示預(yù)警節(jié)點(diǎn)k的負(fù)載-指控延時(shí)轉(zhuǎn)換參數(shù)，κj表示指揮火力節(jié)點(diǎn)j所需的平均指揮決策時(shí)間，參數(shù)ρ和κ分別用于調(diào)節(jié)指控延時(shí)對(duì)預(yù)警情報(bào)處理和指揮決策的敏感程度。

1.4 網(wǎng)絡(luò)效能的測(cè)度指標(biāo)

在給定作戰(zhàn)使命的情況下，作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)功能需求包括戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、C3I（Command，Control，Communication and Intelligence）、火力打擊構(gòu)成［3］。其中，戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視可分為預(yù)警、偵察和監(jiān)視，主要從預(yù)警面積和預(yù)警延時(shí)刻畫；C3I可分為指揮、通信、情報(bào)和戰(zhàn)場(chǎng)管理，主要從指控延時(shí)和OODA（Oberve，Orient，Decide and Act）回路加權(quán)平均延時(shí)刻畫；火力打擊可分為電子戰(zhàn)、平臺(tái)或主戰(zhàn)武器，主要從火力打擊面積和火力打擊延時(shí)刻畫。因此本文采用以下6個(gè)不同維度的測(cè)度來量化作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的性能：

1）總預(yù)警負(fù)載Sl（radar）：指作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)所有預(yù)警節(jié)點(diǎn)預(yù)警范圍總面積大小。需要指出的是，若節(jié)點(diǎn)i失效，則i?V（radar），對(duì)于其他網(wǎng)絡(luò)層的節(jié)點(diǎn)有類似結(jié)論，之后不再贅述。

2）平均預(yù)警延時(shí)Ad（radar）：指網(wǎng)絡(luò)中所有預(yù)警節(jié)點(diǎn)的平均預(yù)警延時(shí)：

3）總火力打擊負(fù)載Sl（fire）：指網(wǎng)絡(luò)中所有火力打擊節(jié)點(diǎn)的火力總負(fù)載：

4）平均火力打擊延時(shí)Ad（fire）：指網(wǎng)絡(luò)中所有火力打擊節(jié)點(diǎn)的平均火力打擊延時(shí)：

5）平均指控延時(shí)Ad（cmd）：指作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中所有指揮控制節(jié)點(diǎn)的平均延時(shí)：

6）OODA鏈路加權(quán)平均延時(shí)Ad（r-c-f）：一條OODA鏈路指的是從某一預(yù)警節(jié)點(diǎn)i發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，上報(bào)情報(bào)給指控節(jié)點(diǎn)k，再由指控節(jié)點(diǎn)下達(dá)命令給火力打擊結(jié)點(diǎn)j，實(shí)施對(duì)該目標(biāo)的火力打擊。每一條OODA鏈路都擁有延時(shí)，并且計(jì)算如下：

其中，leader（i）是返回結(jié)點(diǎn)i的直接上級(jí)指控節(jié)點(diǎn)編號(hào)的函數(shù)；表示增廣指控延時(shí)：1）若（m，n）∈E（cmd），則；2）若（m，n）?E（cmd），則

對(duì)于一個(gè)作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，每一條OODA鏈路重要性不盡相同，所以，對(duì)于每一條OODA鏈路應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實(shí)中使用頻率給出權(quán)重，且有則作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)所有OODA鏈路加權(quán)的平均延時(shí)Ad（r-c-f）定義為：

2 作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的分層自修復(fù)機(jī)制

作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)自修復(fù)機(jī)制指的是目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)在遭受攻擊的情況下，啟動(dòng)其最優(yōu)自修復(fù)機(jī)制，從而保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最大程度地發(fā)揮剩余作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)效能。本文站在敵方的角度，采用分層優(yōu)化的方法，探索作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)警、火力、指控分層網(wǎng)絡(luò)層在遭受攻擊時(shí)的最優(yōu)自修復(fù)機(jī)制。

2.1 預(yù)警網(wǎng)絡(luò)層自修復(fù)機(jī)制

當(dāng)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)層遭受攻擊時(shí)，將有若干預(yù)警結(jié)點(diǎn)失效，網(wǎng)絡(luò)的自修復(fù)機(jī)制優(yōu)化策略應(yīng)將這些失效節(jié)點(diǎn)的負(fù)載進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以期獲得更大的總預(yù)警負(fù)載Sl（radar），同時(shí)又要注意負(fù)載在剩余節(jié)點(diǎn)的分布以減小平均預(yù)警延時(shí)Ad（radar）?；谪?fù)載重分配［4?5］，本文提出以下兩種方法。

1）局部負(fù)載重分配方法

在傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)失效網(wǎng)絡(luò)模型［6］中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i因遭受攻擊而失效之后，將失效節(jié)點(diǎn)的負(fù)載轉(zhuǎn)移給鄰近節(jié)點(diǎn)，以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的有效運(yùn)行。如圖1所示，圖中Ω（radar）表示預(yù)警網(wǎng)絡(luò)中失效結(jié)點(diǎn)的集合。那么由于節(jié)點(diǎn)的失效整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)進(jìn)行負(fù)載的全面更新，即，其中為節(jié)點(diǎn)i的所有預(yù)警協(xié)助鄰接節(jié)點(diǎn)的集合為節(jié)點(diǎn)j更新之后的負(fù)載；為更新時(shí)的增量。

圖1 局部負(fù)載重分配策略

2）全局負(fù)載重分配方法

與傳統(tǒng)的局部重分配不同的是，本文提出一種全局負(fù)載重分配的方法，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某些預(yù)警節(jié)點(diǎn)失效后，調(diào)整全局節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，在保證Sl（radar）最大化的同時(shí)，減少Ad（radar）。首先預(yù)警網(wǎng)絡(luò)魯棒優(yōu)化問題（Radar Network Robustness Optimization，RNRO）可形式化描述為優(yōu)化問題（RNRO）：

對(duì)于一個(gè)實(shí)際作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，首先肯定是在確保偵察面積足夠大的基礎(chǔ)上，最小化各個(gè)偵察節(jié)點(diǎn)的延時(shí)。所以針對(duì)上述多目標(biāo)優(yōu)化問題，優(yōu)化目標(biāo)式（12）的優(yōu)先級(jí)要高于優(yōu)化目標(biāo)式（13）。

2.2 火力網(wǎng)絡(luò)層自修復(fù)機(jī)制

當(dāng)火力網(wǎng)絡(luò)層遭受攻擊時(shí)，將有若干火力打擊結(jié)點(diǎn)失效，類似于預(yù)警網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)的自修復(fù)機(jī)制優(yōu)化策略應(yīng)將這些失效節(jié)點(diǎn)的負(fù)載進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以期獲得更大的總火力打擊負(fù)載Sl（fire），同時(shí)又要注意負(fù)載在剩余節(jié)點(diǎn)的分布以減小平均火力打擊延時(shí)Ad（fire）。

類似地，火力打擊節(jié)點(diǎn)失效后的調(diào)整機(jī)制，也可以借鑒傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)失效網(wǎng)絡(luò)［5］建立火力打擊網(wǎng)絡(luò)局部負(fù)載重分配方法。

本文認(rèn)為上述方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、使用方便，但是并未完全發(fā)揮出剩余火力網(wǎng)絡(luò)的全部效能。同樣地，火力網(wǎng)絡(luò)魯棒優(yōu)化問題（FireNetworkRobustness Optimization，F(xiàn)NRO）可形式化描述類似于（RNRO）問題，不再贅述。

2.3 指控網(wǎng)絡(luò)層自修復(fù)機(jī)制

當(dāng)指控網(wǎng)絡(luò)遭受攻擊時(shí)，指控節(jié)點(diǎn)失效后，受其指揮的預(yù)警節(jié)點(diǎn)、火力打擊節(jié)點(diǎn)將需及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的預(yù)警-指控、指控-火力有向支持邊，以確保整個(gè)指揮控制體系的正常運(yùn)行。這樣的調(diào)整蘊(yùn)含著優(yōu)化問題，如何調(diào)整才能使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)度向較優(yōu)的方向發(fā)展。

1）接替指揮方法

作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)做法是給每個(gè)指揮所設(shè)立一個(gè)備份接替指揮所，當(dāng)該指揮所被打掉之后，將其對(duì)預(yù)警、火力打擊節(jié)點(diǎn)的指揮權(quán)移交給接替它的指揮控制節(jié)點(diǎn)。而在前文中建立了指揮控制節(jié)點(diǎn)之間的指控關(guān)系，可以認(rèn)為擁有指控關(guān)系的指控節(jié)點(diǎn)之間有相近的職能，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)被摧毀之后，與其擁有指控關(guān)系的另一指控節(jié)點(diǎn)能夠接替它進(jìn)行指揮控制，如圖2（a）所示。而如果遭受攻擊的指控節(jié)點(diǎn)沒有備份的指控節(jié)點(diǎn)，受其指揮控制的預(yù)警、火力打擊節(jié)點(diǎn)將因此與主要作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)斷開，因此可以將這些節(jié)點(diǎn)視作級(jí)聯(lián)失效，如圖2（b）所示。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，將指揮控制節(jié)點(diǎn)視作自治節(jié)點(diǎn)，而預(yù)警、火力打擊節(jié)點(diǎn)則是依賴于指控節(jié)點(diǎn)支持的非自治節(jié)點(diǎn)。當(dāng)指揮關(guān)系按照上述方法發(fā)生變化之后，將作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)按照本文方法更新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、連邊的屬性。

圖2 指控節(jié)點(diǎn)接替機(jī)制

2）指控全局權(quán)移交方法

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，通過一體化聯(lián)合作戰(zhàn)訓(xùn)練和相關(guān)技術(shù)的支持，作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的指控節(jié)點(diǎn)，應(yīng)該具備了接管不同類型的預(yù)警、火力打擊節(jié)點(diǎn)的能力，而且?guī)缀醪粫?huì)受到地域的限制。因此，當(dāng)指揮控制節(jié)點(diǎn)遭受攻擊失效之后，其指控的預(yù)警、火力打擊節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)可以分配給任何一個(gè)指揮控制節(jié)點(diǎn)。而合理地安排指揮控制網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)之間指揮控制權(quán)移交將對(duì)整個(gè)作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)路的測(cè)度產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

指揮控制權(quán)的移交，本文遵循兩個(gè)基本原則：1）不主動(dòng)更改指控權(quán)；2）不將指控權(quán)過于集中。第一條原則是考慮到戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在指控節(jié)點(diǎn)完好的情況下，不提倡主動(dòng)為了合理優(yōu)化配置指控壓力，而頻繁地更換指揮控制權(quán)。第二條原則則是考慮到指揮控制權(quán)過于集中會(huì)導(dǎo)致整個(gè)作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的可靠性下降，同時(shí)，這樣不利于充分利用到全局的指揮控制資源。本文采用的指揮控制權(quán)移交方法的中心思想是，將指揮控制網(wǎng)絡(luò)中失效節(jié)點(diǎn)的指控節(jié)點(diǎn)迭代移交給指控延時(shí)較低的指控節(jié)點(diǎn)，而且移交時(shí)候選指控節(jié)點(diǎn)是指控網(wǎng)絡(luò)中所有的指控節(jié)點(diǎn)。

3 模擬攻擊實(shí)驗(yàn)下的作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)效果評(píng)估

本節(jié)仿真對(duì)某作戰(zhàn)目標(biāo)進(jìn)行攻擊，考察受攻擊方能夠采用應(yīng)對(duì)機(jī)制降低作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)體系功能的損失。作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分別采用傳統(tǒng)的調(diào)整機(jī)制（局部負(fù)載重分配和接替指揮方法）和本文提出的調(diào)整機(jī)制（全局負(fù)載均衡和指控全局移交方法）面對(duì)相同的攻擊，以攻擊指控節(jié)點(diǎn)為例，考察兩種應(yīng)對(duì)方法在面對(duì)相同攻擊情況下的網(wǎng)絡(luò)測(cè)度。

指控節(jié)點(diǎn)是作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)中樞，采用攻擊的方式對(duì)指控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行打擊將使作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)受到較大影響。下面將對(duì)比本文方法和傳統(tǒng)方法在指控節(jié)點(diǎn)遭受打擊后網(wǎng)絡(luò)的測(cè)度，主要從OODA鏈路加權(quán)平均延時(shí)、正常工作節(jié)點(diǎn)數(shù)、總預(yù)警負(fù)載、總火力打擊負(fù)載等四個(gè)測(cè)度考察不同方法下的整個(gè)作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的自修復(fù)機(jī)制。其中“正常工作節(jié)點(diǎn)數(shù)”表示當(dāng)前作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)考慮級(jí)聯(lián)失效傳播效應(yīng)之后仍然正常工作的所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)目?？疾爝@個(gè)測(cè)度的原因是，指控節(jié)點(diǎn)是自治節(jié)點(diǎn)，而在作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中有一些非自治節(jié)點(diǎn)（例如預(yù)警、火力打擊節(jié)點(diǎn)）需要依賴他們工作，當(dāng)指控節(jié)點(diǎn)失效之后，若指揮控制權(quán)沒有相應(yīng)的移交，將使得與之關(guān)聯(lián)的非自治節(jié)點(diǎn)級(jí)聯(lián)失效。通過仿真，本文得到了如圖3所示的結(jié)果。

圖3（a）展示的是作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)OODA鏈路加權(quán)平均延時(shí)與失效指控節(jié)點(diǎn)數(shù)之間的關(guān)系。在失效的節(jié)點(diǎn)數(shù)目還不是很多的情況下，本文方法能夠明顯減少OODA鏈路加權(quán)平均延時(shí)。然而，隨著失效節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，本文方法的OODA鏈路加權(quán)平均延時(shí)急劇增加，甚至超過了傳統(tǒng)方法的OODA鏈路加權(quán)平均延時(shí)。通過關(guān)聯(lián)分析圖3（b）-（d）可知，隨著失效指控節(jié)點(diǎn)的增加，傳統(tǒng)方法將導(dǎo)致整個(gè)作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中級(jí)聯(lián)失效的節(jié)點(diǎn)增多，進(jìn)而使得網(wǎng)絡(luò)的總預(yù)警負(fù)載和總火力打擊負(fù)載迅速減少。這說明當(dāng)失效指控節(jié)點(diǎn)較多時(shí)，傳統(tǒng)方法的OODA鏈路加權(quán)平均延時(shí)雖然減少但是其代價(jià)是作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中預(yù)警、火力打擊節(jié)點(diǎn)由于失去上級(jí)指揮節(jié)點(diǎn)而大規(guī)模級(jí)聯(lián)失效，其網(wǎng)絡(luò)的預(yù)警、火力打擊能力嚴(yán)重被削弱。傳統(tǒng)的指揮所接替機(jī)制的自修復(fù)機(jī)制明顯劣于本文提出的方法。

圖3 攻擊指控節(jié)點(diǎn)之后網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)變化

4 結(jié)束語

為了更好地了解敵方作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)在遭受攻擊后能夠采取的應(yīng)對(duì)策略，本文對(duì)作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的分層最優(yōu)自修復(fù)機(jī)制進(jìn)行了探索研究。首先構(gòu)建了具有耦合相依特性的作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型，同時(shí)建立了六個(gè)維度的網(wǎng)絡(luò)效能測(cè)度指標(biāo)，方便對(duì)作戰(zhàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定量化分析；其次，從預(yù)警網(wǎng)絡(luò)層、火力網(wǎng)絡(luò)層、指控網(wǎng)絡(luò)層分析研究各分層在遭受攻擊時(shí)所能采取的最優(yōu)自修復(fù)機(jī)制，并在一個(gè)實(shí)例作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)上進(jìn)行模擬攻擊實(shí)驗(yàn)；最后，對(duì)比了傳統(tǒng)的調(diào)整方法和本文方法在不同網(wǎng)絡(luò)測(cè)度上的表現(xiàn)。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)均表明本文提出的方法較之傳統(tǒng)方法，能夠更好地發(fā)揮剩余節(jié)點(diǎn)的作戰(zhàn)效能，擁有更大的預(yù)警能力和火力打擊能力，同時(shí)還能夠盡量減少網(wǎng)絡(luò)中各類型節(jié)點(diǎn)的延時(shí)。

［1］ 任清輝，張東戈.考慮節(jié)點(diǎn)自修復(fù)能力的C2關(guān)系網(wǎng)絡(luò)毀傷特性研究［J］.火力與指揮控制，2016，41（4）：30?34.

［2］ 任清輝，張東戈，萬貽平，等.非毀傷性攻擊下C2關(guān)系網(wǎng)絡(luò)效能評(píng)估方法［J］.指揮控制與仿真，2016，38（1）：18?22.

［3］ 魏繼才，張靜，楊峰，等.基于仿真的武器裝備體系作戰(zhàn)能力評(píng)估研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007，19（21）：5093?5097.

［4］ Pham PP，Perreau S.Performance analysis of reactive shortest path and multipath routing mechanism with load balance［C］.Proceedings of the INFOCOM 2003 Twenty?Second Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications IEEE Societies，2003：251?259.

［5］ 周瑩蓮，劉甫.服務(wù)器負(fù)載均衡技術(shù)研究［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38（4）：11?14.

［6］ 陸永中.基于級(jí)聯(lián)失效模型的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析［D］.長(zhǎng)沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2014.

Analysis of Hierarchical Models of Target Network and Self Repairing Mechanisms

ZHANG Ming?xing，YANG Yao，CHENG Guang?quan，LIU Zhong
（Science and Technology on Information Systems Engineering Laboratory，National University of Defense Technology，Changsha，410073，China）

This paper researches the hierarchical models of the target operation network and the self repairing mechanisms. First，it builds the hierarchical models of the target operation network and proposes six measures to quantify the different a?bilities variations of target operation network before and after attacks.Then，it analyzes the best strategies for different types of nodes after attacks from the perspectives of intelligence level，force network level，command and control level.Last，it an?alyzes the feasibility of the self repairing mechanism through the simulation experiment.Theoretical analysis and simulation results confirms that our methods is better than the traditional ones on which it can better utilize the left nodes'effects.

target operation network；self repairing mechanism；load sharing

TP391.9；E911

A

10.3969／j.issn.1673?3819.2016.06.007

1673?3819（2016）06?0031?05

2016?09?01

2016?09?26

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61201328，71471175）；湖南自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（13JJ4011）；教育部博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目（20114307120021）；國防科技大學(xué)預(yù)研基金資助項(xiàng)目（ZK16?03?28）

張明星（1977?），男，吉林九臺(tái)人，博士研究生，研究方向?yàn)樽鲬?zhàn)計(jì)劃系統(tǒng)技術(shù)。

楊 垚（1981?），男，博士研究生。

程光權(quán)（1982?），男，博士，副研究員。

劉 忠（1968?），男，博士，教授。