基于Petri網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程分析

王南星， 王勁松, 季雨林

(1. 66389部隊(duì) 河南 鄭州 450001； 2. 信息工程大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院 河南 鄭州 450001)

基于Petri網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程分析

王南星1， 王勁松2, 季雨林1

(1.66389部隊(duì) 河南 鄭州450001；2. 信息工程大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院 河南 鄭州450001)

應(yīng)用Petri網(wǎng)理論對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程進(jìn)行建模仿真分析，研究網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)的運(yùn)行流程，通過(guò)定義相關(guān)庫(kù)所，引入變遷發(fā)生規(guī)則，運(yùn)用可達(dá)標(biāo)識(shí)法分析網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程的合理性，為優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮流程提供借鑒。

網(wǎng)絡(luò)空間； 作戰(zhàn)指揮； 運(yùn)行流程；Petri網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程是指運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)實(shí)施指揮行為的步驟和順序。目前，美軍網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)的建設(shè)和運(yùn)轉(zhuǎn)較為常規(guī)化和系統(tǒng)化，在網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)行動(dòng)中發(fā)揮了重要作用，保證了美軍實(shí)施網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)攻防行動(dòng)的順利開展。相對(duì)而言，我軍網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)的建設(shè)仍處于探索階段，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)的建設(shè)和運(yùn)行尚未形成系統(tǒng)的理論指導(dǎo)。Petri網(wǎng)作為一種有效的描述和分析具有并發(fā)、異構(gòu)(或同步)和沖突等特性的離散事件系統(tǒng)的建模工具，除了具有類似流程圖、框圖和網(wǎng)絡(luò)圖的可視化描述功能外，還可通過(guò)標(biāo)記的流動(dòng)來(lái)模擬系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為[1-2]。網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程是由不同的離散事件驅(qū)動(dòng)的，其異構(gòu)、同步和并發(fā)等特點(diǎn)尤為顯著，利用Petri網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行建模仿真，可真實(shí)地反映網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮流程的運(yùn)行情況，從模型的角度觀察網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程的合理性。因此，筆者基于Petri網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程進(jìn)行建模分析，研究網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)的運(yùn)行流程，探索網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程的合理性，為網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)的建設(shè)提供參考。

1 網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)是指揮網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)行動(dòng)的核心樞紐，是負(fù)責(zé)指揮的主體和網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮體系的核心。其內(nèi)部編組的合理程度制約著作戰(zhàn)信息的傳達(dá)與反饋，直接影響網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能的發(fā)揮。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)力量的分布并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮體系的構(gòu)建原則，網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)應(yīng)包括情報(bào)信息中心、網(wǎng)絡(luò)攻擊中心、網(wǎng)絡(luò)防御中心、綜合保障中心和外部協(xié)調(diào)中心，具體的內(nèi)部編組如圖1所示[3]。

圖1 網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)內(nèi)部編組

2 運(yùn)行流程分析

網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行是網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮實(shí)施的具體化體現(xiàn)，其核心任務(wù)是對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)行動(dòng)進(jìn)行指揮控制。主要分為情況分析、決策計(jì)劃、指揮控制和作戰(zhàn)評(píng)估4個(gè)階段，具體如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程

2.1情況分析階段

情況分析階段的首要任務(wù)是面對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境，分析戰(zhàn)場(chǎng)情況。主要是利用網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)中的情報(bào)研判系統(tǒng)、態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)等信息情報(bào)來(lái)源，對(duì)上級(jí)下達(dá)的任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)空間的異常和作戰(zhàn)行動(dòng)信息反饋等進(jìn)行分析，判斷網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)需求，下達(dá)具體作戰(zhàn)任務(wù)和目標(biāo)，并根據(jù)情況分析結(jié)果實(shí)施防御作戰(zhàn)或進(jìn)攻作戰(zhàn)準(zhǔn)備。

2.2決策計(jì)劃階段

決策計(jì)劃階段的主要任務(wù)是在判斷是否進(jìn)行防御作戰(zhàn)或進(jìn)攻作戰(zhàn)準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，對(duì)進(jìn)攻和防御任務(wù)分別進(jìn)行研究和決策，并判斷具體的作戰(zhàn)目標(biāo)和指揮對(duì)象。當(dāng)進(jìn)行防御作戰(zhàn)決策時(shí)，主要利用網(wǎng)絡(luò)空間環(huán)境防護(hù)系統(tǒng)和實(shí)體防護(hù)系統(tǒng)判斷作戰(zhàn)任務(wù)是否涵蓋實(shí)體防御和環(huán)境防御，并根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)確定是否需要協(xié)調(diào)地方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)力量參與行動(dòng)，并分別根據(jù)預(yù)設(shè)方案制定環(huán)境防御和實(shí)體防御作戰(zhàn)計(jì)劃，做好地方網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)力量的準(zhǔn)備和部署；當(dāng)進(jìn)行進(jìn)攻作戰(zhàn)決策時(shí)，主要根據(jù)上級(jí)下達(dá)的作戰(zhàn)任務(wù)，確定作戰(zhàn)目標(biāo)、作戰(zhàn)力量和指揮手段，并制定作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)施方案，如需地方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)力量參與進(jìn)攻行動(dòng)，應(yīng)同時(shí)做好準(zhǔn)備和部署等協(xié)調(diào)工作。

2.3指揮控制階段

指揮控制階段分為防御和進(jìn)攻2種情況：1)防御作戰(zhàn)指揮可分為實(shí)體防御指揮、環(huán)境防御指揮和軍地聯(lián)合防御作戰(zhàn)指揮。其中：實(shí)體防御指揮主要針對(duì)己方網(wǎng)絡(luò)空間基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可能受到的物理破壞而進(jìn)行的防御作戰(zhàn)指揮，具體控制在實(shí)體空間展開對(duì)抗，指揮相關(guān)作戰(zhàn)部隊(duì)和武器平臺(tái)展開有效防御攔截或局部反制；環(huán)境防御指揮主要針對(duì)木馬病毒、信息干擾和DDOS等虛擬空間的進(jìn)攻行為而進(jìn)行的防御作戰(zhàn)指揮，主要通過(guò)清除木馬、病毒，處置癱瘓節(jié)點(diǎn)和調(diào)配備用通道等指揮網(wǎng)絡(luò)空間環(huán)境防御作戰(zhàn)行動(dòng)來(lái)進(jìn)行防御作戰(zhàn)；軍地聯(lián)合防御作戰(zhàn)指揮主要利用軍地網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合指控系統(tǒng)，針對(duì)可能遭受攻擊的地方民用互聯(lián)網(wǎng)、電力網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，調(diào)配軍地網(wǎng)絡(luò)空間防御力量，對(duì)軍地網(wǎng)絡(luò)空間防御作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)施統(tǒng)一指揮控制。2)進(jìn)攻作戰(zhàn)指揮主要分為進(jìn)攻指揮和軍地聯(lián)合進(jìn)攻作戰(zhàn)指揮。其中：進(jìn)攻指揮主要利用網(wǎng)絡(luò)空間攻擊指控系統(tǒng)，根據(jù)作戰(zhàn)目標(biāo)，指揮網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)部隊(duì)和武器平臺(tái)對(duì)對(duì)方信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行軟件和實(shí)體攻擊；同時(shí)，利用軍地網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合指控系統(tǒng)指揮協(xié)調(diào)地方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)力量參與進(jìn)攻作戰(zhàn)，并在輿論戰(zhàn)、心理戰(zhàn)等戰(zhàn)場(chǎng)上對(duì)對(duì)方開展宣傳攻勢(shì)。

2.4作戰(zhàn)評(píng)估階段

作戰(zhàn)評(píng)估階段是在實(shí)施防御作戰(zhàn)行動(dòng)后，由網(wǎng)絡(luò)空間感知系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控己方網(wǎng)絡(luò)空間情況，并及時(shí)對(duì)作戰(zhàn)效果進(jìn)行分析處理。對(duì)于防御作戰(zhàn)，進(jìn)行防御評(píng)估確定是否完成防御作戰(zhàn)任務(wù)：若完成，則結(jié)束防御作戰(zhàn)；若未完成，則將信息反饋至情報(bào)信息中心并繼續(xù)進(jìn)行情況分析。對(duì)于進(jìn)攻作戰(zhàn)，則利用網(wǎng)絡(luò)空間攻擊評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)行動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查反饋，評(píng)估作戰(zhàn)效果，判斷是否完成進(jìn)攻作戰(zhàn)任務(wù)：若完成，則結(jié)束進(jìn)攻作戰(zhàn)行動(dòng)；若未完成，則將信息反饋至情報(bào)信息中心并繼續(xù)進(jìn)行情況分析，研究下一步作戰(zhàn)行動(dòng)開展。

總體來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程是由“情況分析—決策計(jì)劃—指揮控制—作戰(zhàn)評(píng)估”4個(gè)階段周而復(fù)始形成的閉合回路。其中：作戰(zhàn)評(píng)估既是指揮活動(dòng)的終點(diǎn)，也可能是新一輪指揮活動(dòng)的起點(diǎn)。

3 運(yùn)行流程Petri網(wǎng)模型

3.1Petri網(wǎng)模型的定義

Petri網(wǎng)是一個(gè)庫(kù)所容量為無(wú)窮的、庫(kù)所/變遷(P/T)的、6元組(∑=(P,T,F,K,W,M))系統(tǒng)。當(dāng)且僅當(dāng)：1)P∪T≠φ;2)P∩T=φ;3)F∈(P×T)∪(T×P);4)dom(F)∪cod(F)=P∪T;5)K∶P→Z+∪{∞};6)W∶F→Z+;7)M∶P→Z,滿足?P∈P∶M(P)≤K(P)。其中：P為庫(kù)所；T為變遷；F為流關(guān)系；K為庫(kù)所容量函數(shù)；W為弧權(quán)函數(shù)；M為標(biāo)識(shí)。因此，Petri網(wǎng)是由庫(kù)所、變遷和它們之間的流關(guān)系所構(gòu)成的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)引入變遷發(fā)生規(guī)則，可使標(biāo)記在網(wǎng)中流動(dòng)，并不斷更新標(biāo)識(shí)的描述，從而描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程[4-6]。

3.2運(yùn)行流程Petri網(wǎng)描述

應(yīng)用Petri網(wǎng)描述網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程時(shí)，每個(gè)庫(kù)所代表1種指揮狀態(tài)，每個(gè)變遷代表指揮狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，每個(gè)庫(kù)所和變遷均與圖2所示的指揮流程和順序相關(guān)聯(lián)，且表述了實(shí)際指揮流程中各階段的指揮需求和運(yùn)轉(zhuǎn)情況，Petri網(wǎng)描述網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程的庫(kù)所、變遷說(shuō)明如表1、2所示。由此建立網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程的Petri網(wǎng)模型，如圖3所示。

表1 Petri網(wǎng)描述網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程的庫(kù)所說(shuō)明

表2 Petri網(wǎng)描述網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程的變遷說(shuō)明

圖3 網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程Petri網(wǎng)模型

通過(guò)Petri網(wǎng)模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，可清晰地觀察指揮機(jī)構(gòu)中各部門在各個(gè)階段的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行關(guān)系。同時(shí)，可采用可達(dá)標(biāo)識(shí)法對(duì)Petri網(wǎng)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。如：以網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)Petri網(wǎng)模型為仿真運(yùn)行對(duì)象[7]，設(shè)其初始狀態(tài)為M0=(1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0)，為方便標(biāo)識(shí)，簡(jiǎn)化為M0=(1,13,14)，表示該時(shí)刻所有有標(biāo)識(shí)的庫(kù)所。網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)Petri網(wǎng)模型可達(dá)標(biāo)識(shí)圖如圖4所示,可以看出其一個(gè)是貫通的、不斷流轉(zhuǎn)的整體。

圖4 網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)Petri網(wǎng)模型可達(dá)標(biāo)識(shí)圖

4 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程是網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮活動(dòng)的具體表現(xiàn)，是指揮機(jī)構(gòu)發(fā)揮指揮功能的根本體現(xiàn)。通過(guò)Petri網(wǎng)理論對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)運(yùn)行流程進(jìn)行建模仿真，可清晰地反映出指揮信息流轉(zhuǎn)的情況，為分析指揮機(jī)構(gòu)建設(shè)的合理性提供了參考依據(jù)。但是筆者尚未涉及運(yùn)行流程如何改進(jìn)優(yōu)化問(wèn)題，下一步將重點(diǎn)開展此方面的研究，為指揮機(jī)構(gòu)建設(shè)提供更加具體的建設(shè)意見。

[1] 朱延累,羅小明,何榕.基于Petri網(wǎng)的空間信息支援反導(dǎo)作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)概念建模與分析[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào),2015，29(1)：75-80.

[2] 劉治學(xué),朱壽雷,許誠(chéng).智能反艦導(dǎo)彈攻防作戰(zhàn)的Petri網(wǎng)模型描述[J]海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，25(2)：215-219.

[3] 王勁松,王南星,哈軍賢.網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮體系研究[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào),2016，30(5)：1-4.

[4] 羅杰,段建民,陳建新.MAS行為協(xié)進(jìn)化Petri網(wǎng)模型構(gòu)建[J]北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，34(7)：688-695.

[5] 吳金平,董漢權(quán).基于Petri網(wǎng)理論的潛艇作戰(zhàn)行為建模[J]潛艇學(xué)術(shù)研究，2013，(2)：47-50

[6] QUINTANILLA F G, CARDIN O, L′ANTON A. et al.A Petri net-based methodology to increase flexibility in service-oriented colonic manufacturing systems[J]Computers in industry，2016，76：53-68.

[7] 王鼎,張志瑞,鄭剛.Petri網(wǎng)在某型艦炮防御過(guò)程中的應(yīng)用[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2013,34(6)：5-7

(責(zé)任編輯: 王生鳳)

AnalysisofWorkingProcessofCyberspaceOperationalCommandingInstitutionBasedonPetriNet

WANG Nan-xing1， WANG Jin-song2， JI Yu-lin1

(1. Troop No.66389of PLA, Zhengzhou450001, China；2. Institute of Command Officer Basic Education, Information Engineering University of PLA, Zhengzhou450001, China)

Cyberspace operational commanding institution working process based on Petri net is modeled and analyzed to study the working process of cyberspace operational command institution. Through defining the related library, introducing transition rules, the rationality of cyberspace operational commanding institution working process is analyzed using the reachable marking method, which provides the reference for improving the operational commanding process.

cyberspace; operational command; working process; Petri net

1672-1497(2017)04-0010-04

2016-12-13

王南星(1988-)，男，碩士研究生。

E072

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2017.04.003