基于自組織理論的戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)研究?

高 姝 郭曉波 李冠中

（1.國(guó)防大學(xué)信指部作戰(zhàn)指揮教研室 北京 110091）（2.北部戰(zhàn)區(qū)空軍指揮自動(dòng)化站 沈陽(yáng) 110000）

1 引言

戰(zhàn)略預(yù)警作為一種新型力量，是聯(lián)合作戰(zhàn)的首要環(huán)節(jié)，已成為聯(lián)合作戰(zhàn)指揮員高度關(guān)注和有效運(yùn)用的重要手段［1］。戰(zhàn)略預(yù)警行動(dòng)涉及多種類預(yù)警裝備的相互協(xié)調(diào)，任何單一的預(yù)警裝備都不可能做到全維預(yù)警。戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)作為戰(zhàn)略預(yù)警體系的神經(jīng)中樞，發(fā)揮著預(yù)警指揮“戰(zhàn)斗力倍增器”和情報(bào)處理“決策力加速器”的作用，其采用高度集中的預(yù)警組織指揮模式，分布協(xié)同的情報(bào)處理方式，對(duì)各類預(yù)警裝備統(tǒng)一規(guī)劃、合理部署，使其密切配合、有序銜接、互補(bǔ)兼顧，形成全域覆蓋的戰(zhàn)略預(yù)警網(wǎng)。因此，戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)的構(gòu)成方式就成為發(fā)揮戰(zhàn)略預(yù)警體系作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵所在。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的多層性和不確定性特點(diǎn)對(duì)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)的自組織、自協(xié)同能力要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)固定式網(wǎng)系結(jié)構(gòu)已難以有效駕馭紛繁復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，動(dòng)態(tài)靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑蔀閼?yīng)對(duì)新型作戰(zhàn)樣式的首選網(wǎng)絡(luò)模式［2］。為滿足聯(lián)合作戰(zhàn)信息網(wǎng)絡(luò)體系聯(lián)動(dòng)高效的作戰(zhàn)需求，基于系統(tǒng)科學(xué)的自組織理論，本文提出了戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自組織合群拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)想。并以預(yù)警情報(bào)處理的合群拓?fù)錇閷?shí)例，仿真分析了戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和吞吐量等方面帶來(lái)的效能提升，驗(yàn)證了其與傳統(tǒng)固定式網(wǎng)系結(jié)構(gòu)相比優(yōu)勢(shì)所在。

2 自組織理論的含義

系統(tǒng)科學(xué)中自組織理論主要包括耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、超循環(huán)理論和突變論。自組織理論創(chuàng)始人之一H·哈肯在《信息與自組織》里指出：自組織就是系統(tǒng)在獲得空間的、時(shí)間的或功能的結(jié)構(gòu)過(guò)程中，沒(méi)有外界特定干預(yù)，依靠自身調(diào)節(jié)能力產(chǎn)生組織性和相關(guān)性，完成從無(wú)序向有序演化的過(guò)程［3］。這種結(jié)構(gòu)和功能的產(chǎn)生并非外界強(qiáng)加于系統(tǒng)，而是系統(tǒng)內(nèi)部各單元相互非線性作用的結(jié)果。

軍事系統(tǒng)的自組織是軍事系統(tǒng)在向新的空間、時(shí)間或功能的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化時(shí)，依靠軍事系統(tǒng)內(nèi)部各軍事單元相互作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的過(guò)程［4］。具體來(lái)講是作戰(zhàn)單元圍繞上級(jí)預(yù)先明確的作戰(zhàn)意圖和實(shí)時(shí)感知的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行自主判斷和調(diào)控。在全域多維戰(zhàn)場(chǎng)空間里根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)隨機(jī)重組作戰(zhàn)力量，自主調(diào)整與作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)相匹配的組織結(jié)構(gòu)和功能。當(dāng)組織結(jié)構(gòu)和功能難以應(yīng)對(duì)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)時(shí)，可依據(jù)作戰(zhàn)規(guī)則迅速打破原有組織結(jié)構(gòu)及任務(wù)框架，形成新的力量組合以適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境；當(dāng)組織結(jié)構(gòu)和功能能夠應(yīng)對(duì)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)時(shí)，也可主動(dòng)求變、自主創(chuàng)新以獲取更強(qiáng)的作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。

3 戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵及特征

戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)是開放型、智能型的復(fù)雜系統(tǒng)，其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間存在著非線性的密切聯(lián)系，且系統(tǒng)與外部系統(tǒng)、外部環(huán)境之間也不斷地發(fā)生著相互作用和影響，這些復(fù)雜的交互行為極大地促進(jìn)了戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)由平面向立體、由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)的拓?fù)淠Ｊ桨l(fā)展演化。

3.1 戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵

在自組織理論基礎(chǔ)上，本文提出了戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自組織合群拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)想，其內(nèi)涵是：將戰(zhàn)略預(yù)警體系中各預(yù)警探測(cè)力量看作是具有自主性和創(chuàng)造性的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在沒(méi)有特定外界干預(yù)情況下，戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中地理位置相近、功能相同的各類預(yù)警力量相互作用，以相同或相近的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)自發(fā)組合形成有利于作戰(zhàn)任務(wù)完成的合群組，通過(guò)合群組內(nèi)節(jié)點(diǎn)間動(dòng)作交互產(chǎn)生協(xié)同合作行為，以完成單個(gè)節(jié)點(diǎn)所不能完成的任務(wù)。各合群組既可以主動(dòng)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以獲取更強(qiáng)的預(yù)警效能，也可根據(jù)作戰(zhàn)需求改變現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，自主協(xié)調(diào)形成新的合群結(jié)構(gòu)［5］。合群組中各節(jié)點(diǎn)地位平等，都具有網(wǎng)絡(luò)控制的功能，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)情況變化輪流擔(dān)任控制節(jié)點(diǎn)，從而避免一旦主節(jié)點(diǎn)被摧毀引起合群組癱瘓的危險(xiǎn)，極大地提高了戰(zhàn)略預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和應(yīng)變能力。

3.2 戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1）動(dòng)態(tài)有序

戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)是一種動(dòng)態(tài)有序的組合。網(wǎng)絡(luò)中完全對(duì)等的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，因任務(wù)需要或相近的物理位置匯聚形成合群組，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)具有相同運(yùn)動(dòng)特性合群組足夠靠近時(shí)，也可以合并成一個(gè)新組。遇有新任務(wù)時(shí)，合并群組內(nèi)各節(jié)點(diǎn)迅速打破原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架，重新組合形成時(shí)空有序、功能有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)外界環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。

2）自適應(yīng)性

戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)具有一定的自適應(yīng)優(yōu)化處理能力。首先表現(xiàn)為群組內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間的自適應(yīng)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出足夠的合群特性時(shí)，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)啟用合群管理方案形成合群組，群內(nèi)各節(jié)點(diǎn)自主協(xié)調(diào)、相互合作、彼此適應(yīng)，共同完成任務(wù)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)地域性、時(shí)段性擁塞時(shí)，節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?，自?dòng)更改傳輸路由；其次表現(xiàn)為合群組與外界環(huán)境之間的自適應(yīng)，群組按照規(guī)則主動(dòng)采取與外界環(huán)境相匹配的合群方式，靈活調(diào)整組織結(jié)構(gòu)，并行同步展開工作，以適應(yīng)復(fù)雜多變的外界環(huán)境。

3）自組織性

戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)是一種高度自組織的拓?fù)湫螒B(tài)。網(wǎng)絡(luò)中的個(gè)體都是自主的，不受其他個(gè)體控制，在沒(méi)有外部特定干預(yù)下，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)根據(jù)環(huán)境及任務(wù)需要，著眼效能提升，動(dòng)態(tài)快速重組，自主選擇連接對(duì)象，自行調(diào)整組織結(jié)構(gòu)。當(dāng)組織結(jié)構(gòu)、功能能夠應(yīng)對(duì)環(huán)境時(shí)，還可以主動(dòng)求變、創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟垣@取更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)性能［6］。

4 戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)自組織合群過(guò)程

在聯(lián)合防空反導(dǎo)作戰(zhàn)過(guò)程中，各類預(yù)警探測(cè)力量面對(duì)不確定和偶然突發(fā)事件，啟動(dòng)自治合群管理，圍繞戰(zhàn)略預(yù)警中心形成動(dòng)態(tài)變化的合群集合。各預(yù)警力量根據(jù)感知到的目標(biāo)屬性和動(dòng)向，自主調(diào)整探測(cè)角度與目標(biāo)方向相匹配，保持戰(zhàn)略預(yù)警作戰(zhàn)行動(dòng)的有序銜接、連續(xù)預(yù)警。戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自組織演進(jìn)的合群過(guò)程有如下步驟：

1）選擇群過(guò)程

由于大多數(shù)戰(zhàn)略預(yù)警力量的實(shí)體在地理上是分散部署的，物理上是相對(duì)獨(dú)立的，要想建立適應(yīng)作戰(zhàn)需求的網(wǎng)系結(jié)構(gòu)，各預(yù)警力量應(yīng)在正確分析和判斷由戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變化帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)連鎖反應(yīng)的基礎(chǔ)上，按照分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制，選擇適當(dāng)?shù)娜航M加入或調(diào)整補(bǔ)充到所需要的群組中。

2）進(jìn)入群過(guò)程

各預(yù)警力量根據(jù)群組選擇的結(jié)果，預(yù)先判斷戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境可能引起的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，根?jù)變化趨勢(shì)分析群組的拓?fù)溥B通信息，在系統(tǒng)內(nèi)部與外部環(huán)境非線性作用下，各預(yù)警力量自我推動(dòng)、自我趨同、自主連接、優(yōu)化結(jié)構(gòu)，迅速組建成群。

3）合群運(yùn)行過(guò)程

一個(gè)合群中包含多個(gè)群，最大的群就是它本身。群中各作戰(zhàn)要素根據(jù)任務(wù)動(dòng)態(tài)分配，產(chǎn)生戰(zhàn)術(shù)上的多種選擇。各群圍繞戰(zhàn)略預(yù)警中心，相互協(xié)同、自適應(yīng)運(yùn)行。當(dāng)遇到突發(fā)事件時(shí)，各群可能會(huì)被割裂，被割裂開的作戰(zhàn)要素通過(guò)無(wú)線方式互傳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化信息，并通過(guò)自動(dòng)拓?fù)溥B接功能迅速自愈，重新連通形成新的合群，繼續(xù)運(yùn)行完成作戰(zhàn)任務(wù)。

4）退出群過(guò)程

合群運(yùn)行一段時(shí)間后，根據(jù)作戰(zhàn)需要或已完成任務(wù)，各預(yù)警力量可能會(huì)主動(dòng)退出群組，返回獨(dú)立狀態(tài)，合群也隨之解散。

5 戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自組織合群仿真

以戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為背景，采用OPNET仿真軟件對(duì)其合群拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模仿真。OPNET是常用的系統(tǒng)建模及網(wǎng)絡(luò)仿真工具，其面向?qū)ο蟮慕７绞胶涂梢暬庉嬆苤庇^地反映網(wǎng)系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)變性。從OPNET自帶的模型庫(kù)里逐層選擇需要的網(wǎng)絡(luò)模型、節(jié)點(diǎn)模型及進(jìn)程模型來(lái)建立戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)合群拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中，網(wǎng)絡(luò)模型描述整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)模型描述網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備特性，進(jìn)程模型描述模塊功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程［7］。通過(guò)對(duì)模型的動(dòng)態(tài)仿真，模擬整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的合群行為和運(yùn)作過(guò)程，并結(jié)合不同仿真場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)吞吐量這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1）網(wǎng)絡(luò)模型

建立一個(gè)150KM*200KM的矩形區(qū)域空網(wǎng)絡(luò)，定義16個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別為戰(zhàn)略預(yù)警中心、雷達(dá)站、預(yù)警衛(wèi)星、遠(yuǎn)程預(yù)警相控陣?yán)走_(dá)、地基多功能相控陣?yán)走_(dá)、天波超視距雷達(dá)、預(yù)警機(jī)、?；A(yù)警探測(cè)系統(tǒng)、空間目標(biāo)監(jiān)視力量、臨近空間探測(cè)系統(tǒng)。將這些節(jié)點(diǎn)劃分為五個(gè)子群，預(yù)警機(jī)根據(jù)作戰(zhàn)需要組成預(yù)警機(jī)群，天基預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)、天波超視距雷達(dá)、遠(yuǎn)程預(yù)警相控陣?yán)走_(dá)、地基多功能相控陣?yán)走_(dá)組成遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)群，地理位置相近的常規(guī)雷達(dá)形成雷達(dá)群，?；A(yù)警探測(cè)系統(tǒng)組成?；A(yù)警群，這些預(yù)警探測(cè)群均與戰(zhàn)略預(yù)警中心相連。各子群內(nèi)節(jié)點(diǎn)按需動(dòng)態(tài)輪流擔(dān)任控制節(jié)點(diǎn)，由控制節(jié)點(diǎn)分配任務(wù)并控制群內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求、加入和退出，各子群之間通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)傳遞或轉(zhuǎn)發(fā)消息。

本文設(shè)定的場(chǎng)景如下：當(dāng)藍(lán)方戰(zhàn)略目標(biāo)來(lái)襲時(shí)，紅方預(yù)警衛(wèi)星首先發(fā)現(xiàn)目標(biāo)紅外特征，與天波超視距雷達(dá)、遠(yuǎn)程預(yù)警相控陣?yán)走_(dá)、地基多功能相控陣?yán)走_(dá)自動(dòng)組群，協(xié)同接替預(yù)警；在重點(diǎn)區(qū)域臨近空間預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)與空間目標(biāo)監(jiān)視力量合群，協(xié)同配合預(yù)警衛(wèi)星搜索跟蹤目標(biāo)；空中預(yù)警機(jī)群、雷達(dá)群與?；A(yù)警群根據(jù)各自不同的預(yù)警探測(cè)范圍和預(yù)警能力協(xié)同搜索、交替預(yù)警、連續(xù)跟蹤目標(biāo)。各群組按照統(tǒng)一的作戰(zhàn)意圖，自主選用適當(dāng)?shù)穆酚赏ㄐ?、自?dòng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的控制和管理、自組織合群以適應(yīng)復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，形成具有合群特征的戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自組織拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ腿鐖D1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?/p>

2）節(jié)點(diǎn)模型

限于篇幅，本文只對(duì)戰(zhàn)略預(yù)警中心節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行描述。戰(zhàn)略預(yù)警中心節(jié)點(diǎn)接收應(yīng)用層各預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的合群請(qǐng)求信息，把信息轉(zhuǎn)換成MAC層能處理的格式，根據(jù)信息中目的地址字段的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)包經(jīng)MAC層轉(zhuǎn)發(fā)至目的地址，同時(shí)也接收來(lái)自MAC層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，并把包傳送到更高一層進(jìn)程，完成合群請(qǐng)求信息的傳遞與反饋，同時(shí)還控制節(jié)點(diǎn)模塊的收發(fā)時(shí)隙等。需要說(shuō)明的是，由于無(wú)線信道中信號(hào)傳輸?shù)膿p耗對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞影響不大，網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)變化不明顯，可近似認(rèn)為信息在理想的自由空間里傳遞［8］。節(jié)點(diǎn)模型如圖2所示。

圖2 節(jié)點(diǎn)模型

3）進(jìn)程模型

對(duì)節(jié)點(diǎn)MAC模塊進(jìn)行分析。節(jié)點(diǎn)MAC模塊負(fù)責(zé)傳遞廣播信息、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)計(jì)丟包率等任務(wù)。MAC進(jìn)程模型如圖3所示。

圖3 MAC模塊的進(jìn)程模型

圖中有五種狀態(tài)，灰色狀態(tài)表示非強(qiáng)制性進(jìn)程，白色狀態(tài)表示強(qiáng)制性進(jìn)程；直線表示無(wú)條件轉(zhuǎn)移，虛線表示有條件轉(zhuǎn)移［9］。各狀態(tài)的作用描述如下：

init狀態(tài)：是整個(gè)模型的入口［10］。完成節(jié)點(diǎn)模塊的初始化，包括戰(zhàn)略預(yù)警中心到各子群的距離，各子群中主節(jié)點(diǎn)到其余節(jié)點(diǎn)的距離，離主節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)作為群的備份節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的失效時(shí)間、時(shí)隙參數(shù)、數(shù)據(jù)包延時(shí)、信道吞吐量等初始化設(shè)置。完成初始化工作后進(jìn)入ready狀態(tài)。

ready狀態(tài)：表示初始化后系統(tǒng)等待事件發(fā)生的狀態(tài)。

idle狀態(tài)：根據(jù)轉(zhuǎn)移條件判斷進(jìn)程的具體走向。如果信息源發(fā)送的數(shù)據(jù)包到達(dá)，則進(jìn)入tx_ar?rival狀態(tài)；如果下層有數(shù)據(jù)包發(fā)來(lái)，則進(jìn)入rx_com?pletion狀態(tài)；如果主節(jié)點(diǎn)發(fā)生中斷，則進(jìn)入備份節(jié)點(diǎn)接管狀態(tài)。

backup狀態(tài)：備份節(jié)點(diǎn)升級(jí)為主節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)故障或中斷時(shí)，離主節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)即備份節(jié)點(diǎn)立即升為主節(jié)點(diǎn)，接替主節(jié)點(diǎn)的工作保持群正常運(yùn)行。同時(shí)將tx_arrival和rx_completion模塊的數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)到相應(yīng)的緩沖隊(duì)列中。

tx_arrival狀態(tài)：判斷仿真時(shí)間是否能完成整個(gè)包的發(fā)送，如果條件滿足則發(fā)送數(shù)據(jù)包。

rx_completion狀態(tài)：判斷仿真時(shí)間是否在該節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙內(nèi)完成，如果完成則接收數(shù)據(jù)包。

4）仿真結(jié)果分析

設(shè)定仿真時(shí)間為800s，遠(yuǎn)程預(yù)警相控陣?yán)走_(dá)群主節(jié)點(diǎn)失效時(shí)間為300s，數(shù)據(jù)分組大小240bits，數(shù)據(jù)開始發(fā)送時(shí)間0s，數(shù)據(jù)結(jié)束發(fā)送時(shí)間Infinity。

場(chǎng)景一仿真，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連通時(shí)，分析靜態(tài)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)和的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)自組織合群結(jié)構(gòu)的平均時(shí)延，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)時(shí)延仿真結(jié)果

網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延是衡量網(wǎng)絡(luò)時(shí)效性的重要指標(biāo)，是一個(gè)報(bào)文或數(shù)據(jù)包從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間［11］。平均時(shí)延越小，說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的速率越快，網(wǎng)絡(luò)性能越好。在上圖中，實(shí)線曲線表示靜態(tài)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)平均時(shí)延的變化趨勢(shì)，虛線曲線表示動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)自組織合群結(jié)構(gòu)平均時(shí)延的變化趨勢(shì)。由仿真結(jié)果可以看出，實(shí)線曲線的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延指標(biāo)比虛線曲線高，兩條曲線開始時(shí)都有波動(dòng)，且虛線曲線波動(dòng)要大些，隨著仿真的運(yùn)行，藍(lán)色曲線和虛線曲線都趨于平穩(wěn)，說(shuō)明靜態(tài)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)的平均時(shí)延高于動(dòng)態(tài)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)隨著節(jié)點(diǎn)自組織合群以后網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)延趨于穩(wěn)定，形成有序的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

場(chǎng)景二仿真，當(dāng)遠(yuǎn)程預(yù)警相控陣?yán)走_(dá)群主節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，分析靜態(tài)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)和的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)自組織合群結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)吞吐量的變化，仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)吞吐量仿真結(jié)果

網(wǎng)絡(luò)吞吐量是指在沒(méi)有幀丟失的情況下，每秒能接受并轉(zhuǎn)發(fā)的最大比特?cái)?shù)［12］。由于網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)每秒只發(fā)送30字節(jié)數(shù)據(jù)，因此剛開始兩種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量都不是很高，隨著仿真運(yùn)行，每秒達(dá)到發(fā)送1200字節(jié)數(shù)據(jù)，兩種網(wǎng)系結(jié)構(gòu)的最大吞吐量達(dá)到近4200kbps。當(dāng)仿真進(jìn)行到300s時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)主節(jié)點(diǎn)失效，實(shí)線曲線表示的靜態(tài)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)由于主節(jié)點(diǎn)故障，少了一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量大幅下降。虛線曲線表示的動(dòng)態(tài)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)在主節(jié)點(diǎn)中斷后，群中最近的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)接管主節(jié)點(diǎn)工作，雖然網(wǎng)絡(luò)吞吐量有所下降但仍能保持網(wǎng)絡(luò)的連通、信息的傳遞。隨著仿真的進(jìn)行，動(dòng)態(tài)合群網(wǎng)系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量又趨于平穩(wěn)，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)自組織合群結(jié)構(gòu)在一個(gè)主節(jié)點(diǎn)失效后，其余節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)接替主節(jié)點(diǎn)工作，保持網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)性能良好。

通過(guò)對(duì)兩種場(chǎng)景的仿真可以得出網(wǎng)絡(luò)自組織合群結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)吞吐率等指標(biāo)都優(yōu)于固定式網(wǎng)系結(jié)構(gòu)，具有組網(wǎng)靈活、自愈自調(diào)節(jié)、可擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，能夠在短時(shí)間內(nèi)根據(jù)作戰(zhàn)需要形成動(dòng)態(tài)的戰(zhàn)略預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，有組織、有次序地實(shí)現(xiàn)各作戰(zhàn)要素自主協(xié)同的預(yù)警行動(dòng)，產(chǎn)生巨大的預(yù)警效能。

6 結(jié)語(yǔ)

本文從網(wǎng)絡(luò)自組織演進(jìn)的角度對(duì)戰(zhàn)略預(yù)警指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)系結(jié)構(gòu)展開研究，其目的是為了增強(qiáng)各種類戰(zhàn)略預(yù)警力量協(xié)同預(yù)警水平，提升戰(zhàn)略預(yù)警網(wǎng)絡(luò)自我適應(yīng)與抗毀能力，同時(shí)也為建設(shè)滿足聯(lián)合作戰(zhàn)需要的自組織、分布式、智能型的軍事信息網(wǎng)絡(luò)體系提供理論參考。

［1］熊家軍著.戰(zhàn)略預(yù)警情報(bào)概論［M］.北京：軍事科學(xué)出版社.2015.

［2］孫義明，薛非，李建蘋編著.網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)支持技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2010：72-73.

［3］許國(guó)志主編.系統(tǒng)科學(xué)［M］.上海：上海科技教育出版社.2000.

［4］周赤非著.軍事系統(tǒng)學(xué)概論［M］.北京：軍事科學(xué)出版社.2013：117-138.

［5］王芙蓉，涂來(lái)著.群特征無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)組織理論與技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社.2011.

［6］郭毅，毛新軍，董孟高等.復(fù)雜自組織系統(tǒng)的研究綜述［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2012，34（2）：159-160.

［7］孫屹主編.OPNET通信仿真開發(fā)手冊(cè)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2000.

［8］陳賓，馬大瑋，尹才華等.基于SIP的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理研究與OPNET仿真［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué)，2015，46（5）：14-16.

［9］殷琪琪，李元祥，敬忠良.多平臺(tái)組網(wǎng)OPNET仿真技術(shù)［J］.火力與指揮控制，2010，35（8）：137.

［10］陳立，楊瑞娟，潘平俊.Ad Hoc高動(dòng)態(tài)路由協(xié)議仿真與研究［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2015，43（5）：112-115.

［11］趙乃東.基于OPNET的局域網(wǎng)仿真建模與性能分析［J］.網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2014，3（4）：165.

［12］蘭勇，陳志成.基于OPNET仿真的ZigBee信標(biāo)模式網(wǎng)絡(luò)性能研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2015，37（7）：122-123.