基于體系結(jié)構(gòu)的指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性建模

趙萌 石志強

摘要

任務(wù)可靠性是影響指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的一個重要因素，本文采基于體系結(jié)構(gòu)分析方法，建立了指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性模型的產(chǎn)品集，及其相互的邏輯關(guān)系。最后，以陸軍合成營指揮信息系統(tǒng)為例給出了指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性模型開發(fā)的步驟和流程。

【關(guān)鍵詞】指揮信息系統(tǒng) 任務(wù)可靠性 體系結(jié)構(gòu) 陸軍合成營

指揮信息系統(tǒng)作為信息化戰(zhàn)爭的重要組成部分，是部隊作戰(zhàn)效能的“倍增器”，其可靠性評估是研究的熱點問題?？煽啃苑譃榛究煽啃院腿蝿?wù)可靠性，基本可靠性主要體現(xiàn)為系統(tǒng)的故障總數(shù)，與系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜程度密切相關(guān);任務(wù)可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面中完成規(guī)定功能的能力。由于指揮信息系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其基本可靠性通常處于比較低的水平，很難直接反映指揮信息系統(tǒng)完成作戰(zhàn)任務(wù)的能力。而指揮信息系統(tǒng)的任務(wù)可靠性是，在典型的作戰(zhàn)任務(wù)場景下，在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)系統(tǒng)完成規(guī)定作戰(zhàn)任務(wù)的能力?？梢姡笓]信息系統(tǒng)的任務(wù)可靠性是其作戰(zhàn)效能的重要組成因素之一，需要對其任務(wù)可靠性進(jìn)行研究分析。

構(gòu)建合理的體系結(jié)構(gòu)是準(zhǔn)確高效描述復(fù)雜系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的基礎(chǔ)，美國國防部體系架構(gòu)框架（Department of Defense ArchitectureFramework，DoDAF）是一種有效的體系結(jié)構(gòu)描述分析方法，并且其在作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)分析與描述等方面已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和研究。

1 任務(wù)可靠性建模分析

1.1 指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性內(nèi)涵

任務(wù)可靠性是用來估計系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中，完成其規(guī)定功能的能力。任務(wù)可靠性強調(diào)規(guī)定“任務(wù)剖面”和完成任務(wù)的能力，而其完成任務(wù)的能力主要依托系統(tǒng)的構(gòu)成體系。因此，可從兩個方面分析指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性：任務(wù)剖面和構(gòu)成體系。

指揮信息系統(tǒng)的構(gòu)成體系對任務(wù)可靠性的影響因素主要包括：作戰(zhàn)任務(wù)的資源要求和完成作戰(zhàn)任務(wù)的各子系統(tǒng)間邏輯關(guān)系。其中，作戰(zhàn)任務(wù)的資源要求可描述為：指揮信息系統(tǒng)的任務(wù)可靠性所依賴的各個分系統(tǒng)的可靠性、交互情況、執(zhí)行環(huán)境和執(zhí)行任務(wù)時間。各子系統(tǒng)間邏輯關(guān)系主要是指，指揮信息系統(tǒng)完成任務(wù)的各系統(tǒng)層次資源狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系。

1.2 指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性建模分析

前面分析了影響指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性的主要因素，在基于DoDAF的任務(wù)可靠性建模中，要能夠涵蓋以上主要因素，并得出與系統(tǒng)任務(wù)可靠性需求相關(guān)的模型產(chǎn)品。首先對指揮信息系統(tǒng)的構(gòu)成體系和任務(wù)剖面兩個方面進(jìn)行研究分析，然后建立這兩方面的映射關(guān)系。在任務(wù)剖面主要分析任務(wù)情景、目的、時間和層次關(guān)系等方面，在構(gòu)成體系主要分析完成任務(wù)所需的功能和系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換等。

從DoDAF視圖中選取高級概念模型（OV-1）、作戰(zhàn)活動描述模型（OV-5b）、作戰(zhàn)活動分解樹（OV-5c）、系統(tǒng)功能模型（SV-4）、事件追蹤描述模型（OV-6c）和統(tǒng)到作戰(zhàn)活動的映射矩陣（SV-5a）。各產(chǎn)品間的關(guān)系如圖1所示。

其中，OV-1從作戰(zhàn)想定上描述系統(tǒng)需完成的任務(wù)，然后分析OV-1描述的作戰(zhàn)場景，并分別從任務(wù)剖面和構(gòu)成系統(tǒng)兩個方面對任務(wù)可靠性建模。任務(wù)剖面方面，分別開發(fā)用于描述任務(wù)層次結(jié)構(gòu)分解的OV-5a、作戰(zhàn)活動描述模型OV-5b和事件追蹤描述模型OV-6c;構(gòu)成系統(tǒng)方面，開發(fā)用于描述系統(tǒng)基本可靠性信息的系統(tǒng)功能模型SV-4和系統(tǒng)在完成任務(wù)時的狀態(tài)變化的系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述模型SV-10b。最后開發(fā)系統(tǒng)到作戰(zhàn)活動的映射矩陣SV-5a。

2 任務(wù)可靠性建模步驟

以陸軍合成營的機(jī)動突擊戰(zhàn)斗為例，建立其指揮信息系統(tǒng)的任務(wù)可靠性模型。陸軍合成營是初級合成的高級戰(zhàn)術(shù)分隊，合同戰(zhàn)斗的基本戰(zhàn)術(shù)單位和模塊化作戰(zhàn)編組的“標(biāo)準(zhǔn)組件”。機(jī)動突擊戰(zhàn)斗是指陸軍合成營在作戰(zhàn)地區(qū)內(nèi)綜合運用兵力、火力等手段，積極主動地對敵實施迅猛而精確打擊、突擊和攻占的戰(zhàn)斗行動。本文采用UML建模語言，根據(jù)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品“由上至下”的開發(fā)原則和任務(wù)可靠性分析方法，逐步建立各個層次的體系結(jié)構(gòu)模型，相應(yīng)的開發(fā)步驟如下：

（1）建立高級作戰(zhàn)概念圖OV-1，依照其作戰(zhàn)目標(biāo)及作戰(zhàn)部署，提出作戰(zhàn)使命給出作戰(zhàn)場景。陸軍合成營的機(jī)動突擊戰(zhàn)斗高級作戰(zhàn)視圖如圖2所示。

（2）建立作戰(zhàn)活動分解樹OV-5a，進(jìn)一步將作戰(zhàn)使命分配到各作戰(zhàn)活動當(dāng)中，確定作戰(zhàn)活動之間的層次關(guān)系。機(jī)動突擊作戰(zhàn)一般包括：火力突擊、沖擊突破、割裂體系、毀殲?zāi)繕?biāo)、追殲逃敵等階段，本文以火力突擊階段為例，描述合成營指揮信息系統(tǒng)的作戰(zhàn)活動分解模型。

（3）建立作戰(zhàn)活動模型OV-5b，作戰(zhàn)活動模型是對作戰(zhàn)活動關(guān)系的描述，如圖3所示。通過開發(fā)作戰(zhàn)活動模型，描述了偵察情報、指揮控制、火力打擊等作戰(zhàn)活動之間的執(zhí)行順序關(guān)系以及信息流。

（4）建立事件追蹤描述模型OV-6c，當(dāng)作戰(zhàn)活動模型開發(fā)完成后，就可以開發(fā)事件追蹤描述模型，描述事件觸發(fā)產(chǎn)生的行為以及持續(xù)時間。

（5）建立系統(tǒng)功能模型SV-4，開發(fā)系統(tǒng)功能描述，用于確定功能及其層次關(guān)系的描述，上層功能由下層子功能支持，并且描述下層功能構(gòu)成上層功能的邏輯關(guān)系。

（6）系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型OV-10b，系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述模型給定系統(tǒng)狀態(tài)，描述了系統(tǒng)工作或故障的事件及狀態(tài)。開發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述模型，給出系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的條件與狀態(tài)。由于合成指揮信息系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型比較簡單，可描述為系統(tǒng)工作和系統(tǒng)故障兩個狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，如圖4所示。還應(yīng)分析各分系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，受篇幅限制本文只給出通信網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，如圖5所示。

3 結(jié)論

本文從作戰(zhàn)任務(wù)的頂層概念模型出發(fā)，從作戰(zhàn)任務(wù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩個方面建立了指揮信息信息系統(tǒng)的任務(wù)可靠性模型產(chǎn)品集。最后以陸軍合成營的機(jī)動突擊作戰(zhàn)為例，總結(jié)指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性模型的開發(fā)步驟，給出了合成營指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性模型產(chǎn)品集。這些為分析建立指揮信息系統(tǒng)任務(wù)可靠性的仿真模型提供有益的幫助和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]賈愛梅，蔣賢志.機(jī)動式指揮信息系統(tǒng)可靠性評估方法研究[J].計算機(jī)與數(shù)字工程，2011，39（11）：74-76+133.

[2]喬忠偉，湯中良.陸軍合成營戰(zhàn)斗[M].北京：軍事科學(xué)出版社，2014.

[3]宋才勝，曾熠，羅雪山.C-41SR系統(tǒng)可靠性評價方法與技術(shù)研究[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2003（06）：43-47.