基于ANP 的網(wǎng)絡(luò)信息體系能力相關(guān)性模型研究

禹明剛 倪金盾 權(quán)冀川 董經(jīng)緯

網(wǎng)絡(luò)信息體系是近年來我軍提出的一個(gè)新概念.從信息化建設(shè)角度,它是指以信息時(shí)代的指揮與控制理論和體系工程(System-of-Systems Engineering)方法[1]指導(dǎo)我軍新一代指揮信息系統(tǒng)建設(shè),突出以網(wǎng)絡(luò)為中心、信息為主導(dǎo)、體系為支撐的指揮控制方式和系統(tǒng)建設(shè)特點(diǎn),將我軍各軍兵種指揮控制核心要素連成一個(gè)整體,以支撐信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)指揮和軍隊(duì)管理,實(shí)現(xiàn)我軍信息化建設(shè)跨越式發(fā)展[2].如何探索網(wǎng)絡(luò)信息體系的本質(zhì)特點(diǎn)與規(guī)律,取得關(guān)鍵問題上的突破,最終為體系的科學(xué)規(guī)劃與頂層設(shè)計(jì)提供決策支持,是目前網(wǎng)絡(luò)信息體系研究領(lǐng)域亟待解決的問題.

能力是指為完成特定的使命任務(wù)體系必須具備的功能、技能或本領(lǐng).對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息體系能力的評(píng)估是近年來一個(gè)非常熱門的研究領(lǐng)域.國防大學(xué)[3?4]、軍事科學(xué)院[5?6]、國防科技大學(xué)[7?8]及各軍種院校[9?10]都開展了理論、方法、應(yīng)用等一系列研究.其思路是首先建立評(píng)估指標(biāo)體系,然后借助于層次分析、灰色聚類、模糊綜合評(píng)判等經(jīng)典系統(tǒng)評(píng)估方法實(shí)現(xiàn)對(duì)體系能力的計(jì)算,其大前提是基于指標(biāo)及層次的獨(dú)立性假設(shè).

然而,網(wǎng)絡(luò)信息體系是一種典型的包含人–機(jī)–資源的多要素、動(dòng)態(tài)復(fù)雜巨系統(tǒng),其能力的生成不是簡單的指標(biāo)值的線性疊加,而是指標(biāo)間按照一定規(guī)則相互制約、相互依存、相互轉(zhuǎn)換而成.這種錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用既體現(xiàn)在不同的指標(biāo)層次間,還體現(xiàn)在同層指標(biāo)間的內(nèi)部循環(huán)及相互支配.目前的成果對(duì)能力指標(biāo)間的依存、反饋等關(guān)聯(lián)性研究不夠充分,弱化了交織成網(wǎng)的指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性對(duì)能力生成的作用,從而使得所建指標(biāo)體系不足以刻畫網(wǎng)絡(luò)信息體系能力指標(biāo)內(nèi)部的復(fù)雜關(guān)系.因此,本研究將復(fù)雜系統(tǒng)決策方法—網(wǎng)絡(luò)分析法(Analytic Network Process,ANP)[11?14]引入網(wǎng)絡(luò)信息體系能力評(píng)估領(lǐng)域,提出了一種網(wǎng)絡(luò)信息體系能力相關(guān)性模型.

ANP是以經(jīng)典層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)為基礎(chǔ),通過擴(kuò)展優(yōu)化產(chǎn)生的一種多目標(biāo)決策方法.ANP在解決指標(biāo)間存在反饋、依存關(guān)系的評(píng)估問題時(shí)存在明顯優(yōu)勢(shì),它能夠準(zhǔn)確、合理地刻畫指標(biāo)間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系,確保評(píng)估的客觀性、準(zhǔn)確性.

1 網(wǎng)絡(luò)信息體系能力構(gòu)成

體系能力并不是單個(gè)系統(tǒng)或單個(gè)作戰(zhàn)單元能力的簡單累加,而是圍繞作戰(zhàn)使命和任務(wù)需求,按照信息賦能、網(wǎng)絡(luò)增能、體系聚能的要求,將各種作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)單元、系統(tǒng)資源有機(jī)融合,從而達(dá)成的“1+1>2”的體系層面的聯(lián)合作戰(zhàn)能力.

聯(lián)合作戰(zhàn)體系由武器裝備體系、作戰(zhàn)力量體系、戰(zhàn)場(chǎng)設(shè)施體系和保障體系幾大體系構(gòu)成,而網(wǎng)絡(luò)信息體系將武器裝備、作戰(zhàn)力量、戰(zhàn)場(chǎng)和保障各要素粘合鉸鏈以形成最大作戰(zhàn)效能,如圖1所示.因此,網(wǎng)絡(luò)信息體系對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)體系的形成和效能的發(fā)揮起著全局性、基礎(chǔ)性的支撐作用[2].

為有效應(yīng)對(duì)信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn),網(wǎng)絡(luò)信息體系依托于信息柵格網(wǎng),在其之上構(gòu)建戰(zhàn)場(chǎng)感知、指揮決策、武器控制、綜合保障等網(wǎng)絡(luò),形成1個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)加4個(gè)作戰(zhàn)網(wǎng)的信息網(wǎng)絡(luò)格局;基于通信系統(tǒng),鉸鏈情報(bào)偵察監(jiān)視、指揮控制、武器、綜合保障等系統(tǒng),形成涵蓋5系統(tǒng)的一體化信息系統(tǒng)[15].因此,可將網(wǎng)絡(luò)信息體系歸結(jié)為“五網(wǎng)五系統(tǒng)”的基本架構(gòu).

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息體系在聯(lián)合作戰(zhàn)體系中的地位和作用,參考“五網(wǎng)五系統(tǒng)”基本架構(gòu),構(gòu)建如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)信息體系能力指標(biāo)體系.

本研究將網(wǎng)絡(luò)信息體系能力指標(biāo)體系定義為四級(jí)結(jié)構(gòu),其中,一級(jí)能力為網(wǎng)絡(luò)信息體系能力本身;對(duì)一級(jí)能力進(jìn)行分解,得到信息力、感知力、保障力、指揮力、行動(dòng)力等5個(gè)二級(jí)能力指標(biāo);同樣,分別對(duì)5個(gè)二級(jí)能力進(jìn)行分解,得到信息獲取能力、信息傳輸能力、信息處理能力等19個(gè)三級(jí)能力指標(biāo);依次對(duì)三級(jí)能力進(jìn)行分解得到49個(gè)四級(jí)能力.為方便后文表述,分別用B、C1?C5、D1?D19、e1?e49指代4個(gè)層級(jí)的能力指標(biāo).

2 能力相關(guān)性分析

網(wǎng)絡(luò)信息體系是一個(gè)具有復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行為的復(fù)雜系統(tǒng),因此,對(duì)其能力進(jìn)行評(píng)估需要首先厘清能力指標(biāo)間的相互依存、反饋關(guān)系.

網(wǎng)絡(luò)信息體系能力指標(biāo)體系反映了能力之間的層次、聚合、包含、結(jié)構(gòu)等關(guān)系,同級(jí)及不同層級(jí)能力之間還存在著諸如信息共享、彼此依賴和相互滲透等較為密切的作用關(guān)系,是一個(gè)互為支撐、融合匹配、交織成網(wǎng)、聯(lián)動(dòng)聚能的有機(jī)整體.如第一層中,信息力直接影響感知力,同時(shí)也是形成保障力、指揮力和行動(dòng)力的基礎(chǔ)支撐;作戰(zhàn)、裝備、后勤等保障力水平影響信息力、感知力、指揮力和行動(dòng)力的形成;指揮力、行動(dòng)力反映出信息、感知、保障能力的高低,決定其發(fā)展方向.第二層中,信息獲取能力直接影響目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、目標(biāo)定位質(zhì)量;信息處理能力大小對(duì)目標(biāo)識(shí)別、預(yù)警、跟蹤等產(chǎn)生影響;組織計(jì)劃、籌劃決策能力對(duì)行動(dòng)力的體系適應(yīng)度產(chǎn)生影響,同時(shí)對(duì)各類保障能力產(chǎn)生間接影響.在層次反饋方面,信息互聯(lián)互通互操作能力對(duì)信息處理產(chǎn)生反饋影響;目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的概率、速率等對(duì)目標(biāo)預(yù)警能力產(chǎn)生反饋影響.限于篇幅,能力間的支配、反饋等關(guān)系不再一一列舉.

由此可見,網(wǎng)絡(luò)信息體系的能力形成絕不是傳統(tǒng)的逐層計(jì)算、向上聚合,而是能力指標(biāo)間交織成網(wǎng)后的聯(lián)動(dòng)共享,其能力生成過程表現(xiàn)出明顯的非線性、開放性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn).ANP在應(yīng)對(duì)要素間存在依賴和反饋特點(diǎn)的決策問題時(shí),關(guān)注于要素間的雙向影響—不僅關(guān)注要素施加于其他要素的影響,同時(shí)將其他要素施加于本要素的影響考慮在內(nèi),全維綜合描述優(yōu)勢(shì)明顯,是網(wǎng)絡(luò)信息體系能力相關(guān)性建模行之有效的手段.

3 基于ANP網(wǎng)絡(luò)信息體系能力相關(guān)性建模

根據(jù)ANP基本原理,以圖2所示的網(wǎng)絡(luò)信息體系能力指標(biāo)體系為依據(jù),構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)信息體系能力評(píng)估指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型.不失一般性,網(wǎng)絡(luò)信息體系能力評(píng)估指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型劃分為兩層:控制層和網(wǎng)絡(luò)層.控制層中網(wǎng)絡(luò)信息體系“能力大小R”作為唯一的準(zhǔn)則;與圖2“網(wǎng)絡(luò)信息體系能力指標(biāo)體系”相對(duì)應(yīng),網(wǎng)絡(luò)層包含5個(gè)能力元素組:信息力、感知力、保障力、指揮力及行動(dòng)力,每個(gè)元素組分別又包含對(duì)應(yīng)的四級(jí)能力.基于ANP的網(wǎng)絡(luò)信息體系能力評(píng)估指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型如圖3所示.

圖中控制層“能力大小R”受制于網(wǎng)絡(luò)層各能力元素組,同時(shí),網(wǎng)絡(luò)層各能力指標(biāo)又在“能力大小R”控制下產(chǎn)生相互作用.

3.1 構(gòu)建加權(quán)矩陣

分別以控制層元素R、網(wǎng)絡(luò)層元素組Ci為準(zhǔn)則和次準(zhǔn)則,對(duì)網(wǎng)絡(luò)層中各元素組相比于Ci的重要程度進(jìn)行兩兩比較,得到準(zhǔn)則(R,Ci)下,網(wǎng)絡(luò)層中諸元素組的重要性判斷矩陣A(R,Ci).接著獲取A(R,Ci)的特征向量并歸一化.依次對(duì)信息力C1、感知力C2、保障力C3、指揮力C4和行動(dòng)力C5做上述運(yùn)算,由于5個(gè)元素組之間均存在關(guān)聯(lián),所以在每個(gè)次準(zhǔn)則Ci下均要進(jìn)行5個(gè)元素組間的兩兩比較,最終獲得加權(quán)矩陣A.表1、表2分別以C1、C2為例給出判斷矩陣A(R,C1)和A(R,C2).

表1 以C1為次準(zhǔn)則的判斷矩陣

歸一化特征向量:

a1=(0.491,0.232,0.092,0.138,0.046)T

表2 以C2為次準(zhǔn)則的判斷矩陣

歸一化特征向量:

a2=(0.215,0.410,0.235,0.038,0.102)T

同理,分別得出A(R,C3)A(R,C4)A(R,C5)及a3a4a5得出加權(quán)矩陣A.

3.2 構(gòu)建初始超矩陣

分別以控制層元素R、網(wǎng)絡(luò)層元素組Cj中元素Cjl(l=1,2,3,···,k)為準(zhǔn)則和次準(zhǔn)則,對(duì)Ci中元素Cim(m=1,2,3,···,f) 相比于Cjl(l=1,2,3,···,k)的重要性做出判斷,得到準(zhǔn)則(R,Cjl)下,關(guān)于元素組Ci的判斷矩陣接著計(jì)算的特征向量并歸一化,得準(zhǔn)則(R,Cjl)下Ci中元素的權(quán)重向量.同理可得在準(zhǔn)則R、不同次準(zhǔn)則下元素組Ci中各元素的權(quán)重向量,多個(gè)權(quán)重向量最終構(gòu)成權(quán)重向量矩陣wij.

wij中列向量表示元素組Ci中元素Cim(m=1,2,3,···,f)相對(duì)于元素組Cj中元素Cjl(l=1,2,3,···,k)的重要性權(quán)重向量.

將所有網(wǎng)絡(luò)層元素權(quán)重向量矩陣進(jìn)行組合,構(gòu)建準(zhǔn)則R下的超矩陣,記為W.

基于ANP的網(wǎng)絡(luò)信息體系能力評(píng)估指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型中共5個(gè)元素組,而網(wǎng)絡(luò)信息體系能力指標(biāo)體系中共49個(gè)四級(jí)能力指標(biāo),因此,W中共有25個(gè)矩陣塊,共計(jì)49行49列.其中,對(duì)角線上的wij表示同一元素組內(nèi)部元素間的權(quán)重關(guān)系.

3.3 加權(quán)超矩陣及極限運(yùn)算

將3.1節(jié)所得加權(quán)矩陣A與3.2節(jié)得到的超矩陣W做乘積運(yùn)算,得加權(quán)后的超矩陣W.

其中,=aij·wij.描述了元素組、元素自身之間及兩者之間的依存、制約、反饋等關(guān)聯(lián)關(guān)系.

在數(shù)學(xué)意義上刻畫了元素i對(duì)元素j的一步優(yōu)勢(shì)度,依次計(jì)算23,當(dāng)計(jì)算到W的t次冪即t步優(yōu)勢(shì)度時(shí),的每一列數(shù)值不再變化,即:

此時(shí)中每列元素即為準(zhǔn)則R下的網(wǎng)絡(luò)層各元素在網(wǎng)絡(luò)信息體系能力構(gòu)成中的極限相對(duì)權(quán)重.

3.4 結(jié)果分析

采用超決策軟件(Super Decisions)對(duì)加權(quán)超矩陣做極限運(yùn)算,得到四級(jí)能力指標(biāo)在準(zhǔn)則R下的極限權(quán)重及最終的重要性排序,如表3所示,進(jìn)一步計(jì)算出三級(jí)能力權(quán)重排序和二級(jí)能力權(quán)重排序分別見表4、表5.

在表5所示的能力權(quán)重排序中,信息力C1在C1～C5中占比最高,權(quán)重值為0.435,充分體現(xiàn)了信息力在網(wǎng)絡(luò)信息體系能力構(gòu)成中舉足輕重,印證了網(wǎng)絡(luò)信息體系“信息賦能”的特點(diǎn). 同時(shí),信息力通過能力指標(biāo)間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系作用到C2～C5上,對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的聯(lián)合作戰(zhàn)效能具有一定的決定意義,起到了“信息主導(dǎo)”的作用.5個(gè)二級(jí)能力指標(biāo)權(quán)重分別為0.435、0.213、0.127、0.113、0.112,不同能力的權(quán)重值具有差異性,不是均等關(guān)系,但5項(xiàng)能力共同聚焦于基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的聯(lián)合作戰(zhàn)能力,是均衡關(guān)系.能力之間相互依存、相互制約、互為反饋,通過網(wǎng)絡(luò)整合為效益聚釋的能力體系,是一個(gè)多力均衡、網(wǎng)聚成優(yōu)的過程,體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信息體系“網(wǎng)絡(luò)聚能”和“體系增能”的特點(diǎn).

表3 四級(jí)能力權(quán)重排序

表4 三級(jí)能力權(quán)重排序

表5 二級(jí)能力權(quán)重排序

在信息力C1中,信息傳輸D2、信息處理D3、信息對(duì)抗D5能力權(quán)重分別達(dá)到0.101、0.113、0.111,感知力C2中,目標(biāo)預(yù)警D9、目標(biāo)跟蹤D10能力權(quán)重達(dá)到0.078、0.062.以上5項(xiàng)能力對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的聯(lián)合作戰(zhàn)效能有全局性影響,在信息力和感知力建設(shè)中需要重點(diǎn)關(guān)注.

在保障力C3中,作戰(zhàn)保障D11、后勤保障D12、裝備保障D13能力權(quán)重較為接近,在建設(shè)中需統(tǒng)籌兼顧.在指揮力C4中,籌劃決策D16能力權(quán)重最大,在指揮力建設(shè)中需重點(diǎn)把握.在行動(dòng)力C5中,體系融合D18能力權(quán)重最大,在行動(dòng)力建設(shè)中需重點(diǎn)把握.

4 結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前研究中對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息體系能力指標(biāo)間存在的依存性、反饋性考慮不足的問題,將復(fù)雜系統(tǒng)決策方法ANP引入到網(wǎng)絡(luò)信息體系能力評(píng)估領(lǐng)域,提出了一種基于ANP的網(wǎng)絡(luò)信息體系能力相關(guān)性模型.該模型對(duì)于存在內(nèi)部依存和反饋效應(yīng)的復(fù)雜系統(tǒng),能夠合理描述指標(biāo)間的影響關(guān)系,增加評(píng)估的準(zhǔn)確性.通過實(shí)驗(yàn),一定程度上驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)信息體系“以網(wǎng)絡(luò)為中心、以信息為主導(dǎo)、以體系為支撐”的特點(diǎn)以及“信息賦能、網(wǎng)絡(luò)增能、體系聚能”的理論,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)能力建設(shè)提出了初步建議.

能力如何量化,能力如何歸一化度量和計(jì)算是體系能力評(píng)估中需要解決的重要問題,在此方面,文獻(xiàn)[16?17]提供了有益參考.下一步,課題組將在本文研究基礎(chǔ)上,研究各級(jí)能力指標(biāo)的量化問題,實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息體系的能力評(píng)估,為我軍科學(xué)合理地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息體系頂層設(shè)計(jì)提供決策支持.