基于復雜網(wǎng)絡(luò)的CEC網(wǎng)絡(luò)連通性分析

孫欣 鄭劍云 牛海

摘要：協(xié)同作戰(zhàn)能力CEC系統(tǒng)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的一個重要部分，該系統(tǒng)可以將傳感器組網(wǎng)，極大地擴展了探測空間和提高了整體防空能力，針對CEC網(wǎng)絡(luò)連通性進行定量分析，采取電子攻擊和硬武器攻擊兩種方式，并與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行對比，分析表明電子攻擊對CEC網(wǎng)絡(luò)影響較大。

關(guān)鍵詞：CEC;連通性;軟硬武器攻擊

中圖分類號：TP319? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）20-0023-03

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

CEC網(wǎng)絡(luò)是美軍為了提高編隊和海岸的防空能力而提出的一種協(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，實質(zhì)是通過戰(zhàn)場上的傳感器融合，實時態(tài)勢共享，通過武器聯(lián)網(wǎng)，從而提高整體的作戰(zhàn)能力。

近年來，可能因為保密原因，對CEC網(wǎng)絡(luò)的研究，特別是對網(wǎng)絡(luò)性能的定性定量分析幾乎為零。大部分文獻，都是介紹一下關(guān)于CEC網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，而對CEC網(wǎng)絡(luò)特性的定量分析較少。本文從復雜網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，構(gòu)建CEC網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并對這兩種網(wǎng)絡(luò)的連通性進行定量分析。

1 CEC網(wǎng)絡(luò)特點

CEC可以協(xié)調(diào)整個作戰(zhàn)系統(tǒng)中所有傳感器的信息，將這些信息整合為一個單一、實時的綜合航跡，并分發(fā)給各個武器系統(tǒng)，在研發(fā)之初，主要用于編隊防空，現(xiàn)在功能已經(jīng)擴展到整個作戰(zhàn)區(qū)域，可以應對來自空中、海上、陸上的導彈攻擊【1】。

CEC網(wǎng)絡(luò)由多個節(jié)點組成，節(jié)點一般稱為作戰(zhàn)單元CU，每一個節(jié)點作戰(zhàn)單元都由協(xié)同作戰(zhàn)處理器CEP、數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)DDS組成，每個CU可以利用相控陣雷達來進行組網(wǎng)。

CEC的目的在于：一是傳感器組網(wǎng)，最大限度提升傳感器的效能;二是當本地武器系統(tǒng)無法利用自身的傳感器來進行追蹤的時候，可以利用其他傳感器傳來的態(tài)勢信息繼續(xù)跟蹤。CEC網(wǎng)絡(luò)將傳感器和武器這兩種系統(tǒng)，強有力的組合在一起，提升了整個作戰(zhàn)效能[2]。

2 網(wǎng)絡(luò)拓撲模型構(gòu)建

本文基于復雜網(wǎng)絡(luò)理論，對CEC網(wǎng)絡(luò)模型進行構(gòu)建，圖論是復雜網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)。圖可以表示為[G=（N，E）]，其中[N={n1，n2，n3，...，ni}]，是一個非空集合，表示圖中的各個節(jié)點，[E={e1，e2，e3，...，ej}]表示圖[G]的邊集。

在圖論中，節(jié)點一般表示真實系統(tǒng)中的個體，邊表示兩個節(jié)點之間的關(guān)系，如果兩個節(jié)點之間有特定的關(guān)系，則連接一條邊，反之，不連邊。

如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)圖，圖中的節(jié)點集為[A，B，C，D，E]，邊集為[1，2，3，4，5]網(wǎng)絡(luò)圖可以直接用鄰接矩陣表示，鄰接矩陣描述的是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點與節(jié)點的關(guān)系。

鄰接矩陣的定義為：

CEC網(wǎng)絡(luò)是一個復雜的指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，而指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)屬于復雜的巨系統(tǒng)[3]，包含指揮、控制、情報、通信、抗干擾等一系列單元，其組成可以抽象為態(tài)勢感知單元、指揮控制單元、通信單元和火力打擊執(zhí)行單元。將各個單元以既定的規(guī)則連接，在邏輯上就構(gòu)建了態(tài)勢感知網(wǎng)絡(luò)、指揮控制網(wǎng)絡(luò)、火力打擊網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)。

CEC網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上多了傳感器網(wǎng)，即態(tài)勢感知單元可以自組網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上，基于圖論的傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和CEC網(wǎng)絡(luò)建模規(guī)則如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)連通，有[N]個節(jié)點，其中[N=v1，v2，v3，v4，…，vN]，[E]條邊，[E=e1，e2，…，eN]，網(wǎng)絡(luò)用[G=N，E]表示。

（2）指揮控制網(wǎng)絡(luò)具有合理地跨度和遞階，跨度指每一級指揮機構(gòu)的數(shù)量，遞階指縱向上的指揮層次。

（3）網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點具有異質(zhì)性，包含了指揮控制、態(tài)勢感知、通信、作戰(zhàn)等節(jié)點。

（4）網(wǎng)絡(luò)中的鏈路具有異質(zhì)性，包含了不同的通信鏈路方式，如有線通信，無線通信等。

（5）指控節(jié)點根據(jù)層級的不同，具有不同類型的通信方式。

（6）CEC網(wǎng)絡(luò)的態(tài)勢感知節(jié)點可以互連，而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢感知節(jié)點不互連。

基于以上規(guī)則，構(gòu)建的傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型和CEC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)模型概念圖如圖2和圖3。

以某次演習為例，構(gòu)建一個具有7個指控節(jié)點，6個態(tài)勢感知節(jié)點，8個作戰(zhàn)節(jié)點，12個通信節(jié)點，包含6個有線通信節(jié)點，6個無線通信節(jié)點的指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，利用Ucinet6進行畫圖，圖4是傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，圖5是CEC網(wǎng)絡(luò)。

在作戰(zhàn)實際中，敵方對本方的攻擊模式是采取軟攻擊如電子干擾對無線通信方式進行干擾，采取硬攻擊，如導彈襲擊或者火炮襲擊等，直接消滅掉某個指揮節(jié)點[4]。

本文的攻擊策略從軟硬兩種攻擊模式出發(fā)，軟攻擊即為電子干擾的攻擊方式，硬攻擊為硬武器打擊的方式，每種攻擊方式均采取隨機攻擊，分析在不同攻擊方式下，網(wǎng)絡(luò)連通性的變化。

連通性越大的指揮信息系統(tǒng)，所能串聯(lián)的各單元節(jié)點越多，能發(fā)揮的作用就越大。本文用復雜網(wǎng)絡(luò)中的連通塊的數(shù)量來表示指揮信息系統(tǒng)的連通性的大小，當指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個節(jié)點都能連通時，連通塊取值為1，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點被分為[n]部分時，連通塊取值為[n]，連通塊數(shù)越大，意味著網(wǎng)絡(luò)越不連通。

3.1隨機軟攻擊下的網(wǎng)絡(luò)連通性

軟攻擊下的CEC網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連通性如圖6。

隨機軟攻擊的策略下，對指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通性的影響具有一定隨機性，但從圖8可看出，在最初幾次軟攻擊中，CEC網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連通性變化一致，隨著攻擊次數(shù)的增多，CEC網(wǎng)絡(luò)的連通塊數(shù)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連通塊數(shù)增長更快，CEC網(wǎng)絡(luò)的連通性比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連通性降低更快，在增加到一定的攻擊次數(shù)之后，CEC網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連通塊數(shù)趨于一致。

考慮到實際中，CEC網(wǎng)絡(luò)如美軍的CEC系統(tǒng)，采取了傳感器利用相控陣雷達組網(wǎng)的方式，組網(wǎng)所需要的通信鏈路是無線通信鏈路，在進行電子干擾的時候，無線鏈路易斷開，而有線鏈路不受影響，與傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)的無線鏈路更多，在遭到電子干擾的時候CEC網(wǎng)絡(luò)受到影響更大，這與網(wǎng)絡(luò)仿真度結(jié)果一致。

3.2隨機硬攻擊下的網(wǎng)絡(luò)連通性

隨機硬攻擊模式下的CEC網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)的連通性如圖7。

隨機硬攻擊的仿真效果具有一定的隨機性，仿真結(jié)果并不相同，但隨著仿真次數(shù)的增加，可以看出仿真圖具有相同的趨勢，即在初始攻擊的時候，傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)和CEC網(wǎng)絡(luò)的連通性相似，但隨著硬攻擊的次數(shù)增多，CEC網(wǎng)絡(luò)的連通塊數(shù)增加比較緩慢，傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通塊數(shù)增加較為迅速，同樣的攻擊次數(shù)下，CEC網(wǎng)絡(luò)的連通性要優(yōu)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連通性。

3.3結(jié)合隨機軟攻擊和硬攻擊的網(wǎng)絡(luò)連通性

圖8為采取軟武器和硬武器兩種攻擊方式下的網(wǎng)絡(luò)連通性。

當軟武器和硬武器兩種攻擊方式結(jié)合的時候，從圖8可看出，攻擊次數(shù)越高，CEC網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)的連通塊數(shù)逐漸增多，連通性都逐漸降低，同樣的攻擊次數(shù)下，CEC網(wǎng)絡(luò)的連通塊數(shù)一般都小于傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)的連通塊數(shù)，即隨著攻擊次數(shù)的增高，CEC網(wǎng)絡(luò)的連通性要高于傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連通性。

4 結(jié)論

CEC網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了武器平臺間的信息的互聯(lián)互通，提高了整個網(wǎng)絡(luò)的效率，本文采取更加貼近實戰(zhàn)的攻擊方式來定量分析CEC網(wǎng)絡(luò)的連通性，并和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行對比。仿真數(shù)據(jù)表明，在采取大范圍的軟武器電子干擾的方式攻擊的時候，CEC系統(tǒng)的連通性要小于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連通性，而當采取硬武器火炮導彈等進行直接攻擊的時候，CEC網(wǎng)絡(luò)連通性要高于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，當兩種武器結(jié)合的時候，CEC網(wǎng)絡(luò)的連通性也要高于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。綜上，CEC網(wǎng)絡(luò)的連通性在戰(zhàn)時要比傳統(tǒng)指揮信息系統(tǒng)可靠，但當對方采取大范圍高強度的電子戰(zhàn)的時候，要考慮采取手段加強CEC網(wǎng)絡(luò)鏈路的可靠性。

參考文獻：

[1] 邱千鈞，范英彪，陳海建，等.美海軍艦艇編隊協(xié)同作戰(zhàn)能力CEC系統(tǒng)研究綜述[J].現(xiàn)代導航，2017.

[2] 賀文紅.美國海軍系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的幾項關(guān)鍵技術(shù)[J].艦船科學技術(shù)，2016.

[3] 李德毅，王新政，胡剛鋒.網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)爭與復雜網(wǎng)絡(luò)[J].中國軍事科學，2006，19（3）：111-119.

[4] 姚樹強.通信抗干擾工程與實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】