中国指挥与控制学会会刊 
信息化战争具有极大的复杂性,颠覆了传统作战理论,高强度、快节奏、高精度的特性改变了传统作战的信息交互方式[1]。作战体系呈现越来越强的网络化、体系化特征。指挥信息系统与信息化战争关系密切,同时也是体系作战能力的核心支撑与关键引擎[2]。
指挥信息系统网络化建模是对其结构、功能和工作机理进行分析的重要手段。2002年,澳大利亚国防科工组织的Dekker[3-4]首次将社会网络分析法用于指挥信息系统建模,构建了FINC(Force, Intelligence, Networking, Command and Control)模型。姜志平[5]采用Petri网等可执行模型对指挥信息系统进行建模,分析指挥信息系统结构的逻辑性和合理性。时伟、贺正求、李凡[6⇓-8]采用复杂网络相关方法,从网络拓扑结构入手,对指挥信息系统建模,分析其网络性能、功能结构等。张金峰[9]根据指挥信息系统的功能组成和一般运作流程构建了OPDAR(Observer, Processor, Decision Maker, Actor, Relations)指挥信息系统模型。冉淏丹、崔琼[10⇓-12]等构建了指挥信息系统双层网络模型。
1 保障链的概念
指挥信息系统是以计算机网络为核心,用于保障各级指挥机构对所属部队和武器实施科学高效指挥控制的军事信息系统[16]。从指挥信息系统功能的角度,可以看出,指挥信息系统的保障特性是指挥信息系统立足作战全过程的重要属性。
ITU(International Telecommunication Union)曾经提出个人通信发展的目标是“5W”,即“任何人(Whoever)可在任何时间(Whenever)、任何地方(Wherever)与任何人(Whomever)进行任何形式(Whatever)的通信”。与此类似,作战保障也有相应的目标,美军参联会在《2020联合构想》[17]中提出“在恰当的时间、恰当的地点,将恰当的信息,以恰当的形式交给恰当的接收者”。区别于以往的全时域全覆盖,这种概念的提出是对作战保障的进一步要求。但是,在实际的保障能力计算中,往往不能很好地涵盖这几个“恰当”的方面。保障需求的千差万别对指挥信息系统保障提出了更多个性化的需求。
1.1 情报保障链(Observation Chain,OC)
情报保障链是指作战过程中以各类侦察装备以及情报处理机构为起点,将各类与情报有关的数据、语音、图像等传输至各类情报用户。具体指装甲、无人机、红外等多元侦察力量为情报传输任务提供保障过程中形成的链路。
1.2 指控保障链(Control Chain, CC)
指控保障链是指以本级指挥所为起点,以友邻或者所属部(分)队指挥所为终点,以指挥信息为链接纽带,在指挥所各要素、友邻各群队的指挥协同等保障任务过程中形成的链路。
1.3 打击保障链(Attack Chain, AC)
打击保障链是指诸兵种各级作战力量在遂行火力打击行动时,依据力量编成、任务区分,各级指挥所为起点,各类火力打击单元为终点,与火力打击行动直接有关的信息链路。与其他链路相比,打击保障链通常具有最强的时效性。具体包含坦克、火炮等武器平台在进行打击保障任务过程中形成的链路。
1.4 支援保障链(Support Chain, SC)
支援保障链是指支撑指挥员及指挥机关获取保障态势,掌控保障力量,指控保障行动的信息链路,通常以作战单元为起点,指挥所后装保障要素为中间节点,后勤保障单元为终点,主要为伤员救治,装备抢修,弹药供应,物资补给,力量投送等行动提供支援。具体包含各库、所、站等进行相关保障过程中形成的链路。
2 指挥信息系统网络模型构建
美军提出网络中心战,并且认为其主要在物理域、信息域、认知域和社会域这四个域活动。由此,信息时代背景下,指挥信息系统广泛存在于物理域、信息域、认知域和社会域。不同的作用域内,指挥信息系统有不同的系统结构,但是这些系统结构之间也可以相互映射,互相影响。指挥信息系统网络模型就是从指挥员视角出发,以指挥信息系统情报保障、指控保障、打击保障和支援保障“四链”为核心,基于物理域的指挥信息系统装备及其所构建的“四链”,在信息域内通过抽象“四链”保障能力对指挥信息系统进行网络化建模,用于一体化表达认知域内指挥信息系统保障能力的模型。如图1 所示。本模型通过将指挥信息系统抽象为节点和边组成的网络,既充分考虑了指挥信息系统组织运用的原则,又兼顾了物理装备实体,可以较好地用于分析和研究指挥信息系统的整体保障能力。此外,因研究内容的侧重点不同,本模型未考虑社会域的指挥信息系统建模。
2.1 基本定义
定义1:指挥信息系统网络模型是由各相互联系的指挥信息系统保障链依据作战任务所形成的战场信息网络,可以看作由功能节点和保障关系连边构成的复杂网络,记为G=(V,E),V={V1,V2,V3,…,Vn}是功能节点集合,E是网络中的信息连边。
定义2:指挥信息系统功能节点是根据指挥信息系统保障链的特点以及指挥信息系统物理节点的功能特性,抽象出的节点。指挥信息系统中存在5类功能节点:情报获取(Observer,O),情报处理(Processor,P),决策控制(Decision Maker, D),响应执行(Actor, A),支援保障(Logistical Supporter, L)。
定义3:连接规则是指挥信息系统网络节点连接需要遵循的基本规则,即存在于保障链之内的信息传输。
2.2 模型的元节点
模型元节点是基于保障链构建的网络模型的节点。主体就是指挥信息系统参与作战保障的单元,主要有各参战单元、武器装备等。结合作战链,参考蓝羽石指挥信息系统结构[21]将模型节点分为以下几类。
1)情报获取单元(Observer,O):指在作战过程中具有获取情报信息功能的单元。其主要功能是直接获取战场信息,并将信息发送给情报处理单元,主要由对目标发现、跟踪和定位的传感器以及侦察人员组成。
2)情报处理单元(Processor,P):指作战过程中具有情报信息的融合、处理、研判功能的单元。其主要功能是综合处理上级、友邻以及所属侦察力量上报的多源信息,进行融合处理、整编分析,形成情报产品。
3)决策控制单元(Decision Maker, D):指作战过程中根据上级命令、战场态势等生成作战意图,形成作战计划、指令等信息的单元。其主要功能是接收上级信息,形成本级指令,主要由各级指挥所组成。
4)响应执行单元(Actor, A):响应执行单元是作战过程中对决策控制单元的作战意图、决心进行具体化实施的单元。其主要功能是以对敌方目标直接进行火力打击、电磁干扰等方式进行压制或者摧毁的单元,主要由各作战分队组成。
5)支援保障单元(Logistical Supporter, L):指作战过程中为信息流转、火力打击等进行物资器材支撑的单元。其主要功能是作战行动中的伤员救治、装备抢修、弹药供应、油料输送等,主要由后装保障力量和作战保障力量组成。
2.3 模型的元边
通过对保障链的分析,本文提取出模型相应的边。
1)情报保障链中的元边。依据侦察情报力量编成编组、侦察任务分区,情报信息引接的对象、方法等,遵循情报处理原则,围绕情报信息收集、传输、处理、分发等活动,设计情报链路要素组成、信息类型、信息流传与处理关系、分发机制等,将情报保障链分为两类:直达情报链和聚合情报链,即以情报信息是否需要经过情报融合节点为依据。情报保障链分类及情报保障链中网络模型元边提取如表1 所示。
表1 情报保障链分类及模型元边提取 |
| 分类 | 符号化表示 | 元边提取 |
|---|---|---|
| 直达情报链路 | O→D | O→D |
| 聚合情报链路 | O→P→D | O→P, P→D |
2)指控保障链中的元边。以旅基本指挥所为中心,向上对接上级指挥机构,横向连接本级各类指挥所以及友邻指挥所,对下覆盖各群队指挥机构,设计指挥链路的组成要素,建立时机,信息交互及处理关系等内容,将指控保障链分为指挥控制链路和作战协同链路。指控保障链分类及指控保障链中网络模型元边提取如表2 所示。
表2 指控保障链分类及模型边提取 |
| 分类 | 符号化表示 | 元边提取 |
|---|---|---|
| 指挥控制链路 | D→D | D→D |
| 作战协同链路 | D⇔D | D⇔D |
3)打击保障链中的元边。以各级各类指挥机构为起点,连接各火力分队,设计出打击链路的组成要素,建立时机,信息交互关系等,将打击保障链分为自主打击链路和协同打击链路。打击保障链分类及打击保障链中网络模型元边提取如表3 所示。
表3 打击保障链分类及模型边提取 |
| 分类 | 符号化表示 | 元边提取 |
|---|---|---|
| 自主打击链路 | D→A | D→A |
| 协同打击链路 | D→A⇔A | D→A, A⇔A |
4)支援保障链中的元边。与其他链明显不同,支援保障链有不同的起点。依据保障对象的不同保障需求,以指挥所、各级作战单元为信息交互关系起点,设计保障链的组成要素,构建时机以及信息内容等,将支援保障链分为指挥保障链路和勤务保障链路。支援保障链分类及支援保障链中网络模型元边提取如表4 所示。
表4 支援保障链分类及模型边提取 |
| 分类 | 符号化表示 | 元边提取 |
|---|---|---|
| 指挥保障链路 | D→L | D→L |
| 勤务保障链路 | A→L | A→L |
2.4 指挥信息系统网络模型
根据上述节点和边,本文构建指挥信息系统网络模型如图2 所示。
根据用户需求,情报获取单元将情报信息分别传送给情报处理单元和决策控制单元。决策控制单元对信息进行融合处理后,与其他决策控制单元进行信息的流转与共享,同时,对作战行动进行相应部署,并对支援保障单元提出相应的物资器材保障需求。响应执行单元收到指控节点的指令后,进行相应作战行动并对支援保障单元提出需求。
2.5 指标参数
2.5.1 链数(cq)
链数指的是指挥信息系统网络模型中所有保障链的数目。
cq=∑OC+∑CC+∑AC+∑SC
式中,OC代表情报保障链(O→P→D, O→D)数目,CC代表指控保障链(D→D)数目,AC代表打击保障链(D→A, D→A→A)数目,SC代表支援保障链(D→L, A→L)数目。深度优先算法被广泛应用于图的搜索问题,本文采用深度优先算法同时结合军事规则对成环节点的遍历次数进行约束,以此计算保障链数。
2.5.2 节点链度数(kl)
在复杂网络理论中,节点的度用来表示该节点和其他节点之间的链接个数。度是复杂网络中用来衡量单个节点对整个网络影响的重要参数之一。 根据度的定义,结合指挥信息系统保障链特性,节点链度数定义为:经过某一节点的保障链数。节点链度数越大,说明该节点在指挥信息系统网络模型中的重要度越高。
kli=
其中,kli代表节点i的链度数,节点i在保障链c上,保障链c表示所有类型的保障链,包括情报保障链、指控保障链、打击保障链和支援保障链。节点链度数的计算规则与链数相同,使用深度优先算法遍历计算。
2.5.3 节点支撑率(sr)
节点支撑率用来衡量每个节点对指挥信息系统网络的支撑程度。参考节点遭受攻击或自然失效后的指挥信息系统受影响程度[19],定义节点支撑率如下:
srN= sri
sri=
其中,srN代表节点N对指挥信息系统网络的支撑率,cqN代表从网络中去掉节点N之后减少的保障链数量,i代表第i种保障链。
3 典型合成旅指挥信息系统网络模型
3.1 想定设置
假定某合成旅在一次作战行动中,指挥机构编成基本指挥所、预备指挥所等指挥所。基本指挥所和预备指挥所编设侦察情报、筹划决策等要素,其他指挥所编设侦察情报、综合保障等要素。指挥所外围设置警卫警戒队、工程保障队等保障要素。
指挥所由上级指挥所统一指挥,对下指挥所属各作战群队。作战群队有合成攻击群、侦察情报群、炮兵火力群、战斗预备队等。各群队内包含各自的连级任务群、战斗单元等,并且相应地配有综合保障队。
3.2 模型构建
3.2.1 作战保障链
根据上述想定任务,可以将一个保障任务分解为情报保障、指控保障、打击保障和支援保障等作战任务。形成保障链如表5 所示。
表5 保障任务中的保障链 |
| 分类 | 保障链提取 |
|---|---|
| 情报保 障链路 | 侦察装备X-侦察分队 侦察装备X-情报处理分队-侦察队 雷达-炮兵分队 … |
| 指控保 障链路 | 基本指挥所-预备指挥所 基本指挥所-各群队指挥所 预备指挥所-各群队指挥所 XX指挥所-各群队指挥所 … |
| 打击保 障链路 | 合成攻击群-火力分队 合成攻击群-坦克分队 合成攻击群-装步分队 … |
| 支援保 障链路 | 基本指挥所-综合保障队 侦察分队-综合保障队 合成攻击群-综合保障队 防空群-综合保障队 … |
3.2.2 指挥信息系统网络模型
3.3 模型分析
节点度是对节点间连接统计特性的最重要的描述,是仅从网络拓扑结构对网络特性进行分析的指标参数。而节点链度数作为节点参与的保障链数量的统计特性描述,不仅考虑网络拓扑,而且兼顾了网络中传递的实际语义信息,即存在不同的节点类型以及关系类型,这些不同的节点类型以及关系类型被聚合为不同的保障链,进而体现出考虑保障链后节点对指挥信息系统网络整体的影响。
节点支撑率是在节点链度数计算的基础上衡量节点对整个网络模型的支撑程度。
针对以上特点,本文分别从节点度数和链度数的对比以及节点支撑率两个方面进行分析。
3.3.1 模型的节点度数和节点链度数
为了更好地体现节点链度数的特性,计算出上述某合成旅在一次作战行动中的所有节点度数和节点链度数。
节点度数最大的5个节点和节点链度数最大的6个节点(第5个节点和第6个节点相同)如表6 所示。
表6 节点度数与链度数top节点 |
| 统计特征 | 节点编号 |
|---|---|
| 节点度数 | 3 7 2 6 10 |
| 节点链度数 | 3 6 7 2 4 10 |
2号节点与6号节点同为指挥控制节点,但是处于不同的指挥层级,使得2号节点有更多的直接连接,但是6号节点却有更多的保障功能连接。从图5 可以看出,节点度数较高的点通常具有较高的节点链度数,即通常具有较多连接的节点会在作战网络中更多地参与作战任务。但节点链度数和节点度数并不是相应地成比例关系,节点度较高的节点并不一定有较高的节点链度,同时有少部分节点度数高于节点链度的节点。节点链度数在作战任务层面更能精准地刻画出节点的重要程度,可以体现出在指挥信息系统网络拓扑结构之中被掩盖的指挥信息系统对作战任务的保障强度。
3.3.2 节点支撑率
4 结束语
本文针对指挥信息系统建模与实际作战任务相分离的不足,提出将保障链用于指挥信息系统网络建模,并构建指挥信息系统网络模型。论文描述了指挥信息系统保障机理,提出了指挥信息系统保障链的相关定义,在指挥信息系统保障链的基础上,进行节点和边的抽象提取,构建指挥信息系统复杂网络模型。以典型合成旅指挥信息系统为例进行建模,通过分析可以看出,该模型可以反映不同保障链在作战保障作用中的发挥程度,显示了指挥控制节点在作战全过程的核心作用,同时也为使用网络科学方法对指挥信息系统网络模型进一步分析提供了思路。