體系對抗下的跨層協同指揮與控制網絡的性能

　　【摘 要】文章以未來信息化戰爭環境為前提，以傳統的指揮與控制網絡為基礎，對未來一體化聯合作戰特點進行了分析，構建跨層協同指揮與控制網絡模型，并采取網絡建模和仿真的方法對網絡模型的結構、抗毀能力進行詳細探討。

　　【關鍵詞】網絡中心戰 跨層協同 指揮與控制網絡 抗毀能力

　　1 引言

　　傳統的作戰思想以作戰平臺為中心，編制呈樹狀結構，各個平臺依靠自身的傳感器和武器，平臺之間缺乏信息共享和協同能力，從而限制了整體作戰效能的發揮。

　　美國國防部提出的網絡中心戰[1]是一種全新概念的戰爭模式，它是一種典型的網絡體系之間的對抗作戰。美軍利用強大的信息網絡將多種類型的偵察定位系統、指揮機構、武器裝備等互聯互通，實現情報信息共享，作戰指揮與控制一體化[2-3]，獲取戰場信息主導權，快速掌握戰爭的主動權，實現對敵方關鍵節點的確定性打擊，以最短的時間、最小的代價破擊敵方作戰體系。

　　網絡中心戰將系統中的各個作戰平臺網絡化，極大地增強了平臺間的橫向聯系，呈扁平化結構，以提高信息獲取和共享能力，增強了戰場態勢感知能力，加快決策和指揮速度，實現協同作戰，提高作戰效能。自上世紀90年代以來，這種信息化戰爭模式在多次戰爭的應用效果已充分地展示其強大的打擊能力，目前已被世界各國公認為最先進的作戰模式，網絡中心戰必然成為未來戰爭的主要形式。

　　網絡中心戰平面模型如圖1所示：（圖1略

　　通過基礎信息網絡將整個作戰空間的各種傳感器和武器裝備(包括陸基、?；?、空基、天基等)組成一個包括傳感器網絡、指揮與控制網絡、作戰武器裝備網絡的一體化強大網絡。傳感器網絡從各個傳感器收集信息，并快速生成戰場感知，指揮與控制網絡根據戰場感知網絡提供的態勢信息以及武器交戰網絡反饋的作戰效果，動態地調整作戰命令，保證各交戰單元的同步進行，并動態分配任務，最終通過火力打擊網絡單元實現對目標的實時精確打擊。

　　作戰體系網絡是由超大規模的傳感、指揮、交戰實體或系統經由射頻等各種無線或光/電纜等有線連接形成的復雜網絡系統[4]。從圖論拓撲[5]角度，在該系統中，傳感、作戰和指揮實體抽象為節點，這些實體間的信息/物質/能量交互可以抽象為鏈接邊。

　　(1)傳感節點：獲取戰場信息，發現、鎖定和跟蹤目標，并將目標信息傳給其它節點。

　　(2)指揮與控制節點：是作戰體系網絡的核心。對戰場環境信息和作戰雙方軍事實力進行綜合分析，形成指揮決策，再交由其它節點進行執行。它接受上級任務，對下級進行指揮決策，從全局層次上協調、監督、控制各個交戰單元，對系統的目標、資源等進行合理安排和調度。

　　(3)交戰節點：由硬殺傷和軟殺傷武器組成。交戰單元只接受唯一指揮與控制節點指揮控制。交戰節點要與其它交戰節點進行作戰協同，必須通過與其連接的指揮與控制節點間接實現協同。交戰網是指由部署在陸、海、空、天的各種武器系統以及干擾設備經由有線或無線通信協議聯結而成的受指揮控制網絡支配的網絡。

　　在信息化戰爭條件下，作戰一方通過傳感器網絡偵察探測敵方目標信息，這些感知信息包括反射光、紅外信號、無線電頻譜能量、通信或音頻能量等，然后通過信息網絡傳輸與分發，經過數據融合、分析與處理后，傳遞到指揮所加以利用，從而形成作戰方案、計劃和命令，實施火力打擊。

　　作戰體系網絡內部節點之間的信息流主要特點如下：

　　(1)體系對抗之初，所有節點都是可控的。傳感節點和交戰節點必須在指揮與控制單元的控制下，各指揮與控制單元都有上下級關系。

　　(2)指揮與控制單元同時指揮控制多個傳感單元和交戰單元。指揮控制依托信息網絡系統直接地鏈接到重要/關鍵節點[6]。重要節點是連接度大的節點，如前方指揮所;關鍵節點是連接度不高的節點，但擔負重要的任務，如衛星站。

　　(3)傳感單元為多個指揮與控制單元提供傳感信息，實現目標信息共享。

　　(4)傳感單元之間共享目標傳感信息，減少自身獲取信息的時間，提高傳感信息質量。

　　(5)傳感單元對己方交戰單元的探測、跟蹤和定位等信息感知，并將感知信息發送到指揮與控制單元，便于指揮與控制單元及時掌握其任務完成和毀傷等信息。

　　(6)交戰單元只能執行唯一確定的指揮與控制單元發出的指令，避免命令沖突。

　　2 指揮與控制網絡的特征參數

　　主要的網絡特征參數如下：

　　(1)網絡節點數。其定義為網絡中所包含的全部節點數量，反映了作戰雙方的參戰規模。

　　(2)網絡邊數。其定義為網絡中所包含邊的總數，反映了作戰體系中各單元之間關系的復雜程度。但是，指揮與控制系統中的有線或無線通信裝備數量、指揮與控制機構和裝備的信息處理能力以及信道傳輸能力都受到限制，因此網絡的邊數也不宜過多。當網絡中邊的總數與節點總數的比值超過一定限度時，網絡有可能由于過多的向前或向后的反饋環路導致癱瘓。

　　(3)節點的度。其定義為該節點與其它節點鏈接的數量。在交戰網絡中，節點的度在一定程度上反映了它的重要程度，度值越大表明節點越重要，是己方保護的重點，更是敵方打擊的重點目標。

　　(4)節點/網絡的聚類系數。在傳統層級樹狀指揮與控制網絡中，節點之間不具有區域協同能力，只能通過間接方式進行作戰組織協同，在遭到打擊時，不能有效地自主網絡重建。節點的聚類系數定義為所有與該節點相鄰接的節點之間的實際連邊數目占它們之間可能的最大連邊數目的比例。網絡的聚類系數即網絡中所有節點的聚類系數的平均值。聚類系數的含義在兩個方面得到充分體現：當網絡中各個節點之間需要共同完成某一任務時，節點聚類系數大小反映出相互協同能力的強弱;網絡聚類系數反映了交戰單元之間的區域協同能力以及網絡在通信故障或遭到毀傷時的自重建能力。當一些交戰單元通信故障或損毀，聚類系數較高的其它交戰單元則通過鄰近節點與重要節點鏈接，從而有效地完成網絡重建。

　　(5)平均路徑長度。即網絡中任意兩個節點間距離的平均值。兩個節點間距離定義為兩個節點之間的最短路徑上的邊數;網絡的平均路徑長度表征網絡傳遞信息的能力。一般地，路徑長度與信息傳遞的延遲時間呈線性關系，路徑長度短，信息的實時性程度高，情報信息的共享程度高，組織協同時效性高，從而獲得更好的作戰效能。因此，交戰網絡的平均路徑長度需要設計得盡量短小。