网络信息体系能力聚合机理研究

易侃 汪霜玲 王珩 张杰勇

网络信息体系自2014年提出以来,国内各研究院所对其概念内涵、发展建议等方面展开了研究.在国外,没有与“网络信息体系”完全等同的概念,与其相类似的概念主要就是“体系(System of Systems,SoS)[1−2]”.本文在体系工程研究的基础上,对网络信息体系能力聚合的概念、框架、及关键问题进行了探讨.

网络信息体系是以网络为中心,将探测装备、指挥系统、信息化武器等各类作战资源联为一体,以信息为主导,进行相互融合、全网共享,最终形成全军一体化联合作战体系能力.其概念内涵概括起来说就是“网络中心、信息主导、体系能力”.

网络是中心.与传统概念不同,这里的网络不仅是信息的载体,而是能够支撑全网形成最大化作战能力的信息基础设施.网络解决的不仅仅是简单的信息传输问题,而是为全网资源优化调度、作战单元自主协同、作战能力高度聚合提供基础和支撑.

信息是主导.与过去相比,首先信息主导作战力量的形成,各种信息化武器所具备的情报侦察、通信联络、指挥控制、精确打击等能力均依赖于信息的获取、处理、融合和利用;其次信息主导作战力量的流向,战场的物质流和能量流的移动都要受到信息流的控制;再次信息主导作战力量的协调,信息是各作战力量间互联互通、有机结合、相互协作、形成整体作战能力的桥梁,同时,信息也对各作战力量间应当形成怎样的协作结构和指挥控制结构起到决定作用.

体系是能力.与系统相比,体系是由一组相对独立又相互关联的系统构成的有机整体.体系中的各个系统在发挥各自能力的同时,能够通过高效协作,形成结构力,从而形成系统间的优势互补,实现整体能力的最大释放.

从上述体系能力的概念来看,体系的能力并不是单个系统或单个作战单元能力的简单累加和互连,而是围绕作战使命和任务需求,按照信息赋能、网络增能、体系聚能的要求,将各种作战力量、作战单元、系统资源有机融合,所达成的联合作战能力.研究体系能力的生成过程,需要研究如何基于作战任务将体系内的各种作战力量、作战单元、系统资源有机融合,如何基于作战任务使得体系成为高效运转的整体,如何实现体系能力的聚合等.以上问题概括起来都是网络信息体系能力聚合机理的问题,本文旨在对该问题进行初步的探索和思考.

图1 网络信息体系能力聚合的整体框架

1 网络信息体系能力聚合的整体框架

网络信息体系能力聚合的过程是指体系中的各类作战单元和系统资源围绕作战任务,在实现侦察预警、决策指挥和武器打击能力最大基础上,基于监视、识别、决策、打击过程,生成闭环作战杀伤链.其中:

作战任务是网络信息体系为完成作战使命而实施的系列作战行动,这些作战行动一般由网络信息体系中某一个或多个作战单元协同完成.

作战单元是各种军事能力的载体,为执行作战任务提供火力打击能力、侦察监视能力、信息处理能力以及指挥决策能力等,作战单元一般包括探测单元、火力单元、决策单元等.

系统资源是信息系统内各类计算、存储、传输、软件、服务等软、硬件资源的统称.

2 网络信息体系能力聚合机理分析

针对机理中作战任务与作战单元的优化匹配、作战单元间协作结构的优化生成、作战单元间指挥控制结构的优化生成、系统资源的优化配置等关键步骤的内涵进行分析,并提出亟待解决的关键问题.

2.1 作战任务与作战单元的优化匹配

作战任务与作战单元的优化匹配是对任务和作战单元之间的任务分配关系进行优化设计,生成任务执行方案的过程.首先需要将作战任务分解成可执行的子任务,并确定子任务之间的时序关系,即子任务的执行顺序[3−4].其次分析各子任务的能力需求和各作战单元能够提供的能力支撑,这里的能力包括对空防御能力、反导能力等.最后根据作战任务和作战单元间的能力供给关系,建立两者之间的映射关系,如图2所示.

任务与作战单元的优化匹配中的关键问题有:

1)寻求合适任务的分解依据和分解粒度.分解依据表示在将任务分解成各可执行的子任务时所遵循的原则.分解依据的种类多样,包括以作战目标为依据、以作战单元的能力为依据、以战场区域划分为依据、以混合方式为依据等.由于分解依据的确定较大程度上依赖主观的判断和分析,因此,其准确性和合理性较难保证.分解粒度表示任务细化的程度,一方面任务分解的越细越有利于提高任务的可执行度;另一方面较细的任务分解粒度会增加任务规划计算的复杂度,因此,存在计算复杂度和匹配精确度之间的折中问题.

图2 任务集合与作战单元集合之间的映射关系

2)寻求合适的能力分解粒度和度量标准.能力分解粒度用于描述能力的细化程度.在选取能力粒度时,存在任务到作战单元间映射关系的计算复杂度和匹配精确度之间的折中问题.能力的度量标准解决“如何度量能力大小”的问题.使用哪些能力的指标,又如何利用这些指标来计算能力的大小是制定度量标准时需解决的难题.

3)任务分配优化问题的建立和求解.为了获得作战任务与作战单元的优化匹配方案,需要建立任务分配优化问题并采用有效的优化算法.任务分配通常以整个任务流程完成的时间最短、或以作战单元的充分利用等直接的需求作为优化的目标,所构成的优化问题通常是NP完全问题[5−6].如何充分利用先验信息(如任务间的关联等),针对具体任务和需求,寻找等价的优化问题(例如找到与“令整个任务流程完成的时间最短”等价的问题),采用间接的方法来描述直接的需求,从而避免NP完全问题是下一步可考虑的研究思路.

2.2 作战单元间协作结构的优化生成

作战单元协作结构优化生成是依据作战单元与任务之间的映射关系,对体系内参与任务执行的作战单元进行有效管理组织,以提高任务执行效率的过程.当多个作战单元相互合作共同完成同一个任务时,各作战单元间存在着协作的关系.作战单元间协作结构优化生成机理中的关键问题有:

1)如何度量作战单元聚类分组的有效性.为了提高协作的效能,需要根据各作战单元的属性和相互关系对作战单元进行合理的聚类或分组.面对复杂作战任务和战场环境,如何采用相应的准则和指标来度量作战单元聚类分组方案是一个复杂的问题.

2)群组数量大小控制.在对作战单元聚类分组时需要控制群组的数量,一方面增加群组数量会加大群组间协调的难度,另一方面群组数量较少时群组间的负载较高,如何综合考虑两方面因素选择合适的群组数量是一个难点.

2.3 作战单元间指挥控制结构的优化生成

作战单元指挥控制结构生成是指在确定作战单元协同关系的基础上进一步对作战单元的隶属关系进行设置,确定作战单元之间的层次型指挥控制关系,从而形成完全意义上的作战指挥控制体系.指挥控制关系设置是战场指挥决策的需要[7],在网络信息体系内,这种指挥控制关系是一种任务驱动下的临时的虚拟的关系,而非传统意义上的等级指挥层次与组织(编制体制)[8].其中关键问题为:

1)优化树的生成问题.为了提高指挥效率,通常需要将指挥控制结构变为树状结构.在生成优化树的过程中,一方面要考虑树的层次问题,要尽可能实现扁平化的结构,从而提高指挥的及时性;另一方面要尽可能均衡整个指挥体系的工作负载,保证决策质量.如何同时考虑这两方面的效果,是下一步要研究的关键问题.

2)工作负载的度量问题.对于不同的需求和目的,需采用不同的指标对指挥体系的工作负载进行度量.工作负载的度量指标包括指挥时间、信息交互的数据量、交互频率等.如何根据具体问题选取合适的指标计算工作负载的大小是一个难点.

2.4 系统资源的优化配置

系统资源优化配置是在任务驱动下,根据作战单元间指控结构,为指挥节点配备所需系统资源的过程.网络信息体系系统资源优化配置过程中的关键问题有:

1)建立有效的系统资源模型.系统资源模型是对通信、计算、存储、服务、软件等资源的外在和内在特征的刻画,是根据指挥节点优选系统资源的基础.难点包括如何对网上的各类系统资源进行合理分类,建立粒度合理的系统资源分类体系;采用何种形式化、可扩展的方式表征各类资源的外在和内在特征,例如系统资源对外提供的功能、性能、功能关系,资源内部流程等.

2)形成系统资源需求清单.系统资源需求清单描述的是指挥节点对各类资源的种类、数量、能力大小的需求列表,例如对某个存储资源的存储类型、容量等需求.系统资源需求清单将任务对系统资源的需求具体化、量化,从而为指挥节点系统资源配置提供依据.难点包括如何根据指挥所节点承担的任务、指挥控制、协同关系确定合适的系统资源.

3)系统资源优化调度.在系统资源配置过程中需要根据系统资源的需求清单,根据网上各类系统资源的状态,优选调度相应的资源,形成系统资源调度、运行的方案.难点包括各种并发任务条件下,根据对系统资源的需求,优化调度网上各类系统资源,以及在外部因素和内部因素的驱动下,动态调整指挥所节点内的系统资源等.

3 应用设想

网络信息体系能力聚合机理主要为作战单元和系统资源在作战任务驱动下的优化使用和配置提供过程和方法支撑.应用点主要包括:支持面向任务的作战体系的优化生成、支持联合作战的指挥信息系统的快速构建等.

应用设想一:支持面向任务的作战体系的优化生成

基于某一作战任务(如:联合登岛作战任务),结合网络信息体系内可用的作战单元情况,运用作战任务与作战单元的优化匹配,形成网络信息体系执行作战任务的分配方案,运用作战单元间协同结构和指挥控制结构的优化生成方法,形成与作战任务执行相匹配的协同结构和指挥控制结构,从而形成面向作战任务的优化的完整作战体系.

应用设想二:支持联合作战的指挥信息系统的快速构建

根据指挥所中运行的各种军事业务(如:飞机指挥引导、导弹目标跟踪、空海域管控等),结合网络信息体系中广域分布的系统资源,对系统资源进行优化配置,快速在指挥所中调用军事业务运行所需的计算资源、存储资源、传输资源以及相应的软件和服务,形成能够支持指挥所中各种军事业务正常运行的指挥信息系统.

4 结论

本文在深入分析网络信息体系能力聚合的基础上,提出了网络信息体系作战层面和系统层面能力聚合的总体框架,并对其中的任务分配、协作结构和指控结构生成,以及资源配置过程中的关键问题作了初步思考,为网络信息体系研究提出了可能的发展方向.网络信息体系能力聚合机理是一个复杂的优化运行过程,其中的关键问题还有待未来更多相关学者深入挖掘和研究.