体系对抗下的跨层协同指挥与控制网络的性能

【摘 要】文章以未来信息化战争环境为前提，以传统的指挥与控制网络为基础，对未来一体化联合作战特点进行了分析，构建跨层协同指挥与控制网络模型，并采取网络建模和仿真的方法对网络模型的结构、抗毁能力进行详细探讨。

【关键词】网络中心战 跨层协同 指挥与控制网络 抗毁能力

1 引言

传统的作战思想以作战平台为中心，编制呈树状结构，各个平台依靠自身的传感器和武器，平台之间缺乏信息共享和协同能力，从而限制了整体作战效能的发挥。

美国国防部提出的网络中心战[1]是一种全新概念的战争模式，它是一种典型的网络体系之间的对抗作战。美军利用强大的信息网络将多种类型的侦察定位系统、指挥机构、武器装备等互联互通，实现情报信息共享，作战指挥与控制一体化[2-3]，获取战场信息主导权，快速掌握战争的主动权，实现对敌方关键节点的确定性打击，以最短的时间、最小的代价破击敌方作战体系。

网络中心战将系统中的各个作战平台网络化，极大地增强了平台间的横向联系，呈扁平化结构，以提高信息获取和共享能力，增强了战场态势感知能力，加快决策和指挥速度，实现协同作战，提高作战效能。自上世纪90年代以来，这种信息化战争模式在多次战争的应用效果已充分地展示其强大的打击能力，目前已被世界各国公认为最先进的作战模式，网络中心战必然成为未来战争的主要形式。

网络中心战平面模型如图1所示：（图1略

通过基础信息网络将整个作战空间的各种传感器和武器装备(包括陆基、海基、空基、天基等)组成一个包括传感器网络、指挥与控制网络、作战武器装备网络的一体化强大网络。传感器网络从各个传感器收集信息，并快速生成战场感知，指挥与控制网络根据战场感知网络提供的态势信息以及武器交战网络反馈的作战效果，动态地调整作战命令，保证各交战单元的同步进行，并动态分配任务，最终通过火力打击网络单元实现对目标的实时精确打击。

作战体系网络是由超大规模的传感、指挥、交战实体或系统经由射频等各种无线或光/电缆等有线连接形成的复杂网络系统[4]。从图论拓扑[5]角度，在该系统中，传感、作战和指挥实体抽象为节点，这些实体间的信息/物质/能量交互可以抽象为链接边。

(1)传感节点：获取战场信息，发现、锁定和跟踪目标，并将目标信息传给其它节点。

(2)指挥与控制节点：是作战体系网络的核心。对战场环境信息和作战双方军事实力进行综合分析，形成指挥决策，再交由其它节点进行执行。它接受上级任务，对下级进行指挥决策，从全局层次上协调、监督、控制各个交战单元，对系统的目标、资源等进行合理安排和调度。

(3)交战节点：由硬杀伤和软杀伤武器组成。交战单元只接受唯一指挥与控制节点指挥控制。交战节点要与其它交战节点进行作战协同，必须通过与其连接的指挥与控制节点间接实现协同。交战网是指由部署在陆、海、空、天的各种武器系统以及干扰设备经由有线或无线通信协议联结而成的受指挥控制网络支配的网络。

在信息化战争条件下，作战一方通过传感器网络侦察探测敌方目标信息，这些感知信息包括反射光、红外信号、无线电频谱能量、通信或音频能量等，然后通过信息网络传输与分发，经过数据融合、分析与处理后，传递到指挥所加以利用，从而形成作战方案、计划和命令，实施火力打击。

作战体系网络内部节点之间的信息流主要特点如下：

(1)体系对抗之初，所有节点都是可控的。传感节点和交战节点必须在指挥与控制单元的控制下，各指挥与控制单元都有上下级关系。

(2)指挥与控制单元同时指挥控制多个传感单元和交战单元。指挥控制依托信息网络系统直接地链接到重要/关键节点[6]。重要节点是连接度大的节点，如前方指挥所;关键节点是连接度不高的节点，但担负重要的任务，如卫星站。

(3)传感单元为多个指挥与控制单元提供传感信息，实现目标信息共享。

(4)传感单元之间共享目标传感信息，减少自身获取信息的时间，提高传感信息质量。

(5)传感单元对己方交战单元的探测、跟踪和定位等信息感知，并将感知信息发送到指挥与控制单元，便于指挥与控制单元及时掌握其任务完成和毁伤等信息。

(6)交战单元只能执行唯一确定的指挥与控制单元发出的指令，避免命令冲突。

2 指挥与控制网络的特征参数

主要的网络特征参数如下：

(1)网络节点数。其定义为网络中所包含的全部节点数量，反映了作战双方的参战规模。

(2)网络边数。其定义为网络中所包含边的总数，反映了作战体系中各单元之间关系的复杂程度。但是，指挥与控制系统中的有线或无线通信装备数量、指挥与控制机构和装备的信息处理能力以及信道传输能力都受到限制，因此网络的边数也不宜过多。当网络中边的总数与节点总数的比值超过一定限度时，网络有可能由于过多的向前或向后的反馈环路导致瘫痪。

(3)节点的度。其定义为该节点与其它节点链接的数量。在交战网络中，节点的度在一定程度上反映了它的重要程度，度值越大表明节点越重要，是己方保护的重点，更是敌方打击的重点目标。

(4)节点/网络的聚类系数。在传统层级树状指挥与控制网络中，节点之间不具有区域协同能力，只能通过间接方式进行作战组织协同，在遭到打击时，不能有效地自主网络重建。节点的聚类系数定义为所有与该节点相邻接的节点之间的实际连边数目占它们之间可能的最大连边数目的比例。网络的聚类系数即网络中所有节点的聚类系数的平均值。聚类系数的含义在两个方面得到充分体现：当网络中各个节点之间需要共同完成某一任务时，节点聚类系数大小反映出相互协同能力的强弱;网络聚类系数反映了交战单元之间的区域协同能力以及网络在通信故障或遭到毁伤时的自重建能力。当一些交战单元通信故障或损毁，聚类系数较高的其它交战单元则通过邻近节点与重要节点链接，从而有效地完成网络重建。

(5)平均路径长度。即网络中任意两个节点间距离的平均值。两个节点间距离定义为两个节点之间的最短路径上的边数;网络的平均路径长度表征网络传递信息的能力。一般地，路径长度与信息传递的延迟时间呈线性关系，路径长度短，信息的实时性程度高，情报信息的共享程度高，组织协同时效性高，从而获得更好的作战效能。因此，交战网络的平均路径长度需要设计得尽量短小。