联合作战网络信息体系的复杂性分析.docx

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1、第29卷第1()期系统仿真学报Vol. 29 No. 102017 年 10 月 Journal of System Simulation Oct., 2017联合作战网络信息体系的复杂性分析彭军，张明智(国防大学信息作战与指挥训练教研部，北京100091)摘要：基于复杂网络理论方法，从异质有向加权网的拓扑构建、强度中心性、接近中心性和中介中心性等角度分析了联合作战网络信息体系的结构及特征。研究发现：基于网络信息体系的作战网络具有小世界和无标度特征，强度分布近似服从寂率分布，平均加权聚集系数较大，平均加权路径长度较小；示例网络中的陆上指挥所、空间卫星、支援力量、空中预警单元等平台节点的强度及各

2、类中心性相对较大。因此，这些平台节点作为联合作战网络信息体系的体系重心和脆弱节点应予以重点防护。关键词：联合作战；网络信息体系；复杂网络；仿真建模中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X(2017) 10-2407-08DOI: 10.16182/j.issn 1004731 x.joss.201710023Complexity Analysis of Joint Operational Network Information SystemPeng Jun, Zhang Mingzhi(The Department of Inlbrmation Operatio

3、n& Command Training, National Defense University, Beijing 10009 L China)Abstract: Based on the theory of complex networks, the structure and characteristics of joint operationalnetwork information system (JONIS) were analyzed from the perspectives of heterogeneous directionalweighted network topolog

4、y, strong degree and its centralities. It is found that the combat network based onJONIS has characteristics of small-world and scale-free, with a large average weighted aggregationcoefficient and a small average weighted path length, showing a similar power-law distribution. In theexample network,

5、command centers, satellitesy support force, and early warning unit all have larger strongdegrees and centralities. These platforms as the center of gravity and fragile nodes in the JONIS should befocused on protection.Keywords: joint operation; network information system; complex network; simulation

6、 and modelinghttp: / www.china-2408引言现代战争是基于网络信息体系将各种作战资源、服务和系统融合集成，形成作战要素无缝链接、作战平台自主协同的一体化联合作战体系。分布于多维战场空间的各类系统单元及其物理(信息)连收稿日期：2017-05-05 修回日期:2017-07-21;基金项目：国家自然科学基金(61403401)：作者简介：彭军(1985)男,湖南常德,博士,工程师,研究方向为军事体系分析与建模：张明智(1962)男,陕西凤翔,博士后，教授，博导，研究方向为战略战役模拟、武器装备体系论证、军事运筹理论与方法。边，构成了联合作战网络信息体系的作战网络。称

7、网络信息体系对应于物理域(地理空间)的通信网为基础网，称对应于信息域(业务组织)的信息网为作战网(如指控网、协同网、保障网等)。网络信息体系作为一类军事功能明显的复杂大系统，具有和一般复杂系统不同的特征，如：节点异质、业务多样、级联影响、拓扑时变等。复杂网络的迅速发展，为网络信息体系的复杂性研究提供了理论基础和方法工具。国外，Cares首次用复杂网络定义并推导了信息时代IACM模型；Dekker提出一种FINC方法分析了空战和陆战的C4ISR系统；Grant等基于SNA方法分析了指控网的结构特征。国内，金伟新从作战要素的功能类型及其隶属连接关系，发现作战网是由3分布、指数分布与基律尾分布构成的

8、混合分布；刘洋基于兵棋数据发现指控网具有扁平化结构；蓝羽石提出OPDAR模型研究了 C4ISR系统的抗毁性问题。王运明等考虑了指控网的军事复杂性，构建的扁平化指控网具有小世界和无标度特性，但没有对指控网的度和中心性作进一步研究。本文运用复杂网络理论方法，构建反映网络信息体系结构特征的异质有向加权网，以强度中心性、接近中心性和中介中心性等指标分析了某局域作战网的结构，反映了节点之间的连接关系和服务范围，进而分析了某些关键节点(脆弱节点)在网络中的重要性，为进一步开展网络信息体系拓扑构建及抗毁性研究提供依据和参考。1模型描述及数据来源1.1 网络信息体系结构模型1.1.1 结构特征网络信息体系结构

9、是指组成网络信息体系的系统单元及系统单元之间的关系，即：网络信息体系结构=系统单元，系统单元关系。本文将网络信息体系系统单元抽象为5类基本单元：传感单元(Sensor, S)、指控单元(Commander, C) 传输单元(Transmitter, T) 武器单元(Weapon, W)和保障单元(Guarantee, G)。它们是对网络信息体系主要功能特征的抽象描述。这里要注意的是，上述系统单元虽然是在不同功能下的划分，但也不能完全区分彻底，有的在资源服务上是互相包含，分解组合而成的，只不过它们在某个时间和任务环境下履行对应职责，提供相应功能。如海上大型作战单元在大的作战环境中被当作是下级指控

10、单元，若处在小的作战环境和作战任务中，则起到指控、传输、保障等功能单元的作用。因此应根据具体的使命任务区分各系统单元的功能。网络信息体系中不同系统单元之间存在物理的连接关系和信息的逻辑关系。前者对应于有形的、实际的物理连边，如通信传输连接；后者对应于无形的、虚拟的抽象连边，如各种信息交互关系(指控、协同、保障等)。本文将系统单元之间的关系抽象为4类基本关系：传输关系(Transmissionrelation, TR)、指控关系(Command relation, CR)、协同关系(Synergy relation , SR)和保障关系(Guarantee relation, GR)。其中，传输

11、关系是网络信息体系的各系统单元之间基于物理域的物理交互,其它关系是基于信息域的信息交互关系抽象而来。网络信息体系的物理域基础网与信息域作战网的映射关系如图1所示。第29卷第1()期系统仿真学报Vol. 29 No. 102017 年 10 月 Journal of System Simulation Oct., 20172409Fig. 1图1基础网与作战网的映射Mapping of base network and combat network1.1.2 基本单元下面给出5类基本单元的定义：(1)传感单元表示情报、侦察、监视类功能平台，具备战场空间感知能力，接收来自目标的探测信息，进行目标识

12、别和信息融合，并将其通过传输单元传递给指控单元。具体体系作战网络中，可根据情报感知手段分为陆上、海上、空中、空间等雷达、红外/光电、通信信号、无源探测单元节点。(2)指控单元表示指挥、控制类功能平台，具备指挥所指控能力，接收来自传感单元、武器单元、保障单元和其它指控单元的作战信息，进行态势分析和判断决策，并将其通过传输单元传递给其它被指控的对象。具体体系作战网络中，可按功能和级别分为联合、战区、军兵种及部队指挥所等。(3)传输单元表示计算机、通信类功能平台，具备通信传输和中继能力，接收各类情报、指控、协同信息，并通过有线、无线信道传递给其它功能单元。在具体体系作战网络中，可按功能和用途分为各级

13、骨干网汇接、编队子网、数据链、短波通信、卫星通信等通信网络及节点。(4)武器单元表示软、硬杀伤类功能平台，具备电子干扰和制导毁伤能力，接收指控单元的命令，对敌目标进行攻击。具体体系作战网络中，可按功能和用途分为机载武器装备、舰载武器装备、固定式武器装备、车载武器装备以及赛博武器等武器节点。(5)保障单元表示保障类功能平台，具备信息支援和后勤装备保障能力，对网络信息体系的运行提供必不可少的支援保障。具体体系作战网络中，可按作战功能和用途分为导航定位、网络安防、气象水文、远程维修、远程医疗等保障节点。1.1.3 基本关系下面给出4类基本关系的定义：(1)传输关系是系统单元之间中继、传递信息的关系，

14、一般发生在传感单元与传输单元、指控单元与传输单元、传输单元之间、保障单元与传输单元之间交互的情报、指控、保障类信息的传输，它是一种双向传输的关系。在传输方面，不同类型不同级别的系统单元之间如果有信息交流和传递，则基于通信介质建立相应的传输关系，且受通信范围和地理空间的限制，系统单元之间应尽量减少路由。(2)指控关系是系统单元之间的指控与被指控的关系，一般发生在指控单元对传感单元、上下级指控单元之间、指控单元对武器单元、指控单元对保障单元的指控类信息的交互，它是一种单向指挥关系。在指控方面，指控与被指控单元之间存在多种指挥方式，如按级指挥、越级指挥等，它是一种基于物理连接上的业务逻辑关系，受体制

15、编成、组织关系和作战任务的影响，系统单元之间应尽量减少层级指挥链，提高指挥效率，实现扁平化指挥。(3)协同关系是系统单元之间相互协同配合的关系，一般发生在传感单元之间、指控单元之间、武器单元之间、保障单元之间的协同类信息的交互，它是一种双向协同的关系。在协同方面，相互协同的单元之间根据任务需要建立起任务协同的关系，一般发生在同类型的系统单元之间，可以提高目标探测效率、指挥协同效率、武器协同效率，如多雷达协同可以提高目标识别概率，多武器协同可以提高目标毁伤概率，它也是一种基于物理连接上的业务逻辑关系。(4)保障关系是保障单元对其它被保障单元的情报支援、信息保障的关系，一般发生在传感单元对指控单元、传感单元对武器单元、保障单元对指控单元、保障单元对武器单元之间保障类信息的交互，它是一种单向保障关系。在保障方面，保障单元对所实施保障范围的其它系统单元提供后装保障和信息保障，基于保障网承担对应的武器单元、指控