張 磊 朱 琳 章華平

（1.海軍指揮學(xué)院 南京 210016）（2.海軍潛艇學(xué)院 青島 266071）

1 引言

艦艇編隊的防空作戰(zhàn)活動可以理解為眾多防空任務(wù)流程的組合，這些任務(wù)流程都是需要防空資源來完成的。但是防空資源的數(shù)量是有限的，所以在需要完成的防空任務(wù)（作戰(zhàn)流程）和可用的資源之間必須進(jìn)行協(xié)調(diào)，可以稱之為資源管理。資源管理主要解決的問題就是資源調(diào)度和分配。一個防空作戰(zhàn)流程系統(tǒng)究竟是優(yōu)是劣，不是看作戰(zhàn)流程系統(tǒng)是否復(fù)雜，而是判斷是否符合防空行動實際需要，更是要注重該流程系統(tǒng)的實際運行效果。實際上，一個高質(zhì)量和實用的防空作戰(zhàn)流程系統(tǒng)是能夠幫助編隊實現(xiàn)其作戰(zhàn)流程優(yōu)化和重構(gòu)的。為了實現(xiàn)這一目的，需要通過多層面的指標(biāo)對防空作戰(zhàn)流程進(jìn)行系統(tǒng)和客觀的評價。

2 艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源分配

防空作戰(zhàn)行動的資源分配是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。作戰(zhàn)目的（意圖）、編隊任務(wù)、防空流程項、資源類型、資源數(shù)量、作戰(zhàn)單元、指揮控制等，這些問題都和分配相關(guān)。每個作戰(zhàn)流程可以有一個或多個分配，一個分配要綜合考慮上述一個或多個問題。

防空作戰(zhàn)流程系統(tǒng)的目標(biāo)就是盡可能快捷地完成流程項，畢竟某些防空作戰(zhàn)流程項的延遲會影響到整個任務(wù)流程的完成時間。想要實現(xiàn)防空任務(wù)到作戰(zhàn)行動的轉(zhuǎn)化，必須要做出以下兩個方面的決定：

1）防空任務(wù)依照什么樣的次序分解轉(zhuǎn)化為作戰(zhàn)行動。如果在一個特定的時間存在著大量的防空任務(wù)，那么就很難立刻把它們都轉(zhuǎn)化成作戰(zhàn)行動。畢竟，防空任務(wù)太多，而可用的資源有限。如果這種情況發(fā)生，就必須進(jìn)行選擇作戰(zhàn)流程應(yīng)該按照什么樣的次序獲取資源。

2）任務(wù)流程的執(zhí)行需要哪些資源。由于資源是有差別的，這就涉及到對于一個特定的作戰(zhàn)流程，到底把哪些資源分配給它。例如一個共享系統(tǒng)，可以更加快捷高效地執(zhí)行特定作戰(zhàn)流程。

3 艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源分配規(guī)則［1］

作戰(zhàn)流程的資源分配，有很多不同的啟發(fā)式的方法可以拿來參考，特別是可以借用多種在企業(yè)的生產(chǎn)管理里面采用的排隊規(guī)則。實際上，編隊防空作戰(zhàn)流程與企業(yè)生產(chǎn)部門中的工藝路線非常相似，下面是一些常用的排隊規(guī)則：

·先到先服務(wù)規(guī)則

·后到先服務(wù)規(guī)則

·最短處理時間規(guī)則

·最短剩余處理時間規(guī)則

·最早截止期限規(guī)則

以上各種排隊規(guī)則所需要的信息量存在著很大的不同。先到先服務(wù)事實上不需要信息，最短剩余處理時間需要期望處理時間和流程信息。事實上，還存在一些更高級的排隊規(guī)則，它們充分考慮正在進(jìn)行的防空任務(wù)、預(yù)期到來的來襲目標(biāo)、資源可用性等等。

4 艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源管理機制

由于防空作戰(zhàn)資源管理是編隊防空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)不可或缺的一部分，并且防空資源管理的水平直接影響防空作戰(zhàn)系統(tǒng)的效率。防空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)對于防空資源的管理使用可以有兩種不同的機制，一種是著眼于防空資源管理可靠性和穩(wěn)定性方面，方法是在防空任務(wù)流程實施或執(zhí)行前，將該任務(wù)流程所需要的防空資源全部分配給該任務(wù)流程，直到任務(wù)流程結(jié)束才釋放這些資源，這確保了任務(wù)流程的正常進(jìn)行；另一種是著眼于資源管理系統(tǒng)性能方面，方法是實時動態(tài)調(diào)用系統(tǒng)中的資源，任務(wù)流程中某個防空作戰(zhàn)活動需要某些資源，動態(tài)調(diào)用，用完釋放，再交給其他任務(wù)流程使用。雖然這很大程度上提高了資源的利用率，但是這也降低了防空作戰(zhàn)系統(tǒng)的安全性和增大了系統(tǒng)的復(fù)雜性，系統(tǒng)很可能因為資源沖突而導(dǎo)致資源管理異常。

顯然對于防空作戰(zhàn)資源的分配都是基于管理系統(tǒng)性能，所以當(dāng)資源發(fā)生沖突時，就需要相應(yīng)的資源協(xié)調(diào)機制，分析了影響資源分配的幾大因素，所以在防空資源分配的問題上，很多時候都是基于這些規(guī)則來協(xié)調(diào)的。但是單一使用某一規(guī)則往往不能很好地滿足編隊防空作戰(zhàn)這樣一個復(fù)雜系統(tǒng)的資源調(diào)度，有時候需要多個規(guī)則共同使用，才能使防空資源分配更加合理有效。

4.1 艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源表示［2］

建立防空作戰(zhàn)資源模型，把與模型相關(guān)的信息與數(shù)據(jù)經(jīng)過整理和抽象加工以后，便可以提取出來進(jìn)行形式化表示。資源模型使用的目的不同，也就是需求不同，對模型所采取的描述形式也不盡相同。任務(wù)流程使用防空資源需要在滿足一定的規(guī)則下，防空資源才能被使用的，它是對使用資源的某種限制。它不依附于防空資源，目的為了避免任務(wù)流程因相互競爭資源而導(dǎo)致使用沖突而采取的相互約束。

對于基于規(guī)則的表示方法，可以采用RCE［3］形式的定義語言形式來表示，即“IF CONDITION THEN EXECUTION”，其中RESOURCE表示防空作戰(zhàn)資源的情況，CONDITION是防空作戰(zhàn)資源的使用條件，EXECUTION是指滿足上述條件后可對防空作戰(zhàn)資源進(jìn)行的操作（行動）。防空作戰(zhàn)資源的規(guī)則可定義成如下形式：

基于規(guī)則的形式化表達(dá)方法Res.：Cond.＝＞Ex.是目前廣泛應(yīng)用的表示方法之一，它適合表示由許多相對獨立的規(guī)則組成的集合，或者是表示具有因果關(guān)系的，由許多相對獨立的操作（行動）組成的過程［4］。

滿足防空資源的一個規(guī)則，它允許某個防空任務(wù)流程對資源執(zhí)行多個操作，不滿足這個規(guī)則，也允許執(zhí)行一些的操作。一個防空任務(wù)流程發(fā)送申請使用資源的請求時，要么滿足某個條件，要么不滿足，而滿足或不滿足規(guī)則所對應(yīng)的活動集之間沒有必然的關(guān)系。同樣一個防空資源可以有多個約束條件，因此它可表示為：

其中“＝＞”和“∧”表示操作符。

“﹁”：不發(fā)生運算符，給定一個操作Ex（t），如果Ex（t）在某個時間點t未發(fā)生，則產(chǎn)生一個復(fù)合操作﹁Ex（t）。

“∧”：與運算符，表示需Exl和Ex2操作同時發(fā)生，該復(fù)合操作就發(fā)生。

由于系統(tǒng)本身對資源也有相應(yīng)的限制，所以對于某艘遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈艦載某型防空導(dǎo)彈資源Res：

4.2 艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源服務(wù)器

從防空資源的角度看，艦艇編隊防空作戰(zhàn)是一個資源不斷使用和消耗的過程。前面第一部分我們引入資源類型和資源個體概念建立資源模型后，可以將艦艇編隊防空作戰(zhàn)任務(wù)流程和資源模型通過兩種方式關(guān)聯(lián)起來。一種方式是將防空作戰(zhàn)任務(wù)流程對防空資源的使用描述為作戰(zhàn)行動的一個屬性，借助于任務(wù)流程的屬性來表達(dá)資源占用、釋放和消耗等操作。另一種方式是引入資源服務(wù)器的概念，將任務(wù)流程對資源的占用、釋放和消耗解釋為資源服務(wù)器對資源的分配管理行為［5］。因此，防空資源的分配管理可描述為防空過程中的特殊活動，這類活動具有自執(zhí)行的特性。它一方面向有關(guān)的防空任務(wù)流程發(fā)送諸如資源已滿足、資源短缺、資源消耗等消息；另一方面則操作防空資源數(shù)據(jù)庫，比如給防空資源加上“占用”、“消耗”、“空閑”、“技術(shù)準(zhǔn)備”、“檢修”和“故障”等標(biāo)志。防空作戰(zhàn)資源服務(wù)器結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

5 艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源管理方法

防空作戰(zhàn)資源管理包括防空資源需求和防空資源分配。防空資源需求是由防空任務(wù)轉(zhuǎn)化為防空作戰(zhàn)行動或在執(zhí)行防空活動時向資源服務(wù)器發(fā)出的請求。防空資源分配是指資源服務(wù)器在接收到防空作戰(zhàn)資源需求后，將一定數(shù)量的資源提供給該防空作戰(zhàn)活動，以使該任務(wù)流程正常進(jìn)行。引入資源規(guī)則庫后，防空資源分配受到約束，只有滿足規(guī)則庫中該資源的相應(yīng)使用條件，該任務(wù)流程才能對防空資源執(zhí)行相應(yīng)的操作。

圖1 防空作戰(zhàn)資源服務(wù)器結(jié)構(gòu)模型

5.1 艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源競爭和沖突

在艦艇編隊防空作戰(zhàn)過程中，各個任務(wù)流程往往會競爭資源，導(dǎo)致資源沖突，從而使資源服務(wù)器無法正常調(diào)度。針對這種情況，下面給出一種資源沖突的檢測算法，將潛在資源沖突的任務(wù)流程找出，然后利用優(yōu)先權(quán)函數(shù)為存在資源沖突的不同的任務(wù)流程賦予不同的優(yōu)先權(quán)，從而消除了潛在的資源沖突。在介紹資源沖突之前，先介紹幾個相關(guān)的概念［6］。

1）資源依賴（Resource Dependency）：在編隊防空作戰(zhàn)中有兩個任務(wù)流程Tm、Tn，如果Res（Tm）∩Res（Tn）≠φ，則m和n存在資源依賴關(guān)系。

如果m和n有資源依賴，那么任務(wù)流程m和n不能同時執(zhí)行，否則就會引起資源沖突。

2）資源沖突（Resource Conflict）：在編隊防空作戰(zhàn)中有兩個任務(wù)流程Tm和Tn，如果它們存在資源依賴，并且這兩個任務(wù)流程在執(zhí)行過程中［Start（Tm），End（Tm）］∩［Start（Tn），End（Tn）］≠φ，那么 Tm和 Tn之間存在資源沖突。其中Start（Tm），End（Tm）分別代表任務(wù)流程Tm執(zhí)行開始時間和結(jié)束時間，且Start（Tm）≤End（Tm）。

一個防空任務(wù)流程的實際執(zhí)行時間只有在其執(zhí)行完成時才能確定。假設(shè)有兩個存在資源依賴的活動，如果它們已執(zhí)行完成，那么就可以知道它們的執(zhí)行時間段是否相交，但是當(dāng)這兩個防空任務(wù)流程己經(jīng)開始執(zhí)行后意識到資源沖突時，采取修改或阻止行動已經(jīng)為時已晚了。因此非常有必要在艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源模型構(gòu)建期間發(fā)現(xiàn)潛在的資源沖突，通過對每個防空任務(wù)流程的資源使用時間的估計，根據(jù)這些估計值來判斷防空模型內(nèi)是否有潛在的資源沖突存在，如果有，則應(yīng)該相應(yīng)地調(diào)整或修改，消除潛在的資源沖突。

5.2 艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源沖突檢測

在艦艇編隊防空任務(wù)轉(zhuǎn)化為防空作戰(zhàn)行動之前對資源沖突的檢測，主要體現(xiàn)在根據(jù)防空任務(wù)或作戰(zhàn)計劃進(jìn)行的資源預(yù)先分配上，這里先介紹與資源沖突檢測緊密相關(guān)的一些概念和算法［7～8］。

5.2.1 算法一：檢測同一任務(wù)流程中的資源沖突

Step1：Initialize

進(jìn)行初始化，令Task是所有任務(wù)流程的集合。將Path中的所有任務(wù)流程存放到Task中，定義一個Form表f，f是一個變量，f＝False。

Step2：Repeat

（1）從Task中移出一個元素，記為Pm。

（2）對于Task中的每個元素Pn，執(zhí)行下列操作：

a）如果Res（Pm）∩ Res（Pn）＝φ，返回Step2（2）；

b）如果Transitable（Pm，Pn）＝Ture（調(diào)用算法一），返回Step2（2）；

c）如果Transitable（Pn，Pm）＝Ture（調(diào)用算法一），返回Step2（2）；

d）如果Pm需要的每個資源，［Start（Pm），End（Pm）］∩［Start（Pn），End（Pn）］＝ φ，返回Step2（2），否則有可能發(fā)生資源沖突，將這兩個記錄到Form表f中；

直到Task集合為空。

Step3：Return f。

如果是不可傳遞的，則再判斷它們所需要的防空資源在使用時間上是否重疊，如果重疊則有可能存在資源沖突，需要進(jìn)行調(diào)整，避免發(fā)生資源沖突。

而對于不同防空任務(wù)流程間的資源沖突情況，由于不同任務(wù)流程間不存在傳遞性問題，所以要判斷資源沖突就不能通過上述的方法，需要對該算法進(jìn)行一定的改進(jìn)，一般來說不同任務(wù)流程間的資源沖突是由于有不斷產(chǎn)生的新的任務(wù)流程，使得資源使用時間上有疊交，這樣就可能在任務(wù)真正執(zhí)行時發(fā)生資源沖突，由于在艦艇編隊這樣復(fù)雜防空系統(tǒng)中眾多任務(wù)流程在同時運行，所以有時潛在的資源沖突往往不可避免，所以對于不同任務(wù)流程間的資源沖突，只能避免最大的資源沖突量。算法二是用來檢測不同任務(wù)流程間的資源沖突，雖然這里資源的沖突往往不可避免，但是通過調(diào)整時間可以在一定的程度上減少了潛在資源沖突的發(fā)生。

5.2.2 算法二：檢測不同任務(wù)流程的資源沖突

Step1：Initialize

進(jìn)行初始化，令Resource是模型中新產(chǎn)生的任務(wù)流程所需的資源的集合。將其所需的資源全部存放到集合Resource中，同時定義一個Form表f，f是一個變量，f＝False。

Step2：Repeat

（1）從集合Resource中移出一個元素，記為Resm；

（2）執(zhí)行下列操作；

a）搜尋防空作戰(zhàn)資源屬性數(shù)據(jù)庫中該資源的相關(guān)的信息；

b）如果該任務(wù)流程的資源需求時間和數(shù)據(jù)庫中的資源需求信息不相交，返回a），否則就有可能發(fā)生資源沖突，將這兩個記錄到Form表f中；

直到Resource集合為空。

Step3：Return f。

5.3 艦艇編隊防空作戰(zhàn)資源沖突協(xié)調(diào)

在執(zhí)行任務(wù)之前可以檢測和避免潛在的防空資源沖突，但是由于這里對防空資源的使用時間，包括開始時間、持續(xù)時間和結(jié)束時間都是估計得來的，同時某些防空任務(wù)流程對資源的消耗或占用的延遲，使得防空資源的矛盾在防空作戰(zhàn)過程中依舊存在，所以這里給出一種基于規(guī)則的資源協(xié)調(diào)方法。防空資源的分配和協(xié)調(diào)由防空資源服務(wù)器來處理，防空資源服務(wù)器分為兩部分：資源規(guī)則庫和資源協(xié)調(diào)器。而資源規(guī)則庫就是存儲和管理這些規(guī)則的場所，這里的規(guī)則來自于兩部分，一部分是該防空資源固有的（如某型防空導(dǎo)彈的數(shù)量，戰(zhàn)技術(shù)參數(shù)等）或根據(jù)防空作戰(zhàn)經(jīng)驗人為事先規(guī)定好的［9］；另一部分是由防空任務(wù)流程執(zhí)行過程中使用資源時動態(tài)添加的，主要是為了避免引起防空資源沖突或防空作戰(zhàn)流程異常，一旦該防空任務(wù)完成，相應(yīng)的規(guī)則也被取消［10］。如作戰(zhàn)任務(wù)流程P正在使用資源RF，如果該任務(wù)流程不可被剝奪，則會在規(guī)則庫生成相應(yīng)的記錄。

6 結(jié)語

本文圍繞資源管理中心，詳細(xì)闡述了艦艇編隊防空資源的使用規(guī)則、方法和策略，并對規(guī)則進(jìn)行了形式化表達(dá)。介紹了防空資源服務(wù)器的結(jié)構(gòu)模型和功能，通過分析防空資源沖突，給出了資源沖突的檢測方法和算法，用來避免可能潛在的資源沖突。針對艦艇編隊防空作戰(zhàn)這樣高度復(fù)雜的任務(wù)流程間資源調(diào)度，給出一種基于規(guī)則的防空資源沖突協(xié)調(diào)方法，運用規(guī)則約束防空資源的競爭。重新分配資源時，資源服務(wù)器調(diào)用相關(guān)函數(shù)，實時計算動態(tài)優(yōu)先權(quán)，然后根據(jù)這個優(yōu)先權(quán)計算值來分配防空資源。因此就有了一個很直觀的思路：艦艇編隊防空作戰(zhàn)過程中哪個任務(wù)流程對資源需求的優(yōu)先權(quán)高就優(yōu)先得到資源的配置。另外，如果要做更深入細(xì)致的研究，還要考慮資源的諸多因素，比如資源的成本，配置防空資源亦要適當(dāng)考慮防空作戰(zhàn)的收益成本比。

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