查亞兵,劉 忠,黃金才

(國防科技大學(xué)信息系統(tǒng)與管理學(xué)院，長沙 410073)

0 研究現(xiàn)狀

C4ISR系統(tǒng)涵蓋了指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視和偵察，圍繞指揮控制，把作戰(zhàn)所依賴的各類要素有效整合起來，借助于信息系統(tǒng)為指揮控制人員、戰(zhàn)斗人員甚至武器系統(tǒng)提供有效信息，最終提升作戰(zhàn)效能，其核心是信息的有效獲取、共享和應(yīng)用。與C4ISR的發(fā)展同步，美國于1995年提出建模和仿真主計(jì)劃(MSMP)，建立了建模和仿真的標(biāo)準(zhǔn)，提出了高層仿真體系結(jié)構(gòu)(HLA)。HLA的提出和推廣應(yīng)用極大促進(jìn)了建模仿真技術(shù)的發(fā)展，特別是為C4ISR系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、效能評估、訓(xùn)練和新概念驗(yàn)證提供了非常有效的工具。HLA是系統(tǒng)工程方法指導(dǎo)下的仿真系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)框架，其與當(dāng)時(shí)的C4ISR系統(tǒng)建設(shè)水平和系統(tǒng)作戰(zhàn)應(yīng)用模式相適應(yīng)。

隨著大量C4ISR系統(tǒng)的建設(shè)，美國認(rèn)識(shí)到針對特定使命和任務(wù)建立的C4ISR系統(tǒng)反而成為一個(gè)個(gè)孤立、封閉的信息孤島，使得花費(fèi)巨大代價(jià)獲取的信息卻無法及時(shí)地被其他C4ISR系統(tǒng)使用，這嚴(yán)重違背了C4ISR系統(tǒng)建設(shè)的初衷。鑒于此，需要一種新的作戰(zhàn)概念來促進(jìn)信息的有效獲取、分發(fā)、共享和應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)(NCW)應(yīng)運(yùn)而生。NCW把美國和盟軍的C4ISR系統(tǒng)建立在公共、標(biāo)準(zhǔn)的信息網(wǎng)絡(luò)之上。全球信息柵格(GIG)是支持NCW運(yùn)作、C4ISR系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的物理網(wǎng)絡(luò)，支持美國及其盟國的各種類型C4ISR系統(tǒng)及時(shí)、有效地互聯(lián)互通，最終把信息優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢和更為優(yōu)異的作戰(zhàn)效能。

基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展方向，在此背景下，戰(zhàn)爭的勝負(fù)不再僅僅取決于單個(gè)平臺(tái)的作戰(zhàn)能力，重要的是取決于戰(zhàn)場攻防雙方的體系對抗能力。戰(zhàn)爭呈現(xiàn)出更加復(fù)雜的內(nèi)在特征，主要表現(xiàn)為戰(zhàn)爭系統(tǒng)的不確定性、適應(yīng)性和涌現(xiàn)性(復(fù)雜性)。戰(zhàn)爭系統(tǒng)是由許多具有自主特性和適應(yīng)能力的實(shí)體組成，而這種實(shí)體的屬性和行為充滿了不確定性；不確定性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生未知的變化，為適應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)的變化，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)環(huán)境狀態(tài)產(chǎn)生適應(yīng)行為，表現(xiàn)出系統(tǒng)的適應(yīng)性；眾多實(shí)體在適應(yīng)的過程中不斷交互，會(huì)導(dǎo)致在更高層次上的系統(tǒng)行為的涌現(xiàn)性，涌現(xiàn)性又會(huì)引發(fā)新的不確定性。這三個(gè)因素之間相互影響，形成一個(gè)行為關(guān)系環(huán)。

針對具有 “三性”特質(zhì)的體系對抗作戰(zhàn)行為，無法用經(jīng)典的系統(tǒng)工程方法論來分析和評估，以分布式仿真和HLA的經(jīng)典思路和方法無法處理體系和體系對抗問題，因此必須探討和設(shè)計(jì)新的仿真實(shí)驗(yàn)方法論和工具。美國自1998年啟動(dòng)聯(lián)合作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，作戰(zhàn)仿真被作為支撐聯(lián)合作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)的主要技術(shù)手段，在軍事信息系統(tǒng)演示驗(yàn)證和作戰(zhàn)應(yīng)用等多個(gè)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用；尤其是經(jīng)過十多年的建設(shè)，聯(lián)合作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室已具備顯著的體系化特征，因此同樣要求作戰(zhàn)仿真技術(shù)也朝著新型應(yīng)用模式和體系化的方向發(fā)展，以支持體系對抗等新型的作戰(zhàn)模式。

以服務(wù)化技術(shù)、云計(jì)算、探索性分析和社會(huì)智能為代表的技術(shù)發(fā)展為建模仿真領(lǐng)域各種不同類型仿真系統(tǒng)在廣域范圍內(nèi)的有效互操作和有效集成、聚合和組合,以支持體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)帶來了契機(jī)。結(jié)合體系對抗的“三性”要求，提出以“柵格化信息系統(tǒng)”、“探索性框架”和“適應(yīng)性學(xué)習(xí)”為關(guān)鍵技術(shù)特征的體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)體系，并對關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了探索。柵格化信息系統(tǒng)是體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)設(shè)施，探索性框架是體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)性方法論，而適應(yīng)性學(xué)習(xí)是體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的核心手段。

“柵格”一詞于20世紀(jì)90年代中期提出，最先用于表述用于先進(jìn)科學(xué)和工程計(jì)算上的一種分布式計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，后演變成復(fù)雜分布式系統(tǒng)的集成框架。1999年9月，美軍第一次提出了全球信息柵格的定義：全球信息柵格是全球互連的、終端到終端的信息能力、相關(guān)程序及人員的集合，對戰(zhàn)斗員、指揮員和后勤支援人員所需的信息進(jìn)行收集、處理、存儲(chǔ)、分發(fā)和管理。柵格化信息系統(tǒng)體現(xiàn)為一系列的分布式服務(wù)，這些服務(wù)來源于現(xiàn)存的、在作戰(zhàn)體系內(nèi)部普遍使用的各類信息系統(tǒng)。采用柵格化信息系統(tǒng)的思路和框架構(gòu)建了體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)體系，從而最大化地支持體系作戰(zhàn)問題研究。

探索性分析方法是一種探索想定中的不確定因素所引起的結(jié)果變化，并對結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)重新探索不確定因素的循環(huán)過程。它是解決想定建立和優(yōu)化中所遇到困難的一種有效途徑。在不斷探索循環(huán)中，更多的不確定性因素轉(zhuǎn)換為確定性因素；在不斷多分辨率建模過程中，通過模型的分解與聚合會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的涌現(xiàn)性規(guī)律；在不斷反饋和學(xué)習(xí)過程中，更好地模擬出實(shí)體的適應(yīng)性特征，并能得出最優(yōu)化的決策方案。因此，將探索性分析思想引入到體系對抗作戰(zhàn)建?？蚣芎蛯?shí)驗(yàn)方案生成中，設(shè)計(jì)基于探索性框架的體系對抗實(shí)驗(yàn)流程。

適應(yīng)性學(xué)習(xí)是一種研究與環(huán)境進(jìn)行交互學(xué)習(xí)的計(jì)算方法。作為仿真實(shí)驗(yàn)體系中的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可能是人在回路，也可以是人不在回路，“人”也是實(shí)驗(yàn)體系的一部分。在柵格化信息系統(tǒng)環(huán)境下，仿真實(shí)驗(yàn)體系體現(xiàn)為一個(gè)動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)性學(xué)習(xí)機(jī)制，能夠提高仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)不可預(yù)測的環(huán)境下的問題求解，獲得較優(yōu)的體系對抗方案，并修正自身結(jié)構(gòu)和行為，用于指導(dǎo)下一步的系統(tǒng)行為。因此，將適應(yīng)性學(xué)習(xí)思想引入到體系對抗實(shí)驗(yàn)方案生成和優(yōu)化研究中去，并探討具體的實(shí)現(xiàn)方法。

1 基于柵格化信息系統(tǒng)的一體化協(xié)同仿真實(shí)驗(yàn)框架

協(xié)同仿真實(shí)驗(yàn)框架的研究著眼于體系對抗一體化仿真執(zhí)行的全過程，以柵格服務(wù)架構(gòu)為基礎(chǔ)，圍繞體系對抗仿真任務(wù)，為體系對抗的定量分析和方案驗(yàn)證提供的運(yùn)行支持框架，同時(shí)也為體系對抗作戰(zhàn)參謀人員的模擬訓(xùn)練提供環(huán)境支持，建立面向體系對抗作戰(zhàn)研究需求的仿真實(shí)驗(yàn)框架。

仿真實(shí)驗(yàn)框架在邏輯上由四個(gè)層次構(gòu)成，分別是柵格基礎(chǔ)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)支撐服務(wù)、實(shí)驗(yàn)規(guī)程和體系對抗實(shí)驗(yàn)問題。

柵格基礎(chǔ)設(shè)施集成管理各種武器裝備、系統(tǒng)和設(shè)施，包括計(jì)算設(shè)備、傳感器系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備、通信設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)和武器裝備等。這些武器裝備、系統(tǒng)和設(shè)施既可以是真實(shí)的，也可以是包括各種模擬器，從而支持虛實(shí)結(jié)合的體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)。柵格基礎(chǔ)設(shè)施同時(shí)維護(hù)和管理基礎(chǔ)柵格服務(wù)，以支持上層應(yīng)用。按照美軍的GIG的設(shè)計(jì)，柵格關(guān)鍵服務(wù)包括九大類服務(wù)：發(fā)現(xiàn)服務(wù)、安全服務(wù)、分發(fā)服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)、消息服務(wù)、聚合服務(wù)、管理服務(wù)和資源服務(wù)等。

實(shí)驗(yàn)支撐服務(wù)是在柵格基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，以體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的靈性設(shè)計(jì)為主線，仿真實(shí)驗(yàn)工具的能力被作為仿真服務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)組合和集成，從而形成面向特定體系對抗仿真任務(wù)的仿真“虛擬組織”。實(shí)驗(yàn)支撐服務(wù)分為三大類：基礎(chǔ)服務(wù)類(包括基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)支撐工具)、模型服務(wù)類(包括支持實(shí)驗(yàn)的各種模型、規(guī)則和案例)和應(yīng)用服務(wù)類(包括直接支持實(shí)驗(yàn)應(yīng)用生成和運(yùn)行的服務(wù))。

從實(shí)驗(yàn)規(guī)程來看，體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的開發(fā)過程可分為實(shí)驗(yàn)規(guī)劃、應(yīng)用生成、仿真運(yùn)行和效能評估。仿真運(yùn)行主要由仿真基礎(chǔ)平臺(tái)、多種分布式仿真軟總線和不同的仿真執(zhí)行單元構(gòu)成。其中，仿真軟總線可用基于服務(wù)的組件、HLA或XMSF實(shí)現(xiàn)。仿真過程中，通過引入資源服務(wù)和虛擬代理機(jī)制，支持仿真執(zhí)行單元對不同分布式仿真軟總線的透明訪問，實(shí)現(xiàn)了體系對抗的多異構(gòu)總線協(xié)同仿真。

要素和過程共同構(gòu)成面向體系對抗的一體化協(xié)同仿真實(shí)驗(yàn)架構(gòu)，如圖1所示。為解決體系對抗態(tài)勢博弈、作戰(zhàn)方案/計(jì)劃評估、聯(lián)合作戰(zhàn)問題研討、聯(lián)合作戰(zhàn)訓(xùn)練和新作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)等體系對抗問題提供一致、通用的解決方案。

圖1 面向柵格化信息系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)體系框架

一體化協(xié)同仿真實(shí)驗(yàn)體系框架描述了以柵格化信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)概貌，其以服務(wù)為基礎(chǔ)進(jìn)行工作，同時(shí)其本身也體現(xiàn)為一個(gè)柵格化的“信息系統(tǒng)”，為其他仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供服務(wù)，并且仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與真實(shí)的C4ISR系統(tǒng)無縫交互，虛實(shí)結(jié)合，協(xié)同工作。

2 基于柵格化信息系統(tǒng)的一體化協(xié)同仿真實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)

為有效支持上述框架的實(shí)施和運(yùn)行，必須解決和研究以下四類關(guān)鍵技術(shù)問題。

2.1 體系對抗仿真服務(wù)規(guī)劃技術(shù)

由于分布式仿真環(huán)境中資源具有高度的分散性、動(dòng)態(tài)性、臨時(shí)性和不確定性，同時(shí)也具有廣泛的可用資源，這就需要根據(jù)體系對抗仿真與評估的任務(wù)進(jìn)行自主協(xié)商，產(chǎn)生合理的資源調(diào)度方案，形成協(xié)作的“虛擬組織”，共同完成體系對抗仿真任務(wù)。

基于自主協(xié)同的仿真服務(wù)規(guī)劃技術(shù)必須根據(jù)具體的仿真任務(wù)，解析體系對抗實(shí)驗(yàn)任務(wù)需求，在發(fā)現(xiàn)定位必需的仿真服務(wù)的基礎(chǔ)上，自動(dòng)協(xié)同選擇、優(yōu)化可用的資源以形成仿真聯(lián)邦。服務(wù)規(guī)劃的基礎(chǔ)是對于分布式地域和領(lǐng)域環(huán)境下仿真服務(wù)的發(fā)現(xiàn)和組織。

(1)基于“服務(wù)社區(qū)”的實(shí)驗(yàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)技術(shù)

實(shí)驗(yàn)體系的目的也在于集成各種服務(wù)支持靈活的、一體化的體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)。與基于DIS或HLA的分布式仿真系統(tǒng)相比，一體化協(xié)同仿真實(shí)驗(yàn)框架中將集成規(guī)模更大、種類更多，且分屬于不同單位的仿真資源；參與的各結(jié)點(diǎn)往往擁有不同的資源管理策略，而且各個(gè)結(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)的加入和離開。在這種動(dòng)態(tài)、大規(guī)模的分布式環(huán)境中，集中式的資源注冊/發(fā)現(xiàn)方式將會(huì)出現(xiàn)性能瓶頸，而且容易出現(xiàn)單點(diǎn)失效；由于安全和生存性方面的原因，集中式的方式難以適應(yīng)嚴(yán)酷的戰(zhàn)場環(huán)境。因此，適應(yīng)面向柵格化信息系統(tǒng)的一體化協(xié)同仿真體系需求的資源注冊/發(fā)現(xiàn)機(jī)制應(yīng)該是不依賴集中和全局控制的非集中的方式，而且需要適應(yīng)大規(guī)模、動(dòng)態(tài)的環(huán)境，并具有較高的效率。

目前在基于DIS或HLA的仿真中，仿真控制邦元的發(fā)現(xiàn)依賴于網(wǎng)絡(luò)層的多播，或者是在仿真前進(jìn)行手工配置，對資源進(jìn)行提前綁定。利用IP多播進(jìn)行資源發(fā)現(xiàn)的方式需要對網(wǎng)絡(luò)層的路由器進(jìn)行特殊配置，因而不具足夠的靈活性和可伸縮性；而對資源進(jìn)行提前綁定，事先指定資源所在的域名不具有足夠的靈活性，難以適應(yīng)仿真網(wǎng)格這種大規(guī)模、動(dòng)態(tài)的環(huán)境。

將Gnutella系統(tǒng)的高可生存性與DHT系統(tǒng)的高效率結(jié)合起來，提出“服務(wù)社區(qū)”的概念，以及基于服務(wù)社區(qū)的服務(wù)組織與資源發(fā)現(xiàn)框架?；舅悸肥歉鶕?jù)注冊的服務(wù)類型將結(jié)點(diǎn)分類，使注冊有同類資源的結(jié)點(diǎn)自組織形成重疊網(wǎng)絡(luò)，即服務(wù)社區(qū)，并利用DHT的結(jié)點(diǎn)組織與服務(wù)查找技術(shù)，組織一個(gè)上層的索引網(wǎng)絡(luò)，提供社區(qū)間的高效導(dǎo)航，總是將服務(wù)發(fā)現(xiàn)請求轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的社區(qū)，從而提高服務(wù)發(fā)現(xiàn)的效率。這種非集中式資源發(fā)現(xiàn)的框架既改善了泛洪搜索的盲目低效，又避免了基于DHT的資源查找方式中不支持基于資源屬性查找的缺陷，實(shí)現(xiàn)了以上兩種方法的互補(bǔ)結(jié)合。在這一基本的思路下，在模型資源的分類體系基礎(chǔ)上，并借鑒P2P網(wǎng)絡(luò)中提出的結(jié)點(diǎn)間重疊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造與維護(hù)協(xié)議研究提出服務(wù)社區(qū)內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)組織維護(hù)協(xié)議，以及上層索引網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的非集中式的選舉、動(dòng)態(tài)產(chǎn)生維護(hù)的方法與協(xié)議。

(2)具有自組織特性的服務(wù)定位技術(shù)

實(shí)現(xiàn)一體化、靈活集成各種仿真服務(wù)的仿真網(wǎng)格中最核心的問題是如何按需將應(yīng)用與各種仿真服務(wù)綁定起來，形成仿真虛擬組織(VO)，完成仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。服務(wù)定位的任務(wù)是從這些服務(wù)集合進(jìn)一步獲取相關(guān)服務(wù)的細(xì)節(jié)、動(dòng)態(tài)的信息，可能還包括大量的對服務(wù)狀態(tài)的預(yù)測，并考慮服務(wù)之間的約束和協(xié)作關(guān)系根據(jù)優(yōu)化的原則進(jìn)一步挑選出與應(yīng)用綁定的資源。在目前基于DIS和HLA的仿真中，仿真應(yīng)用與服務(wù)(資源)的綁定是在應(yīng)用的編譯階段進(jìn)行的，也可以視為一種集中式的資源指派。與集中調(diào)度的方式不同，在多應(yīng)用調(diào)度的方式下，各應(yīng)用通過協(xié)商、談判獨(dú)立決定服務(wù)提供者。不同的資源提供者之間是相互博奕的關(guān)系，資源的定位呈現(xiàn)出自組織特性，即不依賴于某個(gè)集中管理結(jié)點(diǎn)，各結(jié)點(diǎn)獨(dú)立的根據(jù)有限的知識(shí)通過協(xié)商共同確定資源的綁定。為了適應(yīng)動(dòng)態(tài)多變的戰(zhàn)場環(huán)境，引入應(yīng)用層調(diào)度的方式對服務(wù)進(jìn)行靈活有效的利用也是非常必要的。

具有自組織特性的資源定位方法需要能夠在沒有固定集中控制的情況下處理結(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)加入和退出，而不需要人為干預(yù)或重新配置，而且定位過程本身不應(yīng)該在系統(tǒng)中引起大的處理負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)開銷，同時(shí)應(yīng)該具有較高的效率：對于多個(gè)功能相同或類似的資源，可以根據(jù)應(yīng)用需求及資源狀況定位到其中具有較高服務(wù)質(zhì)量的資源。這里的一個(gè)關(guān)鍵問題是：如何在非集中式的動(dòng)態(tài)環(huán)境中快速找到能夠提供特定服務(wù)的資源，而且還要是在能夠提供相同服務(wù)的資源中服務(wù)質(zhì)量比較好的一個(gè)。這實(shí)際要求了在資源定位中不但要考慮資源的靜態(tài)特征,即是否能提供所需服務(wù)；而且還要考慮資源的動(dòng)態(tài)特征,如負(fù)載、服務(wù)策略和開銷等。

如上，基于服務(wù)社區(qū)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)框架將能夠保證根據(jù)應(yīng)用的需求找到所有滿足類型約束的資源集合。結(jié)合這一服務(wù)發(fā)現(xiàn)框架研究如何在社區(qū)內(nèi)部進(jìn)行不依賴集中結(jié)點(diǎn)的自組織式的服務(wù)定位的技術(shù)與方法?；舅悸肥抢蒙鐓^(qū)內(nèi)部結(jié)點(diǎn)間的“推薦”來尋找具有高服務(wù)質(zhì)量的結(jié)點(diǎn)：對于進(jìn)入的資源定位請求，結(jié)點(diǎn)總是將其前遞給相同社區(qū)中服務(wù)質(zhì)量最高、且優(yōu)于自身的鄰結(jié)點(diǎn)，直到無法繼續(xù)。自組織網(wǎng)絡(luò)和社會(huì)學(xué)方面的研究表明，在大規(guī)模的自組織網(wǎng)絡(luò)中僅利用局部知識(shí)來進(jìn)行高效的資源定位是可行的。

2.2 面向嵌入C4ISR系統(tǒng)的一體化協(xié)同仿真技術(shù)

嵌入C4ISR系統(tǒng)的主要目的是為了將仿真系統(tǒng)與C4ISR系統(tǒng)等信息系統(tǒng)有機(jī)集成起來，實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)與作戰(zhàn)系統(tǒng)的有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)二者之間的信息共享。大量的研究表明，面對未來的信息化戰(zhàn)爭，僅僅依靠仿真系統(tǒng)或C4ISR系統(tǒng)都難以勝任，必須將二者有機(jī)結(jié)合起來。仿真系統(tǒng)能使得更多的不可見信息可視化，而C4ISR系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場態(tài)勢信息是仿真系統(tǒng)運(yùn)行的依據(jù)。C4ISR系統(tǒng)側(cè)重于戰(zhàn)場的當(dāng)前狀態(tài)，而仿真系統(tǒng)則更加側(cè)重于戰(zhàn)場未來的狀態(tài)，這些信息共同構(gòu)成了指揮人員對于戰(zhàn)場態(tài)勢的理解。要實(shí)現(xiàn)體系對抗實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用的目的，首先必須將仿真系統(tǒng)內(nèi)嵌到聯(lián)合作戰(zhàn)方案執(zhí)行與評估系統(tǒng)之中。

面向嵌入C4ISR系統(tǒng)的一體化協(xié)同仿真技術(shù)的概念模型，如圖2所示。

圖2 面向嵌入C4ISR系統(tǒng)的一體化協(xié)同仿真技術(shù)的概念模型

模型是以計(jì)劃樹為核心，整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)仿真服務(wù)、計(jì)劃制定服務(wù)、執(zhí)行監(jiān)控服務(wù)、調(diào)度服務(wù)、C4ISR服務(wù)、分支生成服務(wù)和計(jì)劃分析服務(wù)等組成。執(zhí)行監(jiān)控服務(wù)的主要功能是對整個(gè)戰(zhàn)場態(tài)勢的各個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控，通過調(diào)用仿真服務(wù)，基于各種指標(biāo)體系完成對計(jì)劃的評估分析，比較獲得的戰(zhàn)場的真實(shí)狀態(tài)與計(jì)劃預(yù)期狀態(tài)是否一致，如果不一致，則調(diào)用監(jiān)控服務(wù)對這種偏差所導(dǎo)致的后果進(jìn)行評估，決定是否需要重新進(jìn)行計(jì)劃制定和優(yōu)化。如果需要重新計(jì)劃，則通知調(diào)度服務(wù)，調(diào)度服務(wù)將根據(jù)優(yōu)先級放置計(jì)劃服務(wù)到計(jì)劃樹中某個(gè)節(jié)點(diǎn)。計(jì)劃制定服務(wù)將對計(jì)劃進(jìn)行更新，刪除無效的分支，調(diào)用分支生成服務(wù)生成新的計(jì)劃分支，并通過計(jì)劃仿真選出合理的分支將其加入到計(jì)劃樹之中。

2.3 體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的探索性框架

探索性分析思想為解決復(fù)雜性問題提供了一種很好的思路，特別適合應(yīng)用到復(fù)雜條件下體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)方案的生成與優(yōu)化方面。探索性分析思想作為一種方法論被廣泛接受，但是如何實(shí)施探索性分析則是一種非常困難的事情，特別是對于大規(guī)模實(shí)體的復(fù)雜系統(tǒng)來說更是如此。

實(shí)現(xiàn)探索性分析，首先就要構(gòu)建適合探索性分析特性的模型；探索性分析過程中，需要能夠在復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)情況下迅速定位到可以進(jìn)行仿真實(shí)體，并且可以對實(shí)體的屬性和行為進(jìn)行探索。為適應(yīng)這種需要，在建模時(shí)，采用多分辨率建模的思想，快速定位到所要研究的仿真服務(wù)；仿真系統(tǒng)的屬性和行為設(shè)計(jì)為可以探索的，通過狀態(tài)機(jī)將兩者聯(lián)系起來。在體系對抗實(shí)體屬性和行為探索的過程中，要遵循一定的步驟和標(biāo)準(zhǔn)，采用科學(xué)的探索方法，探索到感興趣的領(lǐng)域。

體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的探索性分析方法以復(fù)雜使命環(huán)境下體系對抗作戰(zhàn)問題研究為目標(biāo)，面向復(fù)雜使命環(huán)境的不確定性、適應(yīng)性和涌現(xiàn)性，通過對動(dòng)態(tài)環(huán)境下的體系對抗作戰(zhàn)效能進(jìn)行快速探索與測度，全面認(rèn)識(shí)復(fù)雜使命環(huán)境的體系對抗作戰(zhàn)問題研究。

結(jié)合探索性分析的典型過程，論文建立面向體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的探索性框架，如圖3所示。

圖3 面向體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的探索性框架

面向體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的探索性框架是一個(gè)四級的層級結(jié)構(gòu)，自下而上分別是知識(shí)層、技術(shù)層、要素層，以及過程層。知識(shí)層是探索性框架的基礎(chǔ)，基于探索性分析進(jìn)行體系對抗作戰(zhàn)研究，必須首先發(fā)掘研究問題的相關(guān)知識(shí)信息以獲取對問題的全面認(rèn)識(shí)，知識(shí)層為探索性框架提供多種知識(shí)服務(wù)，這些知識(shí)信息是關(guān)于體系對抗作戰(zhàn)的多種知識(shí)信息，主要包括有相關(guān)模型、數(shù)據(jù)、規(guī)則、測度方法，以及測度指標(biāo)；技術(shù)層是探索性框架的支撐，為體系對抗作戰(zhàn)的探索性分析提供技術(shù)支持，包括探索因子獲取方法、探索性建模方法及探索空間構(gòu)造與規(guī)劃方法；要素層定義了探索性框架所面向的體系對抗作戰(zhàn)問題，需要處理的包含于復(fù)雜使命環(huán)境的多種不確定性因素，這些不確定性因素主要來自于使命任務(wù)、對抗機(jī)制、作戰(zhàn)資源，以及戰(zhàn)場環(huán)境層次；過程層則規(guī)范了基于探索性分析進(jìn)行體系對抗作戰(zhàn)問題處理流程。

2.4 基于適應(yīng)性學(xué)習(xí)的體系對抗實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化技術(shù)

相對于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，體系對抗的“三性”對實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)帶來了巨大影響。實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過程分為兩個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)方案建立階段和實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化階段。在體系對抗實(shí)驗(yàn)方案建立過程中，需要對實(shí)體進(jìn)行多分辨率建模和實(shí)體屬性及行為的參數(shù)探索，需要完成大量實(shí)體的交互，涌現(xiàn)出各種仿真結(jié)果；在實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化過程中，需要根據(jù)反饋結(jié)果進(jìn)行適應(yīng)性學(xué)習(xí)，調(diào)整實(shí)體的屬性和行為，調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案中實(shí)體結(jié)構(gòu)，形成優(yōu)化的體系對抗實(shí)驗(yàn)方案。

(1)基于多粒度探索的實(shí)驗(yàn)方案建立

實(shí)驗(yàn)方案建立階段是實(shí)驗(yàn)方案的準(zhǔn)備過程，如圖4所示。從問題空間得到仿真實(shí)驗(yàn)問題后，開始建立實(shí)體多粒度的層次模型，創(chuàng)建的過程中不斷探索實(shí)體參數(shù)，并檢查想定，直到各領(lǐng)域?qū)＜覞M意為止。

圖4 實(shí)驗(yàn)方案建立循環(huán)步驟

實(shí)體多分辨率建模。對實(shí)體進(jìn)行層次劃分，建立與作戰(zhàn)任務(wù)對應(yīng)的模型，利用每個(gè)實(shí)體所各自具有的屬性、行為和接口來刻畫作戰(zhàn)能力，要讓決策者相信建立的實(shí)體模型能夠反映所研究的問題，問題領(lǐng)域的專家相信模型充分表示了現(xiàn)實(shí)世界，分析者相信能獲取所需的數(shù)據(jù)，建模者相信能在模型上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)所需要的資源。通過預(yù)先制定的組織結(jié)構(gòu)間接地規(guī)定了不同實(shí)體模型能力及它們之間的連接方式和控制流程。變精度建模過程中重點(diǎn)對實(shí)體屬性和行為建模，屬性和行為具有可以探索的特性，通過狀態(tài)將屬性和行為聯(lián)系起來。

探索實(shí)體屬性和行為。首先對實(shí)體屬性和行為進(jìn)行探索，形成方案組合。由于系統(tǒng)由多實(shí)體組成的，探索時(shí)既可以通過添加或刪除實(shí)體來調(diào)整端口輸入變量的結(jié)構(gòu)，也可以動(dòng)態(tài)地修改和調(diào)整實(shí)體屬性和行為變量。

實(shí)驗(yàn)方案檢查校驗(yàn)。檢查生成的實(shí)驗(yàn)方案是否符合度量標(biāo)準(zhǔn)，如果不符合就回到第一步。如果符合度量標(biāo)準(zhǔn)，則進(jìn)入實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化階段。這種度量標(biāo)準(zhǔn)是指想定的合理性，想定合理性既可以通過仿真中的一些常識(shí)檢驗(yàn)，也可以通過仿真結(jié)果的合理性來檢驗(yàn)。

(2)基于協(xié)作學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化

在“實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化”階段，如圖5所示，用不同的參數(shù)組合和隨機(jī)種子在特定的行為規(guī)則下多次執(zhí)行想定，分析運(yùn)行結(jié)果，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整實(shí)體行為策略或者調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。

圖5 實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化循環(huán)步驟

實(shí)驗(yàn)方案適應(yīng)性學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)方案運(yùn)行之后，學(xué)習(xí)多實(shí)體交互的結(jié)果，根據(jù)反饋回來的結(jié)果調(diào)整實(shí)體的屬性和行為。確定實(shí)體屬性和行為對仿真結(jié)果產(chǎn)生的影響，明確下一步工作中所要探索的實(shí)體屬性和行為。

多實(shí)體協(xié)同交互。實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化過程中，涉及到眾多的實(shí)體，實(shí)體間的交互行為要達(dá)到比較理想的模擬效果，必須重視實(shí)體行的協(xié)同和交互。觀察大量實(shí)體在相互交互過程中的涌現(xiàn)現(xiàn)象，得到結(jié)果。通過觀察它們的歷史行為，并采用適當(dāng)?shù)姆椒A(yù)測它們的行為，實(shí)體將自己的行為與其他實(shí)體可能行為融合，根據(jù)融合所得的多種可能的聯(lián)合行為方案決定自己采取何種行為能實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。

分析結(jié)果。將多實(shí)體交互的結(jié)果與原有的實(shí)體行為策略和實(shí)驗(yàn)方案條件進(jìn)行對比。對于大規(guī)模模型，在上千次的運(yùn)行結(jié)果中探索其輸入空間是非常費(fèi)時(shí)的，這種情況下對支撐工具的需求就更加迫切。事后分析處理是能按照分析內(nèi)容要求特征化輸出空間，幫助分析者采用更自然的方式描述系統(tǒng)探索結(jié)果，任何分析方法和可視化方法都可應(yīng)用于仿真結(jié)果分析，一般情況下聚類技術(shù)是特征化輸出空間的一個(gè)重要技術(shù)。對結(jié)果分析后，可在n維的輸出空間中暴露出趨勢、異常和拐點(diǎn)等。

3 結(jié) 語

針對體系對抗仿真的特點(diǎn)，對體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)帶來的挑戰(zhàn)進(jìn)行分析和研究，提出以“柵格化信息系統(tǒng)”、“探索性框架”和“適應(yīng)性學(xué)習(xí)”為關(guān)鍵技術(shù)特征的體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)體系，并對關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了探索。柵格化信息系統(tǒng)是體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)設(shè)施，探索性框架是體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)性方法論，而適應(yīng)性學(xué)習(xí)是體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)的核心手段。論文的研究工作為信息化條件下體系對抗仿真提供了較好的參考框架和技術(shù)研究指導(dǎo)。

論文所提出的框架和關(guān)鍵技術(shù)是在作者多年研究積累基礎(chǔ)上提出的，并得到了國家自然科學(xué)基金多個(gè)項(xiàng)目的支持。由于體系對抗仿真實(shí)驗(yàn)體系建立的復(fù)雜性以及相關(guān)技術(shù)的驗(yàn)證難度，對于論文中所提出框架的關(guān)鍵技術(shù)，其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作還有待研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步展開。

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