黃 康，任 重，孫杜娟，張海憶，蔣林芝

(海軍大連艦艇學(xué)院，大連116018)

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基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的海上大型編隊(duì)指揮控制信息協(xié)同模型

黃 康，任 重，孫杜娟，張海憶，蔣林芝

(海軍大連艦艇學(xué)院，大連116018)

針對(duì)海上大型編隊(duì)發(fā)展需求，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究了海上大型編隊(duì)指揮控制信息協(xié)同模型,在分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)概念和特征的基礎(chǔ)上，以美軍航母編隊(duì)為例構(gòu)建其指揮控制信息協(xié)同模型，并給出其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，為研究海上大型編隊(duì)指揮控制信息系統(tǒng)提供新的研究思路。

海上大型編隊(duì)；指揮控制；復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)

0 引 言

國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明，現(xiàn)實(shí)世界中存在大量復(fù)雜系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都具有小世界、自相似性、高聚集性、無尺度特性、魯棒性等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征[1]。而近年興起的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)提供了全新的分析工具。將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論引入軍事領(lǐng)域，從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度來分析軍事信息系統(tǒng)的規(guī)律與特征，特別是研究如何提高網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)行動(dòng)中的指揮控制信息協(xié)同效率，已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)[2-4]。

伴隨著我國(guó)海軍力量的不斷壯大，特別是海上大型編隊(duì)的發(fā)展，編隊(duì)體系日趨呈現(xiàn)復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)性，必須針對(duì)編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間指揮信息協(xié)同網(wǎng)絡(luò)展開研究。論文將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論引入海上大型編隊(duì)指揮信息系統(tǒng)研究中，并構(gòu)建海上大型編隊(duì)的指揮控制信息協(xié)同模型，以期為研究未來海上大型編隊(duì)指揮控制信息系統(tǒng)提供新的研究思路和方法。

1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)概述

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是具有復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，主要采用數(shù)學(xué)圖論作為理論基礎(chǔ)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的基本方法和工具，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的特性、形成機(jī)制以及演變規(guī)律等展開分析[4]。目前，比較成熟的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型有規(guī)則網(wǎng)絡(luò)模型、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型、層次網(wǎng)絡(luò)模型、確定網(wǎng)絡(luò)模型、自相似網(wǎng)絡(luò)模型等幾種。分析比較上述模型的特點(diǎn)，編隊(duì)指揮控制信息協(xié)同網(wǎng)絡(luò)研究更適宜采用層次網(wǎng)絡(luò)模型。

大量實(shí)證表明很多自然網(wǎng)絡(luò)和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)具有2個(gè)普遍的特性：冪律度分布和層次模塊性[5]。通常情況下，層次網(wǎng)絡(luò)是由若干彼此相連的模塊組成的。所謂模塊是在物理或功能上連接在一起的、共同完成某個(gè)獨(dú)立功能的節(jié)點(diǎn)。例如，計(jì)算機(jī)的硬件模塊、DNA染色體等。對(duì)于海上大型編隊(duì)，具有指揮控制功能的艦艇甚至航母同樣可以看作模塊。將上述功能模塊按照一定的關(guān)系連接后，就構(gòu)成了更高效、更復(fù)雜且應(yīng)用更廣泛的結(jié)構(gòu)。在不同的結(jié)構(gòu)層次上，層次網(wǎng)絡(luò)往往還具有自相似性[5]。

2 指揮控制信息協(xié)同模型構(gòu)建

2.1 大型編隊(duì)指揮控制信息協(xié)同的特征分析

以美軍航母編隊(duì)為例，一種典型編成為1艘現(xiàn)役航空母艦、2艘導(dǎo)彈巡洋艦、4艘導(dǎo)彈驅(qū)逐艦、1艘護(hù)衛(wèi)艦、1～2艘攻擊型核潛艇和1艘供應(yīng)艦。編隊(duì)以航母作為編隊(duì)的中心，是指揮控制信息協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，可以直接接受上級(jí)命令，并協(xié)調(diào)指揮編隊(duì)各作戰(zhàn)單元。各個(gè)作戰(zhàn)單元承擔(dān)著不同的任務(wù)，分別起到防空、對(duì)海防御及攻擊和反潛的功能，構(gòu)成如圖1所示的大型防御圈[6]。

圖1 美軍航母編隊(duì)防御圈

大型編隊(duì)的指揮控制信息協(xié)同主要涉及指揮控制系統(tǒng)、情報(bào)系統(tǒng)、武器系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)，具有明顯的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)性，是一個(gè)典型的復(fù)雜系統(tǒng)。圖2所示為美軍所提出的C4ISR系統(tǒng)，就是一個(gè)集情報(bào)獲取、傳輸、加工處理、計(jì)算、顯示、決策、指揮與控制于一體的復(fù)雜系統(tǒng)[7-9]。

圖2 C4ISR系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中心架構(gòu)

2.2 建模步驟

對(duì)海上大型編隊(duì)的指揮控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行描述，需要給出各指揮層次間的指控關(guān)系以及信息流傳輸途徑。本文按照如下步驟構(gòu)建指揮信息協(xié)同模型：

第1步，定義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)V={v1,v2,… ,vn}，vi代表各級(jí)指揮中心、情報(bào)中心和武器中心。

這里按照美軍的編隊(duì)系統(tǒng)模式，將編隊(duì)分為3級(jí)節(jié)點(diǎn)：一級(jí)節(jié)點(diǎn)包括航母指揮控制系統(tǒng)、情報(bào)系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)；二級(jí)節(jié)點(diǎn)包括由數(shù)條水面艦艇和潛艇組成子系統(tǒng)的指揮控制系統(tǒng)、情報(bào)系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)；三級(jí)節(jié)點(diǎn)包括編隊(duì)內(nèi)各艦艇或潛艇內(nèi)部的指揮控制系統(tǒng)、情報(bào)系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。

第2步，定義邊集E={e1,e2,… ,en}，ei描述各指揮機(jī)構(gòu)之間的指揮和信息協(xié)同關(guān)系。如果同層次節(jié)點(diǎn)之間存在情報(bào)信息交互，則將它們相連；對(duì)于不同的指揮層次，如果存在指揮信息流的直接交互，則將它們相連。任意2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間至多存在1條邊。

第3步，根據(jù)海上大型編隊(duì)指揮控制系統(tǒng)特征，做出如下假設(shè)：

(1) 一級(jí)指控中心節(jié)點(diǎn)(即航母指揮控制系統(tǒng))必須與所有二級(jí)指控中心節(jié)點(diǎn)(二級(jí)節(jié)點(diǎn)中的指揮控制系統(tǒng))相連；

(2) 二級(jí)指控中心節(jié)點(diǎn)必須與其下屬所有三級(jí)指控中心節(jié)點(diǎn)(三級(jí)節(jié)點(diǎn)中的指揮控制系統(tǒng))相連；

(3) 各指控中心節(jié)點(diǎn)與其配套指揮控制系統(tǒng)、情報(bào)系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)相連；

(4) 網(wǎng)絡(luò)中不存在任何孤立的節(jié)點(diǎn)；

(5) 各節(jié)點(diǎn)的屬性與人員、時(shí)間、環(huán)境等因素?zé)o關(guān)。

2.3 模型構(gòu)建

基于圖1、圖2，按照上節(jié)給出的模型構(gòu)建方法，構(gòu)建海上大型編隊(duì)指揮控制信息協(xié)同模型概念圖,如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖3中，中心三角A1B1C1代表航母，其中心O1為航母指揮控制系統(tǒng)，A1、B1、C1節(jié)點(diǎn)分別代表航母的情報(bào)系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。以O(shè)1為中心，向外“輻射”與各二級(jí)指控中心O21、O22、O23等相連。圖中A2i、B2i、C2i分別為二級(jí)指控中心Oi對(duì)應(yīng)的情報(bào)系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等二級(jí)節(jié)點(diǎn)。而后二級(jí)指控中心節(jié)點(diǎn)O2i分別與其對(duì)應(yīng)的各三級(jí)指控中心O3i相連，依此構(gòu)成指揮控制信息系統(tǒng)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)。

可見，海上大型艦艇指揮控制信息協(xié)同網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出層次性和相似性特征，基于此模型，可以利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的理論算法對(duì)其做深層次分析。

3 結(jié)束語

海上大型編隊(duì)指揮控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，而信息化條件下的網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)發(fā)展趨勢(shì)對(duì)編隊(duì)指揮控制信息協(xié)同提出了新的要求。本文將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論引入海上大型編隊(duì)指揮控制信息協(xié)同問題研究中，以美軍航母為例，針對(duì)海上大型編隊(duì)指揮控制信息協(xié)同特點(diǎn)，構(gòu)建了一種圖示模型，為深入研究分析海上大型編隊(duì)指揮控制信息系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

[1] 陳麗娜，黃金才，張維明.網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)爭(zhēng)中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型研究[J].電光與控制，2008,15(6)：4-6.

[2] 朱濤，常國(guó)岑，張水平,等.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的指揮控制級(jí)聯(lián)失效模型研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2010,22(8):1817-1820.

[3] 田旭光，朱元昌，羅坤,等.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的指揮控制系統(tǒng)自適應(yīng)重構(gòu)模型[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2013,35(1)：91-96.

[4] 朱濤，常國(guó)岑，張水平,等.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的指揮控制信息協(xié)同模型研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008,22(8):6058-6060.

[5] 金偉新.體系對(duì)抗復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[6] 劉曉，劉忠，侯文姝,等.美航母編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)化反導(dǎo)作戰(zhàn)建模[J].火力與指揮控制，2012，37(7)：28-30.

[7] 張金鋒，易侃.信息流的網(wǎng)絡(luò)化C4ISR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)挖掘方法[J].火力與指揮控制,2014,39(8)：61-64.

[8] 涂擁軍，李敬輝，黃高明.基于對(duì)象Petri網(wǎng)的水面艦艇編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)系統(tǒng)建模[J].通信與信息技術(shù)，2007(17)：14-21.

[9] 丁曉劍，孫豐鑫.C4ISR系統(tǒng)概念模型元素研究[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2014,31(5)：79-82.

Command and Control Information Cooperation Model of Large-scale Maritime Formation Based on Complex Network

HUANG Kang,REN Zhong,SUN Du-juan,ZHANG Hai-yi，JIANG Lin-zhi

(Dalian Naval Academy，Dalian 116018,China)

Aiming at the developing demand of large-scale maritime formation,this paper studies a large-scale maritime formation's command and control information cooperation model based on computer network theory,based on analyzing the concept and characteristic of complex network,establishes the command and control information cooperation model taking US carrier formation as an example,and gives the network topology picture,which provides new ideas for studying the command and control information system of large-scale maritime formation.

large-scale maritime formation;command and control;complex network

2015-02-02

TN97

A

CN32-1413(2015)04-0030-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.04.008