基于傳感器網絡的網絡中心戰構建模型研究

摘 要:基于傳感器網絡的網絡中心戰是利用網絡內部和網絡之間信息域中高質量的信息共享，實現軍事人員認知域態勢感知共享，是信息時代的一種新興的作戰模型，體現了“兵力分散、火力集中”的信息化戰爭作戰思想。主要介紹了傳感器網絡的特點和應用，分析了網絡中心戰的實質和結構，建立了網絡中心戰的構建模型。指出該模型對信息化作戰條件下聯合作戰的實施具有一定的指導意義。網絡中心戰模型實現了所有作戰單元的互連互通和互操作，提高了戰斗力。

關鍵詞: 網絡中心戰; 傳感器網絡; 全球信息柵格; 模型

中圖分類號:TP393.0 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)12-0144-03

Research on Modeling of Network Centric Warfare Based on Sensor Network

WU Hai-ping1， AO Zhi-gang1， HUANG Liang1， WANG Guan2

(1. Engineering Institute of Engineering Corps， PLA University of Science Technology， Nanjing 210007， China;

2. Command Institute of Engineering Corps， Xuzhou 221004， China)

Abstract:Network centric warfare based on sensor network shares the high quality information in the internal networks or among them， which achieves the sharing of the sense-making in the military personnel awareness space.The theory is newly emerging operation styles in the information age， embodies the operation ideas of information wars which refers that the forces are dispersed and effects are integrated. The characteristics and application of the sensor network are introduced. The substance and structure of the network centric warfare are analyzed. The structural model of the network centric warfare was established， which is significant for the joint operations in the future. The model of the network centric warfare promotes the interconnection and interoperation among all combat units and increases the fighting strength.

Keywords: network centric warfare; sensor network; GIG; model

網絡中心戰理論是人們對歷史上信息和戰爭之間不解之緣深化認識的具體體現[1]。眾所周知，空間和時間是軍事行動中兩個非常重要的要素，而網絡可以很好地聯系這兩個要素，因此隨著網絡技術的發展，網絡中心戰構建模型逐漸興起。網絡中心戰是一種基于全新概念的戰爭，與過去的消耗型戰爭有著本質上的不同，它可以促進作戰部隊和作戰環境之間的良好結合與互動，指揮行動的快速性和部隊間的自同步使之成為快速有效的戰爭模型。

1 傳感器網絡的特點和應用

1.1 傳感器網絡的特點

傳感器網絡(sensor network)是由一定數量部署在作用區域內，具有感應、通信和計算能力的傳感器節點，通過自組織方式構成的，能根據環境自主完成指定任務的分布式智能化網絡系統。該節點由感知部件、嵌入式處理器、存儲器、通信部件、軟件和電源這幾部分構成[2]。傳感器網絡主要有如下特點:

(1) 因具有成本低，功耗小，功能多，隱蔽性好的特點，所以它可以大范圍地散布設置在一定區域，即使是人類無法到達的區域，也能正常工作。

(2) 具有通信能力和計算能力。

(3) 具有傳感器數量多，分布范圍廣，感知數據流大的特點。網絡中傳感器節點密集，數量巨大，可分布在很廣泛的地理區域，傳感器通常都產生較大的流式數據，并具有實時性。

(4) 網絡動態性強。網絡中的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性，并且經常有新結點加入或已有節點失效。

(5) 大規模分布式觸發器。很多傳感器網絡需要對感知對象進行控制，如溫度、聲音控制等，這樣很多傳感器都具有回控裝置和控制軟件。這里稱回控裝置和控制軟件為觸發器。

1.2 傳感器網絡的應用

傳感器網絡的研究主要集中在通信、節能和網絡控制3個方面。目前，這3方面已經有了比較成熟的解決方法，為傳感器網絡投入實際應用提供了理論基礎[3]。目前的傳感器網絡常應用于軍事國防、環境監測、醫療健康、空間探測、政府管制及工商農業等領域。

(1) 軍事應用。傳感器網絡的產生正是源于網絡在軍事應用上的需求，在軍事上的應用非常貼近傳感器網絡本身的概念。由于它具有數量多，隱蔽性高，動態性強等特點，故在戰場上的應用主要是信息收集、跟蹤敵人、戰場監視和目標分類等。和平年代傳感器網絡可以用于國土安全保護、邊境監視等。

目前，針對網絡中心戰的需求開發的傳感器網絡，主要思想是在戰場上布設大量的傳感器，以收集和中繼信息，并對相關原始數據進行過濾，然后再把重要的信息傳送到各數據融合中心，從而將大量的信息集成為一幅實時戰場全景圖，使參戰單元(人員)對戰場態勢的感知能力大大提高。

(2) 民用及科研應用。環境監測所涉及的范圍非常廣，傳感器網絡能夠很好地完成這項依靠傳統數據收集和統計方法已經無法正常進行的工作。醫療領域可以用于檢測人體的生理數據和健康狀況，對醫院藥品進行管理以及用于遠程醫療等。工業領域可以用于生產監控、建筑物狀態監測等。在太空探索方面它可以實現對星球表面長期的監測。其他應用在此不再逐一列出。

2 網絡中心戰及其構建模型研究

2.1 網絡中心戰的實質

網絡中心戰(network centric warfare，NCW)是通過戰場各個作戰單元的網絡化，把信息優勢變為作戰優勢，使各分散配置的部隊共同感知戰場態勢，協調行動，從而發揮最大作戰效能的作戰樣式[4]。

網絡中心戰的實質是利用計算機信息網絡對處于各地的部隊或士兵實施一體化指揮和控制，將分布在廣闊區域內的各種傳感器系統、指揮控制系統和火力打擊系統，通過高速、抗干擾的數據鏈路聯網并融合在一起，向處于該網絡中的人員提供一套完整的戰術態勢圖像[5]。它的核心是利用網絡讓所有作戰力量實現信息共享，實時掌握戰場態勢，縮短決策時間，提高打擊速度與精度。目的在于改進信息和指揮控制能力，以增強聯合火力和對付目標所需要的能力。

網絡與信息技術使部隊從戰場有形的地理位置中解脫出來，提高了作戰的機動性?；趥鞲衅骶W絡的網絡中心戰，使地理上分散配置的部隊可以清楚地掌握和了解戰場態勢，作戰單元能隨時集中火力而不再是集中兵力來打擊敵人，火力機動將替代傳統的兵力機動。

2.2 不同層次的信息需求

信息基礎設施是網絡中心戰的重要環節，這些設施為作戰行動的所有單元提供高質量的信息服務[6]。這些單元包括部署的部隊、支援部隊以及聯盟伙伴等。如圖1所示，對高質量信息的需求隨著每一個單元任務的要求不同而不同。行動領域的高端是聯合感知和火力打擊，實現這一目標需要高速的數據傳輸速率和快速反應的信息傳輸能力，使用具有協同作戰能力的復合跟蹤網絡(傳感器網)。中間層次是不同類型的指揮控制行動，這些行動可以允許信息延遲數秒，主要由戰術數據鏈(主要運用LINK16/10)支持。其他類型的指揮控制以及后勤保障行動，對時間的要求并不十分緊迫，應用全球指揮控制系統(global command and control system，GCCS)等聯合規劃網絡。

圖1 作戰單位之間不同層次的服務

2.3 網絡中心戰的構建模型

網絡中心戰的基本思想就是充分利用網絡平臺的網絡優勢，獲取和鞏固己方的信息優勢，并且將這種信息優勢轉化為決策優勢。網絡中心戰的強大威力主要來自其“品”字形網絡構建模型(如圖2所示)，按功能可以把整個網絡分為3個互相聯接的部分:傳感器網絡、交戰網絡和信息網絡，它們都植根于全球信息柵格(global information grid，GIG)之上[7]。全球信息柵格是由全球互聯的、端到端連接的一系列信息能力、相關程序和人員構成的，皆在根據作戰人員、決策人員和支援人員要求來收集、處理、存儲和管理信息的綜合體。全球信息柵格網是實現傳感器系統、指揮控制系統和火力打擊系統網絡化的基礎設施，也是各類電子信息系統綜合集成的基礎。所有傳感器諸如衛星、飛機、雷達、潛艇的聲納、偵察部隊所得到的信息等，由傳感器網絡通過數據融合技術，迅速合成整個戰場空間的態勢圖，并實時更新，其完整性和精確程度遠遠超過了任何單個傳感器能達到的水平[8]。

圖2 網絡中心戰構建模型

網絡中心戰模型的三級網絡賦予其極大的威力，戰場態勢的真實感知能力、指揮決策的正確性和及時性、火力打擊的精度和范圍都有很大提高，為未來作戰提供了快速反應能力[9]。交戰網絡將主戰武器平臺網絡化，能夠控制分散在戰場中的各種武器平臺，甚至戰區外的遠程打擊武器，迅速選擇最有效的火力攻擊手段。指揮控制網絡是將指揮控制系統網絡化，每個指揮控制系統成為指揮控制網中的一個節點，指揮控制網絡中的節點可以與傳感器網絡中的節點互連，也可與交戰網絡中的火力打擊節點互連。高質量的信息網絡為傳感器網絡和交戰網絡提供支撐，它是所有這一切的基礎。信息網絡不僅是動態開放網絡，也是保密網絡，整個網絡通過指揮控制程序進行管理。

以往作戰行動主要是圍繞武器平臺(如坦克、軍艦、飛機等)進行的，各平臺自身的機動性有助于實施靈活的獨立作戰，但同時也限制了平臺間信息的交流與共享能力，影響整體作戰效能。網絡中心戰的構建模型使平臺與平臺之間的信息交流與共享成為可能，從而使戰場傳感器系統、指揮控制系統和火力打擊系統構成一個有機整體[10]，實現真正意義上的聯合作戰，這種以網絡為核心和紐帶的網絡中心戰又可稱為基于網絡的戰爭。

與傳統作戰模型相比，網絡中心戰具有3個重要優勢:一是通過集結火力對共同目標同時交戰;二是通過資源提高兵力保護;三是可形成更有效、更迅速的“發現-控制”交戰順序。它具有4個關鍵要素:信息結構(使各傳感器聯網的系統)、作戰態勢感知、實施協同作戰、最終效果。

3 結 語

網絡中心戰模型具有強大的作戰態勢感知能力和 信息共享能力，在作戰中可以實現部隊部署的分散化，利用信息流動代替物質流動，提高作戰指揮速度和作戰質量，使武器的戰斗力可以得到充分發揮。它優越的數據融合能力更提高了部隊對作戰空間的把握能力，有力支持了部隊的協同作戰。網絡中心戰的作戰思想將對未來戰爭產生重大的影響。本文對網絡中心戰構建模型進行了研究，隨著技術的進步和需求的擴展，網絡中心戰理論和模型都將產生新的變化，面臨新的問題，這將有賴于人們進一步的分析研究。

參考文獻

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