基于信息系統的體系作戰能力評估研究

楊鏡宇，胡曉峰

（國防大學 信息作戰與指揮訓練教研部，北京100091）

1 引 言

體系不是系統隨意的拼湊，而是在信息網絡和多種關系下多個作戰系統的綜合運用。從本質上看，體系不僅僅是“系統的系統”（systemof systems，SoS），更可以看成是一個“網絡的網絡”（Network of networks，NoN），作戰實體不會孤立地存在和發揮作用，而是以網絡的形式“物聯”存在并相互對抗。體系中不僅僅只有信息關系，還有大量建立在信息關系基礎上的各類關聯關系，如探測、指揮、控制、交戰、支援、保障乃至心理影響等等。信息化帶來的不僅僅是信息的快捷交流，更重要的是使得各個系統能夠建立起更加密切的聯系和影響，以形成更高效能的體系。隨著科學技術的發展，大量非常規手段的運用，使得戰爭體系中各要素之間的“聯結”關系越來越復雜，原來不相干的要素可能會通過一些潛在的“聯結”關系而相互影響，并可能牽一發而動全身，而這些關聯關系往往通過“跨域相聯”而相互影響，物理域與信息域、認知域、社會域之間的“跨域”耦合運行是體系的基本運作模式，是對體系作戰的深層次理解?；谛畔⑾到y，體系作戰的基本特征其實就是“多網聯動”和“多域鉸鏈”，所謂“多網聯動”是指作戰體系處于由信息網絡、作戰力量網絡、社會層次的人際關系等多種網絡的“網網相扣”的關聯之中，所謂“多域交聯”是指作戰體系處于“多方、多要素、多領域”鉸鏈而成的“多尺度”、“跨尺度”的復雜戰爭空間之中。

因此，無論是分析體系破擊，還是研究體系防護，都需要從錯綜復雜的戰爭迷霧（即由多類行動、多種要素、多個領域鉸鏈而成的復雜關系和相互影響）中抽絲剝繭，充分考慮體系內各組分之間“多網聯動”，以及在其支撐下的“多域鉸鏈”所帶來的“相互影響”和“級聯效果”，進而找出優化作戰體系、評估體系作戰能力的方法和途徑，這對體系作戰能力分析是十分重要和意義深刻的。

2 基于信息系統形成體系作戰能力的機理

對體系的理解從“系統的系統”發展到“網絡的網絡”，其實就是按照“實體—關系—網絡”的思路并在對抗中最終形成體系化的作戰能力。即作戰實體基于信息系統，通過各種交互關系構成各種各樣的靜態關聯網絡，在動態對抗中交織在一起形成對抗交互網絡，最終形成體系新的性質和能力。

2.1 具有強結構特征的“信息網絡”和“關聯網絡”是形成體系能力的物質基礎

所謂體系強結構，是以各類信息網絡為基礎的骨干結構，并在此基礎上承載的物理聯結結構。給出這些信息網絡的部署，以及包括支援、保護、傳感、指控、交互、補給等物理聯系，就可以呈現出體系的整體布局和能力特點。這些強結構特征的作戰體系網絡是體系的基礎性結構，是面向體系的整體框架，按照體系使命，以信息為主導，進行設計或逐步演化的結果，具有明顯的需求牽引。在體系運行期間，它承擔著支撐體系運行的大部分任務，是體系穩定有序的表現。包括由衛通網、電信網、互聯網、數據鏈和若干有線/無線局域網構成底層的靜態“信息網絡”，以及邏輯層的應用網絡，包括傳感網、指控網和武器平臺網在內的“關聯網絡”。

“信息網絡”是作戰體系底層的通信結構，除了由通信設施類型、網絡參數、傳輸協議、通信容量等定制不同類型、不同拓撲結構的通信網絡（如：骨干光纜網、骨干微波網、戰場無線網、戰場數據鏈等）之外，更為重要的是通過結點的通信行為描述底層通信網絡能夠形成通信能力的條件，這種通信行為規則包括消息轉發行為、消息傳輸過濾行為、消息處理行為、通信干擾檢查行為等，通過這些通信行為規則的動態觸發，可以動態生成體系通信結點之間的連通關系。

“關聯網絡”是體系內部和對抗體系之間的各類邏輯層面的應用網絡，包括以“物質交互”、“能量交互”為基礎的物理關系網等，以及以“信息交互”為基礎的傳感關系網、指控關系網等。其中，物理關系網描述了作戰平臺之間的位置關系、火力關系、支援關系、防護關系等。一方面通過作戰平臺之間的三維空間構建距離、地形、區域條件，另一方面，通過作戰平臺的行為規則設置相應的武器開火條件、支援條件、防護條件等構建平臺之間的火力關系，支援關系和防護關系等。傳感關系網描述靜態的傳感器組網以及動態的傳感探測交互、跟蹤交互以及基于通信網絡的航跡融合行為規則等。指控關系網描述了靜態指揮關系、控制關系等，以及包括指揮交替、目標分配、階段劃分等行為規則相應的動態指揮控制規則。

2.2 具有弱結構特征的“對抗交互網絡”使各作戰實體間相互影響并促使體系能力跨域累積

所謂體系的弱結構，是指在體系運行期間，體系組分為了完成體系使命，適應體系對抗過程中不確定性因素，依托強結構而自發形成和解除的局部結構關聯。它主要發生在對抗的體系環境中，是體系組分在自主適應性驅動下的運作活動，對抗越激烈，表現越明顯。這種特征是通過節點的行為規則來實現對結構的自我調整，是體系復雜性和多樣性的表現。

體系對抗過程中，作戰實體之間涉及大量的動態交互。我們將這種在體系作戰過程中由規則自動觸發而形成的多種交互關系組成的網絡成為“對抗交互網”。對抗交互網絡中的每一條鏈路（邊）描述的并不是兩個節點之間的某種靜態關聯，而是體系作戰過程中兩個節點之間的一次或多次交互行動。這些作戰實體的行為與交互，是隨著戰場環境的動態變化而由作戰實體的節點規則動態確定的。由此可見，對抗交互網絡描述的是體系對抗過程中節點之間的各類交互，具有明確的弱結構特征。

體系作戰涉及的交互基本上可歸結為兩大類，即網絡依賴型交互和距離依賴型交互。典型的距離依賴型交互包括：探測交互（即傳感器節點或帶傳感設備的節點探測其它相關節點的射頻、紅外和反射光等信息）；攻擊交互（攻擊節點主動通過電磁干擾或物理摧毀等方式與其它節點相互作用）；等等。典型的網絡依賴型交互包括：指派交互（即指揮控制節點或帶指控功能的節點向其它節點分配要執行的任務或行動）；傳送交互（某個節點，如傳感器節點，將信息傳遞給另一個節點）；等等。每一類實體可以跨域存在，也就是說，某個實體會在多類對抗交互網中重疊存在。因此，在動態對抗過程中，某一個實體狀態的改變會在不同類型的對抗交互網中傳遞和積累。

2.3 在強結構網絡基礎上弱結構體系網絡逐漸生成體系的整體作戰能力

從宏觀角度來講，結構決定功能，體系能力的出現需要依托一定的體系結構，該結構相對穩定，是體系的強結構；在體系運行過程中，不確定的體系環境使得體系需要具備自身動態調整功能，它對應于體系弱結構特征，是體系適應性的表現。由于體系存在于復雜網絡環境之中，體系內部的系統之間的交互更加頻繁，各種行動的后果可以通過網絡進行傳播和累加，產生出綜合的體系效果。這種效果的產生實質是戰爭系統體系內部各系統之間進行交互的結果，并且隨著體系作戰過程的推進，節點之間的交互累積得越來越多（也就是網絡中的鏈路越來越多），另一方面，新的節點會通過派生等途徑陸續涌現。因此，體系會呈現出明顯的生長特性，由于生長特性是無尺度復雜網絡的典型特征之一，故而可以從無尺度復雜網絡的角度來考察體系作戰能力的聚合特征，例如聚集度、網絡直徑、共享、協同、同步、耦合度、級聯失效等，從而對戰爭系統中的體系作戰的整體行為，如體系抗毀、作戰協同、戰場自同步等現象進行分析評估。

3 對體系作戰能力評估的幾點認識

當前，采用建模與仿真方法對體系作戰能力進行分析評估在業界已經達成共識，但是在如何度量和分析評估體系的作戰能力，以及如何適應信息系統的特點來支撐體系仿真分析實驗等方面，尚沒有形成一套有效的基礎理論和研究方法。

3.1 對體系作戰效能進行關鍵點、脆弱性以及級聯反應分析

體系作戰能力評估的目標是形成體系的涌現。所謂涌現（emergence），是指系統的性質發生了相變，產生出了新的性質。但涌現的效果并不一定都是效能“躍升”，也可能是效能“坍塌”，這反映了體系結果的一種隨機性，即涌現出什么新的性質很難預先確定。因此，通過分析信息系統對體系作戰能力作用機理，評估體系的重心、各種關系之間的交互以及體系的異常行為，可能是分析評估體系作戰能力的突破口。

（1）基于“重心”概念進行體系作戰能力的脆弱性分析。“重心（Center of Gravity，COG）”是美軍基于效果作戰（Effect Based Operation，EBO）思想中五環理論中的概念，是指支撐參戰國家和部隊戰爭意愿、提供戰爭力量和奪取戰爭行動優勢的關鍵因素。重心與體系脆弱性是緊密聯系的，都是形成體系能力得以形成的關鍵，是由于體系內部各種耦合關系對體系能力產生的連鎖影響。這些節點一般可分為兩類：關鍵節點和關鍵脆弱性節點，關鍵節點是指與體系作戰能力直接相關，且起到重要作用的節點，比如預警探測體系中的重要預警系統；關鍵脆弱性節點是指雖不與體系作戰能力直接相關，但這些節點的缺失也會導致體系能力的喪失，這些節點與體系能力的關聯關系往往是潛在的，易被忽視的，比如電廠雖不直接參與作戰，但卻能夠影響預警探測體系能力的發揮。體系作戰能力的脆弱性分析一般以復雜網絡理論為基礎，通過基于體系網絡建模的模型約減、體系重心以及關鍵脆弱性分析等難題的解決，進行類似于打擊敵體系重心和脆弱性指控結點的分析論證。

（2）“以體系異常為線索”進行體系作戰的異常分析。體系在對抗環境下所出現的各類異常狀態，是體系結構演化導致體系能力“躍遷”或“坍塌”的外在表現，通過對體系異常狀態的分析可以挖掘體系作戰能力的變化。面向體系狀態異常的體系作戰能力分析過程應該包括如下三個部分：體系異常狀態確定、異常狀態回溯和異常狀態級聯分析。具體來講，體系異常是體系在動態演化過程中從整體上涌現出的一種狀態躍遷。首先，體系異常是在體系狀態轉化的時候出現的，具備較強的時間特性，對體系異常的研究需要在動態過程中發現體系異常。其次，體系異常的產生原因是由于體系對抗的存在，使得體系組分局部能力、組分規模、體系結構等與體系環境的不相適應而導致的狀態劇烈變化。最后，由于體系內部廣泛存在的影響關聯，某些節點和關聯關系的失效而導致的擴散反應可能使得體系異常產生擴散，產生后續的級聯反應。因此，體系異常分析是對體系演化及演化原因進行的整體分析。從體系作戰能力評估的角度，體系異常狀態的確定、回溯和級聯反應分析是進行體系分析的重要目標；從體系能力評估的效率來講，針對異常的精細和深入分析，也是縮小仿真探索空間，提高體系仿真效率的一種途徑。

3.2 建立大尺度多分辨率聯合仿真實驗環境，進行“提煉”式體系作戰能力評估實驗

仿真實驗是進行體系作戰能力評估的一種重要方法，仿真實驗的支撐環境以及仿真實驗機制都要適應由于信息系統的存在而對體系作戰能力所帶來的影響。一方面，支撐環境要支持跨尺度、多分辨率模型的聯合實驗，另一方面，要支持多重循環反饋和有目的地調整實驗空間的仿真實驗機制。

（1）構建大尺度多分辨率的聯合仿真實驗環境。由于單一分辨率、單一仿真系統無法滿足信息網絡條件下多粒度作戰實體體系對抗的仿真要求，不同分辨率仿真系統的聯合仿真實驗已經成為大尺度作戰體系背景下的體系仿真的重要手段之一。為了支撐不同分辨率模擬系統進行大規模聯合仿真，需要提供所需的體系映射、聚合、解聚接口，以及用于支持模型/模擬系統間的通信、交互、協同以及模型仿真過程的控制，并實現對多聯邦仿真系統聯合實驗所需的各類軟硬件資源的集成管理與訪問。通過該實驗環境，可以將大尺度戰場環境背景下不同分辨率的仿真模擬系統集成到一個綜合的實驗環境中來，對體系作戰能力進行分析評估。另外，為了實現不同分辨率模擬系統的互聯與聯合仿真，需要對已有的模擬系統按照多分辨率聯合仿真軟件的接口規范進行一定的改造，主要包括對兵力、網絡、目標運行前動態創建，以及運行時動態創建（Dynamic Unit Creation）聚合/解聚接口設計。

（2）采用“提煉式”仿真實驗機制。所謂提煉（distillation），是指在體系作戰評估綜合仿真實驗過程中，根據實驗結果有目的地調整實驗方案的過程。提煉實際上是一種去粗取精的技術，是將一次仿真實驗分析后獲取的知識應用于下一次探索的過程。通過一次又一次對興趣點的提煉，就能快速縮減問題范圍，產生和收集問題研究所需要的數據。

提煉是對想定空間、參數空間和樣本空間所組成探索空間的提煉。對想定空間的提煉是指不斷觀測想定運行結果，對想定參數進行調整，使想定逐步定位于所研究的問題。一般來講，首先基于問題設計基本想定和想定的可變方案，多次執行想定并分析想定改變的效果，直到各領域專家認為想定能夠定位所研究的問題。對參數空間和樣本空間的提煉是一種縮小和放大的分析過程，縮小是在仿真結果全景圖中尋找感興趣的子空間的過程（如尋找異常空間），放大是對子空間進行進一步的探索的過程，可以增加新的探測參數、改變探測的分辨率、增加隨機運行次數等。

對探索空間提煉其實是對不確定實驗空間的分析過程，其目的是分析想定的參數以及其他隨機因素的變化對仿真結果的影響，在不確定空間中尋找存在的規律和異常?；谶@些知識重新進行仿真實驗設計，調節探索實驗空間，進入下一輪的探索空間提煉。

4 結束語

當前，隨著對“基于信息系統的體系作戰能力”這一概念理解的不斷深入，需要強化信息系統和信息網絡作為體系的基礎和核心的觀念，突出對信息網絡的建模，搞清體系強結構和弱結構特征對體系整體涌現性的實質性作用；認清大尺度作戰環境和不確定信息網絡空間對體系作戰能力探索仿真帶來的挑戰，突出多分辨率聯合實驗以及提煉式仿真實驗機制；強化對體系作戰能力的理解，在體系動態演化過程中不斷評估其作戰能力。這樣，通過這些方法的綜合運用，為未來我軍復雜信息環境下體系作戰能力建設服務，不僅可以評估體系作戰能力演化發展趨勢，更為重要的是可以挖掘作戰體系崩塌的“拐點”以及產生的原因，從而避免可能出現的“短板”，從整體上有針對性地提高體系作戰能力。

1 JAMSHIDI M.System of Systems Engineering—Innovations for the 21st Century[C].New York：John Wiley＆Sons，2009.

2 胡曉峰，楊鏡宇，司光亞，等.戰爭復雜系統仿真分析與實驗[M]，北京：國防大學出版社，2008.

3 張最良，黃謙，李露陽，等.體系開發規律和科學途徑[J].中國科學基金，2006，（3）：159—163.

4 DELAURENTIS D A，AYYALASOMAYAJULS S.Exploring the Synergy Between Industrial Ecology and System of Systems to Understand Complexity[J].Journal of Industrial Ecology，2009，13（2）：247—263.