基于網絡中心戰的C2BMC信息分發模型研究*

姚勇，李智

(裝備指揮技術學院a.研究生管理大隊;b.重點實驗室，北京 101416)

0 引言

1997年，美國海軍首次提出了網絡中心戰(network centric warfare，NCW)概念，標志著美軍從“平臺中心戰”向“網絡中心戰”的轉型，表明了美軍“爭取信息優勢，獲取決策優勢”的目標。隨后，網絡中心戰迅速成為全球軍事理論界的研究熱點，許多國家的軍隊陸續加入從“以平臺為中心”向“以網絡為中心”的轉型大潮中。然而10余年過去了，一些網絡中心戰的基本問題，例如“如何構建面向網絡中心戰的數字化部隊”、“全球信息柵格如何服務于網絡中心戰”、“信息優勢的度量標準及其實現”等仍然懸而未決，甚至還存在“網絡中心戰就是利用信息技術提高傳統機械化作戰效率”的模糊認識，嚴重制約了網絡中心戰思想的應用進程。

由美國導彈防御局的前任主管Ronald T.Kadish提出的 C2BMC(command and control，battle management，communications)系統，是美軍彈道導彈防御系統(ballistic missile defense system，BMDS)網絡化作戰的核心，也是美軍導彈防御計劃的重要組成部分之一，是應用網絡中心戰思想較為成功的案例［1－2］。及時、高效、準確的信息是導彈防御作戰決策過程的基本需求，也是獲得信息優勢和決策優勢的關鍵所在。本文著眼這一目標，旨在通過對C2BMC系統中信息分發模型的研究，探索網絡中心戰在信息分發方面的規律，為獲取和利用信息優勢提供基礎。

1 C2BMC系統介紹

C2BMC的概念源于2002年。后來，這一思想發展為一種需要，即:連接宙斯盾、地基中段防御系統、前沿部署X波段雷達之類的反導武器系統形成一個彈道導彈防御網絡。C2BMC系統是全球分布、實時、軟件增強的管理系統，展示了高度可預測性的系統軟件行為，系統接收來自地面、海上、空中和天基的傳感器信息，協調地面、海上、空中和天基的武器對確定目標射擊。C2BMC系統的主要任務是連接不同的單個傳感器—攔截彈—通信分系統進入一個統一的大系統，利用每個作戰分系統最佳的進攻/防御特點，為防御所有射程和處于所有飛行階段的導彈提供最優、分層的導彈防御行動，其結果是一個防御傳感器、射手、作戰管理和情報設備的擴展網絡［3］。

作為BMDS系統的“中間件”，C2BMC系統活動可以通過研究一個想象的作戰行動序列來說明，如圖 1 所示［4］。

圖1說明了想象的行動序列(按時間先后順序)。圖的時間軸沿著橫軸，提供序列所需的結構。交戰前活動包括系統的日常運轉，主要指規劃更新、訓練、維護、設備管理以及情報在內的后勤和數據庫更新，而且這些更新在最大程度上應該是自動進行的。

圖1 C2BMC系統行動序列圖Fig.1 C2BMC capability employment chronology

C2BMC系統將把傳統的導彈防御指揮控制轉變為真正的網絡中心戰實踐，將促進共享態勢感知、人工智能技術的發展，在需要的時限內提供必要產品。從一定程度上講，這一BMDS的“中間件”將是信息時代致力于指揮控制概念革命的探路者。研究發現，C2BMC系統既不是傳感器，也不是武器，而是位于指揮中心的軟件系統。它不但能夠整合彈道導彈防御系統，而且是BMDS的大腦和神經系統，其體系結構如圖2所示［5］。

圖2 C2BMC系統體系結構Fig.2 C2BMC system architecture framework

C2BMC系統可提供網絡中心戰能力，執行作戰任務規劃和監控導彈防御的任務。它利用各分系統所有可用的傳感器跟蹤彈道導彈威脅，并引導武器系統與威脅目標交戰。從宙斯盾武器系統先進的作戰管理分系統到末段高空區域防御的精確火控系統，C2BMC技術將實現對BMDS各戰略和戰術系統的管理。理論上，實時態勢感知、可靠火控和精確瞄準能力越強，探測和攔截的機會就越多，則消除威脅的成功率就越高。

2 信息流分析

在C2BMC系統、預警系統和武器系統之間，需要交換和傳輸類型、體制、格式、優先級、時效性各不相同的多種信息。因此，信息在導彈防御系統中具有十分重要的地位，系統的各種活動都依賴于信息的合理、順暢傳遞而進行。

在導彈防御系統中，信息流是指各裝備實體獲取、傳輸、處理、分發信息的流程，根據信息內容及功能作用不同，可以分成態勢流、狀態流和指控流3類，如圖3所示。

態勢信息流是指由戰場上的態勢信息構成的信息流，主要通過傳感器感知、數據融合中心處理而形成。態勢流由目標信息和自然環境信息組成，前者包括對敵方目標、我方目標、友方目標探測的數據信息，如速度、位置、加速度、數量、狀態信息、威脅程度等;后者包括陸、海、空、天、電磁環境信息及其綜合復雜環境信息，具體包括氣象信息和測繪信息等［6］。

狀態信息流是指防御系統內部各作戰節點向指控中心報告的關于自身狀態的信息，包括各節點的狀態信息、武器裝備狀態信息、完成攔截任務情況信息等。

圖3 信息流分類Fig.3 Information flow types

指控信息流是指在態勢流信息、狀態流信息的基礎上，對各作戰節點進行指揮控制的信息。指控信息是指揮控制系統的主要承載對象，包括任務指令信息、作戰方案信息和作戰效果評估信息等。

信息流分析的目的是根據武器指揮體系、戰斗編成明確指控系統的信息來源和對信息所進行的處理，進而明確信息源與用戶之間傳輸數據的最佳方式，確立信息傳輸格式。

3 信息分發模型研究

如何在恰當的時間以恰當的形式、通過恰當的路徑，將用戶所需要的信息傳送給恰當的用戶，是信息分發的最高目標，而實現這一目標的關鍵點是用戶需求的管理和滿足用戶需求的能力。在導彈防御作戰中，信息分發具有種類繁多、關系復雜、體制信道多樣、實時性強、數據量大等特點，對信息分發提出了非常高的要求，也增加了信息分發系統的設計與研制難度。

根據對網絡中心戰思想的理解，提出了導彈防御作戰信息分發系統(missile defense operation information distribution system，MDOIDS)的概念，然后建立了概念級、指揮結構級和描述級的C2BMC系統信息分發模型，對C2BMC系統的信息分發能力與規律進行探索研究。

3.1 概念級模型

網絡中心戰并不局限于硬件和裝備的網絡化，而且更為關注人員、組織和過程的網絡化。David Alberts等人提出的網絡中心戰概念框架，突出了網絡中心戰跨越物理域、信息域、認知域和社會域的特點，如圖4 所示［7］。

圖4 網絡中心戰概念框架Fig.4 NCW conceptual level model

其中，物理域包括無線電、衛星、有線等接收裝置以及作戰所需要的其他軟硬件設施，具有部隊各個組成部分可以實現安全、無縫鏈接和互操作的特征;信息域是指揮控制系統的主體內容，主要包括相關信息實體的位置、狀態和行為等，突出了個體和機構擁有或有權使用的數據、信息和知識之間的區別，這些數據、信息和知識來源于個體和機構的感知和他們控制的信息源，以及通過網絡接收的信息，具有信息共享、訪問、保護的能力和協同作戰的特征;認知域指的是指揮人員和作戰人員所思考的內容，包括理解、分析、決策等，具有共享高質量態勢感知、確立共享理解和自同步行動能力的特征;社會域是指存在于個體與群體之中以及他們之間的聯系，主要指決策的同步程度。

網絡中心戰概念框架的發展，使得靈活性成為網絡中心戰的一項重要衡量指標，包括魯棒性、多變性、響應性、創新性、恢復性以及適應性等。因為靈活性表達了轉型的本質，突出了指揮控制的靈活性以及部隊的靈活性。

3.2 指揮結構級模型

結合美軍現有的導彈防御指揮控制結構模型［8］，借鑒網絡中心戰的相關思想，論文建立了基于網絡的扁平指揮控制結構模型，如圖5所示。

圖5 指揮結構級模型Fig.5 Command and control level model

該模型由國家軍事指揮中心、美國戰略司令部、戰區指揮控制中心、聯合部隊指揮官或聯合部隊防空指揮官和若干導彈防御部隊組成。在此結構中，通過減少指揮層次，減少信息傳遞環節，提高導彈防御部隊的作戰效率和殺傷能力。

在此扁平指揮結構內，敵方信息將充當戰區指揮官向其責任區內部隊發送作戰指令的橋梁，而這些統一發布的敵方信息將使國家領導人及時了解作戰進程。同時，該結構還為國家領導人和作戰指揮官提供了一個緩沖地帶，當他們掌握的其他信息或情報還未到達戰略司令部時，可以提前發布與之相關的命令，進一步縮短反應時間，增加成功攔截來襲導彈的概率。

在此結構下，信息流快速而有效，為后續攔截彈的發射提供有利條件。當傳感器探測到一枚來襲導彈之后，它將被加入到BMDS傳感器網絡和C2BMC網絡。戰略司令部將根據導彈類型預判和彈道預推的結果，將攔截任務分配給處于最佳攔截位置的作戰單元，分配最佳的攔截彈以最快的速度、最小可能的附帶損傷對來襲目標進行攔截。發射命令將從戰略司令部指揮中心直接發送到發射單元，從而節約時間，加強對后續來襲導彈的防御。

當然，這是最簡化的扁平化指揮控制信息分發模型。為了滿足實際作戰需要，應當允許導彈防御系統所有子系統的組成單元之間也實現這種扁平化，從而提高各個子系統的反應速度，更大限度地增加攔截窗口。因此，需要更為深入、細致的研究，讓扁平化結構的優勢在導彈防御作戰中得到更好的應用。

3.3 描述級模型

3.3.1 描述模型

信息分發的描述級模型(information dissemination description model，IDDM)可以表示為一個七元數組:

其中，I表示信息狀態，如歷史信息、當前信息、未來信息等;T表示信息種類，包括作戰指令、文本信息、音頻信息、視頻信息等;C表示信息分發策略，包括主動式、被動式;D表示分發模式，包括信息推送、信息拉取;{R∶A}表示{角色:動作}，即{Role∶Action}，代表不同角色在不同的分發模式下采取的動作;Y表示對接收信息的處理情況，包括自動回復、編輯、理解、執行、拒止等信息;E表示其他需要說明的信息［9］。這些參數的具體取值如下:

T用NA表示不指定，即支持所有信息種類;

Role={Rprovider，Rmanager，Ruser，Rrelay}，目前暫設定4種角色，分別是信息提供者(provider)、信息管理中心(management)、信息使用者(user)和信息中繼傳送者(relay);

Actions={A1，A2，…，A3}，表示某個角色采取的行為，例如，SendInfo，EditInfo，ReceiveInfo，UnderIofo等。

E的初值為NULL，可根據需要隨時賦值。

3.3.2 分發模式模型

根據上述信息分發描述模型，結合導彈防御作戰的信息分發需求，提出如下5種信息分發模式。

(1)應用層組播

為使各級作戰人員能夠更好地共享作戰數據，針對導彈防御戰場環境，應用層組播作為一種一對多的信息分發模式，為預警探測數據、指令數據、狀態數據的實時、高效分發提供了一種有效途徑。其功能是將一組相同的內容從一個數據源傳送到一組用戶，傳播路由通過一個組播樹來完成，樹的每個節點復制從父節點接收的數據包，并把數據包發送給所有子節點。其結構如圖6所示［10］。

圖6 應用層組播結構示意圖Fig.6 Application layer multicast structure figure

為了保證傳輸的可靠性，在每個結點設置一個備份緩存，輸入緩存的數據包先存儲到備份緩存中，而后由備份緩存采用“先進先出”隊列模式將數據包發到輸出緩存。影響信息分發可靠性的因素包括組播樹的拓撲結構、路徑連接可靠性、緩存溢出等，在此不進行深入討論。

(2)強制推送

強制推送模式是指信息需要發送的單元由信息分發管理人員決定的模式，該模式適合指控信息、實時態勢信息或者因作戰任務需要臨時推送信息的分發，可以描述為

IDDMCp= ＜H/C/F，NA，R，PUSH，Y，{R∶A}，E ＞，其中，{R∶A}={Rprovider∶PubInfo，SendInfo}，{Rmanager∶InfoMan}，{Ruser∶NULL}。

在此模式下，信息提供者完成信息發布、信息發送操作，分發管理中心負責信息管理，其分發流程如圖7a所示。其中，①為信息提供者發布自己能提供的信息;②為分發管理中心確定強制推送關系，并通知信息提供者;③為信息提供者將信息發送給信息使用者。

(3)智能推送

智能推送是信息分發的最高級模式，信息使用者在不參考信息產品列表的情況下，根據自身信息需求，利用編輯工具填寫信息需求描述文件并提交給分發管理中心，并由后者根據當前信息情況組織具體的信息產品，再通知信息提供者將相關信息發送給信息使用者。該模式可以針對歷史、當前和未來產生的信息，可以表示為

IDDMSp= ＜H/C/F，NA，P，PUSH，Y，{R∶A}，E ＞，其中，{R∶A}={Rprovider∶PubInfo，AccessDB，SendInfo}，{Rmanager∶ProfileParse}，{Ruser∶EditProfile，Send-Profile}。

在此模式下，信息提供者需要完成發布信息、訪問歷史信息、發送信息等操作，分發管理中心負責需求文件的解析，判別該需求由哪些信息提供者提供，信息用戶需要編輯并發送其需求文件，其分發流程如圖7b所示。其中，①為信息提供者發布自己能提供的信息;②為信息使用者編輯需求文件并發送給分發管理中心;③為分發管理中心解析信息需求文件，確定并通知相關的信息提供者;④為信息提供者將信息發送給信息使用者。

(4)發布/訂閱

該分發模式以發布/訂閱形式進行信息分發，是指信息提供者發布信息產品，信息使用者基于產品目錄列表進行信息訂閱，分發管理中心完成信息匹配，并通知信息提供者。當信息產生后，信息提供者就發送給信息使用者。這種模式可看作是由信息用戶主動“拉取”信息的過程，比較適合未來產生信息的分發，包括實時情報信息、偵察信息、作戰效能評估信息等，可以表示為

IDDMPs= ＜F，NA，P，PULL，Y，{R∶A}，E ＞，

其中，{R∶A}={Rprovider∶PubInfo，SendInfo}，{Rmanager∶SendCat，MatchInfo}，{Ruser∶SubInfo}。

其分發流程如圖7c所示。其中，①為信息提供者發布信息;②為分發管理中心將信息產品目錄發送給信息使用者，供訂閱使用;③為信息使用者訂閱信息;④為分發管理中心進行信息匹配，并通知能提供產品的信息提供者;⑤為信息提供者將信息發送給信息使用者。

(5)信息檢索

信息檢索是指信息使用者以檢索方式進行信息獲取，檢索主要針對信息產品的歷史信息，如數據庫信息、歷史文件信息、歷史影音資料等，是一種由信息使用者發起的信息“拉取”方式，可以表示為

IDDMIr= ＜H，NA，R，PULL，Y，{R∶A}，E ＞ ，

其中，{R∶A}={Rprovider∶PubInfo，Access DB，SendInfo}，{Rmanager∶SendCat，MatchInfo}，{Ruser∶ReceiveInfo}。

從{角色∶動作}集合可以看出，這種模式和信息發布/訂閱模式基本類似，不同之處在于信息提供者需要進行歷史信息訪問操作，信息用戶將信息訂閱操作改為信息檢索操作，其分發流程如圖7d所示。其中，①～⑥表示分發活動各步驟的先后順序。

4 結束語

及時、高效、準確的信息分發是軍事決策的必要信息需求之一，也是導彈防御作戰中奪取信息優勢的關鍵。本文借鑒網絡中心戰思想，提出了導彈防御作戰信息分發系統概念，然后建立了美軍C2BMC系統的概念級、指揮結構級和描述級信息分發模型，對于C2BMC仿真系統開發、系統性能分析等研究具有較大的參考價值，其研究成果對于網絡中心戰思想應用研究和信息分發技術本身也具有一定的理論價值。網格技術的興起代表了下一代中間件平臺技術的主流，本文所建立的信息分發模型經過適當調整，即可建立基于網格架構的分布式內容分發服務模型，體現了一定的前瞻性。

圖7 信息分發流程示意圖Fig.7 Information dissemination flow figure

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