一種海上作戰資源的沖突消解架構*

(1.91872部隊 北京 102400)(2.海軍裝備部駐廣州地區軍事代表局 梧州 543000)

(3.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

一種海上作戰資源的沖突消解架構*

孫越林1呂熒2謝斌3林華3

(1.91872部隊 北京 102400)(2.海軍裝備部駐廣州地區軍事代表局 梧州 543000)

(3.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

海上未來戰爭是以聯合作戰為主要方式的高強度戰爭,各種類型作戰資源的投入使用令未來海上戰場成為一個復雜的資源使用環境,作戰資源沖突在這種環境中顯得尤為尋常。論文闡述了一種海上作戰資源的沖突消解架構,在基于各個方向作戰的基礎上設立一個統一協調的管理系統,這種架構的目的是使海上作戰資源的沖突協調更合理更高效。在文章最后,指出了下一步研究的方向。

作戰資源;沖突消解;架構

ClassNumberE83

1 引言

海上聯合作戰是未來海上作戰的主要形式,各種不同類型的作戰資源投入到海上的聯合作戰中。數量龐大的作戰資源在一起執行作戰任務,因為資源所處的狀態不同,任務完成的情況不同,資源很可能會出現使用沖突,沖突發生以后應該進行消解,否則會耽誤任務的完成,貽誤戰機。

現在沖突消解的方法較多,如較常見的協商[1～3]、競爭[4]、特征優先關系[5]等,這些方法都被廣泛運用于計算機、工業制造等領域。如今大多數論文討論的沖突消解問題都集中于沖突消解的方式及其算法,對于整個沖突消解的架構討論較少,特別是在軍事作戰資源運用領域,因此本文著重討論一種海上作戰資源的沖突消解的架構,旨在全局角度上考慮作戰資源的沖突消解,以達到更滿意的效果。

2 海上作戰資源運用的基本架構

2.1 基于方向的作戰任務

海上作戰行動現在的一個大趨勢是基于任務方向的作戰。基于任務方向是指將海軍的使命任務根據空中、水面、水下三個方向劃分為對空、對海、反潛等任務。隨著武器裝備的不斷更新,以及參與兵力的增多如海軍航空兵、海軍陸戰隊參與海上聯合作戰,對陸攻擊、海上偵察、情報搜集等也成為海軍的使命任務。

這些基于方向的任務我們統稱為一級任務,它只是定義了行動的方向和目標,并沒有規劃出實際作戰任務。而在一級任務下還有二級任務,它們是具體實現作戰目標的行動。例如反潛任務,是一個一級任務,而艦載直升機起飛、聲納偵測、發射魚雷等反潛武器則屬于具體行動的作戰任務。每一個一級任務下都可能有多個二級任務,二級任務的數量視一級任務的作戰目標和復雜性而定。

2.2 作戰資源運用架構

海上聯合作戰的資源調度應該達到這樣的一個效果:所有的資源不分平臺,不分隸屬關系,全部都是以完成最終的作戰目標為目的。也就是說,所有資源都為任務服務,不同平臺上的資源只要是對某一任務有用,就可以被調用,對任務來說做到“為我所用”。例如,艦艇A要進行主炮對海射擊,但艦艇A上的主炮由于故障無法射擊,編隊中的艦艇B的主炮狀態良好且處于空閑狀態。在通信可靠的情況下,艦艇A將目標數據傳輸給艦艇B,由艦艇B的艦炮進行打擊。簡而言之,所有作戰資源都不是為了某一局部的小目標而是為了整體的最終作戰目標的完成而服務的。

基于這種思想,我們假設所有作戰資源都在一個“容器”中,各個一級任務可以被分配到相應的所需的資源,而具體二級任務資源則需要再分配。作戰資源的分配,由中間一級的任務綜合管理系統完成。任務綜合管理系統中包括兩個功能模塊,一是調度模塊,負責將具體的資源分配給一級任務并且在一級任務間存在資源沖突時再進行資源的調度;二是資源管理模塊,負責資源分配后的監視工作,發現沖突后進行協調。

海上作戰資源運用的基本架構如圖1所示。

圖1 海上作戰資源運用的基本架構

在圖1顯示的基本架構中,每個一級任務就像一個模塊,模塊的數量不是固定的,可以視情況進行增減。由于作戰資源的數量是有限的,因此作戰任務與資源之間有數量上的約束。假設T1所需A資源數量為r1,T2所需A資源數量為r2,Tn所需A資源數量為rn,A資源總數量為RA,則有:

r1+r2+…+rn≤RA

(1)

同理可以列出其它資源的約束關系。作戰資源的分配應該遵循這一約束原則,即所有任務對某一資源需求數量總和不能超過這個資源的總數。

3 沖突消解架構

由于海上作戰資源數量的有限性,作戰任務在開始后由于各種突發的情況,例如任務時間的提前或延后、資源技戰術狀態的改變、緊急任務的插入等,都會產生任務對資源進行競爭的情況,這也就產生了資源沖突。

目前資源沖突檢測的技術較多,大多都是從任務中檢測進而確定資源是否存在沖突。例如基于STN的沖突檢測[6～7]、基于Petri網的沖突檢測[8～9]、動態貝葉斯網絡的檢測[10]等,任務綜合管理系統檢測到各任務存在資源沖突的情況后,應根據情況進行消解。本文提出架構的消解機制,主要是分一級任務的資源沖突消解和二級任務的資源沖突消解。

3.1 二級任務的資源沖突消解

二級任務是存在于一級任務之下的子任務,一般是一級任務分解后的任務。當在二級任務中發現了資源沖突之后,應該在一級任務下先進行沖突的消解。

圖2 二級任務沖突消解示意圖

在這里我們引入任務沖突消解表[8]的概念,任務沖突表分為一級任務沖突消解表以及全局任務沖突消解表。任務沖突消解表中的內容包括了沖突任務代號、沖突任務類型、沖突資源代號、沖突資源類型、沖突時間、沖突消解方案等信息。建立任務沖突消解表的好處是體現在兩方面:1)它是一種統一規范的表格模式,記錄了資源沖突的詳細信息,可便于不同任務間的通信;2)任務沖突消解表中的消解方案信息為以后再次出現相同類型的資源沖突消解提供了示例,這在任務執行過程中提高了消解效率,實時性較好。

假設在一級任務T1中有兩個二級任務a和任務b,若發現任務a、b間發生了資源沖突,應先在一級任務下進行沖突消解。消解的原則應遵循兩條:滿足時序約束的關系和滿足資源數量的關系。時序約束關系是指兩個任務之間存在著先后順序,即必須有一個任務先完成才能開始下一個任務,這樣資源應先滿足先開始的任務;資源數量的關系是指二級任務對資源數量的需求不會超過目前一級任務被分配到的資源數量,假如在a、b兩個任務不存在時序關系,但任務a對資源需求的數量超過了目前任務T1的資源數量,而任務b的資源數量需求小于任務T1的資源數量,這種情況下資源應先保證任務b的執行。沖突消解后的結果等信息應記錄在任務沖突消解表中。

在某些情況下,一級任務下的二級任務資源沖突可能在本級中無法進行消解,例如在上述的情況中,雖然任務a的資源數量在目前的T1中無法滿足,但是任務a的重要性卻遠遠超過了任務b,這個時候一級任務可以通過通信接口將任務沖突消解表中的信息反饋給任務綜合管理系統,系統再進行統一協調。

3.2 一級任務的資源沖突消解

一級任務間的資源沖突消解適用于在一級任務中資源沖突無法在自身任務框架內消解,或者有突發的一級任務出現的情況。

一級任務間的消解是建立在各一級任務與任務綜合管理系統之間的通信良好的基礎上的,它應是一種兼顧全局的沖突消解機制。在任務綜合系統中也建立一個任務沖突消解表,該任務沖突消解表與一級任務中的任務沖突消解表記錄格式都相同,但是該表用于記錄一級任務間資源沖突的各種信息。

圖3顯示的是一級任務間的沖突消解架構。在一級任務下的二級任務沖突消解無法完成的情況下,一級任務模塊將沖突信息記錄在任務沖突消解表中,然后通過通信口將沖突表信息傳輸給任務綜合管理系統,任務綜合管理系統的通信口將傳輸的信息接收后輸入任務沖突消解表,資源管理模塊調用算法針對沖突資源的信息進行計算,調度模塊根據資源管理模塊計算的結果進行相應的資源調度。

圖3 一級任務沖突消解示意圖

一級任務間的資源沖突消解是一個非常復雜的過程,消解過程中涉及到的規則、算法較多,但是我們仍可以發現,一級任務間的資源沖突消解應該是遵循以下兩個基本原則。

1)任務的重要性程度。在文章前面說過,海上作戰資源的運用應該以最后完成最終目標為目的。根據這一規則,考慮任務的重要性程度應該考慮的是任務對完成最終目標有多大的影響等。

2)目標的價值。考慮目標的價值應該考慮目標是否完成最終目標前必須完成的目標,以及目標對我編隊自身的威脅有多大,目標的威脅越大那么任務應該優先被考慮。

緊急任務的插入也是一種常見的情況。緊急任務的插入很可能會打亂原先資源分配好的計劃,導致資源沖突。緊急任務插入應先由任務綜合管理系統在資源集合中尋找是否有空閑并且可以滿足緊急任務需求的資源,若有則可以直接進行調度,若沒有,緊急任務會與正在執行的任務發生資源競爭,這時應該考慮緊急任務的特殊性,緊急任務一般說來很可能都是那些會威脅到自身安全的任務,因此資源應該優先保障緊急任務的執行。例如,編隊艦只的主炮正進行對陸打擊任務,這時發現有掠海飛行的導彈朝編隊飛來,這就緊急插入了對海任務,這時的資源沖突消解肯定應先保障對海任務的執行,因為這是威脅到我編隊自身安全的任務。

綜合第3小節所述,可以得出海上作戰資源的沖突消解流程大致如圖4所示。

圖4 海上作戰資源沖突消解流程

在這里我們認為一級任務資源沖突消解的結果即是最后的結果,也就是說一級任務資源沖突消解都是成功的,而具體的實現過程則是由內層的消解算法決定的。

4 結語

本文提出了一種海上作戰資源的沖突消解架構,該架構基于海上作戰的特點,在各個方向作戰的基礎上進行資源沖突消解的架構。這種架構理論上具有良好的全局性和整體性,可以為作戰資源的合理調度,提高作戰效率,保障任務的完成發揮作用。

目前該資源沖突消解架構有理論上的可行性,但是在仿真環境和現實中的應用效果還不得而知。下一步應將Agent技術運用到架構中進行仿真來驗證該架構的可行性和實效性。此外,作戰資源沖突消解的算法是非常復雜的,不同類型資源之間的消解采用的算法還可能不同,本文只是簡單地考慮了一些沖突消解原則,下一步工作應更細致地考慮作戰資源沖突消解的算法,使作戰資源的沖突消解更合理。

[1]徐潤萍,王樹宗,顧健.兵力協同計劃資源沖突協商方法研究[J].系統仿真學報,2005,17(5):1216-1220.

[2]楊萍,龍正平,王桐.基于協商的Agent資源沖突消解算法研究[J].指揮控制與仿真,2011,33(1):27-30.

[3]祝漢江,黃維.基于協商對策的衛星任務規劃沖突消解[J].計算機仿真,2008,25(10):86-89.

[4]臧鐵鋼,郭順生,楊明忠.基于多任務維修的資源沖突消解策略的研究[J].機械,2003,30(2):73-75.

[5]丁博,孫立鐫.基于特征優先關系的沖突消解方法[J].計算機應用研究,2009,26(1):366-368.

[6]湯羅浩.基于STN的行動計劃時間表示和沖突處理研究[D].長沙:國防科學技術大學,2010.

[7]陳維.多UCAV協同作戰任務時空沖突檢測方法研究[D].長沙:國防科學技術大學,2007.

[8]宋海權,郭進,李耀.基于Petri網的分布式系統沖突消解[J].計算機工程與設計,2013,34(1):1351-1355.

[9]Popescu C, Lastra J L M. Matrix-based Conflict Resolution Algorithm:Application to Path Selection in PN-based Scheduling Search[C]//IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation(ETFA),2010.

[10]Groesbrink S, Oberthur S, Baldin D. Architecture for Adaptive Resource Assignment to Virtualized Mixed-Criticality Real-Time Systems[J]. ACM SIGBED Review,2013,10(1):18-23.

ArchitectureforMarineOperationResourcesConflictResolution

SUN Yuelin1LV Ying2XIE Bin3LIN Hua3

(1. No. 91872 Troops of PLA, Beijing 102400)(2. Military Representative Office of Navy in Guangzhou, Wuzhou 543000)

(3. College of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

Future marine war is a high-intense war characterized by joint operation. Various types of operation resources are used to make the future marine battlefield become a complex resource utilization environment. Operation resources conflict is particularly usual in this situation. An architecture for marine operation resources conflict resolution is proposed, an unified and coordinated management system is set based on different operation orientations. The architecture is intended to make the marine operation resources conflict resolution more reasonable and more efficient. Finally, some further research directions are proposed.

operation resources, conflict resolution, architecture

2013年11月7日,

:2013年12月28日

孫越林,男,碩士,助理工程師,研究方向:模式識別與智能控制。呂熒,女,碩士,助理工程師,研究方向:艦艇作戰系統工程。謝斌,男,碩士研究生,研究方向:艦艇作戰系統工程。林華,女,博士,副教授,研究方向:艦艇作戰系統工程、系統建模與仿真。

E83DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.008