網絡信息體系概念與制勝機理研究

羅愛民 劉俊先 曹 江 羅雪山

信息化戰爭是體系與體系的對抗,構建支持體系對抗的作戰體系是取得戰爭勝利的基本保障.現有的指揮信息系統大多按照系統工程的方法,無法構建有效的作戰體系來滿足體系作戰的要求,必須要按照體系工程的方法,建設網絡信息體系,提高體系對抗能力.

1 概念內涵

體系被稱之為系統中的系統(System of Systems,SoS)是目前大多數達規模集成體(包括系統、組織、自然環境、生態系統等),普遍存在的現象[1].對于體系的概念也存在多種定義.如體系是系統的綜合,系統綜合以系統的演化發展、協同優化為目的,最終達到提高整體效能的宗旨[2].體系不是單純的系統集成,它具備組成系統獨立運行、組成系統獨立維護、組成系統區域分布、具備涌現行為、體系是不斷演化發展的等5種特征[3].美國國防部關于體系的定義為“互相依賴的系統組合鏈接,提供的能力遠大于這些系統能力之和”[4].

網絡信息體系是我軍提出的、未來軍事領域的復雜體系,具有體系的基本特征.相對于一般的復雜軍事信息系統,網絡信息體系具有以下特點[6]:

1)組成系統行為的自主性與管理獨立性;

2)組成系統異構性;

3)體系整體演化性;

4)體系的地域分布性;

5)體系能夠產生涌現;

6)體系具有對不確定性的適應能力等.

網絡信息體系是信息化戰爭作戰體系的基本形態,是我軍面向未來的戰略思維方式,是設計戰爭的方法論,是組織信息化條件下作戰的原則和指南.

網絡信息體系的組成要素包括軍事力量、作戰思想、法規制度和人才資源.軍事力量是用于遂行作戰任務的各種軍隊組織、武器裝備、戰場設施和保障物資.作戰思想是對信息化戰爭規律的理性認識.法規制度是組織、指揮、管理、維持和發展軍事力量的機制.人才資源是熟知信息化作戰的指揮、管理操作和技術群體.

網絡信息體系是為應對軍事領域“體系現象”提出的戰略性、綱領性和統攬性概念.它是以“網絡中心、信息主導、體系支撐”為主要特征,涵蓋物理域、信息域、認知域、社會域的復雜巨系統,是按照統一的體系架構、統一的技術體制和標準規范構建,以聯合作戰任務規劃和信息資源共享利用為重點,以全軍共用信息基礎設施為支撐,集成指揮控制、預警探測、情報偵察、信息對抗、戰場環境等功能系統,以及政治工作、后勤保障、裝備管理等各級各類信息系統的有機整體.

網絡信息體系是信息化時代體系作戰能力的催化劑和融合劑,它正在改變著信息化戰爭的形態以及戰斗力生成的模式.從作戰思想和理論看,網絡信息體系正引起作戰思維從傳統的“直線、平面和封閉”式向“非線性、開放和立體”式轉變,體系作戰和一體化作戰成為未來主要的作戰樣式.從戰斗力構成要素看,網絡信息體系提高了“人”的能力,使裝備構成一個整體,并且改變了“人”與裝備的聯接方式,整個體系從層級式向網絡化轉變,極大地拓展了戰斗力要素的內涵,使戰斗力空前倍增.從作戰能力看,網絡信息促進了作戰指揮由“樹狀”、粗放向“扁平”、精細過渡,作戰方式由火力主導向信息主導轉變,作戰手段從以“硬”為主向“軟硬”并舉發展,作戰進程由“時殺”向“秒殺”遞進,從而把作戰能力從物理域向信息域拓展.從作戰效果看,網絡信息體系改變了作戰的力量結構、指揮流程和作戰方式,從而引起作戰制勝機理的變化,帶來巨大優勢.

2 網絡信息體系的基本特征

2.1 組成要素網絡化

網絡信息體系在物理域中典型的表現為組成要素網絡化.地域分布的體系組成要素可以通過各種網絡連成一個整體.體系要素的連接提高了體系要素之間交互融合,是體系能力提升或出現能力涌現的基礎和保障.通過體系要素的網絡化,使體系具有網絡使能.

網絡化具體體現在:一是組成要素網絡化,通過網絡使體系要素從物理上能夠連通起來;二是信息資源網絡化,使信息資源分布在網絡上不同的組成要素上;三是功能和業務的網絡化,類似美軍網絡中心戰的傳感網、指控網和火力網,通過業務的網絡化提升作戰活動效能,通過功能的網絡化(以服務化技術實現的)提升體系要素的業務效率.

2.2 信息有序流動、直接運用

網絡信息體系在信息域層面典型的表現為信息有序流動,各系統直接運用.通過信息有序流動、用戶直接運用形成信息優勢.

體系網絡化為形成體系能力提供基礎和物理基礎,真正發揮網絡化體系效能,還需要信息的綜合利用.只有信息在網絡化體系中合理流動,才能使信息價值增值.信息通過有序流動、直接運用產生形成信息賦能.信息賦能是指通過體系要素之間信息的流動互通、互操作,使信息價值增加,使各作戰活動執行得更好,體系能力得到有效發揮.

從信息處理過程來看,信息的處理加工構成信息活動環.信息活動環可以抽象為信號、符號、知識等形態的轉換過程.信息活動環的轉換過程支撐由觀察、判斷、指揮決策和打擊等作戰活動構成的作戰活動環.一方面,信息活動環驅動作戰活動環,信息活動得到的結果為作戰活動環提供支持,信息活動環起“驅動軸”的作用.另一方面,作戰活動環對信息活動環提出需求,體系通過信息活動來促使信息有序流動,提升信息的應用價值,實現體系能力.信息活動環的速度和精度決定著作戰活動的節奏和精確度.

2.3 互理解與互遵循

網絡信息體系在認知域層面典型的表現為體系各組成要素對戰場態勢、作戰命令等的互理解,在社會域層面典型的表現為體系各組成要素對規則、規范等的互遵循.這里的組成要素包括系統、人員等.互理解是網絡信息體系中的人員、系統對戰場態勢、作戰任務和命令等信息和知識形成一致性的理解,達成共識.互遵循是利益相關者遵守相同的流程、規則和制度[7].在相同的制度和規范約束和指導下,網絡信息體系中的人員、系統對構建規則、作戰執行規則、運行規范等自覺遵循.

互理解和互遵循是實現作戰協同、同步的基礎.通過互理解、互遵循最終將信息優勢和決策優勢轉換為行動優勢.

網絡信息體系是實現網絡中心戰的基礎,它在各域上的典型特征可以概括為互聯、互通、互操作、互理解和互遵循,如圖1所示.

3 體系制勝機理

網絡信息體系通過能力涌現形成體系能力,提升網絡信息體系作戰能力,達到體系制勝的目的.網絡信息體系的結構機制和運行機理是形成體系能力的關鍵.

設網絡信息體系的作戰能力為MOFE,MOFE應該是組成要素能力、體系結構、體系運作等的函數,簡單表示如下式

其中,C表示體系的能力集合,SRt表示體系中各組成要素間的結構關系,Pt表示體系運用能力.對于網絡信息體系來說,SRt和Pt是時間t的函數,體系面臨的任務和態勢不同,SRt和Pt會存在差異,也就是不同時間t,SRt和Pt可能不同.

網絡信息體系的能力集C在不斷演化中得到提高,從而使網絡信息體系的能力不斷增強,C越強,則MOFE越強.此外,對于網絡信息體系來說,通過結構的敏捷適應、信息增值以及作戰應用的敏捷適應能夠達到提升體系能力的目的.

圖1 網絡信息體系在各域內的特征

3.1 結構敏捷適應

從體系運用的角度來說,體系組成要素之間的連接關系、信息交換能力影響作戰籌劃、計劃以及作戰實施,體系的物理結構是影響體系能力的重要因素.

SRt表示時間t網絡信息體系的結構,顯然SRt的好壞直接影響體系的MOFE.SRt是任務Task,態勢Situation的函數,即

從作戰需求的角度來說,不同的作戰任務和態勢,要求的SRt不同.因此,SRt必須能夠隨著任務、態勢等的變化而發生變化.以往系統主要是針對確定任務建設,由于任務固定,則其結構也相對固定.當新的不確定任務、態勢出現時,這類系統的結構關系難以改變以適應新要求.網絡信息體系的設計與建設充分考慮不確定環境的背景,強調標準化、規范化以及規則等建設,使得網絡信息體系的結構具有動態可重構性,能夠根據任務和態勢的變化,敏捷構建出滿足要求的結構關系,以適應不確定需求的變化.當不確定事件發生時,在事件E(t)的觸發下,體系中的結構由SRt0變為SRt1,即

SRt1在網絡化支持下,在統一的規則、規范以及標準體系約束下,體系能夠根據新需求迅速從SRt0變為SRt1,同時SRt1構建優化的結構,適用新的任務、態勢的作戰需求,而且這種結構重構是快速的,體系中的結構由SRt0變為SRt1所需要的時間很短,能夠以最快的速度適應作戰的需求.

體系的作戰能力與OODA環密切相關.網絡信息體系結構敏捷適應最典型的表現是OODA環的敏捷適應.體系中各組成要素網絡化后,各組成要素之間能夠根據需要靈活建立連接,使得體系中可以構建的OODA環增加,OODA環的組成和結構靈活變化,適應不確定作戰環境和任務.

OODA環形成的組成和結構的靈活性增加的優勢體現在

1)提供更多的OODA環,使得作戰方案上存在更多的選擇;

2)在對抗環境下,當某個OODA環出現斷裂時,可以通過重構OODA環,完成作戰任務;

3)當體系面臨不確定任務時,體系可根據任務需求,敏捷構建新的OODA環,滿足需求適應任務變化.

如圖2所示,圖2(a)和2(b)包含的組成要素相同,要素之間的連接關系不同.圖2(a)中是支持相對固定任務的基本結構;在網絡化的基礎上,圖2(b)中根據作戰需要,增加和調整要素之間的連接關系,敏捷適應作戰要求.圖2(b)中可以形成的OODA環的數量增多,而且OODA環結構可以根據需要調整.

圖2 網絡信息體系結構敏捷適應原理示意圖

3.2 信息增值

網絡信息體系中通過合理利用信息資源,實現信息增值,達到提高體系能力的目的.

信息價值是信息被用戶使用后帶來的效益或效用.信息價值不僅與信息質量密切相關,而且與具體應用(分發、組織等)相關.相同的信息資源,不同的使用方式其價值不同.

影響信息價值的因素包括:

1)信息質量;

2)信息與任務和用戶需求相關程度;

3)信息被使用的時機;

4)信息被應用的能力.

同樣的信息,用戶使用的方式不同其價值也會存在差別.在網絡信息體系中,當信息進入體系后,其內部要素或流動受到體系附加的引導作用和制約作用,從而在時間有序、空間有序和邏輯有序等方面進行重新排列組合,改善了各內部要素之間在功能上相互作用的協調性和相干性,提高了有機系統整體的功能效應,使體系得到的信息價值量大于信息進入體系時價值量.

設信息i在用戶需求r下的價值為v1,

其中,rc,rt分別表示信息需求r的內容需求和時間需求,ci是ti時刻的體系內信息資源,P表示用戶的信息利用能力,可以體現為用戶處理能力P1和用戶應用水平P0.

顯然,v1是rt?ti的減函數,v1隨著rt?ti的增加而降低.v1是ci∩rc的增函數,v1隨著ci∩rc的增加而增加,v1≥0.v1是P0的遞增函數,v1是P1的非單調函數.在處理要求小于用戶處理能力P1,v1隨著信息量的增加而增加.當處理要求大于用戶處理能力P1,v1隨著信息量的增加而減少.

在作戰體系中,信息i可以通過共享、分發等方式,使得信息i可以被不同節點和不同用戶用于不同應用,信息i在不同應用中對需求滿足的程度不同,因此,信息i在不同應用中表現的價值不同.信息i的價值等于不同應用中信息應用價值之和.設信息i通過共享和分發后被N個用戶在不同時刻使用,信息i的價值為

因此,從應用價值的角度來說,由于在作戰體系內共享信息,可以使信息價值升高.信息共享程度越高,信息被應用次數越多,其價值越大.

對于進入到網絡信息體系中信息集來說,其價值等于各用戶端信息子集的應用價值之和.

設某時刻體系內的信息集合為I1,此刻用戶信息需求為rj,0≤k≤M,在體系中,不同需求獲得的信息集合為體系的信息價值

的最大值,即

要取最大值,取決于越小,ci∩元素越多信息價值就越大.Pj使用正確的應用方式、用戶負載能力可接受則應用價值大.

由于用戶處理和負載能力是有限的,因此,

在網絡信息體系中,基于網絡化的結構,按照相關的規則,信息在體系內有序流動,使得信息得到增值,促進體系能力形成,具體表現在:

1)網絡化結構促使信息更大范圍的共享,增大M,提高v1;

2)信息能夠在體系中進行快速地分發,降低反應時間rt?ti,提高信息應用的時效性,增大;

3)通過信息的有序流動,實現信息按需分發,在提高ci∩同時保持信息量在用戶的信息處理范圍內滿足的P1k要求,達到提高的目的.

3.3 協作敏捷適應

聯合作戰要求各作戰單元之間密切協同,各作戰單元的協同能力影響體系能力生成.網絡信息體系的網絡化,特別是互理解、互遵循為作戰自同步、自協作提供支持.

由于現有的系統采取獨立建設,系統之間的互聯、互通、互操作能力差,按照基本的作戰環結構(如圖3所示),各系統之間的協同主要集中在行動層面,各作戰單元按照作戰命令和作戰計劃,實施行動上的協同.

在網絡信息體系中,由于體系要素的網絡化,信息資源在體系內實現按需共享,使得作戰單元的協同可以擴展到各層次和各環節.網絡信息體系的協同必須建立在互理解和互遵循的基礎上,在對戰場態勢形成統一的理解,各作戰單元自覺遵循統一的規范和規則的前提下,可以實現除作戰計劃中計劃的協同外的自主同步和協作,使得協同的層次和粒度大大提高,提高協同的效率,更大程度地發揮體系中各組成要素的能力,實現能力涌現,提高體系能力.

按照C2概念模型[5],行動(執行)質量受到個體完成任務、行動同步、執行敏捷性等影響,如圖4所示.行為同步、執行敏捷性和協作速度直接影響執行質量,行為同步、協作速度和執行敏捷性受到對態勢的共享理解程度、體系內的作戰規則約束力和協作機制等的影響,體系內要素之間的互理解、互遵循等促進要素間根據態勢進行自協作和自同步,提高協作質量.

圖3 網絡信息體系要素協同示意圖

圖4 協作與執行效果的關系示意圖

4 結論

本文對網絡信息體系的概念和制勝機理進行分析,可以為網絡信息體系建設提供支持.網絡信息體系作為未來我軍建設和發展的重點,其建設是一項復雜的系統工程,一方面要進一步深化研究網絡信息體系的內涵、機理以及建設需求,特別是從體系層面分析其特點.另一方面要針對網絡信息體系建設的特點,加強網絡信息體系的頂層設計,研究適合網絡信息體系設計、管理的工程化方法,指導網絡信息體系的建設.