基于混合組織模式的網絡空間指揮控制效能分析*

胡 鑫 ，王 剛 ，楊迎輝 ，馬潤年

（1.空軍工程大學信息與導航學院，西安 710077；2.解放軍95507部隊，貴陽 550025；3.空軍裝備研究院總體所，北京 100076）

0 引言

隨著現代化戰爭由傳統物理空間向網絡空間拓展，指揮控制的特征和需求加速向新型作戰空間聚焦。網絡空間指揮控制是指網絡空間作戰指揮機構和指揮員對網絡空間作戰力量的優化部署、統籌規劃，以及適應網絡空間作戰環境、進程和節奏而實施的調整和控制［1］。網絡空間指揮控制的關鍵是對網絡空間行動中組織模式的優化，如逐級組織和越級組織的混合模式。

美軍在網絡空間指揮控制領域研究提出了系列新理念。如美軍防務報告《實現分布式網絡安全》指出，“聚焦收斂”將成為未來的網絡空間指揮控制［2］；美國空軍《2035年空軍作戰構想》直接將“作戰敏捷性”列為未來新型作戰及其指揮控制的重要指導；敏捷性、靈敏度等成為網絡空間指揮控制效能的重要表征［3］。國內在相關領域發展迅速，如關于網絡空間指揮控制的本質屬性和結構模型研究［1］，新型指控5.0理念及聚焦收斂與指揮控制的映射關系［4］，網絡空間聯合作戰指揮效能的動態評估［5］，網絡空間作戰指揮效能評估指標體系的研究構建［6］。總體來看，現有研究主要集中在網絡空間指揮控制的概念特征、核心理念和規劃設計等方面，需要按照指揮控制問題研究的基本規律，借鑒復雜網絡理論和體系結構分析方法［8］，從指揮控制結構、信息流轉關系和指揮控制的效能分析等方面進一步開展體系分析和定量研究。

本文結合網絡空間作戰特點，從指揮控制的組織模式分析入手，系統研究網絡空間指揮控制效能問題。分析了網絡空間指揮控制效能研究應樹立的3層理念，提出了基于混合組織模式的指揮控制與信息流轉機制，構建了網絡空間指揮控制效能分析模型，并給出了相關機制和效能模型的仿真驗證。

1 應樹立的3層理念

一是樹立網絡空間新型作戰機理支撐的核心理念。網絡空間作戰利用電子和電磁頻譜存儲、修改和交換數據，遂行網絡偵察、進攻和防御等行動，具有典型的時空無邊界性，網絡空間行動可直接作用于網絡空間和傳統物理空間［1，4］。網絡空間作戰改變了以往以消滅和摧毀為目的的硬殺傷、硬摧毀方式，強調以癱瘓和控制敵方裝備系統為己所用等方式達成特定威懾和戰爭目的［8］。網絡空間作戰以數據邏輯變換和頻段改變替代速度和距離，行動的跨時空特性，賦予了網絡空間邏輯機動能力新內涵。

二是樹立指揮決策時效性和整體效能的中心理念。網絡空間作戰不同于網絡對抗，指揮控制的建模與效能分析應重點關注網絡行動的跨域作戰運用，從新型指揮控制機理和信息流轉分析入手［8］。不同于傳統物理空間常規作戰，網絡空間作戰特點源于網絡空間邏輯機動屬性，需重點分析隱蔽高效等特點對網絡空間作戰指揮控制的影響，研究指揮決策的時效性和行動的整體效能［9］。

三是樹立復雜網絡理論和方法的科學研究理念。網絡空間作戰及其指揮控制的復雜性可抽象為廣義網絡的復雜性，相關問題建模是一個復雜系統工程。復雜網絡理論及其動態效能分析方法，建立在復雜性理論和圖論基礎上，通過基礎數據統計、模型構建與仿真及動態演化等方法途徑，實現復雜網絡的基本功能特性，是研究網絡空間作戰指揮控制效能的科學手段［10-11］。

2 指揮控制與信息流轉機制

按照指揮控制的要素作用關系和組織結構，參照“網絡中心戰”中美國海軍C4ISR系統效能評估研究［13］，分析網絡空間指揮控制的組織模式和指揮控制與信息流轉機制。圖1～圖3分別給出了逐級組織、越級組織和混合組織等3種模式下的指揮控制及其信息流轉關系。其中，節點1表示頂層指揮控制機構，節點2和節點4分別代表中層指揮控制機構，節點3和節點5分別表示偵察傳感器單元和作戰武器單元（火力打擊單元）。

2.1 逐級組織模式

逐級組織是工業化時代平臺中心戰的典型指揮控制模式［1，12］。在具體組織環節，底層的偵察情報節點3將偵察情報信息上報給中層指揮控制節點2，然后再上報給頂層的指揮控制節點1。頂層指揮控制節點通過分析處理做出決策，再向下層傳達指揮控制信息，經由中層節點4傳達到底層的基本作戰單元節點5，作戰節點5按照指令實施作戰。對于整個作戰體系而言，偵察情報流轉和指揮控制指令的發布都是通過逐層交互方式實現。

圖1 逐級組織模式網絡圖

圖2 越級組織模式網絡圖

圖3 混合組織模式網絡圖

2.2 越級組織模式

越級組織是信息時代的產物，也是網絡中心戰的典型指揮控制模式［14］。在具體組織環節，節點3獲得偵察情報后向中層指揮控制節點2上報，同時向作戰武器單元節點5和頂層指揮控制機構節點1發布信息，實現情報態勢共享。節點2得到偵察情報信息后，分析上報至頂層指揮控制節點1，同時向節點4發布共享態勢信息。經由決策分析后，節點1分發指揮控制信息至下級節點4和5。其中，偵察情報信息的獲取和指揮控制指令信息的發布可逐級進行，也可越級實施。

2.3 混合組織模式

混合組織聚合了逐級組織和越級組織的優勢［9］。在具體組織環節，節點3獲得偵察情報信息后，向全體作戰單元發布，實現全局態勢共享。節點1、節點2和節點3根據情報信息，向作戰節點選擇性發布或向全體作戰節點擴散發布。作戰信息流通過指揮流程、情報信息共享實現控制信息流轉，使得指揮控制機構之間達到信息共享、合作和同步，確保網絡空間作戰力量對網絡空間作戰環境、作戰對象和作戰環節的敏捷性和自適應能力。

從指揮控制機制分析層面分析，逐級組織模式和越級組織模式的控制信息伴隨著指揮流程流轉，兩類信息流轉的路徑和方式完全一致，即指揮控制合一。而在混合組織模式中，指揮和控制可以是相對分離的。其根源是網絡空間行動是基于邏輯域的，根據作戰任務需求和調整，任何物理節點單元都有可能升級為指揮官，同時該單元需要與原本物理上同級、上級和下級單元之間，建立新的指揮控制關系。新的指揮控制關系（包括相應調整的信息流轉關系）應能夠適應戰場態勢環境的變化，實時調節作戰力量部署及其任務分工，以體系作戰為背景，提高了指揮控制的敏捷性、自適應能力和自愈能力。

從指揮控制效能層面分析，逐級組織模式的指揮控制和信息流轉遵從自上而下的層次化流轉機制，對作戰環境適應性差，指揮控制簡單機械且效率低下。越級組織模式中，指揮控制和信息流轉對環境適應能力有了較大提升。而混合組織模式中，同層或跨級單元之間可建立靈活的控制信息流轉關系，實現同級和跨級單元之間更大范圍控制信息的實時共享、合作和同步。

3 指揮控制效能評估模型

網絡空間指揮控制活動是一個動態變化的復雜涌現過程，指揮控制效能包括包含多類指標要素，如指揮信息系統本身的性能，各類信息的質量，態勢感知效能，以及武器裝備的技戰術性能［14］。以下用信息網絡基礎和結構聯通來表征指揮控制結構的支撐能力，用協作運行機制來表征指揮控制決策效率貢獻，用信息共享機制來表征指揮控制信息支援能力，用目標偵察概率來表征指揮控制對部隊作戰行動速度影響。

3.1 信息網絡的效能模型

3.1.1 信息網絡的復雜性

信息網絡的復雜性表現為節點的全部連接數的函數［10］。設c為信息網絡中關鍵節點的入度數總和，表示為

式中，ni表示節點i的入度數，若節點i處在關鍵路徑上，則 δi=1，反之，δi=0。按照復雜網絡理論，當網絡連接數達到某一特定值時，復雜性g（c）會在迅速增長之后出現信息過載點，到達平穩狀態，可以用Logistic函數表示

其中，參數a表示關鍵節點數，b表示總節點數與總節點入度數的比值。

3.1.2 信息可用性

信息的可用性是指擁有信息的總量和可用程度［15］，具體用信息熵H（t）表示。按照信息論知識，設完成單次任務的時間（ft）服從指數分布，1/i為節點i完成預定任務所花費的平均時間，則信息可用性可以表述為：

信息可用性是對信息的準確性、完整性、時效性和信息擁有量的綜合度量。假定完成單項作戰任務的最大允許時間為，則節點i的信息可用性表示為：

Ki（t）滿足評判信息可用性的準則0≤Ki（t）≤1，Ki（t）越接近于1，表明信息可用性較高，不確定性越小。

3.2 指揮控制協同的效能模型

結合指揮協同和網絡復雜性所帶來的影響，將其簡化為指揮協同對執行作戰任務時間的影響因子［16］，如式（5）所示：

其中，ci（t）表示協同影響正因子。

設Ki（t）為連接質量度量，di為節點i與其他網絡節點的連接數，則對節點i執行作戰行動的協同效能正因子ci（t）表示為：

其中，指數Wj表示節點之間協同的相對重要性，當兩節點有隸屬關系時，Wj=1，否則Wj=0.5。

由于受作戰行動網絡的復雜性影響，節點信息處理時間的增加因子可由協同影響負因子表示，即：

指揮協同效能表示為：

3.3 信息共享效能模型

戰場態勢情報通過信息高效共享傳輸，將態勢情報轉變為具體知識，以作為指揮員指揮決策的具體依據，確保戰場行動的順利施行［18］。戰場各作戰節點之間通過信息的高效傳輸、交互共享，從而增加信息的可用性。作戰節點i的信息共享效能表示為：

由式（6）和式（9），節點i的信息共享效能為

3.4 指揮控制的作用效能模型

結合戰場實際，僅考慮作戰武器單元在目標達到預設陣地前，捕獲、偵察和摧毀目標的概率［10］。且假定作戰武器單元能夠實現發現即摧毀目標，指揮控制的作用效能取決于作戰平臺的預警探測性能、作戰區域內所攻擊目標的速度和其他相關傳感器單元的信息支援保障性能。

設s表示從發現目標到目標到達預定陣地的時間，LeC為作戰武器抵達發射陣地的時間，因此，對目標進行有效搜索的時間為；傳感器的掃視寬度s與偵察速度v1決定偵察的瞬間發現概率，作戰區域面積為A，在區間范圍內偵察到目標的概率為，反之，沒有偵察到目標的概率為1-。假設q為沒有偵察到目標的概率，則有：

目標偵察概率Pd表示為：

搜索目標過程中，相關的有效信息能夠提高偵察的準確性和質量，從而提高目標偵察概率Pd。在計算過程中，用信息熵K（T）表示在預定時間內完成偵察任務所得到的有效信息的總量，令，則：

為了減小不確定區域面積，提高偵察精度和效率，通常利用信息對偵察目標方位的判測。因此，不確定區域面積可表示為為：

其中，AE表示不確定區域總面積，tt表示目標信息更新狀態的時間間隔，v2表示敵目標的前進速度。

由式（12）～式（15）可得指揮信息系統作用效能表達式：

4 仿真分析

參照文獻［13］關于網絡中心戰的研究模式，設定對應圖1～圖3中各節點之間的平均行動時間以及最大行動時間，如下頁表1所示。其中，圖3混合組織模式中，按照網絡空間作戰的特點和指揮控制特點，節點3感知信息后，由一般單元直接升級為作戰指揮員級別，越過傳統動能戰的中層和高層指揮控制節點，直接對作戰單元5實施指揮控制。

4.1 信息復雜性對指揮控制核心效能的影響

根據3種組織模式的流程和表達式（2），確定相關參數，具體如下：逐層組織模式流程：入度數c=8，關鍵節點數a=5，單位入度數b=0.625。越級組織模式流程：入度數c=9，關鍵節點數a=3，單位入度數b=0.333。混合組織模式流程：入度數c=8，關鍵節點數a=2，單位入度數b=0.250。仿真結果如圖4所示。

圖4 信息復雜性因子變化曲線

信息復雜性與系統的全部入度呈正相關關系，隨著關鍵節點入度數總和的增大，信息復雜性也逐漸增大，對指揮控制核心效能的影響也逐漸變大；混合組織模式中系統節點的入度數較高，網絡連接關系較為復雜，有助于信息高效交互，信息復雜性因子均高于逐層組織模式和越級組織模式，表明混合組織模式中信息復雜性對指揮控制核心效能的影響最大。

表1 作戰行動時間表

4.2 指揮控制協同效能分析

3種組織模式的指揮控制機制不同，信息流轉模式各異，信息對作戰任務完成效果的貢獻程度相差較大。依據以上分析的關鍵節點數，結合3種作戰方式的特點，設置參數如下：

逐級組織模式流程：關鍵節點的總入度數c=8，關鍵節點數a=5，單位入度數b=0.625，節點連接數d=［2，2，1，2，1］，相對重要程度 W=［1，1，1，1，1］。

越級組織模式流程：關鍵節點的總入度數c=9，關鍵節點數a=3，單位入度數b=0.333，節點連接數d=［4，2，2，3，3］，相對重要程度 W=［1，0.5，1，0.5，1］。

混合組織模式流程：關鍵節點的總入度數c=8，關鍵節點數a=2，單位入度數b=0.250，節點連接數d=［4，2，2，3，3］，相對重要程度 W=［1，0.5，1，0.5，1］。結果如圖5所示。

圖5 節點指揮控制協同效能對比分析

分析可知，混合組織模式的指揮協同效能整體趨勢最大，其次是越級組織模式，最后是逐級組織模式；混合組織模式中節點的指揮協同效能均高于另外兩種組織模式。究其原因，主要是因為在突出網絡空間作戰特點的混合組織模式中，節點之間信息高度共享，相互間協同密切，信息流轉效率高，信息對于加快作戰流程和提升指揮控制效能作用顯著。

4.3 信息共享效能

在指揮控制與信息流轉過程中，指揮控制、火力打擊等作戰節點通過信息融合共享，不僅能夠有效提高戰場信息的實時性、精確性和完備性，還能有效提高信息的質量和數量。考慮到在3種組織模式情況下，由于各網絡信息節點間的連接情況不同，導致網絡信息情報共享的差異較大。其具體參數設置參照指揮控制協同效能部分，其中，逐級組織 模式中，c=20，a=4，b=0.200，d=［8，2，2，5，4］，W=［1，1，0.5，1，0.5］；越級組織模式中，c=22，a=4，b=0.184，d=［8，4，4，6，3］，W=［1，1，0.5，1，0.5］；混合組織模 式 中 ，c=23，a=4，b=0.174，d=［10，3，5，5，2］，W=［1，1，0.5，1，0.5］。結果如圖 6 所示。

圖6 信息共享效能對比分析

由圖6可知，混合組織模式中多數節點的信息共享效能均高于前兩者。原因是混合組織模式突出了網絡空間作戰特征，同層或跨級單元之間可實現情報、指揮和控制信息的高效流轉，各作戰節點間的連接關系復雜，信息交互頻率高，一旦有新信息進入網絡系統，其他網絡作戰節點能夠立即獲得感知，因此，在此情況下，信息共享效能達到最高，且有利于準確實時地掌握復雜戰場態勢。

4.4 指揮控制作用效能的影響

在3種組織模式中，指揮控制效能與信息流轉具有一定的差別，同時對作戰攻擊效果也具有不同程度的影響。因此，假設我方作戰武器單元發現即可摧毀目標，在此情況下，通過計算分析3種作戰流程偵察目標的概率情況，分析信息對指揮控制作用效能的影響。其具體參數設置如下：

逐級組織模式：掃視寬度s=0.25 km，飛行速度v1=1.25 M，信息對搜索的影響系數k=1.2，目標移動速度v2=20 km/h，目標信息延遲時間tt=27 min，有效信息量 K（T）=0.1。

越級組織模式：掃視寬度s=0.25 km，飛行速度v1=1.25 M，信息對搜索的影響系數k=1.5，目標移動速度v2=20 km/h，目標信息延遲時間tt=15 min，有效信息量 K（T）=0.3。

混合組織模式：掃視寬度s=0.25 km，飛行速度v1=1.25 M，信息對搜索的影響系數k=2.5，目標移動速度v2=20 km/h，目標信息延遲時間tt=5 min，有效信息量K（T）=0.4。仿真結果如圖7所示。

圖7 信息對偵察概率的影響

由圖7可以看出，在網絡空間作戰的混合組織模式中，信息偵察概率在進行5 min～8 min搜索后達到最大；在逐層組織模式和越級組織模式中，分別需要30 min～35 min和60 min～70 min的搜索才能達到最大。顯然，混合組織模式對信息偵察概率的影響最大。

結合仿真分析結果，在網絡空間指揮控制的混合組織模式中，信息的復雜性達到最高，且對指揮控制效能的影響最大；混合組織模式的指揮控制效能最高，能夠為戰場作戰行動提供敏捷的反應速度、更為充足的攻擊時間和更為精確的目標定位，實現預定作戰目標，提高作戰打擊效能。

5 結論

網絡空間指揮控制效能分析，涉及新理念和新要素多，對研究方法也有了特殊要求。本文所作研究主要從其組織結構模式分析入手，提出了基于混合組織模式的網絡空間指揮控制機制與信息流轉機制，建立了相應的指揮控制效能模型，由于網絡空間及其指揮控制的復雜性，后續工作需進一步深化網絡空間背景下的自適應指揮控制結構動態重組等問題。