基于作戰(zhàn)任務(wù)的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型

張繼永

摘要：在聯(lián)合作戰(zhàn)進程中，為了有效使用數(shù)據(jù)鏈，有必要在作戰(zhàn)準備階段進行數(shù)據(jù)鏈自動規(guī)劃，從而評估所需的信息流、數(shù)據(jù)傳輸速率和保密措施等。因此提前規(guī)劃一個基于作戰(zhàn)任務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得所有節(jié)點都能夠高效地參與到網(wǎng)絡(luò)中，是一個需要研究的重要問題。本文基于作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)圖及其鄰接矩陣機制，設(shè)計了一個數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，從而可以自動計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成，可適應(yīng)作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性和組合性特點。

關(guān)鍵詞：作戰(zhàn)任務(wù);數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò);規(guī)劃

中圖分類號：TN919.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0071-02

0引言

在作戰(zhàn)條件下，數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境與狀態(tài)隨時隨地都可能發(fā)生變化，為了應(yīng)對突如其來的變化，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性、安全性和可靠性，保障各端機信息和數(shù)據(jù)有效可靠傳遞，網(wǎng)絡(luò)必須可以動態(tài)地進行結(jié)構(gòu)重組和優(yōu)化，以便及時地調(diào)整原有的信息傳遞模式。

為了支持可適應(yīng)、可組合C⁴ISR系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的需求，數(shù)據(jù)鏈設(shè)備必須能夠在行進中與各種所需平臺快速建立通信聯(lián)系。此外，如果由于端設(shè)備加入或離開網(wǎng)絡(luò)而導(dǎo)致配置變化、任務(wù)需求改變、網(wǎng)絡(luò)部件受到敵軍行動而被摧毀或降級，那么網(wǎng)絡(luò)如何能夠有效運轉(zhuǎn)也是需要考慮的問題。為了有效使用數(shù)據(jù)鏈，需要進行仔細的任務(wù)前數(shù)據(jù)鏈規(guī)劃，以評估所需的信息流、數(shù)據(jù)傳輸速率、保密措施和連接，從而提前規(guī)劃一個有效的通信系統(tǒng)，使得所有節(jié)點都能夠有效參與到網(wǎng)絡(luò)中。

1作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)模型

作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，對其概念模型已有許多研究成果。一般認為作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)都是由物理層、結(jié)構(gòu)層和組織層構(gòu)成的三層超網(wǎng)絡(luò)模型。例如，一個具有10個節(jié)點的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)G，其物理層網(wǎng)絡(luò)如圖l所示。其中的節(jié)點代表物理的、真實存在的實體節(jié)點，但各節(jié)點并不是傳統(tǒng)意義上以平臺為單位確定的，而主要是按實體功能為單元確定的，它可能是一艘水面艦艇、一架作戰(zhàn)飛機，也可能是一臺數(shù)據(jù)鏈設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)邊代表節(jié)點問的信息作用關(guān)系。

2數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模型

2.1軍事需求

網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)環(huán)境中，各成員節(jié)點有效運轉(zhuǎn)的能力取決于各個成員之間互聯(lián)互通互操作的能力。一般來說，同一作戰(zhàn)空間中，會存在許多不同的網(wǎng)絡(luò);一個平臺會依據(jù)特定作戰(zhàn)任務(wù)和使命連接到多個數(shù)據(jù)及語音網(wǎng)絡(luò)中。例如，現(xiàn)代戰(zhàn)場中的北約部隊使用各種數(shù)據(jù)鏈來實現(xiàn)指揮與控制，協(xié)調(diào)戰(zhàn)場中的識別、監(jiān)視、目標獲取與偵察（ISTAR）資源，并實現(xiàn)共享的態(tài)勢感知數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)鏈可能包括任務(wù)特定數(shù)據(jù)鏈、通用態(tài)勢感知數(shù)據(jù)鏈、部隊控制數(shù)據(jù)鏈和武器控制數(shù)據(jù)鏈等。

為了達成數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)與作戰(zhàn)系統(tǒng)的聯(lián)合規(guī)劃能力，需要為同一作戰(zhàn)空間中各種數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)學(xué)模型，以實現(xiàn)自動頻譜管理與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分發(fā)等能力。

2.2數(shù)學(xué)模型

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐下，共享作戰(zhàn)行動方案、通信網(wǎng)絡(luò)保障需求（信息流、傳輸速率等）以及頻譜使用規(guī)則等數(shù)據(jù)，從而可以分析確定作戰(zhàn)空間內(nèi)需要什么類型數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，每個系統(tǒng)應(yīng)該配置哪些節(jié)點，于是形成如圖1所示的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，記為D。這里假設(shè)有態(tài)勢感知數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（左側(cè)實線表示，記為D1）、武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)（虛線表示，記為D2）和指揮數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)（右側(cè)實線表示，記為D2）。

為了實現(xiàn)自動規(guī)劃計算，需要研究將圖2表示的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)D的數(shù)學(xué)模型。這里使用網(wǎng)絡(luò)圖鄰接矩陣概念，可以分別求得各網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的鄰接矩陣，態(tài)勢感知數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)D，對應(yīng)的鄰接矩陣如圖3所示（同理可得D2、D3對應(yīng)的鄰接矩陣）。

圖3所示矩陣中“1”所對應(yīng)的縱橫節(jié)點所關(guān)聯(lián)的所有節(jié)點形成一個集合，即為態(tài)勢感知數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點構(gòu)成：

至此，可以分別為每個數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分配頻譜資源，注入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)，為實現(xiàn)基于作戰(zhàn)任務(wù)的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)自動規(guī)劃奠定了數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)。

3結(jié)語

在聯(lián)合作戰(zhàn)進程中，數(shù)據(jù)鏈需要與作戰(zhàn)系統(tǒng)實施同步規(guī)劃，以達成面向作戰(zhàn)任務(wù)的、動態(tài)的通信網(wǎng)絡(luò)保障能力。如何將聯(lián)合作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng)所具有的不確定性、多樣性和復(fù)雜性特征，通過先進的自動化和有效的智能化手段，轉(zhuǎn)化為面向作戰(zhàn)任務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)保障的敏捷性和有效性，仍有許多技術(shù)難點需要攻克，如基于數(shù)學(xué)模型的作戰(zhàn)任務(wù)表示和聯(lián)合規(guī)劃數(shù)據(jù)表示等。