網絡化作戰調度指揮信息鏈效能評估系統設計

摘要：為解決傳統效能評估系統操作響應不及時和網絡安全防護能力較差的問題，設計一種網絡化作戰調度指揮信息鏈效能評估系統。系統硬件設計部分重點對信息儲存模塊與操作指揮模塊進行設計，采用型號為89C51單片機和74HC573鎖存器，實現控制信息源的持續輸入與同步存儲。軟件部分采用最小二乘法對網絡環境中的非顯著性數據進行挖掘，篩選可用性評估指標，將其作為訓練樣本，采用距離加權臨近回歸的方法搜尋得到指標的評估值，降低數據樣本中孤立噪聲點的影響，完成對效能評估系統的設計。實驗結果表明，所設計系統響應時間較短，并且網絡安全防護性能較好，說明該系統具有較強的應用性。

關鍵詞：網絡化;作戰調度;信息鏈;效能評估;74HC573鎖存器;響應時間

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）01-0046-03

網絡化作戰是協同作戰的最高效形式，作戰調度指揮的網絡化是指網絡互聯互通能力在作戰調度指揮中的應用[1-2]。目前，對于作戰調度指揮系統的網絡化能力沒有具體與明確的界定，通常認為是通過網絡信息的實時協同實現對作戰信息的調度以及保持指揮能力的問題。信息鏈是作戰調度指揮成功的基礎[3-4]，網絡化作戰調度指揮信息鏈是指按照規定的流程，通過網絡載體獲取、采集以及處理作戰信息，從而實現信息的有效傳達，因此，評估信息鏈的應用效能具有一定的現實意義。

目前，已有大量研究者提出了不同的評估方法，形成了比較成熟的效能評估模型，并研究得到了多種效能評估算法[5]。其中，文獻[6]設計了基于SD的指揮信息系統作戰效能評估模型，通過分析指揮信息系統信息和反饋關系，實現對指揮信息系統作戰效能評估SD模型邊界的確定。實驗結果表明，該模型可以為指揮信息系統的各要素靈敏度進行有效分析，但是存在響應時間較長的問題。文獻[7]設計了基于云模型的指揮控制系統效能評估系統，構建了評估指標體系，并采用排隊理論求解指標權重，通過權重計算結果評價各指標的相似度，從而得出最終的評估結果。實驗驗證了該方法的可行性，但是由于噪聲點的干擾，易導致效能評估的指標數量過少。文獻[8]提出混合擴頻測控系統抗干擾效能評估與優化模型，從多視角出發，構建了抗干擾效能評估指標體系，并根據不同的評估需求，構建基于層次分析法（AHP）的綜合抗干擾效能評估模型，實現效能評估。實驗結果表明，該模型具有一定的可行性和有效性，但是評估過程持續性不佳，影響其應用效果。

基于上述問題，針對網絡化作戰調度指揮信息特有的數據量大、易遭受網絡攻擊以及數據具有非顯著性的特點，設計網絡化作戰調度指揮信息鏈效能評估系統，實現信息鏈效能的準確評估。

1 網絡化作戰調度指揮信息鏈總體架構

網絡化作戰調度指揮信息鏈的主要功能是完成網絡化作戰指揮控制，實現對作戰信息情報信息的采集與存儲處理，輔助作戰指揮決策。圖1為網絡化作戰調度指揮信息鏈的總體架構。

在圖1所示的總體架構下，進行系統的軟硬件設計，完成對效能評估系統的設計。

2 系統硬件設計

為了實現對網絡作戰系統中，調度信息的互聯互通，重點對信息儲存模塊與操作指揮模塊進行設計，利用信息儲存模塊中的轉換器模擬控制信息鏈的數據量，并實現信息的同步存儲，以此來實現對網絡中海量信息的預處理[9]，為系統硬件設計提供前提條件。利用操作指揮模塊構建指令下達通道，實現信息的順暢傳達。

2.1 作戰調度指揮信息儲存模塊

針對網絡化作戰調度指揮信息數據量大的特點，以實現控制數據量與數據實時存儲為目標，選用型號為89C51單片機、74HC573鎖存器、儲存器以及時鐘芯片組建作戰調度指揮信息儲存模塊[10]，該模塊的電路圖如圖2所示。

由圖2所示的硬件電路圖可知，受到單片機引腳數量的限制，單片機外部采用數據線與地址線總線相連的方式，實現調度地址與調度指令數據的雙重傳遞。鎖存器與地址總線并聯，設置鎖存器的時鐘周期為5.0s，保證調度信息在不同位置的有效性，鎖存器允許控制輸出端接地，保證鎖存器始終保持輸出狀態，控制系統對效能評估信息源的持續輸入，控制信息鏈的數據量[11]。

使用單片機內部的8位數據線與儲存器的數據線相連，來維持不同位置地質線的有效位置，使用一個反相器與儲存器的CS端相連，以儲存器CS端接收到的信號作為信號源，控制單片機為高電平狀態，保證儲存器的正常儲存過程[12]。利用一個型號為TLC0834的8-bitA/D轉換器，轉換器模擬控制電路信息鏈的數據量，將信息鏈的數據量處理為8位并行數據，儲存至儲存器中。為了實現對作戰調度指揮信息數據量的控制，將單片機的P20端口連接至儲存器的RXD端口，并行處理信息鏈的位置信號為8-bit信號，將數據同步傳輸至儲存器中。

2.2 操作指揮模塊

建立操作指揮模塊的目的是實現對作戰信息的提取與傳達，構建一個連接信息發送者與接收者的通道。根據任務需求獲取戰斗值班信息、當前任務狀態信息以及網絡安全狀態信息等內容，設計作戰計劃，并對作戰計劃進行核準，最后將其發送至相應的執行部門與個人。圖3為操作指揮模塊運行流程圖。

分析圖3可知，操作指揮模塊是通過采集作戰信息，并將作戰計劃、作戰態勢等信息傳輸至信息接收者，從而實現信息的互聯互通[13]。在此過程中，為了保證能夠順利傳達作戰任務，需要查找出作戰調度指揮信息鏈上的“擁堵點”，從而實現調度信息之間的順暢流轉，提升調度指揮信息鏈的效能。

3 系統軟件設計

通過系統硬件設計中作戰調度指揮信息儲存模塊實現了對調度信息的互聯互通與信息鏈數據量的有效控制，同時，通過操作指揮模塊實現了對作戰信息的提取與傳達。根據系統硬件設計實現了對作戰信息的處理，以數據處理結果為基礎，為實現對網絡化作戰調度指揮信息鏈效能的有效評估，需要進一步建立評價指標體系，運用評價指標與相應的評估算法實現效能評估。

3.1 數據過濾

雖然通過作戰調度指揮信息儲存模塊實現了信息鏈上數據量的有效控制，但是在效能評估之前，還要考慮到網絡信息具有非顯著性的特性，因此，采用最小二乘法對非顯著性數據進行挖掘，獲得作戰數據的輸入量為：

[E=p=1nk=1lspk-hpk]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[l]表示網絡化作戰調度指揮信息鏈中數據被非顯著特征干擾的幅度;[sp]表示非顯著性數據總數;[hp]表示作戰信息終止傳達頻率;[k]表述初始數據。要想對非顯著性數據進行過濾，必須獲得該數據的最優分類面，可以表示為：

[Hs=η（fm+fs）-Eφ+θ]? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中，[fm]表示非顯著性數據減少的趨勢函數;[η]表示數據分類所用時間;[fs]表示數據載頻;[φ]表示非顯著性數據出現頻率;[θ]表示數據間隔距離。

如果作戰調度指揮網絡中非顯著性特征數據分量處于[T]區域中，則最優類面滿足以下條件：

[A≤minT2k2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

對上述公式結果進行歸一化處理，獲取非顯著性數據特征序列，經過量化后的不含非顯著性特點的作戰調度信息集表示為：

[As=as1，as2，...，asn]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

歸一化之后獲取的作戰調度信息即為不含非顯著性特點的信息。

3.2 篩選可用性評估指標

基于數據過濾結果，選取網絡化作戰調度指揮信息鏈效能評估指標，從網絡化角度出發，評估指標可從以下幾方面著手：

1）接入作戰指揮網是作戰調度指揮信息鏈發揮效能的基礎，因此，入網能力具體包括是否能夠實現與各個作戰節點的互聯以及是否影響其他作戰節點的正常工作;

2）聯網狀態下作戰調度指揮信息鏈的指揮能力：在接入作戰網之后，要考慮信息鏈能否實現與其他作戰網絡之間的協同操作;

3）網絡安全防護能力：網絡中的安全威脅因素會對作戰指揮信息產生干擾，因此，在進行效能評估時，能否抵御網絡攻擊是一項重要的評估指標;

傳統環型、樹型拓撲結構無法適應網絡化作戰的實時動態作戰需求。因此，此次設計的網絡化作戰調度指揮信息鏈的節點拓撲結構通過集中式的形式進行設計。

4 效能評估算法

作戰調度指揮信息鏈是由各項操作信息構成的信息鏈[14]。效能是指系統在一定條件下達到規定使用目標的能力，效能評估是根據影響裝備效能的主要因素，運用一般系統分析的方法，在收集信息的基礎上，確定分析目標，建立綜合反映裝備達到規定目標的能力測度算法，最終給出衡量裝備效能的測度與評估[15]。

在設計效能評估算法時，以上述篩選得到的可用性評估指標為訓練樣本，采用距離加權臨近回歸方法搜尋得到指標的評估值，減少數據樣本中孤立噪聲點的影響，此時，信息鏈評估指標中存在著不同的相似度屬性[16]。在構建效能評估算法時，效能評估結果會受到不相關指標屬性的支配，為了排除屬性的干擾，引入一個二次型距離用于計算指標間的相似性度量，二次型距離可表示為：

[d（xi，xj）=（xi，xj）mW（xi，xj）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

式中，[W]表示權值矩陣。加權處理不同評估指標屬性，計算得到不同屬性的加權距離：

[D（xi，xj）=r=1nar（xir-xjr）2]? ? ? ? ? ?（6）

式中，[r]表示評價指標的屬性數量;[xir]和[xjr]均表示屬性取值對該類別的影響程度;[a]表示加權參數。排除屬性誤差帶來的干擾后，為了減少評估過程產生的計算量[17]，采用一個k-d樹結構劃分不同的屬性空間，控制每個節點代表一個信息鏈屬性，將結構每一層的維度作為分辨器，分辨器承載著不同屬性加權距離的計算[18]。

網絡化作戰調度指揮過程中，信息鏈不可避免地會出現部分偶然誤差，計算該部分偶然誤差，誤差計算可表示為：

[ME=D（xi，xj）-1ni=1nei]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

式中，[ME]表示偶然誤差;[ei]表示效能評估的數據量。為了進一步減少該部分偶然誤差，在k-d樹結構中設定一個標準分割規則[19]，以評價指標數據集中的最大維為作用對象，將該維中點作為分割點，生成一個高度為[log2n]的結構。不斷重復上述分割規則，匯總并去除超過高度[log2n]的樹結構，消除偶然誤差對效能評估過程的干擾[20]。

在上述操作的基礎上，獲取網絡化作戰綜合能力：

[Qs=ε（Qn+Qm+Qj）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

式中，[Qn]表示入網能力;[Qm]表示聯網狀態下作戰調度指揮信息鏈的指揮能力;[Qj]表示網絡安全防護能力。

結合系統硬件設計結果與軟件設計結果最終實現網絡化作戰調度指揮信息鏈效能評估系統的設計。

5 結束語

效能評估是軍事輔助決策過程重要組成部分，隨著網絡計算在軍事作戰調度上不斷地應用，作戰指揮信息鏈存在著多項影響要素，效能評估過程也受到諸多的主觀影響因素。設計網絡化作戰調度指揮信息鏈效能評估系統，降低了信息鏈在實際應用過程中可能受到的外部干擾，改善了傳統效能評估系統可評估的效能指標數量較少的不足，控制了評估過程中產生的偶然誤差，具有一定的實用性。但該種效能評估系統缺乏對數據更新的功能，系統的性能存在空缺，需要不斷研究改進。

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【通聯編輯：李雅琪】

收稿日期：2021-06-03

作者簡介：商靜（1980—），女，山東聊城人，講師，學士，研究方向為計算機應用。

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