基于EC2的無人化作戰體系云流化指控架構設計方法

黃美根, 王維平, 王 濤, 李小波, 何 華, 楊 松

(國防科技大學系統工程學院, 湖南 長沙 410073)

0 引 言

在軍事智能化革命浪潮催生下,多無人集群、忠誠僚機等無人化作戰成為日益重要的現代戰爭樣式。無人化作戰體系從人機關系角度可分為有人無人混合作戰體系和無人機器自主作戰體系。在無人機器自主作戰體系范疇,美軍提出2035年實現無人化戰場,旨在以“人員零傷亡”狀態下達成作戰目標。基于此,美軍提出全新戰爭設計理念——馬賽克戰,是實現“決策中心戰”的重要途徑,通過可組合、分布式的兵力設計與部署,在聯合全域指控賦能下,支持快速構建面向任務的自適應殺傷網,從而使對手因缺乏有效應對手段而陷入決策困境。

實現無人化戰場是一個相對長期的過程,需要無人系統具有足夠的智能化程度,滿足其任務執行所要求完全的自主權,而這是無人系統發展的終極目標。本文研究對象為無人化作戰體系中的有人無人混合作戰體系,通過使有人系統給予無人系統受監督的自主權,充分發揮更強機動性、隱身性、低成本等無人化優勢,實現“1+1>2”的作戰效果,而這也是其優于傳統作戰體系(沒有無人平臺或無人平臺不具備自主權)的主要來源。因此,有人無人混合作戰體系具有明確的現實應用需求,是提升實戰化能力的必由之路,總結有人無人混合作戰體系特征如下:① 戰場邊界擴展與作戰中心收斂。一方面,無人平臺作戰能力擴展了傳統意義上的有人戰場邊界;另一方面,通過作戰資源的高效調度與快速重組,無人平臺可以更好地收斂于作戰中心區域,履行作戰使命。② 自主智能提升與作戰目標聚焦。一方面,隨著技術的快速發展,無人平臺自主程度與智能化水平不斷提升;另一方面,在有人無人混合作戰體系下,無人平臺自主決策權始終處于作戰人員制定規則約束下,并聚焦于作戰目標。③ 戰場協作泛化與作戰節奏加速。一方面,戰場協作范圍更為廣泛,既有作戰人員與無人平臺的深度融合,也有無人平臺相互間的自主協作;另一方面,作戰節奏明顯加速,戰場突變頻發,對協作效率與適變性要求較高。

指揮控制是戰爭的樞紐,涉及到信息傳輸、信息共享、態勢感知、規劃計劃、決策、決策執行等多個方面,無人化作戰也不例外。隨著無人機、無人車等無人平臺自主化、智能化程度的不斷提升,傳統層級固化的指控架構難以發揮無人化作戰優勢。針對此,學者主要從優化指控架構以適用無人化作戰和面向無人化作戰設計全新指控架構等兩個方面展開研究。在優化指控架構方面,周翔翔等提出了指控架構扁平化設計方法,但沒有充分考慮架構的動態調整問題,進而孫鵬等提出了基于人工蜂群的指控架構自適應調整方法。在設計全新指控架構方面,Chen等認為指控的核心是基于任務實現資源的優化調配和組織,基于云計算范式設計了移動云模式的指揮信息系統,但其未充分考慮無人化作戰的特點。閆晶晶等通過將任務相關實體臨時重組為指控任務共同體,并針對動態重構機制進行了研究,呂學志等進一步采用貝葉斯網絡模型探索了任務共同體識別方法。金欣等則采用服務化思想,結合軟件定義技術,設計了面向多樣化需求靈活重組指控系統工具或功能的新型服務化指控系統架構。此外,在指控系統效能評估方面,張壯等提出基于變權-投影灰靶的動態效能評估方法,藍羽石等則從時效性方面對網絡化CISR (command, control, communications, computers, intelligence, surveillance, reconnaissance)系統結構進行了詳細評估。

然而,考慮到未來戰爭的復雜性和無人化作戰的動態性,依據組織權變理論,適用于所有場景的無人化作戰體系指控架構是不存在的。因此,面向多樣化使命,構建匹配的組織結構與業務流程,是設計無人化作戰體系指控架構的關鍵。組織指揮與控制(enterprise command and control, EC2)理論由Bayne教授提出,其定義組織為價值生產過程的管理。通過將體系組織分解為若干具有相似結構的組織價值生產單元(value production unit, VPU),從而在VPU重組基礎上支持依據作戰使命進行調整優化的組織設計。盡管EC2具備一定的可調整性,但其在適變性方面考慮較少,如EC2將指控過程總體上劃分為態勢感知、計劃生成與計劃執行3個階段,其對組織調整優化過程主要體現在計劃生成過程。就無人化作戰體系而言,快速作戰節奏與高度自主智能對無人作戰平臺提出了更高要求,適變成為無人化作戰的基本特征,計劃生成后的相對穩定狀態難以適應有人無人混合作戰體系,有必要對EC2適變性進行改進,使其更好地支撐無人化作戰體系架構設計。

綜上所述,無人化作戰體系指控架構設計的關鍵在于與作戰使命相匹配,緣于無人系統具備受監督的自主權,有人無人混合作戰體系在指控方面更專注于作戰資源的高效重組與指控關系的快速重構,以區別于純粹的有人作戰體系與無人作戰體系。因此,本文在充分考慮無人化作戰運用模式與適變特性的基礎上,通過改進EC2適變性并用于支撐指控組織與服務的設計,提出了一種適用于無人化作戰體系的云流化指控架構設計方法。

1 云流化指控概念建模

云協同是一種新興的網信體系作戰模式,通過將作戰資源以云服務形式進行虛擬化,實現“分散資源集中使用”和“集中資源分散服務”雙重功能,有效提升作戰資源的使用效率。借鑒云協同理念,面向有人無人混合作戰體系,提出云流化指控概念,通過將體系中有人指控資源虛擬化,構建“指控云”,并引入“信息流”概念，提出將無人集群作戰能力集成為“作戰流”,即以“流”的形式描述作戰能力的傳遞。因此,云流化指控概念突出了無人平臺的作戰優勢,以“前線無人作戰流”與“后方有人指控云”有機融合為基本指控模式,設計云流化指控概念模型如圖1所示。

圖1 云流化指控概念模型Fig.1 Conceptual model of cloud-flow command and control

指控作戰資源在云協同系統中有3種存在形態:實體形式的物理資源、作戰能力封裝后的虛擬資源和虛擬資源作用發揮的云服務。云流化指控概念模型由指控云和作戰流構成,指控云中物理資源設計為實體形式的指控組織,內由各層級指控節點組成;虛擬資源主要由抽象成態勢、計劃、決策、執行和適變等指控功能的原子云組成;云服務則代表由按需組合后原子云集合向偵察流、打擊流等作戰流提供指控服務。

1.1 指控云

指控云物理資源中,指控節點是指控組織的主要組成部分,其內按需設置不同指控角色。依據體系邏輯層級,可將指控節點劃分為體系層指控節點、兵力層指控節點與集群層指控節點,分別履行體系級、兵力級(或稱系統級)和集群級的指控任務。在實際運用時，可分別映射至以人為主的作戰指控單元、有人/無人協同的作戰指控單元以及無人系統自主執行任務的集群作戰單元,代表指控組織中3種不同形態的指控單元。

虛擬資源中,將指控云中具體履行某一指控功能的虛擬執行單元稱為原子云,從指揮控制過程角度將原子云劃分為態勢云、計劃云、決策云、執行云和適變云,具體內涵如下:① 態勢云聚焦于無人化作戰態勢的理解分析,主要負責戰場通用作戰態勢圖的構建以及局部態勢詳圖的生成,其是計劃生成的基本輸入。② 計劃云聚焦于無人化作戰任務規劃與計劃生成,負責制定各級作戰計劃,包括體系層作戰籌劃、兵力層作戰計劃,集群層作戰任務分配由集群內部完成。③ 決策云聚焦于作戰決策,該云是有人無人混合作戰體系的重要特征,決策云負責實現作戰人員主導下的決策過程,決策對象包括涉及作戰活動的重要事件。④ 執行云聚焦于作戰流的作戰計劃執行,具體對接各級指控節點的具體業務實施過程,尤其是與作戰流相關的任務規劃或行動計劃的執行過程。⑤ 適變云是云流化指控架構的特色,主要負責響應與作戰流相關的各種適變事件。通過在原子云中獨立出適變服務,確保其在事件處理時能夠按需快速調用其他原子云的指控服務。

進一步,為便于理解原子云的設計理念與思路,給出所提云流化指控概念模型與OODA(observe-orient-decide-act)、PREA(planning-readiness-execution-assessment)和HEAT(headquarters effectiveness assessment tool)等典型指控過程模型的指控服務映射關系如表1所示。

表1 指控服務映射關系Table 1 Mapping relationship of command and control service

在OODA模型中,觀察與判斷環節旨在獲取戰場空間信息并理解形成統一態勢,功能與態勢云一致;決策環節是根據任務目標原則選擇行動方案的過程,由于OODA起源于傳統空戰,其行動方案生成過程簡化為從方案庫擇優選擇問題,因此對應計劃云與決策云。實施具體行動方案的執行環節與執行云保持一致。OODA模型的特點是依據需求可以按需控制OODA環的迭代速度,即針對具體應用場景的適變過程,可以由適變云實現。

PREA模型將指控過程劃分為籌劃、準備、執行和評估4個過程,分別對應預測態勢、直前態勢、實時態勢、歷史態勢等4種態勢,進而依據過程演進關系發展尺度從大到小的3種籌劃(預先籌劃、臨機籌劃、直前籌劃)與3類決策(周密決策、快速決策、精確決策),而云流化指控概念模型中態勢云、計劃云和決策云分別可實現上述指控服務。在適變方面,PREA模型主要通過對態勢、籌劃和決策等過程的層層細化來逐步消除戰場迷霧。

相較于HEAT模型,云流化指控概念模型中態勢云主要實現其環境監視與態勢理解過程,計劃云則對應計劃準備,決策云與執行云分別對應決策與指令過程。HEAT模型更聚焦于指控過程描述,在適變方面考慮較少,而這可能也是該模型目前應用較少的原因之一。

因此,通過從指控過程角度梳理不同模型的基本步驟,在云流化指控概念模型中抽象設計態勢云、計劃云、決策云、執行云,共同支撐無人化作戰體系指控全過程服務,并重點從適配無人化作戰體系角度構建適變云,高效支持無人化作戰適變。

1.2 作戰流

作戰流主要由面向具體作戰任務按需構建的無人化集群組成,集群樣式可分為同構集群或異構集群,同構集群指由同類型無人平臺構成的執行單一任務的無人集群,異構集群則由多種不同類型的無人平臺構成,可執行OODA完整殺傷任務過程。

在具體運用上,作戰流通過接入執行云或適變云獲取所需的指控服務,如任務狀態報告、適變事件處理等,并完成相應作戰任務。作戰流類型依據作戰鏈路類型可劃分為偵察流、打擊流、察打流、巡打流、偵控打評流、自主流等,如圖2所示。其中,節點為具備火力打擊功能的無人平臺,記為火力節點;節點為具備偵察功能的無人平臺,記為情報節點;節點為無人平臺的指控系統,記為指揮節點;節點具備較高自主智能化水平的偵打一體無人平臺,記為自主節點。

圖2 作戰流Fig.2 Operational flow

圖2(a)為偵察流,由指揮節點與情報節點構成,能夠執行戰場目標偵察任務;圖2(b)為打擊流,由指揮節點與火力節點構成,負責執行目標打擊任務;圖2(c)為察打流,由指揮節點與自主節點構成,能夠執行對可疑目標的偵察打擊任務,該作戰流也可由指揮節點、情報節點和火力節點組成集群完成;圖2(d)為巡打流,由指揮節點、自主節點和火力節點構成,巡察功能由自主節點完成,該流通常用于異構平臺引導打擊任務;圖2(e)為偵控打評流,由指揮節點、情報節點、自主節點和火力節點共同構成,能夠完成完整集群殺傷鏈作戰任務;圖2(f )為自主流,由指揮節點與自主節點構成,其與察打流的區別在于自主節點間存在層級化指控關系,主要用于完成集群自主靈活偵察打擊任務。有必要說明的是,作戰流的類型及構成可依據需求進行設定,圖2僅給出作戰流的部分典型構成。

綜上所述,原子云與指控組織解耦后,云流化指控概念模型通過按需構建指控關系(即指控角色按需接入原子云),可生成與作戰使命相匹配的臨時性指控組織,支持組織權變特性。受益于此,云流化指控允許實時調整指控關系,可快速實現越級指揮、接替指揮等非常規指控行為,實現對突發適變事件的高效響應。此外,通過將指控組織劃分為體系層、兵力層與集群層等代表3種不同形態的指控單元,指控云和按需組建的作戰流可適配絕大部分有人無人混合的無人化作戰體系,確保了云流化指控概念模型具有廣泛的適用性。

2 基于VPU的指控組織設計

基于VPU的指控組織中作戰任務實現通常依賴于兩條線的正常運轉:縱向的指揮線與橫向的協同線。指揮線與協同線的交叉點為VPU,其是EC2理論的核心概念。顯然,VPU是指控節點的抽象,在此基礎上指控組織可視為由相互連接的各VPU構成,給出VPU模型如圖3所示。

圖3 VPU模型Fig.3 VPU model

VPU的基本運行流程如下:本級VPU通過指揮線受領上級VPU的任務輸入后,按需向上游VPU發送協作需求,并在獲得其服務提供后,對任務進行處理。VPU內部任務處理過程可以是任務執行,也可以是任務分解。若為后者,則將分解后任務下達給下級VPU,并接收其執行結果。最后,任務全部完成后向上級VPU輸出任務結果。

由此可知,VPU運行涉及兩類業務過程:指揮過程與控制過程。指揮過程由VPU內部各指控角色完成,與指控云相一致,指控角色包括作戰指揮角色、態勢綜合角色、計劃管理角色、適變管控角色以及執行監管角色。其中，作戰指揮角色對其余角色具有指揮權限。控制過程是對VPU任務實現過程的建模,依據作戰任務一般流程,結合無人化作戰的適變性特征,設計業務運轉流程包括以下基本過程:態勢感知、計劃生成、計劃決策、計劃執行以及適變處理。指控角色對業務流程具有指控關系,態勢綜合角色負責態勢感知過程,計劃管理角色負責計劃生成過程,執行監管角色負責計劃執行過程,適變管控角色負責適變處理,作戰指揮角色則負責作戰計劃生成、執行、適變、撤收等全流程的決策。

依據組織權變理論,指控關系的構建與優化至關重要,是指控組織設計的重要環節,通過優化指控關系可以顯著提升指控組織效能及對組織使命的滿足度。因此,特別將指控關系形式化定義為業務流程集合到指控角色集合的多對一映射,其中為指控關系存續時間,如下所示：

:→,={|∈,≤};={|∈,≤}

(1)

式中:和分別代表第項業務流程和第個指控角色,即=();和則分別為集合和的基數,因此指控關系共有種。

顯然,指控組織可以按需改變以實現組織與使命的持續匹配。例如,隨著作戰進程(時間)的推進,指控組織可以實時改變映射關系實現越級指揮或接替指揮等。

3 聚焦適變的指控服務設計

作戰體系由于作戰環境的不確定性和對抗性,通常具備涌現性、適應性、協同性、演化性等動態特征,因而其指控關系需要實時響應作戰任務和戰場環境的變化。體系適變分為外部適應與內部彈性兩個方面,外部適應聚焦體系應對外部態勢變化,內部彈性則反映體系內部功能的抗毀性。作戰體系功能的抗毀需要指控服務的柔性重組,據此提出指控適變概念,從指控原子云服務重組角度,支撐作戰流高效應對作戰任務更新和戰場態勢變化。

3.1 指控適變建模

給出指控適變概念如定義1所示。

指控適變是面向作戰任務需求或戰場態勢變化而動態構建或優化的過程。

從應用角度而言,指控適變依據對象的不同可劃分為指控組織適變、指控節點適變和指控事件適變,的變化幅度依次減小。

3.1.1 指控組織適變

指控組織適變通常對應于體系層面的指控組織整體重構。例如,在配屬多型無人集群裝備后向有人無人混合指控組織轉變的過程可記為?,即傳統指控組織向無人化指控組織的適變。

3.1.2 指控節點適變

3.1.3 指控事件適變

3.2 指控適變VPU模型

指控適變VPU旨在快速響應指控事件適變,如定義2所示。

指控適變VPU是與指控適變事件響應相關的指控節點、作戰流、適變云及其他有關原子云(不含適變云)所構成的臨時性VPU。

依據指控適變事件分類,結合事件響應流程,給出指控適變VPU模型如圖4所示。

圖4 指控適變VPU模型Fig.4 Adaptive VPU model of command and control

針對任務適變事件,擬中斷任務的指控角色通過執行云和適變云匹配目標作戰流,并直接下發中止任務指令,此時該指控節點、執行云、適變云以及目標作戰流便構成了任務適變VPU。任務中止后,該適變VPU解散。

針對目標適變事件或狀態適變事件,響應流程一般為作戰流將事件信息上傳至適變云;適變云通過分析事件類型及響應權限,匹配出“能夠響應”且“最小”的指控角色,并依據指控業務分發至相應原子云;進一步,原子云調用該指控角色完成指控業務處理。此時,在構建作戰流、適變云、相應原子云及指控角色間的指控關系基礎上,四者共同構成了目標適變VPU或狀態適變VPU。

指控適變VPU構建采取基于模式切換規則的思路,將指控原子云按需重組表征為模式切換,具體包括6類要素:觸發條件集合和初始構形模式、需遵循的規則集和切換行動集合、需滿足的切換約束和目標構形模式。具體而言,觸發條件集合包含作戰流執行任務過程中可能碰到的突發事件,包括任務適變事件、目標適變事件、狀態適變事件,初始構形模式為事件發生前為作戰流提供指控服務的原子云組合結構及運行流程。規則集采用規則表格進行描述,核心是采用“IF…TEHN…”形式建立模式切換行動集中每個行動的執行規則,而行動集負責完成相應原子云間的連接關系構建。切換約束分為前置和后置兩種,分別表征模式切換規則執行前和執行后需滿足的條件,目標構形模式為按需構建好的原子云服務組合,即指控適變VPU。

在模式切換邏輯關系上,規則集以模式觸發條件為觸發點,同時需要滿足前置和后置約束,行動集受規則集支配,以初始構形模式為輸入,輸出為目標構形模式。因此,規則集為指控適變VPU構建的關鍵,給出規則集設計示意如表2所示。依據模型設計理念,模式切換的主要內容是完成某一事件下作戰流與原子云的關聯。為使規則集設計具有可實現性,考慮到作戰流、原子云、指控節點數量均有限,因此重點針對事件進行分類處理,按照不同事件類型設計規則集,即限定表2中規則條件數量。設作戰體系釋放作戰流數量為、事件類別數量為、指控節點數量為,則模式切換行動集的基數為,模式切換規則集的基數為+(+),其中取值為4,表示除適變云外的原子云數量。因此,規則集可依據作戰體系使命任務要求提前制定,指控適變性體現在為作戰流當前態勢匹配最佳的原子云服務。規則標志代表當前規則的可用狀態,“1”為啟用,“0”為禁用。

表2 指控適變VPU規則集Table 2 Adaptive VPU rule set of command and control

4 實例分析

以邊境管控使命為例,闡述云流化指控架構設計方法的運用流程。給出想定如下:某部隊受領上級下達XX邊境管控使命后,考慮到邊境地理環境條件等因素,決定以無人集群為主執行常規巡邏任務。同時遵循現實需要,設定任務要求為確保在領土安全前提下從嚴管控邊境沖突。

4.1 物理資源指控組織設計

為履行邊境管控使命,該部隊首先進行組織適變,生成與使命相匹配的指控組織,具體包括體系指控節點、兵力指控節點和集群指控節點以及集群協控平臺。其中,體系指控節點負責邊境巡邏方案籌劃以及邊境沖突管控決策等任務;兵力指控節點負責具體巡邏行動方案的計劃生成及監管任務;集群指控節點負責具體執行巡邏行動計劃;集群協控平臺則通過無人平臺間協作執行作戰指令,包括區域偵察、目標打擊等。采用基于VPU的指控組織設計方法,給出邊境管控無人化作戰體系指控角色設計,如圖5所示。

圖5 無人化作戰體系指控角色設計Fig.5 Command and control role design of unmanned combat system

圖5中,指控組織下設體系指控節點、兵力指控節點、集群指控節點以及集群協控平臺,其中集群協控平臺是無人集群內部的指控平臺。各級指控節點內部指控角色依據指控關系分為3層:作戰指揮角色層、指控業務角色層和業務輔助角色層。

(1) 作戰指揮角色層,在各指控節點內部行使指揮權,負責完成計劃決策業務流程,智能協控角色為集群協控平臺的作戰指揮角色。

(2) 指控業務角色層,與VPU控制過程相適應,負責完成各項指控業務流程,如態勢感知、計劃生成、計劃執行和適變處理等。體系與兵力兩級指控節點依據任務層次不同,計劃管理角色分別具體化為籌劃管理角色和任務計劃角色,其余態勢綜合角色、適變管控角色和執行監管角色保持不變;集群指控節點包括狀態監控角色、通信管理角色和協同控制角色;集群協控平臺則包括火力打擊角色和作戰評估角色。

(3) 業務輔助角色層,支撐指控業務角色運轉,包括情報偵察角色、任務籌劃角色、籌劃審查角色、資源調度角色等。此外,集群無人平臺通常會嵌入具有智能自主特性且集成集群控制、作戰偵察、通信中繼等角色的功能模塊,因此基于該模塊可以支撐智能協控角色的正常運轉。

4.2 虛擬資源指控服務設計

虛擬資源指控服務設計包括態勢云、計劃云、決策云、執行云與適變云等原子云。在指控組織基礎上,將作戰指揮角色與指控業務角色依據業務流程分別接入各原子云,支撐面向作戰流的按需指控服務。

隨著邊境形勢的不斷惡化,為避免事態升級,體系指控節點決定針對涉及敵武裝力量機動的情況采取越級指揮模式,直連集群指控節點,縮短決策響應時間。基于此,云流化指控架構進行節點適變。在實現上,通過新增適變VPU規則(RAR-2-11),直接關聯敵武裝力量機動事件與體系指控節點內部指控角色,同時將原規則標志設置為禁用(RAR-2-10),快速重構指控關系,實時滿足體系指控節點越級指揮需求,如表3所示。

表3 適變VPU規則Table 3 Adaptive VPU rule

隨后,無人集群執行巡邏任務過程中偵察到敵小規模摩托化步兵快速向我邊境線開赴,隨即向指控云匯報,觸發事件適變服務。因此,適變云以“發現新目標”匹配適變VPU規則RAR-2-09和RAR-2-11,確定決策云中體系指控節點為該事件提供服務,進而由決策云將事件指控需求發送至體系指控節點作戰指揮角色。此時,無人集群、適變云、決策云與體系指控節點作戰指揮角色共同構成目標適變VPU。其后,依據決策結果,各指控業務角色圍繞該事件進行業務響應,如密切關注、警告驅離、火力打擊等。假設敵意識到行蹤暴露后主動撤離,事件處理完成,上述適變VPU解散。而若敵未主動撤退,我方決定進行火力打擊,但在前往任務區域途中,考慮邊境沖突升級影響,臨時修改任務為警告驅離。此時,下達警告驅離任務的指控角色、執行云、適變云和無人集群共同構成任務適變VPU。

同理,當突發無人平臺失聯時,適變云以“集群狀態異常”匹配適變VPU規則RAR-2-12和RAR-2-13,確定執行云中兵力指控節點為其提供服務,進而執行云將事件發送至兵力指控節點執行監管角色,并由其提供后續服務,如調度臨近無人平臺進行替代等。此時,無人集群、適變云、執行云和兵力指控節點執行監管角色構成狀態適變VPU。

4.3 云流化指控架構效能評估

在履行邊境管控使命中,面向無人化作戰體系的云流化指控架構通過指控組織與指控服務的解耦,實現指控資源的按需重組,并通過組織、節點適與事件三級適變高效滿足不同層次、不同類型的指控需求。考慮無人化作戰具有快節奏、高變化的基本特征,選擇時效性與魯棒性兩個指標對云流化指控架構進行效能評估。

4.3.1 時效性指標

時效性指標主要用于測度指控架構對作戰事件的響應時效,通常可分為與指控路徑有關的信息傳遞時效和指控節點處理相關的信息處理時效。緣于信息處理時效的優化在于提升指控角色業務水平,此處不予考慮。信息傳遞時效采用網絡整體效率定義進行測度,通過信息在指控路徑上的傳遞效率來衡量指控架構時效性,如下所示：

(2)

式中:為指控角色數量;為指控角色集合;為指控角色(式(1)中定義為業務流程)與之間以跳數表示的最短路徑。

針對云流化指控架構,=20(不考慮集群協控平臺),最短路徑的計算需要考慮指控路徑。由于作戰指揮角色層與指控業務角色層均接入虛擬資源,共14個,相互之間通過原子云即可實現連通,業務輔助角色層需通過指控業務角色層進行信息轉遞,共6個,指控節點內部指控業務角色間以1跳方式直接交互。因此,=9425,代入式(2)可得云流化指控架構時效性指標=0248。

考慮傳統指控架構,本例中不考慮云流化設計理念后的指控組織即為典型的層級化指控架構,不同指控節點指控業務角色間交互需要通過作戰指揮角色進行信息轉遞,業務輔助角色層仍需通過指控業務角色層進行信息轉遞。因此,以指控組織為例,計算傳統指控架構=7500,此時時效性指標=0197。

有必要說明的是,依據組織權變理論,指控組織已經與邊境管控使命相適應。但是,其時效性仍然比云流化指控架構時效性低20%以上,表明云流化指控架構能夠有效優化指控時效性,而且隨著指控層級的加深,云流化指控架構的時效性優勢更加明顯。

432 魯棒性指標

魯棒性指標主要用于測度指控架構的穩定性,即指控路徑被部分破壞后,指控架構仍然能夠履行其使命的能力,此處采用抗毀性表征。抗毀性的優劣與指控角色之間連接的緊密度密切相關,為簡化計算,此處不考慮指控角色權重問題。因此,采用基于鄰接矩陣的自然連通度計算抗毀性指標,模型如下所示：

(3)

式中:為指控角色數量;表示相應鄰接矩陣特征值。

依據前述指控角色間關系設定,以元素“1”表示兩個指控角色互連,元素“0”則表示兩個指控角色不直接連通,可以構建云流化指控架構與指控組織中指控角色鄰接矩陣。進一步,可求得鄰接矩陣特征向量=(-1714 2,-1618 0,-1618 0,-1618 0,-1459 7,-1000 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0, 0454 9, 0618 0, 0618 0, 0618 0, 1685 0, 13034 0)和=(4345 6, 3933 8, 3009 2, 1511 1,-2214 6, 0505 9, 0289 8,-0200 1,-1706 7,-1386 4,-1087 7, 0618 0, 0618 0,-1618 0,-1618 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0,-1000 0),分別代入抗毀性模型計算得出兩者抗毀性指標=10038 3和=2110 3。由此可知,云流化指控架構抗毀性顯著優于代表傳統指控架構的指控組織,原因在于通過指控云服務實現了各級指控業務角色間的廣泛連接。

5 結 論

無人化作戰是戰爭樣式演化的必然趨勢,指控架構仍然是無人化作戰體系的樞紐,直接影響作戰結果。針對此,基于云協同理念,本文面向無人化作戰體系提出了“前線無人作戰流”與“后方有人指控云”有機融合的云流化指控概念模型。進一步,通過改進EC2理論適變性,解耦指控組織與指控服務,提出了云流化指控架構設計方法。最后,以邊境管控使命為例,給出了指控組織與服務的詳細設計方案,并從時效性與魯棒性兩個方面對指控架構進行了效能評估,對比分析結果表明云流化指控架構時效性短、抗毀性強,可以更好地適用于無人化作戰體系。