基于信息系统的体系作战能力评估研究

杨镜宇，胡晓峰

（国防大学 信息作战与指挥训练教研部，北京100091）

1 引 言

体系不是系统随意的拼凑，而是在信息网络和多种关系下多个作战系统的综合运用。从本质上看，体系不仅仅是“系统的系统”（systemof systems，SoS），更可以看成是一个“网络的网络”（Network of networks，NoN），作战实体不会孤立地存在和发挥作用，而是以网络的形式“物联”存在并相互对抗。体系中不仅仅只有信息关系，还有大量建立在信息关系基础上的各类关联关系，如探测、指挥、控制、交战、支援、保障乃至心理影响等等。信息化带来的不仅仅是信息的快捷交流，更重要的是使得各个系统能够建立起更加密切的联系和影响，以形成更高效能的体系。随着科学技术的发展，大量非常规手段的运用，使得战争体系中各要素之间的“联结”关系越来越复杂，原来不相干的要素可能会通过一些潜在的“联结”关系而相互影响，并可能牵一发而动全身，而这些关联关系往往通过“跨域相联”而相互影响，物理域与信息域、认知域、社会域之间的“跨域”耦合运行是体系的基本运作模式，是对体系作战的深层次理解。基于信息系统，体系作战的基本特征其实就是“多网联动”和“多域铰链”，所谓“多网联动”是指作战体系处于由信息网络、作战力量网络、社会层次的人际关系等多种网络的“网网相扣”的关联之中，所谓“多域交联”是指作战体系处于“多方、多要素、多领域”铰链而成的“多尺度”、“跨尺度”的复杂战争空间之中。

因此，无论是分析体系破击，还是研究体系防护，都需要从错综复杂的战争迷雾（即由多类行动、多种要素、多个领域铰链而成的复杂关系和相互影响）中抽丝剥茧，充分考虑体系内各组分之间“多网联动”，以及在其支撑下的“多域铰链”所带来的“相互影响”和“级联效果”，进而找出优化作战体系、评估体系作战能力的方法和途径，这对体系作战能力分析是十分重要和意义深刻的。

2 基于信息系统形成体系作战能力的机理

对体系的理解从“系统的系统”发展到“网络的网络”，其实就是按照“实体—关系—网络”的思路并在对抗中最终形成体系化的作战能力。即作战实体基于信息系统，通过各种交互关系构成各种各样的静态关联网络，在动态对抗中交织在一起形成对抗交互网络，最终形成体系新的性质和能力。

2.1 具有强结构特征的“信息网络”和“关联网络”是形成体系能力的物质基础

所谓体系强结构，是以各类信息网络为基础的骨干结构，并在此基础上承载的物理联结结构。给出这些信息网络的部署，以及包括支援、保护、传感、指控、交互、补给等物理联系，就可以呈现出体系的整体布局和能力特点。这些强结构特征的作战体系网络是体系的基础性结构，是面向体系的整体框架，按照体系使命，以信息为主导，进行设计或逐步演化的结果，具有明显的需求牵引。在体系运行期间，它承担着支撑体系运行的大部分任务，是体系稳定有序的表现。包括由卫通网、电信网、互联网、数据链和若干有线/无线局域网构成底层的静态“信息网络”，以及逻辑层的应用网络，包括传感网、指控网和武器平台网在内的“关联网络”。

“信息网络”是作战体系底层的通信结构，除了由通信设施类型、网络参数、传输协议、通信容量等定制不同类型、不同拓扑结构的通信网络（如：骨干光缆网、骨干微波网、战场无线网、战场数据链等）之外，更为重要的是通过结点的通信行为描述底层通信网络能够形成通信能力的条件，这种通信行为规则包括消息转发行为、消息传输过滤行为、消息处理行为、通信干扰检查行为等，通过这些通信行为规则的动态触发，可以动态生成体系通信结点之间的连通关系。

“关联网络”是体系内部和对抗体系之间的各类逻辑层面的应用网络，包括以“物质交互”、“能量交互”为基础的物理关系网等，以及以“信息交互”为基础的传感关系网、指控关系网等。其中，物理关系网描述了作战平台之间的位置关系、火力关系、支援关系、防护关系等。一方面通过作战平台之间的三维空间构建距离、地形、区域条件，另一方面，通过作战平台的行为规则设置相应的武器开火条件、支援条件、防护条件等构建平台之间的火力关系，支援关系和防护关系等。传感关系网描述静态的传感器组网以及动态的传感探测交互、跟踪交互以及基于通信网络的航迹融合行为规则等。指控关系网描述了静态指挥关系、控制关系等，以及包括指挥交替、目标分配、阶段划分等行为规则相应的动态指挥控制规则。

2.2 具有弱结构特征的“对抗交互网络”使各作战实体间相互影响并促使体系能力跨域累积

所谓体系的弱结构，是指在体系运行期间，体系组分为了完成体系使命，适应体系对抗过程中不确定性因素，依托强结构而自发形成和解除的局部结构关联。它主要发生在对抗的体系环境中，是体系组分在自主适应性驱动下的运作活动，对抗越激烈，表现越明显。这种特征是通过节点的行为规则来实现对结构的自我调整，是体系复杂性和多样性的表现。

体系对抗过程中，作战实体之间涉及大量的动态交互。我们将这种在体系作战过程中由规则自动触发而形成的多种交互关系组成的网络成为“对抗交互网”。对抗交互网络中的每一条链路（边）描述的并不是两个节点之间的某种静态关联，而是体系作战过程中两个节点之间的一次或多次交互行动。这些作战实体的行为与交互，是随着战场环境的动态变化而由作战实体的节点规则动态确定的。由此可见，对抗交互网络描述的是体系对抗过程中节点之间的各类交互，具有明确的弱结构特征。

体系作战涉及的交互基本上可归结为两大类，即网络依赖型交互和距离依赖型交互。典型的距离依赖型交互包括：探测交互（即传感器节点或带传感设备的节点探测其它相关节点的射频、红外和反射光等信息）；攻击交互（攻击节点主动通过电磁干扰或物理摧毁等方式与其它节点相互作用）；等等。典型的网络依赖型交互包括：指派交互（即指挥控制节点或带指控功能的节点向其它节点分配要执行的任务或行动）；传送交互（某个节点，如传感器节点，将信息传递给另一个节点）；等等。每一类实体可以跨域存在，也就是说，某个实体会在多类对抗交互网中重叠存在。因此，在动态对抗过程中，某一个实体状态的改变会在不同类型的对抗交互网中传递和积累。

2.3 在强结构网络基础上弱结构体系网络逐渐生成体系的整体作战能力

从宏观角度来讲，结构决定功能，体系能力的出现需要依托一定的体系结构，该结构相对稳定，是体系的强结构；在体系运行过程中，不确定的体系环境使得体系需要具备自身动态调整功能，它对应于体系弱结构特征，是体系适应性的表现。由于体系存在于复杂网络环境之中，体系内部的系统之间的交互更加频繁，各种行动的后果可以通过网络进行传播和累加，产生出综合的体系效果。这种效果的产生实质是战争系统体系内部各系统之间进行交互的结果，并且随着体系作战过程的推进，节点之间的交互累积得越来越多（也就是网络中的链路越来越多），另一方面，新的节点会通过派生等途径陆续涌现。因此，体系会呈现出明显的生长特性，由于生长特性是无尺度复杂网络的典型特征之一，故而可以从无尺度复杂网络的角度来考察体系作战能力的聚合特征，例如聚集度、网络直径、共享、协同、同步、耦合度、级联失效等，从而对战争系统中的体系作战的整体行为，如体系抗毁、作战协同、战场自同步等现象进行分析评估。

3 对体系作战能力评估的几点认识

当前，采用建模与仿真方法对体系作战能力进行分析评估在业界已经达成共识，但是在如何度量和分析评估体系的作战能力，以及如何适应信息系统的特点来支撑体系仿真分析实验等方面，尚没有形成一套有效的基础理论和研究方法。

3.1 对体系作战效能进行关键点、脆弱性以及级联反应分析

体系作战能力评估的目标是形成体系的涌现。所谓涌现（emergence），是指系统的性质发生了相变，产生出了新的性质。但涌现的效果并不一定都是效能“跃升”，也可能是效能“坍塌”，这反映了体系结果的一种随机性，即涌现出什么新的性质很难预先确定。因此，通过分析信息系统对体系作战能力作用机理，评估体系的重心、各种关系之间的交互以及体系的异常行为，可能是分析评估体系作战能力的突破口。

（1）基于“重心”概念进行体系作战能力的脆弱性分析。“重心（Center of Gravity，COG）”是美军基于效果作战（Effect Based Operation，EBO）思想中五环理论中的概念，是指支撑参战国家和部队战争意愿、提供战争力量和夺取战争行动优势的关键因素。重心与体系脆弱性是紧密联系的，都是形成体系能力得以形成的关键，是由于体系内部各种耦合关系对体系能力产生的连锁影响。这些节点一般可分为两类：关键节点和关键脆弱性节点，关键节点是指与体系作战能力直接相关，且起到重要作用的节点，比如预警探测体系中的重要预警系统；关键脆弱性节点是指虽不与体系作战能力直接相关，但这些节点的缺失也会导致体系能力的丧失，这些节点与体系能力的关联关系往往是潜在的，易被忽视的，比如电厂虽不直接参与作战，但却能够影响预警探测体系能力的发挥。体系作战能力的脆弱性分析一般以复杂网络理论为基础，通过基于体系网络建模的模型约减、体系重心以及关键脆弱性分析等难题的解决，进行类似于打击敌体系重心和脆弱性指控结点的分析论证。

（2）“以体系异常为线索”进行体系作战的异常分析。体系在对抗环境下所出现的各类异常状态，是体系结构演化导致体系能力“跃迁”或“坍塌”的外在表现，通过对体系异常状态的分析可以挖掘体系作战能力的变化。面向体系状态异常的体系作战能力分析过程应该包括如下三个部分：体系异常状态确定、异常状态回溯和异常状态级联分析。具体来讲，体系异常是体系在动态演化过程中从整体上涌现出的一种状态跃迁。首先，体系异常是在体系状态转化的时候出现的，具备较强的时间特性，对体系异常的研究需要在动态过程中发现体系异常。其次，体系异常的产生原因是由于体系对抗的存在，使得体系组分局部能力、组分规模、体系结构等与体系环境的不相适应而导致的状态剧烈变化。最后，由于体系内部广泛存在的影响关联，某些节点和关联关系的失效而导致的扩散反应可能使得体系异常产生扩散，产生后续的级联反应。因此，体系异常分析是对体系演化及演化原因进行的整体分析。从体系作战能力评估的角度，体系异常状态的确定、回溯和级联反应分析是进行体系分析的重要目标；从体系能力评估的效率来讲，针对异常的精细和深入分析，也是缩小仿真探索空间，提高体系仿真效率的一种途径。

3.2 建立大尺度多分辨率联合仿真实验环境，进行“提炼”式体系作战能力评估实验

仿真实验是进行体系作战能力评估的一种重要方法，仿真实验的支撑环境以及仿真实验机制都要适应由于信息系统的存在而对体系作战能力所带来的影响。一方面，支撑环境要支持跨尺度、多分辨率模型的联合实验，另一方面，要支持多重循环反馈和有目的地调整实验空间的仿真实验机制。

（1）构建大尺度多分辨率的联合仿真实验环境。由于单一分辨率、单一仿真系统无法满足信息网络条件下多粒度作战实体体系对抗的仿真要求，不同分辨率仿真系统的联合仿真实验已经成为大尺度作战体系背景下的体系仿真的重要手段之一。为了支撑不同分辨率模拟系统进行大规模联合仿真，需要提供所需的体系映射、聚合、解聚接口，以及用于支持模型/模拟系统间的通信、交互、协同以及模型仿真过程的控制，并实现对多联邦仿真系统联合实验所需的各类软硬件资源的集成管理与访问。通过该实验环境，可以将大尺度战场环境背景下不同分辨率的仿真模拟系统集成到一个综合的实验环境中来，对体系作战能力进行分析评估。另外，为了实现不同分辨率模拟系统的互联与联合仿真，需要对已有的模拟系统按照多分辨率联合仿真软件的接口规范进行一定的改造，主要包括对兵力、网络、目标运行前动态创建，以及运行时动态创建（Dynamic Unit Creation）聚合/解聚接口设计。

（2）采用“提炼式”仿真实验机制。所谓提炼（distillation），是指在体系作战评估综合仿真实验过程中，根据实验结果有目的地调整实验方案的过程。提炼实际上是一种去粗取精的技术，是将一次仿真实验分析后获取的知识应用于下一次探索的过程。通过一次又一次对兴趣点的提炼，就能快速缩减问题范围，产生和收集问题研究所需要的数据。

提炼是对想定空间、参数空间和样本空间所组成探索空间的提炼。对想定空间的提炼是指不断观测想定运行结果，对想定参数进行调整，使想定逐步定位于所研究的问题。一般来讲，首先基于问题设计基本想定和想定的可变方案，多次执行想定并分析想定改变的效果，直到各领域专家认为想定能够定位所研究的问题。对参数空间和样本空间的提炼是一种缩小和放大的分析过程，缩小是在仿真结果全景图中寻找感兴趣的子空间的过程（如寻找异常空间），放大是对子空间进行进一步的探索的过程，可以增加新的探测参数、改变探测的分辨率、增加随机运行次数等。

对探索空间提炼其实是对不确定实验空间的分析过程，其目的是分析想定的参数以及其他随机因素的变化对仿真结果的影响，在不确定空间中寻找存在的规律和异常。基于这些知识重新进行仿真实验设计，调节探索实验空间，进入下一轮的探索空间提炼。

4 结束语

当前，随着对“基于信息系统的体系作战能力”这一概念理解的不断深入，需要强化信息系统和信息网络作为体系的基础和核心的观念，突出对信息网络的建模，搞清体系强结构和弱结构特征对体系整体涌现性的实质性作用；认清大尺度作战环境和不确定信息网络空间对体系作战能力探索仿真带来的挑战，突出多分辨率联合实验以及提炼式仿真实验机制；强化对体系作战能力的理解，在体系动态演化过程中不断评估其作战能力。这样，通过这些方法的综合运用，为未来我军复杂信息环境下体系作战能力建设服务，不仅可以评估体系作战能力演化发展趋势，更为重要的是可以挖掘作战体系崩塌的“拐点”以及产生的原因，从而避免可能出现的“短板”，从整体上有针对性地提高体系作战能力。

1 JAMSHIDI M.System of Systems Engineering—Innovations for the 21st Century[C].New York：John Wiley＆Sons，2009.

2 胡晓峰，杨镜宇，司光亚，等.战争复杂系统仿真分析与实验[M]，北京：国防大学出版社，2008.

3 张最良，黄谦，李露阳，等.体系开发规律和科学途径[J].中国科学基金，2006，（3）：159—163.

4 DELAURENTIS D A，AYYALASOMAYAJULS S.Exploring the Synergy Between Industrial Ecology and System of Systems to Understand Complexity[J].Journal of Industrial Ecology，2009，13（2）：247—263.