军事网络化初探

李相德 刘淑平

摘 要：分析网络及其军事化的机理，以期加深对军事化理论研究的深度和广度。

关键词：实体 抽象 同步

中图分类号：TP393.01 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-070-02

网络既是系统本身，又是系统整体性的标志，因此讨论网络的概况，必须从整体入手，分析其节点，边，网络整体特性，而网络的同步为讨论重点，因为同步从动态演化角度展示整体性。

网络化，既有实体的，也有抽象的。先从实体开始分析。

1 实体网络现状概述

网络有网和节点构成，先解释一下网络中的度。

度（degree）是单独节点的属性中简单而又重要的概念。有向网络中一个节点的度分为出度和入度（out degree，in degree），该节点指向其他节点的边的数目为出度，其他节点指向指向该节点的边的数目为入度。节点的的度越大，该节点越重要。幂率分布也称为无标度分布（scale-free），具有幂率度分布的网络也称为无标度网络。

网络节点的连接度如没有明显的特征长度，可称为无标度网络。

从实体网络的角度看，可以美军为例。美军早在20世纪初就已经建立了网络部队，其他国家甚至都还没有网络部队建制。美国网络战司令部司令亚历山大于2013年3月12日在国会宣布，还要新增40支网络部队，这40支部队中，13支确定是用来进攻的，而此前，美国官方和军方论及该国网络政策时，基本都是宣称要保护美国免遭外国黑客攻击，而不是主动去攻击。除了位于马里兰州的网络战司令部总部917名人员之外，还有来自所有4个军种的超过1.1万人参与网络战司令部。美国有多少网军？美国《外交政策》杂志报道说，从公开数据估计，包括海陆空总人数约为5.3-5.8万人。预计未来实体网络将成为军事交战的正式战场，美国精心设局，公开寻求互联网霸权，估计将引发互联网军备竞赛。

美军的网络化部队建立的网络，属于典型实体网络，功能影响到上述三种情况。对于第三种情况（社会网络），科学家做过实验（在世界范围内，邮寄信件：转手六个朋友就基本可以达到目的的），对于人类社会的抽象网络而言，六度分离假说基本是符合实际的。但对于军队来说，不管是实体电子信息还是抽象网络，能达到二度接触，P2P将是未来网络化部队信息联络的目标。对于实体网络来说， P2P（peer-to-peer）模式正在发展成为一种便捷高效的联系方式。个人计算机之间可以直接进行资源和服务的共享，而不像传统的客户端/服务器（client/server，C/S）结构需要经过服务器的介入和服务。在P2P结构中，每台个人计算机同时充当服务器和客户端的角色，当需要其他计算机的文件或者服务时，两台计算机直接建立联系，本机是客户端。而当响应其他计算机的资源要求时，本机又成为提供资源与服务的服务器。通常这些资源和服务包括：文件的共享与交换，计算资源如CPU的共享使用等。

2 抽象网络特性

抽象网络变为一种系统哲学思想，还是要以实体网络所达到的功能作为基础来思考。

对比社会网络，军事网络的特点依然有以下几条：

（1）非中心化；（2）可扩展性；（3）鲁棒性；（4）高性价比；（5）安全性；（6）负载均衡。

其中富有军事特色的略作解释：指挥信息的P2P高效结构，将导致传统的金字塔结构解体，代之以扁平的节点式结构，体现小世界无标度特点，即：从平均意义上来说网络中的每个节点仅通过几步的跳跃就可达到网络中其他任何一个点。无标度的幂律分布主要阐述抽象网络，即与社会联系起来的大系统。

中心化向功能化转变，在分形式扩展中，联系及作用的鲁棒性体现在军民共享通信电缆，在战时能对付大范围毁坏，但如此一来，信息安全的矛盾无法彻底解决，也可能彻底解决信息安全的方案永远不存在，这在以后的章节中将从技术角度予以阐述。网络的节点信息负载也可以通过调节达到均衡，以此解决拥塞，因此，无论从实体、管理、作战，网络都具有极高效率。另有，增长特性：网络的规模是不断扩大的；新的节点更倾向于与那些具有较高连接度的大节点相连接（Matthew effect）。

网络本身就是系统，如果用节点表示系统各个组成部分，即系统的元素，两个节点之间的连线表示系统相互作用，那么网络就为研究系统提供了一种新的描述方式，以此也洞开信息化战争之门。原则上说，任何包涵大量组成单元（或子系统）的复杂系统，当我们把构成单元抽象成节点，单元之间的相互作用抽象为边时，都可以当做复杂网络来研究。在军事领域，可以凭以透视。

复杂网络有自相似性：相似分形以维数来度量，层次嵌套的自相似性与无规则性、破碎性、混乱性有机结合，部分与整体既相似又不严格相似，是因为反复迭代过程中不时有随机因素侵入，但又是不可预料的，才导致严格自相似性的破缺，不能用确定论方法描述，但也不能全用统计方法描述，因为在过程中有些规则在不断重复，具有明显的尺度（层次）变换下的不变性，即规律性。军事信息网络在经典作战中具有形体的相似性，上个世纪70年代后，军事天网的使用破坏了实体相似，可以说，在征服和跨越中导致破缺，引起竞赛，建立新型信息网络，新型网络的社会性导致复杂性、不可确定性加剧，在其中寻找规律也日趋复杂。

3 网络同步分析

网络的同步现象最能展示系统特色，其实是其自组织性的表现。下面重点予以分析。

复杂网络同步具有混沌特点，早在300年前，科学家已经发现复杂网络同步现象，物理学家惠更斯发现的钟摆同步，荷兰旅行家发现的萤火虫发光同步，青蛙鸣叫同步等。对于人体来说，有心肌细胞运动的同步，大脑神经网络的同步，群众鼓掌由散乱渐趋同步等。

在自然界，混沌同步，既大势所趋，又参差耦合，既有外部驱动，又有内部要求，这种规律非常微妙。

复杂网络的同步，在信息传输领域，有要进行避免的：传输控制协议窗口的增加，Internet通信网络信息拥堵，周期路由信息的同步，等，有要进行加速与牵引的，如传统军事领域的整齐划一，信息化背景下的文化战，心理战。

避免同步与加速同步其实可以一体化研究，是一个问题的两个方面。主要应该研究其动力学行为及网络拓扑结构性能，假使P2P结构成立，网络规模庞大，那么同步不可避免，如何提高（反面即避免）亟待解决。以下一些措施，渐成共识：

（1）调低网络最大介数（介数：网络中所有节点对最短路径中经过节点的条数占所有最短路径条数的比例）。

无标度网络节点负载分布差异大，平均距离就会非常小（平均距离越小，网络同步能力越好，与此同时，有的学者也举出相反地例子，目前这个问题争议激烈，改变网络平均距离时，网络同步改变，其他结构特征也发生变化，因此很难判定是否是平均距离的因素，受影响的多少），限制同步能力则为最大介数。为达目的，首先可以用结构微扰来处理：对于一个大介数节点，添加（N-1）个辅助节点，进行相互连接，随机选择这N个节点中的一个与中心节点连接边连接。进行N次分割后，信号负载被均匀分配到N节点中，从而降低最大介数。在实践中计算网络介数几乎不可能，可近似利用度的排序代表介数，因为二者变化成正比例特征。首先，对节点度排序，然后对中心度大节点进行N分割，对度再排序，继续第二轮；循环执行直到网络一定比例m的节点被分割，比较分割前后耦合矩阵的特征值比即可。具体是：设q为原网络耦合矩阵特征比，Q为进行分割后耦合矩阵的特征值比。只要观察比较m=q/Q即可看到分割对网络同步能力的干涉程度。

（2）无标度网络上去耦合的方法。

不均匀信息传输过程中，大介数节点和边会出现拥塞或过载，如何分摊或去掉拥塞的边，学者殷传洋给出这样的计算，很值得采纳。定义边E的贡献W为这条边所连接的两个节点V1和V2度的乘积，即W=K1K2，计算所有边的贡献后，将所有的W从大到小排列，然后按照顺序逐一切断这些边，也就是去掉边所连接的两个节点之间的耦合。这样当耦合强度一致且对称时，所得到的新网络的耦合矩阵的特征值比与原始网络相比有明显降低，即网络的同步能力可以得到显著提高，并且网络的度分布没有明显的变化。

（3）通过全局优化算法优化网络同步能力。

首先，更换网络中的一条边。如果该边造成网络中断，就拒绝这次更换，并重新开始，计算更换后前后网络特征值比的差值：特征值比下降则网络同步能力增强，如果特征值比增加，就以一定的的概率接收这次更换（差异越大，接收概率越小，拒绝概率也就远大），重新开始。从而寻找到具有很强同步能力的优化网络结构，以此还可以认识网络结构与同步能力之间的微妙关系。但是全局优化算法也有局限性，不能计算较大规模的网络。

其他的几种方法：无序扰动改进同步特性，通过改变时滞提高网络同步特性，加权耦合提高网络同步等，不再赘述。

4 小结

同步能力对军事网络较之其他有着异同寻常的作用，同步代表着协同能力与团体最高的效率，能否同步，也是衡量军事网络稳定及功能正常化的标志，因此同步的加强与削弱是军事网络研究的重点之一。

平均距离越小的网络，直观感觉同步能力应该越好，但是逻辑理论推理不足以证实。

但度和介数的变化能很好预示同步能力，一般，网络的度和介数分布趋向均匀，网络的同步能力则加强。介数增大，同步能力减弱，网络的最大介数趋小，同步能力反而强。但是最近学者发现，介数反映网络间的同步能力也有局限，截止现在还没有一种方法能够保证只改变网络某一单独特性就能完全改变同步状况。因为单一参数无法改变网络结构，这也可能是网络鲁棒性的表现。

21世纪，学者们又研究了网络结构中的集聚系数、度度相关性和模块化程度等对同步能力的作用。但由于人为无法精确控制，耦合机制又需要智能形式模型出现，因此无法因果性宏观控制，一些具体方法，仅作为一种特殊情境下的参考方法。

参考文献：

[1] 环球时报-环球网（北京）[N].2013-03-15.

[2] 何华灿.信息智能与逻辑[M].陕西：西北工业大学出版社，2010.

[3] 李曙华.从系统论到混沌学[M].广西：广西师范大学出版社，2002.