网络化信息对抗系统资源管理技术

苏 抗，董乔忠

（中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京210007）

0 引言

随着战场电子信息系统的网络化进展，以及目标认知／自适应能力的提升，单一平台的信息探测、攻击、防御能力受到越来越多的限制，网络化逐步成为必不可少的信息对抗手段。近年来，新提出的网电空间与网电对抗概念，更是进一步加速了战场信息对抗系统的网络化进程。出于系统应用灵活性的考虑，新型网络化信息对抗系统的组成单元通常采用功能可重构设计。具备功能重构能力的网络化信息对抗系统，能够显著扩展战场信息攻防的领域和层次，同时，也对软硬件资源的管理提出了更高要求：合理的规划与调度，不仅能够大幅提升信息对抗资源的使用效率，而且能显著增强系统的探测、攻击、防御性能，在资源配置一定的情况下，资源管理技术将直接决定着系统的战场应用效能。

网络化特征和功能重构能力的引入，使得现有资源管理技术无法有效应用于网络化信息对抗系统。针对网络化信息对抗系统的应用需求，本文重点开展资源管理建模与快速规划方法研究，同时，给出了一种基于逻辑硬件和功能互操作的管理实现方案。

1 网络化信息对抗系统组成

网络化信息对抗系统主要组成包括传感器单元、攻防实施单元、信号／信息处理单元、用户指控单元以及连接各个单元的协同链路，此外，战场部署的其它武器系统也可通过联合作战单元的形式，成为系统的构成节点之一，如图1所示。

图1 网络化信息对抗系统构成

传感器单元、攻防实施单元分别用于目标辐射源信号的接收、攻击与防御信号的发送；信号／信息处理单元获取传感器单元输出，生成战场态势，同时，依据用户制定的攻防策略，计算出对抗所需的信号样式，提交攻防实施单元执行；用户通过指控单元进行系统功能与资源管理、攻防任务管理；协同链路提供组成单元之间的时空同步与信息交互，进而构建信息对抗系统的网络化能力。

在网络化信息对抗系统中，组成单元通常采用统一的模块化设计，最终，通过资源配置的不同，实现不同类型的组成单元。图2给出了基于模块化设计的组成单元架构。

图2 网络化信息对抗系统组成单元架构

收发天线、射频通道、模数转换、数模转换及高速存储构成的收发模块，提供信息对抗基础的射频收发与存储能力。

信息处理模块是网络化信息对抗系统组成单元的核心，一方面，在信号处理模块输出结果的基础上，实现多层次信息感知与融合，评估战场信息态势，支撑用户决策，并以此为依据，生成对抗实施所需的信号／信息序列；另一方面，综合信息协同模块、时间同步／空间同步模块的信息，实现网络化的信息共享、融合，实现分布平台的组网协同任务。

此外，信息处理模块生成图形化任务管理界面，通过应用交互模块完成用户交互，实现任务执行状态与参数配置的管理。

单元功能管理模块、互操作管理模块分别提供本地、异地软硬件资源的规划、调度能力，运行状态监控模块提供系统组成单元运行状态的监视与控制能力。

2 资源管理需求与约束

网络化信息对抗系统的资源管理，与基于单一平台的系统相比，存在巨大差异。网络化系统资源管理的优劣，直接关系到信息对抗系统的应用范围以及探测、攻击与防御性能，最终，影响战场部署信息对抗资源的综合应用能力。

网络化信息对抗系统的资源管理需求，涵盖组成单元与网络化系统2个层次：

1）单元层次的资源管理

针对一对一／一对多的对抗任务需求，在确保任务有效执行的基础上（功能、性能、实时性），通过软硬件资源选择、匹配、调度的优化，使用最少的资源代价，实现对目标的探测、攻击、防御，提升配置资源的使用效率。

单元层次资源管理的约束条件包括：射频信号收发与预处理能力、数字信号处理能力、信息处理能力、数字／模拟总线能力。

在单元层次的资源管理中，通过合理的软硬件粒度划分，可以有效降低设计资源规划算法的时空复杂度，同时，削弱约束条件对资源规划性能的影响。

2）系统层次的资源管理

针对多对一／多对多的对抗任务需求，在组成单元资源管理的基础上，通过参与任务单元的选择、协同、互操作，优化分布部署资源的使用，在探测、攻击、防御任务中，实现有限资源配置下的最优对抗性能。

系统层次资源管理的约束条件包括：单元任务执行能力、网络化协同能力、信息对抗资源部署构形。

在系统层次的资源管理中，提升组成单元的功能重构能力，可以有效提升网络化系统的信息对抗性能及应用灵活性。

3 资源粒度模型

网络化信息对抗系统的资源粒度是指：系统硬件模块或软件组件中，能够直接管理的基础资源单位，或者最小资源规模。

资源粒度的合理划分，是网络化信息对抗系统高效资源管理的基础。同时，在资源划分的过程中，还需充分考虑软硬件粒度的兼容性。

图3给出了网络化信息对抗系统硬件资源的粒度划分，类型包括射频信号处理、模数／数模转换、数字信号处理、信息处理、时空同步、信息协同、模／数互连、模／数电源。

图3 硬件资源粒度类型

射频信号处理类资源主要组成包括天线、滤波、低噪放、频综、变频、功放，考虑到射频器件之间高度的关联性，故将上述资源定义为一个粒度进行管理；模数／数模转换类资源包括AD、DA、存储3个子类；数字信号处理类资源包括DSP、FPGA、专用信号处理器3个子类；信息处理类资源由通用处理器（GPP）构成；时空同步类资源可进一步细分为时钟同步、自定位、互定位、时钟同步与定位、自定位与互定位5个子类；信息同步类资源则可划分为无线链路、有线链路2个子类，无线链路主要组成包括天线、射频通道、AD、DA、数字信号处理器，有线链路主要组成包括接口、数字信号处理器；此外，互连类资源与电源类资源均覆盖了模拟、数字2个子类。

依据粒度划分的硬件资源，通过类型、性能、接口进行描述。例如，基于GPP 的信息处理资源，其描述信息包括粒度类型／子类型、处理器系列、型号、核心数量、工作主频、定点运算能力、浮点运算能力、片内存储容量、片外存储容量、接口类型、接口速率。

软件粒度划分与硬件相互对应，以便于资源的匹配、使用。网络化信息对抗系统软件资源粒度类型包括基础处理算法、信息对抗、网络协同、组件测试、应用交互、互连、电源7个大类，如图4所示。系统的软件组件设计，与资源粒度划分保持一致。

图4 软件资源粒度类型

信息对抗类资源可分为射频接收、态势感知、信息攻击、信息防御、射频发送5个子类，射频接收、射频发送可进一步细分为射频信号处理、模数／数模转换、数字信号处理，实现与硬件粒度的匹配；基础处理算法类资源是信息对抗类资源中通用方法的集合，目的在于提升软件资源的复用效率；网络协同类资源依据硬件粒度划分，包括时钟同步、自定位、互定位、同步与定位、自／互定位、无线链路、有线链路7个子类；组件测试类资源、应用交互类资源配合信息对抗类资源，进行平台应用的功能／性能评估以及用户的信息交互；互连类资源、电源类资源提供单元运行的管理、控制能力，支撑网络化系统的有效运行。

不同粒度类型的软件资源，可划分为3个大类进行描述。功能与软件密切相关的粒度类型，如态势感知、信息攻击、信息防御等，可通过表1给出的方式进行描述。

表1 功能与软件密切相关粒度类型描述

功能与硬件密切相关的粒度类型，如射频接收、射频发送、互连、电源等，描述重点包括匹配硬件类型、管理控制接口，支撑用户高效地管理、使用此类资源。

功能与软件、硬件同时相关的粒度类型，如时空同步、信息协同等，需要融合上述描述方式，在描述硬件需求的同时，明确此类资源的算法性能以及管控、数据接口形式。

4 资源快速规划方法

单元层次的规划用于提升资源使用效率，其基本流程如下：根据任务的功能与性能需求，选择软件组件；根据任务实时性需求、组件运行环境及总线能力约束，选择硬件模块，配置单元总线。

系统层次的规划用于优化系统攻防性能，其基本流程如下：根据任务的功能、性能、实时性需求，在单元层次规划的基础上，进行协同能力评估，判定能够参与任务的单元；依据资源部署构形对任务性能的约束，选择参与任务单元。

网络化信息对抗系统软硬件资源的快速规划方法，其关键技术包括：

1）约束条件建模技术。资源规划的约束条件涉及系统的单元、链路以及任务的功能、性能、实时性。目前，大量约束条件缺乏可用的模型样本，如资源部署构形对任务性能的约束；同时，建立模型的优劣，将对设计算法的复杂度、性能产生显著影响。

2）软硬件自主匹配技术。它是网络化系统资源快速规划的必备基础，其研究重点在于实现更高层次的资源即插即用能力，动态完成硬件模块与软件组件的识别、匹配。

3）规划性能评估技术。它是网络化系统资源规划的核心内容与关键技术，评估内容覆盖系统的任务执行性能与资源分配合理性。在确保任务有效执行的基础上，单元层次资源的集中使用、系统层次资源的均衡调度，是资源分配合理性评估的基本准则。

4）快速规划与执行技术。快速规划可以通过设计复杂度低、效率高的算法来实现，快速执行则与单元的功能管理设计、网络化系统的互操作设计密切关联。

5 网络化资源管理实现

依据本文提出的资源粒度模型和快速规划方法，图5给出了一种单元层次的实现方案。

图5 单元层次资源管理方案

操作系统通过板级支持包和驱动程序，进行硬件模块的抽象，提供标准化接口，实现逻辑硬件的管理以及与软件组件的匹配；通过功能组件接口定义，提供基于功能的单元管理能力，实现面向用户的应用服务。在单元层次的资源管理方案中，逻辑硬件接口包括资源查询接口、功能配置接口、运行管理接口、数据传输接口，功能组件接口包括服务查询接口、运行管理接口、参数配置接口、数据传输接口。

系统层次资源管理通过组成单元之间的功能互操作实现。功能互操作实现的核心思想可以描述如下：首先，制定统一的系统层次资源管理规范；随后，组成单元配置的互操作管理模块，将系统层次管理指令翻译为本地管理指令，提交单元配置的功能管理模块，实现基于功能的异地资源访问、调度。

6 结束语

网络化信息对抗系统资源管理涉及硬件模块与软件组件的识别、匹配、评估以及功能的重构、互操作等多个方面，目前还是一个全新的技术领域。本文提出了一种网络化信息对抗系统资源粒度模型，以此为基础，设计了资源快速规划方法以及资源管理实现方案。通过单元、系统2个层次的资源规划，显著提升了网络化系统的信息对抗性能和资源使用效率，同时，通过软硬件的粒度划分，降低了资源规划的复杂度，通过逻辑硬件与功能互操作设计，增强了网络化系统应用的灵活性。本文重点完成了软硬件资源的建模，制定了快速规划与管理实现的总体方案，除此之外，还有大量技术有待进一步深入研究，如约束条件建模、规划性能评估等，这些工作将在日后加以开展。■

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