基于系统动力学的网络空间作战指挥效能评估*

哈军贤,王劲松

(信息工程大学指挥军官基础教育学院,河南郑州　450001)

基于系统动力学的网络空间作战指挥效能评估*

哈军贤,王劲松

(信息工程大学指挥军官基础教育学院,河南郑州450001)

摘要:针对网络空间作战指挥效能评估问题,运用系统动力学方法进行了研究。通过层次熵分法对网络空间作战指挥效能评估指标体系进行了指标权重赋值,依托系统动力学方法建立了指挥效能评估模型并进行了仿真实验,分析了不同条件下指标对指挥效能的影响情况,为研究如何提高网络空间作战指挥效能提供决策依据。

关键词:网络空间;指挥效能;评估;系统动力学

对指挥效能进行评估,是反思指挥系统不足、做好针对性改进的常用方法。网络空间作战属于新领域作战,其指挥控制的复杂程度远胜于陆、海、空等自然物理领域作战。评价网络空间作战指挥效能,并准确提出其发展方向与重点,传统的半定性、半定量评估方法由于不能清晰地描述各影响因素间的相互作用关系,难以处理各要素之间的传递效应,很难达到预期的效果。

系统动力学是专门分析研究信息反馈系统的学科,1956年由美国麻省理工学院福瑞斯特教授首创,是定性与定量结合分析的有力工具[1]。其对深入分析网络空间作战指挥系统内部结构与反馈机制,探索相应的指挥规律,寻求改善指挥效能的对策办法,具有很好的适用性。运用系统动力学方法对网络空间作战指挥效能展开预测性评估,是查找指挥系统薄弱环节、抓好针对性建设的重要途径[2]。通过构建系统动力学模型,对网络空间作战指挥系统功能涌现过程进行建构与再解构,对指挥系统在作战中的作用发挥情况进行实验,能够为网络空间指挥系统建设提供具有参考价值的决策建议。

1基于层次分析法和熵值法的指标权重赋值

运用系统动力学方法进行指挥效能评估,要对指标权重进行赋值[3-4]。为有效降低指标赋权过程中的人为主观性,引入层次熵分法。熵是系统无序程度的度量,可用于度量已知数据所包含的有效信息量和确定权重。当各评价对象的某项指标值相差较大时,熵值较小,说明该指标提供的有效信息量较大,其权重也应较大,反之则其权重较小。通过熵值法与层次分析法的结合,能提高指标权重赋值的客观性[5-6](网络空间作战指挥效能的主要影响因素指标如图1所示)。

1.1层次分析法指标权重赋值

1)通过专家咨询并采用9标度法构造两两比较判断矩阵A

2)计算判断矩阵各行元素乘积的n次方根

3)对向量M归一化

4)计算判断矩阵的最大特征值

5)计算一致性指标

6)判断矩阵A的一致性

矩阵阶数345678910111213R.I0.580.901.121.241.321.411.451.491.511.541.56

当C.R<0.1时,认为判断矩阵A具有满意一致性;反之,认为判断矩阵A不具有满意一致性,需要进行修正。

图1　网络空间作战指挥效能影响因素

1.2熵值法指标权重修正

1)将判断矩阵A的列向量归一化

2)计算指标熵值

3)计算指标的偏差度gj=1-ej；

4)计算指标的信息权重μj

5)计算修正后的指标权重qj

1.3指标权重

按照以上公式计算各指标权重，结果如表1所示。

2网络空间作战指挥效能评估系统动力学模型

2.1网络空间作战指挥信息链

明确网络空间作战指挥信息链,是准确描述网络空间作战指挥系统因果关系的基础,更是系统动力学模型构建的基础。网络空间作战指挥的主要活动有战场态势感知、情况判断,决策计划、协调控制部队行动等,指挥信息从产生、传递、处理、共享到施效、再生,构成回路并作用于指挥活动,形成网络空间作战指挥信息链[7-8]。具体如图2所示。

图2　网络空间作战指挥信息链

2.2因果关系图

根据网络空间作战指挥主要活动与指挥信息流转回路,描述网络空间作战指挥因果关系如图3所示。

图3中负反馈如蓝实线所示,即:敌方网络空间作战指挥效能、指挥环境影响等对我方网络空间作战指挥效能各项指标构成消极影响,敌指挥效能发挥得越好、电磁与自然环境越复杂、我指挥体制与指挥机构越不适应网络空间作战需要,我方指挥效能就越低。图中其他反馈均为正反馈,对我方网络空间作战指挥效能起积极作用。

网络空间作战效能评估SD模型方程如表2所示，仿真实验设计如表3所示。

表1　网络空间作战指挥效能评估指标权重表

图3　网络空间作战指挥因果关系图

1.网络空间作战指挥效能=效能变化量+T0时刻效能2.我网络空间作战指挥效能变化量=((联合情报保障效能*权重+并行决策计划效能*权重+实时协调控制效能*权重+复杂环境管理保障效能*权重)*影响系数3)/指挥周期;(“影响系数3”为“指挥对象状态”的线性正比表函数)3.敌网络空间作战指挥效能变化量=(敌网络空间作战指挥效能*权重-我网络空间作战指挥效能*权重)*影响系数7(“影响系数7”为“我指挥周期”的线性正比表函数)4.联合情报保障效能=(联合情报效能增长率-联合情报效能减少率)+T0时刻联合情报保障效能5.联合情报效能增长率=((情报传输能力权重*比重+情报共享能力权重*比重+情报处理能力权重*比重+情报获取能力权重*比重)*影响系数1)/t1;(“比重”取整数且与权重成正比,“t1”为联合情报保障一个周期,“影响系数1”为“复杂环境管理保障效能*权重”的线性正比表函数)6.联合情报效能减少率=线性正比表函数((敌我网络空间作战指挥效能权重*比重+指挥环境影响权重*比重)/t1)同理,可得其他效能相关方程7.指挥周期=t1+t3+t2+影响系数5(“影响系数5”为“敌我网络空间作战指挥效能*权重+指挥环境影响*权重”的线性正比表函数值)

表3　网络空间作战指挥效能评估SD仿真实验设计表

2.3存量流量图

网络空间作战指挥效能评估SD模型如图4所示。

图4　网络空间作战指挥效能评估SD模型

3模型仿真实验

取代表性模型仿真实验5次,实验目的与参数设置如表3所示。实验模拟时间T=10,仿真步长为0.5,单位为时。

1)实验a

结果验证:① 实验开始后,网络空间作战行动由敌方发起。从图中曲线可以看出:敌、我双方网络空间作战指挥效能呈现明显的对抗趋势。随着时间推移,我方各项指标增长、指挥周期缩短;当我掌握指挥主动权后,敌指挥效能逐渐减弱且我指挥效能逐渐增强。② 指挥效能的最终增长依赖于指挥各环节与保障作用的整体发挥。从实验曲线可以看出,我方网络空间作战指挥效能与联合情报保障效能、并行决策计划效能、实时协调控制效能、复杂环境管理保障效能等呈现一体化增长趋势。

2)实验b

结果验证:网络空间作战过程具有瞬时性,敌我指挥效能此消彼长,指挥主动权反复争夺。当我方网络空间作战指挥效能各因素无作为时,敌网络空间作战指挥效能受我影响不大且逐渐增强,敌我指挥对抗呈完全一边倒趋势。

3)实验c

结果验证:在高度互联的网络空间战场,情报信息保障是作战指挥决策的基础。当联合情报保障效能维持在较高水准时,并行决策计划效能、实时协调控制效能等与最终网络空间作战指挥效能随之升高。

4)实验d

结果验证:网络空间作战指挥具有高技术性,指挥控制对作战数据库、信息流转网络、信息系统等运维保障要求极高。从实验曲线可以看出,由于复杂环境管理保障效能初值下降,导致实时协调控制效能下降。复杂环境管理保障效能对其他指挥要素效能实验结果类似。

5)实验e

结果验证:网络空间战场电磁环境、指挥机制、指挥对象响应状态等都对指挥效能的最终发挥构成影响。从实验曲线可以看出,当指挥环境对我负面影响值明显下降时,我方网络空间作战指挥效能随之升高。对“指挥对象状态”进行相同实验,当指挥对象的响应状态越好时我指挥效能也越高。

4决策建议

综合实验结论,对如何提高网络空间作战指挥效能,可得以下决策建议:

1)空间战场透明程度高、作战指挥对抗激烈,作战指挥优势与主动权的争夺此消彼长,对指挥人员、指挥系统整体能力等提出了很高的要求[9-10]。因此,网络空间作战指挥要瞄准体系对抗的需要,优化指挥体制与指挥机构设置,将作战指挥的各种要素有机结合,建构一体化作战指挥机构,建立一体化情报活动体系,运用一体化作战指挥手段,力避态势感知、决策计划、协调控制等指挥活动中的“短板”效应,最大限度地提高作战指挥的整体效能。

2)网络空间高度互联、信息传播速度极快,要提高作战指挥效能,就必须与强敌在时间上展开较量。要

不断提高指挥技战水平,通过并行、分布多任务运行等方法缩短指挥流程、压缩指挥时间,赢得取胜先机。

3)网络空间作战指挥对情报信息的依赖明显。指挥系统要重点加强情报信息保障部位的建设,形成高效的情报信息获取、传递、处理、共享回路,为信息优势向决策、行动优势的转化提供有力支撑。

4)网络空间信号密集、频域交叉、环境复杂,要充分发挥作战指挥的效能,就必须高度重视战场电磁环境、自然环境等对指挥活动的影响,做好针对性的预防与管控。在此基础上,要充分做好指挥通联、信息系统运维管理与指挥信息、指挥机构等的伪装防护和指挥人员的心理防护,保证作战指挥的稳定不间断。

5结束语

网络空间作战指挥效能评估是一项复杂的系统工程。本文运用系统动力学方法,立足于理想实验环境,对如何提高网络空间作战指挥效能进行了研究探索,实验结果具有一定的可参考性。未来相关研究还需随着对网络空间作战指挥问题研究的不断深入而持续深化,为有效提升网络空间作战指挥效能提供更好的决策建议。

参考文献:

[1]王其藩.系统动力学[M].2009修订版.上海:上海财经大学出版社,2009.

[2]程启月.基于信息系统的指挥效能评估与风险管理[M].北京:国防大学出版社,2011.

[3]王光宙.作战指挥学[M].北京:解放军出版社,2000.

[4]叶征.信息化作战概论[M].北京:军事科学出版社,2007.

[5]谷震离.基于改进熵值法的MCAI软件评价模型研究[J].计算机工程与科学, 2010(7):134-136.

[6]郭万海.基于层次熵分析法的舰载雷达抗干扰效能评估[J]. 舰船电子工程, 2014(8):59-62.

[7]朱弘.基于系统动力学的网络空间信息防御体系能力分析[J].指挥控制与仿真, 2015(8):16-20.

[8]王付明.基于解析结构模型的网络空间信息防御能力分析[J].指挥控制与仿真,2014(6):36-39.

[9]孔红山.系统动力学C3I系统作战效能评估[J].火力与指挥控制,2011(8):61-62.

[10]万鹏.基于系统动力学方法的指挥效能分析[J].兵工自动化,2010(6):41-43.

Cyberspace Operation Command Efficiency Based on System Dynamics

HA Jun-xian， WANG Jin-song

(Information Engineering University, Institute of Command Education, Zhengzhou 450001, China)

Abstract:Aimming to solve cyberspace operation command efficiency evaluation effectively, at first, use Layer-Shang analysis to give the value of valuation index, then establish a imitate model by system dynamics for an experiment, analyze the dissimilarity of index signs influence to command efficiency under different conditions, provide a decision basis for exaltation of cyberspace operations command efficiency.

Key words:cyberspace； operation command efficiency； valuation； system dynamics

文章编号：1673-3819(2016)03-0070-06

收稿日期：2015-12-15

*基金项目：全军军事类研究生资助课题(2104JY168)

作者简介：哈军贤(1985-),男,宁夏固原人,硕士研究生,研究方向为信息作战指挥理论与应用。 王劲松(1965-),男,教授,硕士生导师。

中图分类号:E835

文献标志码:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.03.013

修回日期： 2016-01-20