基于混合组织模式的网络空间指挥控制效能分析*

胡 鑫 ，王 刚 ，杨迎辉 ，马润年

（1.空军工程大学信息与导航学院，西安 710077；2.解放军95507部队，贵阳 550025；3.空军装备研究院总体所，北京 100076）

0 引言

随着现代化战争由传统物理空间向网络空间拓展，指挥控制的特征和需求加速向新型作战空间聚焦。网络空间指挥控制是指网络空间作战指挥机构和指挥员对网络空间作战力量的优化部署、统筹规划，以及适应网络空间作战环境、进程和节奏而实施的调整和控制［1］。网络空间指挥控制的关键是对网络空间行动中组织模式的优化，如逐级组织和越级组织的混合模式。

美军在网络空间指挥控制领域研究提出了系列新理念。如美军防务报告《实现分布式网络安全》指出，“聚焦收敛”将成为未来的网络空间指挥控制［2］；美国空军《2035年空军作战构想》直接将“作战敏捷性”列为未来新型作战及其指挥控制的重要指导；敏捷性、灵敏度等成为网络空间指挥控制效能的重要表征［3］。国内在相关领域发展迅速，如关于网络空间指挥控制的本质属性和结构模型研究［1］，新型指控5.0理念及聚焦收敛与指挥控制的映射关系［4］，网络空间联合作战指挥效能的动态评估［5］，网络空间作战指挥效能评估指标体系的研究构建［6］。总体来看，现有研究主要集中在网络空间指挥控制的概念特征、核心理念和规划设计等方面，需要按照指挥控制问题研究的基本规律，借鉴复杂网络理论和体系结构分析方法［8］，从指挥控制结构、信息流转关系和指挥控制的效能分析等方面进一步开展体系分析和定量研究。

本文结合网络空间作战特点，从指挥控制的组织模式分析入手，系统研究网络空间指挥控制效能问题。分析了网络空间指挥控制效能研究应树立的3层理念，提出了基于混合组织模式的指挥控制与信息流转机制，构建了网络空间指挥控制效能分析模型，并给出了相关机制和效能模型的仿真验证。

1 应树立的3层理念

一是树立网络空间新型作战机理支撑的核心理念。网络空间作战利用电子和电磁频谱存储、修改和交换数据，遂行网络侦察、进攻和防御等行动，具有典型的时空无边界性，网络空间行动可直接作用于网络空间和传统物理空间［1，4］。网络空间作战改变了以往以消灭和摧毁为目的的硬杀伤、硬摧毁方式，强调以瘫痪和控制敌方装备系统为己所用等方式达成特定威慑和战争目的［8］。网络空间作战以数据逻辑变换和频段改变替代速度和距离，行动的跨时空特性，赋予了网络空间逻辑机动能力新内涵。

二是树立指挥决策时效性和整体效能的中心理念。网络空间作战不同于网络对抗，指挥控制的建模与效能分析应重点关注网络行动的跨域作战运用，从新型指挥控制机理和信息流转分析入手［8］。不同于传统物理空间常规作战，网络空间作战特点源于网络空间逻辑机动属性，需重点分析隐蔽高效等特点对网络空间作战指挥控制的影响，研究指挥决策的时效性和行动的整体效能［9］。

三是树立复杂网络理论和方法的科学研究理念。网络空间作战及其指挥控制的复杂性可抽象为广义网络的复杂性，相关问题建模是一个复杂系统工程。复杂网络理论及其动态效能分析方法，建立在复杂性理论和图论基础上，通过基础数据统计、模型构建与仿真及动态演化等方法途径，实现复杂网络的基本功能特性，是研究网络空间作战指挥控制效能的科学手段［10-11］。

2 指挥控制与信息流转机制

按照指挥控制的要素作用关系和组织结构，参照“网络中心战”中美国海军C4ISR系统效能评估研究［13］，分析网络空间指挥控制的组织模式和指挥控制与信息流转机制。图1～图3分别给出了逐级组织、越级组织和混合组织等3种模式下的指挥控制及其信息流转关系。其中，节点1表示顶层指挥控制机构，节点2和节点4分别代表中层指挥控制机构，节点3和节点5分别表示侦察传感器单元和作战武器单元（火力打击单元）。

2.1 逐级组织模式

逐级组织是工业化时代平台中心战的典型指挥控制模式［1，12］。在具体组织环节，底层的侦察情报节点3将侦察情报信息上报给中层指挥控制节点2，然后再上报给顶层的指挥控制节点1。顶层指挥控制节点通过分析处理做出决策，再向下层传达指挥控制信息，经由中层节点4传达到底层的基本作战单元节点5，作战节点5按照指令实施作战。对于整个作战体系而言，侦察情报流转和指挥控制指令的发布都是通过逐层交互方式实现。

图1 逐级组织模式网络图

图2 越级组织模式网络图

图3 混合组织模式网络图

2.2 越级组织模式

越级组织是信息时代的产物，也是网络中心战的典型指挥控制模式［14］。在具体组织环节，节点3获得侦察情报后向中层指挥控制节点2上报，同时向作战武器单元节点5和顶层指挥控制机构节点1发布信息，实现情报态势共享。节点2得到侦察情报信息后，分析上报至顶层指挥控制节点1，同时向节点4发布共享态势信息。经由决策分析后，节点1分发指挥控制信息至下级节点4和5。其中，侦察情报信息的获取和指挥控制指令信息的发布可逐级进行，也可越级实施。

2.3 混合组织模式

混合组织聚合了逐级组织和越级组织的优势［9］。在具体组织环节，节点3获得侦察情报信息后，向全体作战单元发布，实现全局态势共享。节点1、节点2和节点3根据情报信息，向作战节点选择性发布或向全体作战节点扩散发布。作战信息流通过指挥流程、情报信息共享实现控制信息流转，使得指挥控制机构之间达到信息共享、合作和同步，确保网络空间作战力量对网络空间作战环境、作战对象和作战环节的敏捷性和自适应能力。

从指挥控制机制分析层面分析，逐级组织模式和越级组织模式的控制信息伴随着指挥流程流转，两类信息流转的路径和方式完全一致，即指挥控制合一。而在混合组织模式中，指挥和控制可以是相对分离的。其根源是网络空间行动是基于逻辑域的，根据作战任务需求和调整，任何物理节点单元都有可能升级为指挥官，同时该单元需要与原本物理上同级、上级和下级单元之间，建立新的指挥控制关系。新的指挥控制关系（包括相应调整的信息流转关系）应能够适应战场态势环境的变化，实时调节作战力量部署及其任务分工，以体系作战为背景，提高了指挥控制的敏捷性、自适应能力和自愈能力。

从指挥控制效能层面分析，逐级组织模式的指挥控制和信息流转遵从自上而下的层次化流转机制，对作战环境适应性差，指挥控制简单机械且效率低下。越级组织模式中，指挥控制和信息流转对环境适应能力有了较大提升。而混合组织模式中，同层或跨级单元之间可建立灵活的控制信息流转关系，实现同级和跨级单元之间更大范围控制信息的实时共享、合作和同步。

3 指挥控制效能评估模型

网络空间指挥控制活动是一个动态变化的复杂涌现过程，指挥控制效能包括包含多类指标要素，如指挥信息系统本身的性能，各类信息的质量，态势感知效能，以及武器装备的技战术性能［14］。以下用信息网络基础和结构联通来表征指挥控制结构的支撑能力，用协作运行机制来表征指挥控制决策效率贡献，用信息共享机制来表征指挥控制信息支援能力，用目标侦察概率来表征指挥控制对部队作战行动速度影响。

3.1 信息网络的效能模型

3.1.1 信息网络的复杂性

信息网络的复杂性表现为节点的全部连接数的函数［10］。设c为信息网络中关键节点的入度数总和，表示为

式中，ni表示节点i的入度数，若节点i处在关键路径上，则 δi=1，反之，δi=0。按照复杂网络理论，当网络连接数达到某一特定值时，复杂性g（c）会在迅速增长之后出现信息过载点，到达平稳状态，可以用Logistic函数表示

其中，参数a表示关键节点数，b表示总节点数与总节点入度数的比值。

3.1.2 信息可用性

信息的可用性是指拥有信息的总量和可用程度［15］，具体用信息熵H（t）表示。按照信息论知识，设完成单次任务的时间（ft）服从指数分布，1/i为节点i完成预定任务所花费的平均时间，则信息可用性可以表述为：

信息可用性是对信息的准确性、完整性、时效性和信息拥有量的综合度量。假定完成单项作战任务的最大允许时间为，则节点i的信息可用性表示为：

Ki（t）满足评判信息可用性的准则0≤Ki（t）≤1，Ki（t）越接近于1，表明信息可用性较高，不确定性越小。

3.2 指挥控制协同的效能模型

结合指挥协同和网络复杂性所带来的影响，将其简化为指挥协同对执行作战任务时间的影响因子［16］，如式（5）所示：

其中，ci（t）表示协同影响正因子。

设Ki（t）为连接质量度量，di为节点i与其他网络节点的连接数，则对节点i执行作战行动的协同效能正因子ci（t）表示为：

其中，指数Wj表示节点之间协同的相对重要性，当两节点有隶属关系时，Wj=1，否则Wj=0.5。

由于受作战行动网络的复杂性影响，节点信息处理时间的增加因子可由协同影响负因子表示，即：

指挥协同效能表示为：

3.3 信息共享效能模型

战场态势情报通过信息高效共享传输，将态势情报转变为具体知识，以作为指挥员指挥决策的具体依据，确保战场行动的顺利施行［18］。战场各作战节点之间通过信息的高效传输、交互共享，从而增加信息的可用性。作战节点i的信息共享效能表示为：

由式（6）和式（9），节点i的信息共享效能为

3.4 指挥控制的作用效能模型

结合战场实际，仅考虑作战武器单元在目标达到预设阵地前，捕获、侦察和摧毁目标的概率［10］。且假定作战武器单元能够实现发现即摧毁目标，指挥控制的作用效能取决于作战平台的预警探测性能、作战区域内所攻击目标的速度和其他相关传感器单元的信息支援保障性能。

设s表示从发现目标到目标到达预定阵地的时间，LeC为作战武器抵达发射阵地的时间，因此，对目标进行有效搜索的时间为；传感器的扫视宽度s与侦察速度v1决定侦察的瞬间发现概率，作战区域面积为A，在区间范围内侦察到目标的概率为，反之，没有侦察到目标的概率为1-。假设q为没有侦察到目标的概率，则有：

目标侦察概率Pd表示为：

搜索目标过程中，相关的有效信息能够提高侦察的准确性和质量，从而提高目标侦察概率Pd。在计算过程中，用信息熵K（T）表示在预定时间内完成侦察任务所得到的有效信息的总量，令，则：

为了减小不确定区域面积，提高侦察精度和效率，通常利用信息对侦察目标方位的判测。因此，不确定区域面积可表示为为：

其中，AE表示不确定区域总面积，tt表示目标信息更新状态的时间间隔，v2表示敌目标的前进速度。

由式（12）～式（15）可得指挥信息系统作用效能表达式：

4 仿真分析

参照文献［13］关于网络中心战的研究模式，设定对应图1～图3中各节点之间的平均行动时间以及最大行动时间，如下页表1所示。其中，图3混合组织模式中，按照网络空间作战的特点和指挥控制特点，节点3感知信息后，由一般单元直接升级为作战指挥员级别，越过传统动能战的中层和高层指挥控制节点，直接对作战单元5实施指挥控制。

4.1 信息复杂性对指挥控制核心效能的影响

根据3种组织模式的流程和表达式（2），确定相关参数，具体如下：逐层组织模式流程：入度数c=8，关键节点数a=5，单位入度数b=0.625。越级组织模式流程：入度数c=9，关键节点数a=3，单位入度数b=0.333。混合组织模式流程：入度数c=8，关键节点数a=2，单位入度数b=0.250。仿真结果如图4所示。

图4 信息复杂性因子变化曲线

信息复杂性与系统的全部入度呈正相关关系，随着关键节点入度数总和的增大，信息复杂性也逐渐增大，对指挥控制核心效能的影响也逐渐变大；混合组织模式中系统节点的入度数较高，网络连接关系较为复杂，有助于信息高效交互，信息复杂性因子均高于逐层组织模式和越级组织模式，表明混合组织模式中信息复杂性对指挥控制核心效能的影响最大。

表1 作战行动时间表

4.2 指挥控制协同效能分析

3种组织模式的指挥控制机制不同，信息流转模式各异，信息对作战任务完成效果的贡献程度相差较大。依据以上分析的关键节点数，结合3种作战方式的特点，设置参数如下：

逐级组织模式流程：关键节点的总入度数c=8，关键节点数a=5，单位入度数b=0.625，节点连接数d=［2，2，1，2，1］，相对重要程度 W=［1，1，1，1，1］。

越级组织模式流程：关键节点的总入度数c=9，关键节点数a=3，单位入度数b=0.333，节点连接数d=［4，2，2，3，3］，相对重要程度 W=［1，0.5，1，0.5，1］。

混合组织模式流程：关键节点的总入度数c=8，关键节点数a=2，单位入度数b=0.250，节点连接数d=［4，2，2，3，3］，相对重要程度 W=［1，0.5，1，0.5，1］。结果如图5所示。

图5 节点指挥控制协同效能对比分析

分析可知，混合组织模式的指挥协同效能整体趋势最大，其次是越级组织模式，最后是逐级组织模式；混合组织模式中节点的指挥协同效能均高于另外两种组织模式。究其原因，主要是因为在突出网络空间作战特点的混合组织模式中，节点之间信息高度共享，相互间协同密切，信息流转效率高，信息对于加快作战流程和提升指挥控制效能作用显著。

4.3 信息共享效能

在指挥控制与信息流转过程中，指挥控制、火力打击等作战节点通过信息融合共享，不仅能够有效提高战场信息的实时性、精确性和完备性，还能有效提高信息的质量和数量。考虑到在3种组织模式情况下，由于各网络信息节点间的连接情况不同，导致网络信息情报共享的差异较大。其具体参数设置参照指挥控制协同效能部分，其中，逐级组织 模式中，c=20，a=4，b=0.200，d=［8，2，2，5，4］，W=［1，1，0.5，1，0.5］；越级组织模式中，c=22，a=4，b=0.184，d=［8，4，4，6，3］，W=［1，1，0.5，1，0.5］；混合组织模 式 中 ，c=23，a=4，b=0.174，d=［10，3，5，5，2］，W=［1，1，0.5，1，0.5］。结果如图 6 所示。

图6 信息共享效能对比分析

由图6可知，混合组织模式中多数节点的信息共享效能均高于前两者。原因是混合组织模式突出了网络空间作战特征，同层或跨级单元之间可实现情报、指挥和控制信息的高效流转，各作战节点间的连接关系复杂，信息交互频率高，一旦有新信息进入网络系统，其他网络作战节点能够立即获得感知，因此，在此情况下，信息共享效能达到最高，且有利于准确实时地掌握复杂战场态势。

4.4 指挥控制作用效能的影响

在3种组织模式中，指挥控制效能与信息流转具有一定的差别，同时对作战攻击效果也具有不同程度的影响。因此，假设我方作战武器单元发现即可摧毁目标，在此情况下，通过计算分析3种作战流程侦察目标的概率情况，分析信息对指挥控制作用效能的影响。其具体参数设置如下：

逐级组织模式：扫视宽度s=0.25 km，飞行速度v1=1.25 M，信息对搜索的影响系数k=1.2，目标移动速度v2=20 km/h，目标信息延迟时间tt=27 min，有效信息量 K（T）=0.1。

越级组织模式：扫视宽度s=0.25 km，飞行速度v1=1.25 M，信息对搜索的影响系数k=1.5，目标移动速度v2=20 km/h，目标信息延迟时间tt=15 min，有效信息量 K（T）=0.3。

混合组织模式：扫视宽度s=0.25 km，飞行速度v1=1.25 M，信息对搜索的影响系数k=2.5，目标移动速度v2=20 km/h，目标信息延迟时间tt=5 min，有效信息量K（T）=0.4。仿真结果如图7所示。

图7 信息对侦察概率的影响

由图7可以看出，在网络空间作战的混合组织模式中，信息侦察概率在进行5 min～8 min搜索后达到最大；在逐层组织模式和越级组织模式中，分别需要30 min～35 min和60 min～70 min的搜索才能达到最大。显然，混合组织模式对信息侦察概率的影响最大。

结合仿真分析结果，在网络空间指挥控制的混合组织模式中，信息的复杂性达到最高，且对指挥控制效能的影响最大；混合组织模式的指挥控制效能最高，能够为战场作战行动提供敏捷的反应速度、更为充足的攻击时间和更为精确的目标定位，实现预定作战目标，提高作战打击效能。

5 结论

网络空间指挥控制效能分析，涉及新理念和新要素多，对研究方法也有了特殊要求。本文所作研究主要从其组织结构模式分析入手，提出了基于混合组织模式的网络空间指挥控制机制与信息流转机制，建立了相应的指挥控制效能模型，由于网络空间及其指挥控制的复杂性，后续工作需进一步深化网络空间背景下的自适应指挥控制结构动态重组等问题。