基于复杂网络的CEC网络连通性分析

孙欣 郑剑云 牛海

摘要：协同作战能力CEC系统是现代战争的一个重要部分，该系统可以将传感器组网，极大地扩展了探测空间和提高了整体防空能力，针对CEC网络连通性进行定量分析，采取电子攻击和硬武器攻击两种方式，并与传统网络进行对比，分析表明电子攻击对CEC网络影响较大。

关键词：CEC;连通性;软硬武器攻击

中图分类号：TP319        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）20-0023-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

CEC网络是美军为了提高编队和海岸的防空能力而提出的一种协同作战网络，实质是通过战场上的传感器融合，实时态势共享，通过武器联网，从而提高整体的作战能力。

近年来，可能因为保密原因，对CEC网络的研究，特别是对网络性能的定性定量分析几乎为零。大部分文献，都是介绍一下关于CEC网络的关键技术，而对CEC网络特性的定量分析较少。本文从复杂网络的角度出发，构建CEC网络和传统网络，并对这两种网络的连通性进行定量分析。

1 CEC网络特点

CEC可以协调整个作战系统中所有传感器的信息，将这些信息整合为一个单一、实时的综合航迹，并分发给各个武器系统，在研发之初，主要用于编队防空，现在功能已经扩展到整个作战区域，可以应对来自空中、海上、陆上的导弹攻击【1】。

CEC网络由多个节点组成，节点一般称为作战单元CU，每一个节点作战单元都由协同作战处理器CEP、数据分发系统DDS组成，每个CU可以利用相控阵雷达来进行组网。

CEC的目的在于：一是传感器组网，最大限度提升传感器的效能;二是当本地武器系统无法利用自身的传感器来进行追踪的时候，可以利用其他传感器传来的态势信息继续跟踪。CEC网络将传感器和武器这两种系统，强有力的组合在一起，提升了整个作战效能[2]。

2 网络拓扑模型构建

本文基于复杂网络理论，对CEC网络模型进行构建，图论是复杂网络的理论基础。图可以表示为[G=（N，E）]，其中[N={n1，n2，n3，...，ni}]，是一个非空集合，表示图中的各个节点，[E={e1，e2，e3，...，ej}]表示图[G]的边集。

在图论中，节点一般表示真实系统中的个体，边表示两个节点之间的关系，如果两个节点之间有特定的关系，则连接一条边，反之，不连边。

如图1所示的网络图，图中的节点集为[A，B，C，D，E]，边集为[1，2，3，4，5]网络图可以直接用邻接矩阵表示，邻接矩阵描述的是网络中节点与节点的关系。

邻接矩阵的定义为：

CEC网络是一个复杂的指挥信息系统网络，而指挥信息系统网络属于复杂的巨系统[3]，包含指挥、控制、情报、通信、抗干扰等一系列单元，其组成可以抽象为态势感知单元、指挥控制单元、通信单元和火力打击执行单元。将各个单元以既定的规则连接，在逻辑上就构建了态势感知网络、指挥控制网络、火力打击网络和通信网络。

CEC网络是在传统网络的基础上多了传感器网，即态势感知单元可以自组网，在此基础上，基于图论的传统指挥信息系统网络和CEC网络建模规则如下：

（1）网络连通，有[N]个节点，其中[N=v1，v2，v3，v4，…，vN]，[E]条边，[E=e1，e2，…，eN]，网络用[G=N，E]表示。

（2）指挥控制网络具有合理地跨度和递阶，跨度指每一级指挥机构的数量，递阶指纵向上的指挥层次。

（3）网络中的节点具有异质性，包含了指挥控制、态势感知、通信、作战等节点。

（4）网络中的链路具有异质性，包含了不同的通信链路方式，如有线通信，无线通信等。

（5）指控节点根据层级的不同，具有不同类型的通信方式。

（6）CEC网络的态势感知节点可以互连，而传统网络态势感知节点不互连。

基于以上规则，构建的傳统指挥信息系统网络模型和CEC网络网络模型概念图如图2和图3。

以某次演习为例，构建一个具有7个指控节点，6个态势感知节点，8个作战节点，12个通信节点，包含6个有线通信节点，6个无线通信节点的指挥信息系统网络，利用Ucinet6进行画图，图4是传统指挥信息系统网络，图5是CEC网络。

在作战实际中，敌方对本方的攻击模式是采取软攻击如电子干扰对无线通信方式进行干扰，采取硬攻击，如导弹袭击或者火炮袭击等，直接消灭掉某个指挥节点[4]。

本文的攻击策略从软硬两种攻击模式出发，软攻击即为电子干扰的攻击方式，硬攻击为硬武器打击的方式，每种攻击方式均采取随机攻击，分析在不同攻击方式下，网络连通性的变化。

连通性越大的指挥信息系统，所能串联的各单元节点越多，能发挥的作用就越大。本文用复杂网络中的连通块的数量来表示指挥信息系统的连通性的大小，当指挥信息系统网络中的任意两个节点都能连通时，连通块取值为1，网络中节点被分为[n]部分时，连通块取值为[n]，连通块数越大，意味着网络越不连通。

3.1随机软攻击下的网络连通性

软攻击下的CEC网络和传统指挥信息系统的网络连通性如图6。

随机软攻击的策略下，对指挥信息系统网络连通性的影响具有一定随机性，但从图8可看出，在最初几次软攻击中，CEC网络和传统指挥信息系统网络的连通性变化一致，随着攻击次数的增多，CEC网络的连通块数比传统网络的连通块数增长更快，CEC网络的连通性比传统网络的连通性降低更快，在增加到一定的攻击次数之后，CEC网络和传统指挥信息系统网络的连通块数趋于一致。

考虑到实际中，CEC网络如美军的CEC系统，采取了传感器利用相控阵雷达组网的方式，组网所需要的通信链路是无线通信链路，在进行电子干扰的时候，无线链路易断开，而有线链路不受影响，与传统指挥信息系统网络相比，网络化网络的无线链路更多，在遭到电子干扰的时候CEC网络受到影响更大，这与网络仿真度结果一致。

3.2随机硬攻击下的网络连通性

随机硬攻击模式下的CEC网络和传统指挥信息系统的连通性如图7。

随机硬攻击的仿真效果具有一定的随机性，仿真结果并不相同，但随着仿真次数的增加，可以看出仿真图具有相同的趋势，即在初始攻击的时候，传统指挥信息系统和CEC网络的连通性相似，但随着硬攻击的次数增多，CEC网络的连通块数增加比较缓慢，传统指挥信息系统网络的联通块数增加较为迅速，同样的攻击次数下，CEC网络的连通性要优于传统网络的连通性。

3.3结合随机软攻击和硬攻击的网络连通性

图8为采取软武器和硬武器两种攻击方式下的网络连通性。

当软武器和硬武器两种攻击方式结合的时候，从图8可看出，攻击次数越高，CEC网络和传统指挥信息系统的连通块数逐渐增多，连通性都逐渐降低，同样的攻击次数下，CEC网络的连通块数一般都小于传统指挥信息系统的连通块数，即随着攻击次数的增高，CEC网络的连通性要高于传统指挥信息系统网络的连通性。

4 结论

CEC网络实现了武器平台间的信息的互联互通，提高了整个网络的效率，本文采取更加贴近实战的攻击方式来定量分析CEC网络的连通性，并和传统网络进行对比。仿真数据表明，在采取大范围的软武器电子干扰的方式攻击的时候，CEC系统的连通性要小于传统网络的连通性，而当采取硬武器火炮导弹等进行直接攻击的时候，CEC网络连通性要高于传统网络，当两种武器结合的时候，CEC网络的连通性也要高于传统网络。综上，CEC网络的连通性在战时要比传统指挥信息系统可靠，但当对方采取大范围高强度的电子战的时候，要考虑采取手段加强CEC网络链路的可靠性。

参考文献：

[1] 邱千钧，范英彪，陈海建，等.美海军舰艇编队协同作战能力CEC系统研究综述[J].现代导航，2017.

[2] 贺文红.美国海军系统作战能力的几项关键技术[J].舰船科学技术，2016.

[3] 李德毅，王新政，胡刚锋.网络化战争与复杂网络[J].中国军事科学，2006，19（3）：111-119.

[4] 姚树强.通信抗干扰工程与实践[M].北京：电子工业出版社，2012.

【通联编辑：朱宝贵】